universidade de são paulo escola de engenharia - SGS-EESC-USP

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
2017
ÍNDICE
1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................
6
2 BREVE HISTÓRICO SOBRE O USO DAS PEDRAS NA CONSTRUÇÃO ................
8
3 CLASSIFICAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DAS PEDRAS ..........................................
10
3.1 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
18
paredes ............................................................................................................................
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
4
FUNÇÕES
REQUERIDAS
E
EXERCIDAS
PELAS
PEDRAS
DE
27
REVESTIMENTO................................................................................................................
4.1 PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS ..................................................................................
27
4.2 EMBELEZAMENTO DE FACHADAS DE EDIFICAÇÕES .......................................
27
4.3 ADEQUAÇÃO DE PAVIMENTOS ...........................................................................
28
4.4 OUTROS USOS E FUNÇÕES ....................................................................................
29
5 CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA E PROCEDIMENTOS PARA SELEÇÃO
31
DAS ROCHAS ..................................................................................................................
5.1 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DOS MATERIAIS ROCHOSOS .............................
32
5.2 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
5.4.2.1 Massa específica e porosidade ........................................................................
37
5.4.2.2 Absorção .............................................................................................................
38
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
60
REVESTIMENTO ..................................................................................................................
6 PROCESSOS DE EXTRAÇÃO .....................................................................................
62
6.1 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.......................................
92
8.1 ARGAMASSAS COLANTES .........................................................................................
92
8.2 RESISTÊNCIA À ADERÊNCIA DE ARGAMASSAS COLANTES ....................................
94
8.3 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NA ADERÊNCIA DE ARGAMASSAS COLANTE......
101
9 SISTEMAS NÃO ADERENTES DE COLOCAÇÃO DE PEDRAS ............................
104
9.1 FACHADAS VENTILADAS............................................................................................
104
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 .........................................................................
123
12 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 técnicoacadêmico produzido pelo Grupamento de Tecnologia de Rochas – GTR da Área
6
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; 4Funções 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.
7
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
8
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.
9
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
10
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).
11
(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,
12
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.
13
(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).
14
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).
15
(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.
16
(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.
17
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.
18
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%.
19
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%.
20
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%
.
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%.
21
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%.
22
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%.
23
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 %.
24
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.
25
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°C1600°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.
26
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 da edificação.
27
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 do granito ”Branco Fortaleza”. Fonte: Rochas de Qualidade (2016a,
2017a).
28
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).
Figura 4.3 Bancada em mármore branco. Fonte: Rochas de Qualidade (2017c).
29
(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).
30
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.
31
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
32
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.
33
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.
34
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.
35
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.
36
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:
37
A porosidade absoluta decorrente pode, por sua vez, ser expressa pela seguinte
relação:
ηr
ρa
ρr
1
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
x100
M1
2
1
100
A relação entre absorção em volume e a absorção em peso é representada
numericamente pela massa específica aparente:
38
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.
39
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.
40
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
Qxa
S 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.
41
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.
42
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:
β=
L2 − L1
1
ΔL
x
=
L1
T 2 −T1 L1 xΔT
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.
43
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
44
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.
45
(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.
46
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.
47
Figura 5.6 Corpo de prova e dispositivo de ensaio recomendados para determinação
do módulo de ruptura em rochas. Fonte: NBR 15845 - Parte 6 (ABNT, 2015f).
(A)
(B)
Figura 5.7 (A) Corpo de prova e dispositivo de ensaio recomendados para
determinação da resistência à flexão (4 pontos) em rochas. Fonte: NBR 15845 - Parte 7
(ABNT, 2015g) e (B) Corpo de prova de um granito rompido após o ensaio (Moreiras,
2014).
48
5.4.8 Alteração e alterabilidade
A alterabilidade é definida como a potencialidade, maior ou menor, da rocha a
se alterar, ou seja, de apresentar maior ou menor modificação de suas propriedades
ao longo do tempo. O grau de alteração afeta todas as propriedades de uma rocha,
mas as de maior interesse como material de revestimento são o aumento da
porosidade e da absorção d’água, a mudança dos aspectos estéticos e a diminuição
da resistência mecânica.
Na avaliação da alterabilidade e da influência do grau de alteração nas
propriedades da rocha diversas propriedades podem ser tomadas como parâmetros,
assim como diversos procedimentos podem ser adotados para este fim. Algumas
propriedades são relativamente de fácil determinação, enquanto outras não. Alguns
procedimentos utilizam equipamentos simples, enquanto outros, equipamentos
complexos. A utilidade dos resultados dependerá, entretanto, da escolha do critério
que mais adequadamente forneça as informações que mais se aproximem das
expectativas do comportamento dos materiais rochosos, previstos para as diversas
funções num revestimento (FRAZÃO, 2012).
5.4.8.1 Índices de alteração e alterabilidade
O grau de alteração e a alterabilidade podem ser avaliados por análises
petrográficas e mineralógicas e por ensaios físicos e físico-mecânicos.
Resume-se a seguir os procedimentos sugeridos por diversos pesquisadores para
esse fim, conforme Frazão (1993) e Frazão & Augusto Junior (1994).
a) Relação entre minerais sãos e minerais alterados, estado microfissural e minerais
secundários
A partir de análises petrográficas, pode-se qualificar e quantificar os minerais sãos
e alterados de uma rocha, além de se avaliar o estado microfissural e determinar-se o
teor de minerais secundários. A partir dessas informações pode-se estabelecer um
índice que revele o grau de alteração de uma rocha, denominado índice
micropetrográfico de alteração (Kp), conforme Aires Barros (1969):
49
Kp =
% minerais sãos
% minerais alterados + % de fissuras + % minerais secundários
Quanto menor o valor de Kp, maior será o grau de alteração da rocha.
Este procedimento pode ser adotado tanto para seleção de rochas destinadas a
revestimentos, como para avaliar a intensidade da alteração eventualmente instalada
na rocha após algum tempo de uso.
b) Variação dos valores de índices físicos
A massa específica aparente de uma rocha diminui à medida que a alteração
aumenta, enquanto cresce a porosidade e a capacidade de absorção d’água.
Relacionando os valores dessas propriedades a um dado estado de alteração com o
valor apresentado pela rocha no estado inicial, podem ser estabelecidos índices que
caracterizam o grau de alteração da rocha, conforme Frazão (1993):
Índice de massa específica aparente (Iδ)
Iδ =
δo − δ x
δo
onde: δo = massa específica aparente da rocha sã; δx = massa específica da rocha
num dado estado de alteração.
Índice de porosidade aparente (Iη)
Iη =
ηx − ηo
ηx
onde: ηo = porosidade aparente da rocha sã; ηx = porosidade aparente da rocha a um
dado estado de alteração.
Índice de absorção d’água (Iα)
Iα =
αx − αo
αx
onde: αo = absorção d’água da rocha sã; αx = absorção d’água da rocha a um dado
estado de alteração.
Estes índices variam de zero (rocha sã) a um (rocha alterada).
50
c) Variação da resistência
Quando uma rocha se altera, ocorre uma diminuição de sua resistência
mecânica. Relacionando os valores de resistência da rocha sã com os valores
apresentados pela rocha num dado estado de alteração (IR), pode-se estabelecer um
índice que caracterize seu grau de alteração, conforme Frazão (1993):
IR =
Ro− Rx
Ro
onde: Ro = resistência da rocha sã; Rx = resistência da rocha a um dado estado de
alteração.
Este índice varia de zero (rocha sã) a um (rocha alterada).
5.4.8.2 Procedimentos para ensaios de alteração
São diversos os ensaios utilizados para avaliar a alterabilidade de rochas. Utilizamse ensaios acelerados em laboratório e investigações nas condições quase-naturais.
Estas são as mais recomendadas por representarem condições mais próximas daquelas
à que as rochas serão submetidas. Por serem demorados são, entretanto, pouco
utilizados quando há exigência de se obter informações em pequeno intervalo de
tempo. Se ensaios quase-naturais forem viáveis, é recomendável, entretanto, que as
amostras sejam deixadas sob as condições atmosféricas da região onde a própria
obra está, ou será instalada, e que um criterioso monitoramento seja feito durante o
transcorrer dos ensaios (FRAZÃO, 2012).
Os ensaios acelerados, apesar de mais adequados para obtenção de
informações
expeditas,
requerem,
por
outro
lado, que
os
resultados
sejam
criteriosamente analisados, devido às conseqüências do exagero das solicitações
imposto às rochas.
Quanto aos procedimentos destes ensaios, se podem adotar qualquer um dentre
os mencionados a seguir (FRAZÃO et al., 2002):
a)
Saturação em água, nas condições ambientais do laboratório, e secagem
em estufa, a 60ºC, executado em ciclos de 24/24 horas; o número total de
51
ciclos é estabelecido em função das características das amostras e das
condições de serviço previstas para as mesmas, mas não deve ser inferior a
30 ciclos. Ilustração deste tipo de ensaio é exemplificado para fragmentos
de rocha na Figura 5.8A,B;
b)
Lixiviação contínua em extratores Soxhlet (Figura 5.8C), onde as amostras são
submetidas à percolação em água aquecida a cerca de 60-70º C, em
número de ciclos não inferior a 100;
(A)
(B)
(C)
Figura 5.8 – Esquema ilustrativo de ensaios de alteração acelerada (saturação em
água e secagem em estufa: (A) Recipientes telados com as amostras a serem
submetidas à saturação em água e (B) Amostras saturadas a serem colocadas em
estufa. Em (C) Extrator “Soxhlet” para ensaios de lixiviação contínua. Laboratório de
Geologia de Engenharia do Departamento de Geotecnia da EESC/USP.
52
c)
Saturação em solução de sulfato de sódio ou de magnésio e aquecimento
em estufa a 110 ºC; o número de ciclos é variável, mas informações
confiáveis já podem ser obtidas após 5 ciclos. Pode-se usar as diretrizes da
NBR 5564 - Anexo C (ABNT, 2014) ou EN 12370 (BSI, 1999);
d)
Saturação
em
água
nas
condições
ambientais
do
laboratório
e
congelamento a temperatura menor que -15ºC; é recomendado o número
mínimo de 25 ciclos para obtenção de informações confiáveis, conforme
NBR 15845 – Parte 4 (ABNT, 2015h) ou EN 12371 (BSI, 2010).
Qualquer um desses ensaios pode ser acompanhado com medidas da variação
das propriedades físicas ou físico-mecânicas das rochas.
As amostras devem ser sempre preparadas nas características de tamanhos e
quantidades requeridos para os ensaios físicos ou físico-mecânicos escolhidos para
avaliação dos resultados.
Frascá (2004) indica diversos ensaios de alteração a serem executados em
placas, como critério para previsão de desempenho quanto à durabilidade, quais
sejam:
a)
Simulação de intemperismo, por meio da exposição de corpos-de-prova de
placas de rocha, destinadas a fachadas, à radiação ultravioleta e à
atmosfera úmida, em câmara climática, para verificar a possibilidade de
ocorrência de mudanças de cor e fotodegradação de resinas. A avaliação
dos efeitos é visual, por meio da comparação entre corpos-de-prova
ensaiados e não ensaiados.
b)
Simulação de climas marítimos, por exposição de corpos-de-prova de placas
de rochas, destinadas a fachadas, à névoa salina, por no mínimo 30 dias. A
avaliação dos efeitos é visual, por meio da comparação entre corpos-deprova ensaiados e não ensaiados.
c)
Simulação de climas urbanos poluídos, por exposição de corpos-de-prova de
placas de rocha em câmara com atmosfera úmida em presença de ácido
sulfúrico, acompanhado de aquecimento por 8h seguido de ventilação por
16h, com no mínimo 30 ciclos de 24/24h. A avaliação dos efeitos é visual, por
meio da comparação entre corpos-de-prova ensaiados e não ensaiados.
53
d)
Ensaio de choque térmico, pela sujeição de corpos-de-prova de placas de
rocha ao aquecimento de 105º C e resfriamento brusco em água a 25º C. A
avaliação é feita por meio visual e ou por determinação da resistência
mecânica, conforme EN 14066 (BSI, 2013).
e)
Ensaio de cristalização de sais, em corpos de corpos-de-prova submetidos à
imersão parcial em sais para verificação da ocorrência de eflorescências e
sub-eflorescências, após secagem, e sua eventual ação deletéria. A
avaliação dos efeitos é visual, por meio da comparação entre corpos-deprova ensaiados e não ensaiados.
f)
Ensaio de resistência ao ataque químico direto, em corpos-de-prova de
placa de rocha, cuja superfície polida é sujeita ao contato com reagentes
presentes nos produtos de limpeza. A avaliação dos efeitos é visual, por meio
da comparação entre setores da superfície ensaiados e os não ensaiados. O
procedimento segue a NBR 13818 - Anexo H (ABNT, 1997a).
Na pesquisa de Frascá e Yamamoto (2014) é apresentado alguns ensaios de
alteração acelerada para o estudo da deterioração de rochas graníticas em
edificações e monumentos.
5.4.9 Ensaios especiais e não rotineiros
5.4.9.1 Módulo de elasticidade estático
Elasticidade é a propriedade que a rocha apresenta de restituir sua forma
quando a carga, que atuava sobre ela e a deformava de um dado grau, é retirada. O
retorno à forma original pode ser completo ou parcial. É completo quando a carga
aplicada é baixa, ou a elasticidade da rocha é alta. Quando a elasticidade é baixa
ou a carga aplicada é muito alta, o retorno à forma original é parcial. Em outras
palavras, acontece uma deformação residual.
Chama-se limite de elasticidade a tensão para a qual a deformação começa a
atingir um determinado valor (característico para cada tipo de rocha) que
corresponde à tensão para a qual não há deformação residual, quando a carga é
liberada.
54
A elasticidade da rocha, ou de qualquer material, é normalmente caracterizada
pelo módulo de elasticidade, ou módulo de Young, (E), o qual relaciona o acréscimo
de deformação (∆ε) alcançada pela rocha em relação ao acréscimo de carga (∆τ)
ou de tensão (∆σ) aplicada:
D
∆∆E
Sendo: ∆ε = ∆L/Lo; onde: ∆L = incremento de deformação e Lo = altura inicial do corpode-prova
O módulo de elasticidade (Ee) é determinado com as técnicas convencionais do
ensaio de compressão uniaxial, incorporando-se dispositivos que permitam medir as
deformações durante o carregamento. A deformação levada em conta para o
cálculo do módulo de elasticidade estático é, em geral, a deformação axial.
O módulo de elasticidade estático pode ser calculado com base na tangente da
curva tensão x deformação, na porção linear desta curva (módulo tangente). O
módulo pode também ser calculado com base na porção média da curva tensãodeformação (módulo médio) ou num percentual da tensão de ruptura (módulo
secante). Neste caso, a porcentagem da tensão de ruptura geralmente adotada é
50%. A Figura 5.9 ilustra estas diferentes opções de cálculo do módulo de elasticidade
estático.
Figura 5.9 - Métodos para calcular o módulo de elasticidade estático, a partir da curva
tensão-deformação. Fonte Brook, 1993 apud Frazão et al., 2002.
55
5.4.9.2 Velocidade de propagação de ultra-sons
Os sons e ultra-sons são produzidos por vibrações elásticas nos meios sólidos e são
vibrações com freqüências superiores às sonoras audíveis. Enquanto estas estão
situadas entre 16 e 16.000 Hertz, os ultra-sons estão entre 16.000 e 1010 Hz.
As vibrações ultra-sonoras podem propagar-se nos sólidos por três modos: ondas
longitudinais (P), ondas transversais (S) e ondas de superfície ou de Rayleigh.
Nas ondas longitudinais, os diferentes pontos dos sólidos na vizinhança de sua
posição média deslocam-se com trajetórias paralelas ao sentido de propagação de
ondas. Nas ondas transversais, os deslocamentos dos pontos ocorrem segundo uma
direção normal à direção de propagação. Assim, as ondas longitudinais são também
chamadas de ondas de compressão e as transversais de ondas cisalhantes. As ondas
superficiais são vibrações da zona superficial, semelhante a vibrações da superfície dos
líquidos.
A velocidade de propagação de ondas (V) é obtida pela relação entre o espaço
(L) percorrido pela onda e o tempo (t) de percurso desta: V = L/t.
A velocidade de propagação depende da massa específica e das propriedades
elásticas do material, tais como o módulo de Young e o coeficiente de Poisson. Com
estes parâmetros é possível calcular também o modulo de elasticidade dinâmico.
A velocidade de propagação de ondas longitudinais (Vp) em um corpo sólido é
expressa da seguinte maneira:
+
DF
1
1 G
G! 1 2G!
onde: Ed = módulo de elasticidade dinâmico (MPa); ρ = massa específica aparente
(kg/m3); ν = coeficiente de Poisson (ad);
O módulo de elasticidade dinâmico é calculado por meio da seguinte expressão:
+
DF
1
G! 1
1 G
2G!
56
As ondas longitudinais são mais fáceis de serem medidas (Figura 5.10) e, por isto,
mais largamente utilizadas. As ondas transversais requerem equipamentos mais
sofisticados que os convencionalmente disponíveis. Estas propriedades podem ser
determinadas de acordo com, conforme as normas D 2845 (ASTM, 2008) ou EN 14579
(BSI, 2004).
Corpo de prova
Figura 5.10 – Dispositivo para determinação da velocidade de propagação de ultrasom em rocha. Como exemplo um granito em que as setas indicam a posição dos
transdutores (RIBEIRO, 2005).
5.4.9.3 Dureza Knoop
A dureza Knoop é um teste que determina a dureza, por meio de uma impressão
feita por um diamante, na superfície da amostra. A área produzida pela ponta dividida
pela carga utilizada na superfície avaliada resulta no valor de dureza. Assim, quanto
maior a impressão produzida, menor a dureza. A ponta Knoop produz uma impressão
em forma de losango, sendo que a área é calculada a partir da diagonal maior. Se a
superfície na área da impressão ficar danificada a ponto de impedir a identificação
das extremidades da diagonal, uma nova impressão é feita, de preferência no mesmo
grão mineral (QUITETE & RODRIGUES, 1998).
Segundo as diretrizes da metodologia de Quitete (2002), para cada tipo de rocha,
são feitas 3 determinações da dureza Knoop em corpos de prova com dimensões 70 x
70 x 30mm, sendo a dureza determinada através de 40 impressões com carga de 1,96N
em cada corpo de prova (Figura 5.11). A dureza Knoop pode ser expressa como a
57
média das quarenta medidas (HKmédia), pelos valores obtidos em curva de distribuição
acumulada dos valores de HK em ordem crescente (HK25, HK50 e HK75) ou pelo
coeficiente de heterogeneidade, definido pela razão HK75/HK25.
(A)
(B)
Figura 5.11 – (A) Esquema das quarenta impressões realizadas em cada corpo-deprova. Os números indicam a ordem em que são feitas as impressões (QUITETE, 2002);
(B) impressão em cristal de quartzo; comprimento da diagonal maior = 55,5µm.
(RIBEIRO ,2005).
5.4.9.4 Abrasão Profunda
O ensaio de abrasão profunda é um ensaio que foi desenvolvido para ladrilhos
cerâmicos e adaptado para as os materiais pétreos. De acordo com as diretrizes da
NBR 13818 - Anexo E (ABNT, 1997b), consiste em medir o comprimento de uma ranhura
gerada por um disco de aço em uma superfície plana de uma placa de rocha. Esse
corpo de prova , de acordo com norma, deve ter a dimensão de 10 x 10 x 2cm. O
ensaio é realizado colocando o corpo-de-prova no abrasímetro de modo a tangenciar
o disco rotativo (Figura 5.12). O reservatório do equipamento é preenchido com
alumina e ajustado para permitir um fluxo contínuo durante a rotação do disco.
São medidos os comprimentos das cavidades em cada corpo de prova após o
ensaio (Figura 5.13) e é estabelecido que o material deva apresentar um volume
máximo de material removido por abrasão profunda menor ou igual a 175mm³. Pelo
comprimento da cavidade (Ccav) é calculada a resistência à abrasão profunda, que é
expressa em volume de material (mm³).
58
(A)
(B)
Figura 5.12 – (A) Equipamento pertencente ao Parque de Alta Tecnologia de São
Carlos (Parqtec) para determinações da abrasão profunda em amostras de rochas e
(B) detalhe mostrando o disco rotativo tangenciando um corpo-de-prova de gnaisse
(RIBEIRO, 2005).
d
Disco de
aço
Amostra
Ccav
(A)
(B)
Figura 5.13- (A) Medida do comprimento da cavidade (Ccav) e (B) Detalhe mostrando
as cavidades impressas (material removido no ensaio) em amostra de gnaisse
(RIBEIRO, 2005).
5.4.9.5 Coeficiente de Atrito Dinâmico
A dureza das rochas reflete diretamente nos custos e na qualidade das superfícies
serradas (rugosidade). Uma das maneiras de determinar a rugosidade é por meio do
coeficiente de atrito dinâmico superficial.
Ele pode ser definido como a relação entre a força tangencial e a força vertical
que agem sobre o elemento derrapante (ladrilho), sendo determinado pelas diretrizes
da ABNT NBR 13818 - Anexo N (ABNT, 1997c), desenvolvida para materiais cerâmicos,
59
mas que pode ser bastante útil para a seleção de chapas fornecidas por diferentes
empresas para previsão do custo de polimento nas marmorarias .
Para a sua avaliação, é utilizado um equipamento denominado “Scivolosímetro”
(Figura 5.14) que dispõe de um deslizador motorizado tipo “Tortus” que se movimenta
com velocidade constante sobre as superfícies polida ou bruta e seca ou molhada.
Para a realização do ensaio é montada uma pista de 40 cm de largura por 200 cm de
comprimento, constituído de 5 ladrilhos. O valor do coeficiente de atrito é classificado
segundo a Tabela 5.1.
(A)
(B)
Figura 5.14 - Detalhes da disposição de ladrilhos de um gnaisse para determinação do
Coeficiente de Atrito Dinâmico: (A) superfície polida e seca, caminhamento
perpendicular ao bandamento gnáissico e (B) superfície bruta e molhada; a seta
branca indica o sentido de medição do Coeficiente de Atrito Dinâmico, enquanto que
a linha tracejada indica a direção das estrias de rugosidade. Equipamento
pertencente ao Parque de Alta Tecnologia de São Carlos – Parqtec (RIBEIRO, 2005).
Tabela 5.1 – Classificação do Coeficiente de Atrito Dinâmico de acordo com a norma
ABNT NBR 13818 - Anexo N (ABNT, 1997c).
Coeficiente de atrito
Uso
µ < 0,4
Satisfatório para instalações normais
µ ≥ 0,4
Recomendado para uso onde se requer resistência ao
escorregamento
5.5 CRITÉRIOS PARA AVALIAR A QUALIDADE DAS ROCHAS PARA USO EM REVESTIMENTO
A avaliação da qualidade dos materiais rochosos destinados revestimentos pode
ser efetuada com base nos valores limites, máximos e mínimos, especificados para as
propriedades por entidades normalizadoras e pela avaliação de desempenho após
um conveniente tempo destes materiais em serviço.
60
A primeira conduta mencionada pode ser facilmente seguida por meio de
consulta às especificações existentes, para uma avaliação preliminar. A segunda
depende da participação de profissionais que tenham acumulado suficiente
experiência no acompanhamento de desempenho destes materiais em obras, para a
qual incide o conhecimento das propriedades das rochas, das particularidades das
obras e da interação destes com características macro e microambientais inerentes à
obra e ao meio envolvente. Nestes casos, estão abrangidas as condições químicas e
físicas intrínsecas aos revestimentos de edificações.
Embora a segunda conduta seja importante, esta depende, além da
participação do profissional, da existência de registros de acompanhamento
confiáveis.
Desta forma, as especificações emitidas pelas entidades normalizadoras, ou
aquelas divulgadas por entidades científicas e profissionais competentes, têm grande
serventia para auxiliar a escolha dos materiais rochosos para os diferentes tipos de uso
em revestimentos.
61
6 PROCESSOS DE EXTRAÇÃO DAS PEDRAS
A obtenção de placas de rocha pode ser feita de duas maneiras: pela extração
direta do maciço ou pela serragem de blocos.
A obtenção de placas diretamente do maciço é feita de modo mais artesanal,
aproveitando-se planos de fraqueza naturais de rochas estratificadas, xistosas e
foliadas como, por exemplo, arenitos, quartzitos e ardósias.
Na maioria dos casos este processo é executado de forma manual, com auxílio
de talhadeiras e marretas, que são usadas para induzir as fraturas por meio de golpes
nas linhas que definem planos de fraqueza da rocha, provocando o destacamento
das placas (Figura 6.1).
Figura 6.1 - Obtenção de placas ao longo de planos de fraqueza de arenitos
Na região de São Carlos – SP, as condições topográficas (escarpas) são fatores
favoráveis à este tipo de extração em arenitos silicificados da Formação Botucatu,
aproveitando-se os planos de fraqueza existentes entre os estratos (Figura 6.2). Este
arenito, de excelente qualidade, foi muito explotado na forma de placas e
blocos/paralelepípedos.
Parte dos rejeitos de extração pode ser utilizada como
calçamento, na forma de pequenos blocos ou então em gabiões (Figura 6.3).
62
(A)
(B)
Figura 6.2 – Arenito Botucatu: Extração (A) e rejeitos produzidos (B) em pedreira na
região de São Carlos-SP.
(A)
(B)
Figura 6.3 – (A) Aplicação de bloquinhos, conhecidos como “pedra portuguesa”:
material escuro (basalto) e claro (Arenito Botucatu). Catedral de São Carlos-SP;
(B) Utilização de rejeito da explotação de arenito (gabiões). São Carlos - SP.
A produção de placas de quartzito (conhecido como Pedra Mineira ou Pedra São
Tomé) e de ardósia concentra-se notadamente em Minas Gerais, como, por exemplo,
nos municípios de Diamantina, Ouro Preto, São Tomé das Letras, entre outros. Extrações
de ardósias também se concentram neste Estado, nos municípios de Papagaios,
Paraopeba e Pompeu, entre outros.
63
A extração destas rochas geralmente resulta em expressiva quantidade de
resíduos, chegando algumas vezes a valores superiores a 90% do volume extraído. Este
baixo aproveitamento é causado pelos seguintes fatores: técnicas inadequadas de
desmontes, a grande incidência de fraturamento no maciço rochoso e a intercalação
de níveis puramente quartzosos que não possuem delaminação.
Este volume expressivo de rejeitos, principalmente no caso do quartzito,
transforma-se em um grande problema para os empreendedores, decorrente dos
impactos ambientais negativos que são produzidos. Tal cenário vem motivando a
realização de vários estudos visando o aproveitamento destes resíduos na construção
civil ou obras de engenharia, como material de base de pavimentação e como
agregado graúdo para produção de concretos convencionais, entre outras
finalidades.
Francklin Júnior et al. (2016) estudou a viabilidade de aproveitamento de rejeitos
de mineração de quartzitos do município de Capitólio (MG) como agregado para
produção de concretos de cimento Portland. Na verificação do potencial de
reatividade álcali-agregado (RAA) pelo método acelerado conforme norma C1260
(ASTM, 2014) foi ensaiado traços de argamassa com dois tipos de cimento: cimento CP
II-Z (com adição de pozolana) e CP V-ARI (com teor alcalino em geral maior do que os
outros tipos de cimento comercializados). Aos 16 e 30 dias as barras de argamassa de
quartzitos produzidas com cimento CP II-Z indicaram um comportamento inócuo, com
expansões abaixo de 0,10%. Em linhas gerais, os resultados de RAA empregando
cimentos com menor teor de álcalis (cimento pozolânico) mostraram-se satisfatórios.
Destacando que o eventual aproveitamento dos rejeitos como agregado em
concreto pode contribuir com a minimização dos impactos ambientais negativos
produzidos nas minerações de quartzito.
A outra forma de obtenção de placas de rocha é por meio da extração de
grandes blocos do maciço rochoso (geralmente em torno de 2 x 3 x 2 metros). Do corte
destes blocos obtêm-se as placas que podem ser submetidas às operações de
polimento e de lustro. Os blocos podem ser extraídos de Matacões ou de Maciços
Rochosos.
64
6.1 MATACÕES
Os
matacões
constituem
porções
específicas
de
um
maciço
rochoso,
individualizados a partir da atuação de agentes intempéricos nas fraturas e
destacados por erosão (Figura 6.4). Sua forma, normalmente arredondada, é devida à
esfoliação esferoidal concêntrica (acebolamento), estando por isto, muitas vezes
deslocados, através de rolamento, da sua posição original. Estes devem ter dimensões
apropriadas e quantidade suficiente para desdobrar um número razoável de blocos.
Os cortes para isolar o volume de rocha podem ser obtidos basicamente por meio
de perfurações, onde são executados furos justapostos de modo a se obter um plano
de ruptura, ou com explosivos que são baseadas na colocação destes em furos um
próximo ao outro. A carga aplicada é suficiente para romper somente o espaço entre
eles definindo o plano de corte desejado.
A obtenção de blocos a partir de matacões é realizada manualmente, tem
menor custo de produção, no entanto, implica em danos consideráveis ao meio
ambiente.
Figura 6.4 - Extração em matacões, Bragança Paulista – SP (NEVES, 2010).
6.2 MACIÇO ROCHOSO
A operação de lavra nos maciços rochosos é mecanizada, sendo que seus
componentes funcionais incluem degraus, praças, pistas, rampas e as frentes de
desmonte.
65
Os degraus representam a figura elementar da exploração, definida pela altura
e topo de bancada que sofrerá desmonte. A praça principal é o espaço onde efetua
o esquadrejamento final dos blocos e as operações necessárias para seu transporte,
localizando-se normalmente na base da pedreira. As pistas e as rampas constituem as
vias de ligação entre as praças. Das frentes de desmonte são retirados os blocos nas
dimensões pré-estabelecidas. O exemplo apresentado na Figura 6.5 refere-se à
extração pela técnica com fio diamantado, que atualmente é a mais utilizada e
produtiva.
Na lavra de maciços rochosos o custo de produção é superior ao dos
matacões, mas sua prática proporciona melhor controle de qualidade e melhores
taxas de recuperação dos materiais, garantindo o suprimento do mercado em
volumes
consideráveis
de
rochas
de
um
mesmo
padrão
estético
para
a
comercialização e causando menor degradação ambiental.
Figura 6.5 – Pedreira em maciço rochoso: extração do “granito” Verde Butterfly, Estado
do Espírito Santo (Fonte: www.marbrasa.com.br/jazidas.html).
A técnica da extração de blocos com fio diamantado foi introduzida no setor
extrativo de rochas na década de 80, na Itália, desenvolvida com base na
metodologia de corte do fio helicoidal, que por muito tempo foi a responsável pela
extração de grandes quantidades de blocos para a Indústria da Pedra. O fio helicoidal
é constituído de um cabo de aço com arames torcidos que conduzem areia com
água contra a rocha produzindo sulcos e cortando o maciço.
66
Algumas informações e ilustrações foram transcritas da dissertação de mestrado
da Eng. Isaura C.M.C. Regadas apresentada em 2006 na Área de Geotecnia da
EESC/USP e do artigo “Lavras de Granitos com Fio Diamantado no Estado do Espírito
Santo, Brasil” publicado na revista Geotecnia (Lisboa), V.117, p. 71-83, 2009.
O corte com fio diamantado consiste na utilização de cabos de aço galvanizado
de 5 mm de diâmetro, que funciona como suporte para as pérolas diamantadas, as
quais são separadas, ao longo do cabo por molas metálicas quando utilizados na
extração de blocos de mármore, ou por material plástico ou borracha, quando
utilizados para rochas silicáticas (Figura 6.6A). Geralmente o comprimento total do fio
diamantado, usado em lavra de granito, varia de 50 metros a 70 metros.
As pérolas são constituídas por um anel metálico (aço) que suporta um conjunto
de segmentos diamantados formados por uma pasta diamantada, a qual é composta
por uma liga metálica e grãos de diamante. O diâmetro externo da pérola varia de
10,0 mm até 11,5 mm e tem comprimento de 6 mm, de acordo com o fabricante e o
tipo de pérolas (Figura 6.6B). Durante o corte, este diâmetro diminui, até atingir o anel
metálico, ficando sem a pasta diamantada e, portanto, com função prejudicada. Este
anel possui diâmetro que pode atingir até 7,0 mm, também de acordo com o
fabricante e o tipo de pérola. Geralmente, o número de pérolas dos fios diamantados
varia de 32 a 40 por metro.
Figura 6.6 (A) Disposição dos principais componentes de um fio diamantado
vulcanizado; (B) Dimensões padrão de uma pérola diamantada.
67
As máquinas de fio diamantado, utilizadas atualmente em lavra de granitos
ornamentais, são basicamente movidas a eletricidade e apresentam grande robustez,
com ótima estabilidade e desempenho, mesmo nos cortes de grandes dimensões.
A Figura 6.7 representa de forma esquemática as principais etapas na extração de
blocos. Inicialamente são realizados furos coplanares 1, 2 e 3 (A) que permitem a
passagem do fio diamantado tanto para cortes verticais (laterais) como para cortes
horizontais ou de levante (B). O corte da face posterior da massa rochosa por vezes é
feito com uso de explosivo, mas já predominando também nesta operação o uso do
fio diamantado (C). Esse volume desmontado é desdobrado em volumes secundários
(filões/pranchas) (D) que serão tombados e esquadrejados em blocos (E). Um detalhe
do maciço sendo cortado pelo fio diamantado é mostrado em (F).
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(F)
Figura 6.7 – Etapas de corte com fio diamantado. Modificado de Coelho e Vidal (2003).
68
Uma breve descrição das máquinas de fio diamantado é apresentada a seguir:
Consistem de uma plataforma utilizada para abrigar a motorização e o
deslocamento da máquina é realizado por meio de um sistema cremalheirapinhão, ou por patins solidários ao chassi, que deslizam sobre trilhos (Figura
6.8);
O seu acionamento é feito à distância, por meio de um painel de comando.
De modo geral, o volante principal possui diâmetro que varia de 500 mm a
1.000 mm e é posicionado na máquina lateralmente aos trilhos, possibilitando
ser rotacionado 360º, o que permite a execução de cortes verticais paralelos
e de levante (corte horizontal) e
O volante é responsável pelo movimento de translação (circular) do fio, cujo
tensionamento é feito de maneira controlada, por meio do deslocamento
para trás da unidade tracionadora. As polias, que servem como guia para o
fio diamantado, tem um diâmetro de aproximadamente 350 mm).
(A)
(B)
Figura 6.9 – (A) Esquema de um corte com fio diamantado, onde “α” é angulo de
abertura; (B) Frente de extração de granito: a linha tracejada indica as feições
deixadas pelo fio diamantado.
São várias as vantagens do fio diamantado na extração de blocos de granito, em
relação às técnicas tradicionais, destacando o aumento de produtividade, a
diminuição da intensidade de ruído e de vibrações, a diminuição de resíduos finos (pó
de rocha) e a significativa melhora do produto final.
Outra técnica que deve ser mencionada é o corte com argamassa expansiva.
Trata-se de um produto em pó com composição química definida em função da
69
temperatura ambiente e que, misturado com água, é aplicada ao longo de furos
alinhados e devidamente espaçados. Esta argamassa irá expandir-se liberando
espetaculares quantidades de energia, de modo progressivo e gradual, promovendo
a ruptura da rocha ao longo da linha de furos.
70
7 PROCESSOS DE BENEFICIAMENTO DAS PEDRAS
Os processos de beneficiamento das pedras, denominados industrialização, têm
como objetivo transformá-las em produtos acabados destinados a vários tipos de
aplicações. A fase de industrialização compreende o corte dos blocos extraídos do
maciço rochoso em chapas (desdobramento), a regularização da superfície das
placas e o seu recorte nas dimensões comerciais.
O desdobramento se faz pela serragem e a regularização por etapas que
compreendem desbaste, polimento e lustração das chapas. Depois elas são
submetidas a processos de corte, mediante o uso de equipamentos específicos e
transformadas em produtos finais como, por exemplo, ladrilhos padronizados, mesas,
bancadas, etc. Finalmente vem a aplicação, com destaque para o nosso estudo, o
emprego das placas em pisos e revestimento de edificações.
Nos países com tradição no setor, a industrialização encontra-se em estádio
avançado, enquanto que no Brasil o desenvolvimento mais acentuado se deu a partir
da década de 80. No entanto, de maneira geral, o avanço tecnológico verificado nos
equipamentos e abrasivos não foi acompanhado de estudos específicos sobre as
propriedades intrínsecas das rochas, em especial das rochas graníticas.
A seguir serão apresentadas as etapas de industrialização e alguns conceitos
pertinentes, resultantes de pesquisas realizadas pelo Grupo de Tecnologia de Rochas
do Departamento de Geotecnia da Escola de Engenharia de São Carlos.
7.1 DESDOBRAMENTO DE BLOCOS
Os blocos extraídos nas pedreiras têm volume variável entre 8m³ e 15m³.
Todavia, materiais especiais com alto valor comercial permitem o aproveitamento de
blocos a partir de 1m³.
O desdobramento dos blocos é feito em máquinas denominadas “teares” em
unidades chamadas de “serrarias”. Este processo é realizado por tear convencional ou
tear com multifios diamantados. Utilizam-se ainda o tear monofio e o talha blocos, o
71
primeiro para a produção de peças especiais ou acabamento das bordas do bloco e
o outro para a produção de ladrilhos padronizados.
7.1.1. Tear convencional
É um engenho de múltiplas lâminas de aço que, auxiliadas por abrasivos, corta
os blocos num movimento de vai-e-vem. Lâminas de aço com abrasivos (granalha)
são utilizadas para cortar granitos, enquanto que para cortar mármores são mais
utilizadas as lâminas diamantadas. A Figura 7.1 ilustra tear tipicamente utilizado no
corte de blocos de granitos.
(A)
(B)
Figura 7.1 - (A) Blocos de rocha submetidos à serragem em tear multilâminas e (B)
Exemplo de chapas obtidas na serragem de dois blocos de granito.
O bloco é transportado para o tear com auxílio de carrinho movido por um
guincho e após sua colocação, ele é cimentado na sua base para evitar a queda das
chapas.
Em geral as chapas são serradas com espessuras de 2cm e 3cm. A
produtividade (velocidade de corte) depende do tipo da rocha, do abrasivo e das
condições operacionais. O avanço médio de corte de uma chapa de 1 cm está, em
geral, em torno de 16 cm/24 h, sendo que para rochas duras o avanço é de
10 cm/24 h e as brandas de 20 cm/24 h. Se a espessura da chapa for de 3 cm, o
avanço médio estará em torno de 20 cm/24 h.
72
O abrasivo mais comumente usado é granalha de aço, que é lançado de
tempos em tempos sobre o bloco, numa mistura de água e cal virgem, que evitam a
oxidação da granalha e também lubrificam as lâminas (Figura 7.2).
(A)
(B)
(C)
(D)
Figura 7.2 - Detalhes de um tear: (A) Quadro porta-lâminas; (B) Reservatório de cal;
(C) Misturador de lama (água, cal e granalha) e (D) Granalha de aço.
Não devem ser colocados na mesma serrada, blocos com alturas diferentes e
materiais de durezas distintas, pois podem provocar desgastes diferenciais das lâminas,
vibração do equipamento, má planicidade das chapas e até fragmentação do
material.
Os teares mais modernos e robustos possuem capacidade de obtenção de até
200 chapas por vez e substituíram gradativamente os com capacidade média de 60
chapas, gerando assim
uma
redução do
consumo de energia, tempo
e,
conseqüentemente, custos para o desdobramento dos blocos.
73
Este tipo de operação é de grande complexidade, sendo processada em um
tempo mínimo de cerca de três dias ininterruptos e envolve controles minuciosos da
lama abrasiva e da velocidade de descida das lâminas. Trata-se de um processo que
não tem padronização, podendo ser equacionado dentro de um sistema de desgaste
a três corpos (rocha, granalha, lâmina) que se atritam no corte de blocos para a
produção de chapas.
O tipo de rocha constitui, obviamente, um dos principais parâmetros que
influenciam a serragem. Mesmo assim, são poucos os trabalhos que vinculam
adequadamente suas propriedades intrínsecas com o processo de serragem. Isto
motivou o desenvolvimento do mestrado do Geólogo Clébio Goulart Coimbra Filho e
dos doutorado e pós-doutorado do Geólogo Rogério Pinto Ribeiro, concluídos entre
2005 e 2006 na Área de Geotecnia da EESC/USP e que serviram de base para outros
estudos que serão a seguir resumidamente apresentados.
É conhecido que o corte de blocos induz uma rugosidade nas superfícies das
placas, a qual varia em função das características da rocha, dos insumos utilizados e
das condições operacionais. Essa rugosidade determina o volume de material a ser
removido na face a ser polida e na outra face exerce papel importante na aderência
quando fixadas com as argamassas de assentamento, sendo este assunto de grande
importância no revestimento de edificações e que será abordado no Capítulo 8.
Sendo assim, a maneira eficaz de controlar a qualidade da serragem feita com
teares convencionais é a medida direta da rugosidade nas superfícies das chapas,
porque é este o parâmetro mais importante e vai determinar o tempo e os insumos
gastos nas operações de polimento. No dia-a-dia das serrarias, esta qualidade é
estimada empiricamente por meio de inspeção tátil e visual.
Neste contexto, para medir a rugosidade das chapas nas condições adversas
da indústria (poeira, vibrações, umidade, etc.) e prever mais acuradamente o custo da
etapa de polimento, desenvolvemos um equipamento portátil e de fácil manuseio,
denominado “Avaliador de Rugosidade de Chapas – “ARC” (Figura 7.3).
74
2
5
1
3
4
7
6
Figura 7.3 – Principais componentes do “ARC” devidamente posicionado sobre uma
chapa bruta de granito: (1) corpo de aço; (2) apoios (parafusos) ajustáveis; (3) carro
de medição; (4) cilindro graduado; (5) cabo de conexão; (6) interface e (7) registro e
armazenamento dos dados. Observar no detalhe, a medição das estrias (depressões e
saliências) superficiais da chapa produzidas pelo processo de serragem (RIBEIRO et al.,
2006).
Este equipamento foi utilizado em estudos com o objetivo de relacionar a
serrabilidade e a qualidade superficial (rugosidade) das chapas. Como exemplo,
foram
escolhidas
duas
rochas
(granitos)
comercialmente
conhecidas
como
“Champagne Realengo” e “Vermelho Capão Bonito” e que apresentam mesma
composição mineralógica, mas com diferenças texturais. Para melhor visualização
seletiva dos felsdpatos, foi utilizada a metodologia de Moraes & Rodrigues (1978).
Verificou-se que estas diferenças texturais, como ilustradas na Figura 7.4, foram
responsáveis pela discrepância no tempo de serragem de blocos do granito
“Vermelho Capão Bonito” em até 62% resultando em chapas com superfícies três vezes
mais rugosas no plano de corte, decorrente da maior coesão da rocha e da influência
do arranjo textural do quartzo.
O “ARC” além de medir a rugosidade pode ser usado para outras finalidades,
como a verificação do empenamento de chapas, medidas do desgaste de pisos em
edificações. Além disso, a quantificação da rugosidade possibilita às empresas
75
adquirentes de chapas brutas de um mesmo tipo de granito, escolher o produto que
apresente o menor custo final para o polimento.
(A)
(B)
Figura 7.4 - Detalhes texturais em ladrilhos das rochas estudadas: (A) Feldspatos e
quartzo espalhados e sem entrelaçamento no monzogranito “Champagne Realengo”
e (B) Envolvimento e entrelaçamento dos feldspatos com quartzo no sienogranito
“Vermelho Capão Bonito”. Modificado de Ribeiro et al. (2007).
O “ARC” além de medir a rugosidade pode ser usado para outras finalidades,
como a verificação do empenamento de chapas, medidas do desgaste de pisos em
edificações. Além disso, a quantificação da rugosidade possibilita às empresas
adquirentes de chapas brutas de um mesmo tipo de granito, escolher o produto que
apresente o menor custo final para o polimento.
A outra forma de determinar a rugosidade das chapas é por meio do
Coeficiente de Atrito Dinâmico Superficial (CAD). Ele pode ser definido como a relação
entre a força tangencial e a força vertical que agem sobre o elemento derrapante
(ladrilho), podendo ser medido com um equipamento denominado “scivolosímetro”.
Este equipamento dispõe de um deslizador motorizado tipo “Tortus” que se
movimenta com velocidade constante sobre a superfície ensaiada. A Figura 7.5
apresenta os detalhes de um scivolosimetro disponibilizado pelo Parque de Alta
Tecnologia de São Carlos (Parqtec) para a realização de estudos comparativos entre a
rugosidade e o coeficiente de atrito dinâmico superficiais de chapas brutas de três
tipos de rochas de revestimento.
76
Figura 7.5 – Comandos do “Scilovosímetro SM” disponibilizado pelo Parque de Alta
Tecnologia de São Carlos (Parqtec): (1) interruptor de energia; (2) interruptor do motor;
(3) entrada para cabo de registro de dados; (4) fusíveis; (5) sistema de medição do
coeficiente de atrito dinâmico, (6) Tecla para seleção do tempo de integração dos
dados (1, 2, 5, 10 ou 15 segundos); (7) Tecla “Início-Fim”; (8) Teclas de calibração do
sistema e (9) visor (RIBEIRO et al., 2007).
De acordo com as diretrizes do Anexo N da norma NBR 13818 (ABNT, 1997c),
desenvolvida para materiais cerâmicos, foram feitas determinações em uma pista de
200 cm de comprimento por 40 cm de largura montada com 5 ladrilhos, como
mostrado na Figura 7.6.
Figura 7.6 – Disposição dos ladrilhos do migmatito “Preto Indiano” para determinação
do coeficiente de atrito dinâmico com “scivolosímetro”. Modificado de Ribeiro et al.
(2005).
As informações obtidas no acompanhamento da serragem dos granitos
comercializados como “Preto Indiano”, “Vermelho Brasília” e “Verde Labrador”, bem
como as determinações da rugosidade das chapas por meio de medições diretas com
o ARC e indiretamente pelo coeficiente de atrito dinâmico mostraram uma tendência
77
do aumento deste coeficiente com aumento da rugosidade, sendo diretamente
proporcionais.
O estudo comparativo destes resultados indicou que a rugosidade das chapas
pode também ser determinada com um scilovosímetro. Sua maior vantagem é poder
ser operado por pessoal não especializado em qualquer marmoraria, sendo útil na
seleção de chapas oriundas de diferentes serradas para polimento e mesmo para
medir o coeficiente de atrito dinâmico de placas polidas.
7.1.2. Tear com multifios diamantados
Estes teares representam uma evolução tecnológica idealizada a partir do
sucesso do uso do fio diamantado na lavra de rochas ornamentais. Eles são
constituídos de uma estrutura (armação) metálica, com suportes cilíndricos que se
movimentam em sentido vertical, sobre os quais se dispõem, de forma equidistante e
tensionados, até 72 fios diamantados, que realizam um movimento rotatório em torno
dos suportes.
O processo de corte desse equipamento se dá pela ação abrasiva das pérolas
diamantadas que estão dispostas ao longo de um fio, semelhante à técnica já descrita
na extração de blocos (Capítulo 6). Durante a etapa de corte é adicionado um fluxo
constante de água para manter a refrigeração das pérolas, evitando assim, que as
mesmas percam o poder de corte, conforme ilustrado na Figura 7.7.
É de conhecimento que a rugosidade final das placas obtidas nos teares
multifios é bem menor que a dos teares multilâminas. Em princípio é positivo para a
regularização da superfície das placas, uma vez que permite suprimir as três primeiras
etapas processadas com abrasivos mais grossos (24, 36 e 60 mesh), gerando cerca de
30% de economia no polimento e menor quantidade de resíduos industriais.
Esta evolução foi benéfica no tocante à etapa de polimento de placas, mas
acarretou um problema na fixação das placas com as argamassas. Como já
mencionado, o assunto será tratado com detalhe no Capítulo 8, principalmente em
rochas graníticas, onde a porosidade é baixa (< 3%) e não permite a aderência por
78
penetração da argamassa (ancoragem), ficando restrita às ligações físico-químicas
entre a argamassa e os minerais constituintes da rocha.
(A)
(B)
Figura 7.7 – (A) Tear multifios diamantados (B) Detalhe mostrando na parte superior os
fios diamantados e abaixo as chapas obtidas pelo corte do bloco.
Fontes:
http://www.cimef.com.br/pt/prod_teares_multifio_vb_42.php#prettyPhoto;
http://inventory.granibras.com.br/AboutUs.aspx
Chiodi Filho (2017) comenta que em 2011 registrou-se o início de uma profunda
mudança tecnológica no parque brasileiro de beneficiamento de chapas, pela
substituição dos teares multilâminas de aço por teares multifio diamantados.
79
Como referência o ano de 2015, a capacidade instalada do parque brasileiro
de beneficiamento em termos de serragem e polimento de chapas foi de cerca de 93
milhões m², a partir de rochas extraídas em blocos e caracterizadas por gerarem a
maior parte dos denominados produtos de processamento especial. Conforme
explicitado por Chiodi Filho (2017) o corte de blocos envolve os já referidos teares
multilâminas convencionais, os teares multilâminas diamantados (para beneficiamento
de mármores) e uma participação já dominante de teares multifios diamantados, com
aproximadamente 320 unidades em operação (100 dos teares de fabricação
nacional). Esta pujança coloca o Brasil como maior e melhor produtor mundial de
chapas, além de possuir o maior parque mundial de teares multifios diamantados.
Chiodi Filho (2017) comenta ainda a previsão de que até 2020, visando as
demandas internas e do mercado internacional, a capacidade brasileira de serragem
poderá superar 120 milhões m²/ano, com cerca de 80% dessa capacidade
representada por teares multifios diamantados. O referido autor registra ainda que os
estimados 800 teares multilâminas de aço operantes no Brasil em 2015, possam ser
substituídos por não mais de 200 tares multifios diamantados, considerando-se os
modelos de até 80 fios já ofertados no mercado, além de 50 teares multilâminas
diamantados e outros 50 talha-blocos.
7.2. POLIMENTO DE CHAPAS
O polimento das rochas é realizado por meio da ação de ferramentas abrasivas
que eliminam as superfícies rugosas das chapas, herdadas na etapa antecessora
(serragem), para se atingir o brilho desejado. É realizado por equipamentos
denominados politrizes (Figura 7.8), que dispõe de cabeçotes (satélites) rotativos onde
são fixados os rebolos abrasivos e aplicados sob pressão e em movimentos circulares
sobre a superfície da chapa.
Quando feito em rochas comuns é uma etapa subseqüente à serragem. No
entanto em se tratando de rochas frágeis, como os materiais exóticos (pegmatitos,
quartzitos, etc.), há necessidade de receber reforço antes de serem polidas devido à
sua fragilidade mecânica.
80
7.2.1 Polimento de Rochas Comuns
Esse processo industrial é realizado em três etapas consecutivas: desbaste,
polimento e lustro. Na primeira etapa são utilizados abrasivos de granulometria mais
grossa (24, 36 e 60 mesh), depois vem o polimento propriamente dito utilizando uma
seqüência de abrasivos mais finos (120 ao 1.200 mesh) e, finalmente, a lustragem da
chapa. Para refrigeração do processo e limpeza da chapa ao longo do polimento,
utiliza-se um fluxo constante de água.
Figura 7.8 - Politriz automática em operação. Observar no canto direto/inferior a saída
das chapas que já passaram pelo processo de polimento. Fonte: Rochas de Qualidade
(2016d).
Em resumo, o beneficiamento de rochas ornamentais é feito basicamente com
o uso de abrasivos e, neste aspecto, a resistência ao desgaste pode ser considerada
parte de um sistema tribológico, sendo influenciada por vários parâmetros, dentre eles
o tipo de abrasivo, as propriedades da rocha e as variáveis operacionais do
equipamento de desgaste.
Esta premissa motivou o Grupo de Tecnologia de Rochas (GTR) da Área de Pósgraduação em Geotecnia da EESC/USP em buscar uma aplicação pioneira das bases
conceituais da Tribologia (ramo do conhecimento amplamente difundido nas
Engenharias Mecânicas e de Materiais) no polimento de granitos ornamentais.
Foram concluídas uma tese de doutorado pelo Geólogo Leonardo Silveira (2007)
e três dissertações de mestrado pelas arquitetas Damares Carvalho (2010) e Márcia
81
Neves (2010) e pelo tecnólogo Phillipe Fernandes de Almeida (2014), que serviram de
base para vários trabalhos publicados e apresentados em congressos. A pesquisa mais
recente acima referida tratou de um estudo comparativo de simulações entre o
polimento de granitos utilizando abrasivos magnesianos e resinóides.
Para atender ao objetivo de verificar as variáveis que influem no polimento, sob
a ótica de um tribossistema composto pela rocha, abrasivos e condições operacionais,
foi desenvolvido por Silveira (2007) um equipamento que possibilitou a simulação
laboratorial do polimento de forma mais próxima da real, tendo como base os
fundamentos do ensaio de abrasão “pin-on-disk”, regido pela norma ASTM G 99-04, o
qual é usado para medir a resistência ao desgaste abrasivo de ligas metálicas.
Diferentemente
do
ensaio
“pin-on-disk”,
no
equipamento
denominado
“Simulador de Polimento de Rochas – SPR” há uma inversão de papéis na qual a
amostra de rocha é colocada no prato giratório e o abrasivo na forma de um pino é
pressionado sobre a amostra, produzindo um sulco de polimento como ilustrado na
Figura 7.9.
Figura 7.9 - Corpo-de-prova de granito submetido ao ensaio no SPR (modificado de
Almeida & Ribeiro, 2013).
As pesquisas pioneiras utilizando o SPR (Figura 7.10) foram realizadas durante o
doutorado de Silveira (2007) por meio de simulações de polimento de rochas
“graníticas” submetidas à combinações de carga, velocidade e tempo de exposição
em 10 etapas de beneficiamento utilizando abrasivos magnesianos. Utilizando essas
variáveis, este autor concluiu que situações operacionais distintas influem de forma
82
diferente em cada tipo de rocha. A princípio, o maior consumo de abrasivo redunda
em uma melhor qualidade do produto obtido, visto que sugere uma melhor (ideal)
interação entre o abrasivo e a rocha. A relação entre as perdas de massa da rocha e
do abrasivo mostrou a situação mais adequada em termos de variáveis do processo,
no qual se obtém a melhor qualidade e ao mesmo tempo o menor custo.
(B)
(5) (6)
(4)
(7)
(C)
(D)
(8)
(E)
(A)
(3)
(1)
(2)
Figura 7.10 – Descrição geral do “SPR”: (1) Chave Geral; (2) Dispositivo para saída de
água; (3) Reostato; (4) Marcador de tempo; (5) Amperímetro; (6) Tacômetro;
(7) Mangueira d’água; (8) Prato giratório. (A) Torre; (B) Haste; (C) Pesos; (D) Amostra de
Rocha e (E) Dispositivo para colocação do abrasivo. Fonte: Silveira et al. (2004).
Nas análises do comportamento das diferentes rochas submetidas a solicitações
idênticas de desgaste foram definidos dois tipos principais de rugosidade: a de menor
amplitude (rugosidade mineral- RM) e a de maior amplitude, que reflete contatos entre
minerais (rugosidade de contato- RC), conforme ilustrado na Figura 7.11.
Figura 7.11 – Exemplo dos dois tipos de superfícies possíveis de visualização nos perfis de
rugosidade das rochas estudadas (Silveira, 2007).
83
Os resultados mostram que diferentes rochas respondem de modo específico,
em função de suas características intrínsecas, às solicitações impostas pelo conjunto
abrasivo-politriz. Ao longo de todas as etapas de polimento para as três rochas
estudadas, RM foi a rugosidade que realmente apresentou diminuição, tendo RC
apresentado pouca variação. O grau de heterogeneidade da rocha em muito
condiciona RC. Na prática, a operação de polimento visando a diminuição destes
tipos de irregularidades é um passo importante para a melhoria da previsão dos custos
e da qualidade do polimento industrial.
No decorrer dos experimentos laboratoriais, alguns problemas no manuseio do
SPR como vibrações, deslizamento dos corpos de prova no prato giratório, má fixação
do rebolo abrasivo, controle de velocidade da politriz entre outros, foram resolvidos
com modificações que resultaram em maior precisão e praticidade aos ensaios. Estas
modificações foram executadas durante o desenvolvimento dos Mestrados de
Carvalho (2010) e de Neves (2010) e possibilitaram melhores condições no estudo de
polimento ainda utilizando abrasivos magnesianos, em função das diferenças
petrográficas (estruturas, texturas e composição mineral) e das propriedades físico
mecânicas dos granitos.
Tipos diferentes de rochas responderam de formas distintas ao processo de
polimento. É indispensável, portanto, o conhecimento da petrografia e das
características tecnológicas dentro do sistema tribológico (rocha, abrasivo e as
condições operacionais) para diminuir o empirismo que se verifica na “Indústria da
Pedra”.
Nos ensaios realizados, as análises das diferentes respostas das rochas em nove
combinações de polimento relacionaram carga sobre o abrasivo, velocidade de
rotação e tempo gasto em cada etapa abrasiva. Com o monitoramento do ganho de
brilho e da perda de massa nas várias etapas do processo foi possível estabelecer as
condições ideais, tanto operacionais quanto econômicas para o polimento das rochas
estudadas. Já as adaptações efetuadas no SPR equipamento possibilitaram, como já
mencionado, maior precisão e praticidades nas medidas do polimento para alcançar
o brilho acima de 70% que é o exigido para a comercialização de placas polidas de
rochas.
84
A pesquisa de mestrado de Almeida (2014) tratou do estudo comparativo entre
polimento de granitos efetuado com dois tipos de abrasivos: o tradicional magnesiano
e o resinóide, de uso mais recente. Alguns resultados sobre estes abrasivos foram
publicados no 4º Congresso Brasileiro de Rochas Ornamentais (2012) e no 14º
Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental (2013).
Neste último trabalho foram realizados ensaios laboratoriais em duas rochas
“graníticas” no SPR, visando entender a interação entre rocha e estes abrasivos no
processo de polimento. Em princípio, a simulação com abrasivos resinóides
promoveram uma melhor qualidade na superfície polida (Figura 7.12), uma vez que
trata-se de um abrasivo que tem um maior poder de abrasão, consequência de sua
composição com diamantes sintéticos.
(A)
(B)
Figura 7.12 – Detalhe de faixa de polimento para a sequência de abrasivos
magnesianos (A) e resinóides (B); Almeida & Ribeiro (2013).
Considerando as simulações com a rocha que apresentava granulação grossa,
textura inequigranular, com megacristais de feldspatos com até mais de 50 mm
irregularmente distribuídos e envoltos por matriz quartzo-feldspática e pouca mica
indicaram uma certa limitação do ponto de vista de representatividade do
equipamento SPR no desgaste abrasivo, onde a área de contato do pino abrasivo
sobre a rocha é muito menor que a do rebolo abrasivo, não representando
necessariamente a realidade do polimento industrial de granitos com mineralogia e
textura similares.
A experiência adquirida nestes ensaios e a consequente interpretação dos
resultados possibilitaram o aprimoramento de técnicos e de alunos de pós-graduação
85
no que se refere a estudos do desbaste e do polimento de materiais pétreos, porém
com limitações ao uso do SPR em rochas graníticas de textura grossa.
De uma maneira geral, o polimento na Indústria da Pedra inclui ainda um
processo designado resinagem que é aplicado sobre a superfície das chapas em
determinados tipos de materiais por razões técnicas e/ou estéticas.
As rochas submetidas a este processo são aquelas que apresentam uma
quantidade elevada de microfissuras, como os materiais exóticos (pegmatitos,
quartzitos, etc.) e outros materiais não tão frágeis. Como a resinagem também destaca
a cor da rocha, alguns materiais que não apresentam descontinuidades físicas, mas
possuem boa comercialização também são submetidos ao processo para obter
valorização estética.
A resinagem consiste na aplicação de um sistema epóxi sobre a superfície da
chapa a ser polida que, quando curado, proporciona o aumento da resistência
mecânica e química (contra agressões intempéricas) da rocha através do
preenchimento de seus poros e microdescontinuidades. Como consequência da
redução da porosidade, a chapa resinada também terá seu padrão cromático
realçado e poderá exibir o máximo de brilho possível após passar pelo processo de
polimento completo.
De forma resumida, a resinagem se dá em três etapas: secagem das chapas
polidas, aplicação do sistema epoxídico e cura. O processo pode ser manual ou
completamente automatizado (comum apenas nas grandes indústrias). No sistema
manual, as chapas podem ser desumidificadas em forno automático ou com
maçaricos de gás GLP. Nos fornos automáticos, além da maior produtividade, há a
vantagem da garantia quanto à retirada de umidade das chapas, fundamental para
a adesão do sistema epóxi. A temperatura de secagem nos fornos é de 70º C.
Após secas, as chapas são movimentadas e dispostas horizontalmente em
bancadas onde irão receber o sistema epóxi na superfície polida. Este sistema é
constituído pela mistura de uma resina epoxídica e um endurecedor em proporções
de peso que variam de acordo com o tipo de material e as indicações do fabricante.
As partes de resina e catalisador devem ser pesadas em balança eletrônica e bem
86
homogeneizadas, sendo que o consumo da mistura pode variar de 80 a 150 g/m² em
função do material (quanto mais fissurado, maior a quantidade da mistura). Em
seguida a mistura é espalhada com um rolo ou desempenadeira de aço por toda
superfície da chapa ainda quente (Figura 7.13).
Depois de espalhado o sistema epoxídico, normalmente espera-se um tempo
médio de 3 horas até que a chapa possa ser colocada em cavaletes (pré-secagem),
dando-se a cura total em 72 horas, quando a chapa poderá retornar para a
finalização do polimento (lustro).
Figura 7.13 – Chapas de granito submetidas ao processo de resinagem. Fonte:
http://www.margilgranitos.com.br/pagina.php?tag=resinagem
7.2.2 Polimento de Rochas Frágeis
O processo de telagem (reforço) é realizado nas chapas dos materiais
denominados comercialmente “exóticos”, como os pegmatitos, em função de sua
fragilidade mecânica principalmente quanto aos esforços fletores. Esse procedimento
é necessário para evitar quebras ou trincas durante o processo de acabamento ou no
transporte.
Apesar de mecanicamente frágeis, os materiais exóticos possuem grande apelo
estético, de forma que o reforço viabiliza sua comercialização, inserindo-os no
mercado com alto valor agregado.
87
A telagem consiste basicamente da aplicação do sistema epóxi e uma tela de
fibra de vidro no tardoz da chapa (superfície contrária à que receberá o
acabamento). Nesse caso, além de preencher as microfissuras, o sistema epóxi
também atua como agente colante da tela, dentro do conjunto de reforço.
O processo ocorre de forma semelhante à resinagem, com a desumidificação
das
chapas
em
fornos,
previamente
ao
tratamento.
O
sistema
epóxi
(resina/catalisador) é então dosado e misturado de acordo com as características do
material a ser telado. Em seguida, a mistura é espalhada no tardoz da chapa e é
aplicada a tela de fibra de vidro, conforme ilustra a Figura 7.14. O processo de cura do
sistema epóxi leva 24 horas, quando a chapa poderá seguir para o polimento.
Figura 7.14 – Processo de telagem de chapas de rochas em uma grande indústria de
Cachoeiro de Itapemirim – ES.
Fonte: https://i.ytimg.com/vi/lY7MkAdYr6A/maxresdefault.jpg
A análise do processo de telagem de chapas de materiais exóticos é tratada
na pesquisa de doutorado da tecnológa Abiliane de Andrade Pazeto que se encontra
em conclusão na Área de Pós-Graduação em Geotecnia da EESC-USP. O estudo tem
como escopo quantificar o aumento de resistência efetivo proporcionado por essa
técnica, bem como propor outras técnicas de reforço.
88
Pazeto & Paraguassú (2012, 2014) relataram que corpos de prova reforçados
com tela de fibra de vidro apresentaram um aumento de resistência de apenas 15%, já
os reforçados com sistema de canaletas preenchidas com compósito de sisal
apresentaram um ganho de mais de 25% quando comparados à rocha sem reforço.
Outra vantagem da técnica proposta é a substituição da fibra de vidro pela vegetal,
que além de apresentar excelente interação com a resina epóxi, é inofensiva à saúde
dos operadores da indústria.
Ressalta-se que os reforços dessa natureza servem não só para possibilitar a
comercialização de materiais exóticos, mas também para outros tipos de rocha que
necessitam de maior resistência à flexão, como no caso dos trabalhos de Moreiras e
Paraguassú (2012) e Moreiras et al. (2012; 2013a,b; 2015) e que estudam a viabilidade
do emprego de placas de rocha que ao mesmo tempo tem as funções estrutural e
para revestimento.
Após
o
acabamento
superficial
as
placas
são
cortadas
com
discos
diamantados nas dimensões comerciais, para usos em diversas aplicações tais como
pisos, revestimentos de paredes, tampos de mesas, balcões, entre outros.
A título de informação complementar sobre corte de placas de rochas,
encontra-se em conclusão pesquisa de doutorado “Corte de jato com jato d’água
abrasivo – uma abordagem baseada em energia” desenvolvida pela geóloga Paula
Bruno Arab no Programa de Pós-Graduação em Geotecnia da EESC/USP.
O jato d’água abrasivo consiste em uma técnica de corte versátil que tem sido
efetivamente aplicada ao corte de rochas desde meados da década de 1980. A
capacidade de corte de materiais resistentes decorre da velocidade adquirida pelo
jato, velocidade esta que em sistemas industriais convencionais pode alcançar 1000
m/s. Para isso, a água é mantida altamente pressurizada no interior da máquina,
percorrendo uma tubulação até atravessar um orifício de pequeno diâmetro (<0,5
mm) responsável por transformar a energia potencial da água pressurizada em energia
cinética, produzindo um jato d’água de alta velocidade. A Figura 7.15 apresenta um
fluxograma básico do funcionamento do jato d’água abrasivo.
89
Figura 7.15 – Composição esquemática de operação da máquina de corte com jato
d’água abrasivo (modificado de KULEKCI, 2002).
O mecanismo envolvido no corte jato d’água abrasivo compreende dois
circuitos principais: o circuito d’água e o circuito de óleo. Após a etapa de filtração
d’água, uma bomba de reforço mantém a água sob baixa pressão para que seja
garantido um fluxo contínuo através do intensificador, um tipo de bomba hidráulica
responsável pela amplificação da pressão d’água (geralmente até 500 MPa). O óleo
também é mantido sob baixa pressão para garantir a alimentação constante do
sistema e é responsável pela movimentação do pistão do intensificador. Após a
amplificação da pressão, a água atravessa o atenuador, que é uma válvula cuja
finalidade é a redução das flutuações de pressão no interior da máquina, garantindo,
assim, um fluxo consistente e estável através da tubulação da máquina. A água
pressurizada então chega à cabeça de corte, cuja função é gerar o jato d’água
através de um orifício de pequeno diâmetro, além de inserir o abrasivo no sistema.
Logo que o jato d’água é formado, sua alta velocidade provoca a sucção do material
abrasivo, que se encontra em um reservatório conectado ao sistema. Em seguida, há a
homogeneização do jato d’água e do abrasivo no interior do bocal, gerando o jato
d’água abrasivo que, após cortar a rocha, é absorvido por um tanque d’água a fim de
se evitar o dano de outras superfícies abaixo do alvo. A Figura 7.16 apresenta
detalhadamente os principais componentes do cabeçote de corte.
90
Figura Y – Cabeçote de corte e seus principais componentes (FLOW, 2012).
O impacto do jato d’água abrasivo na superfície da rocha leva à geração e
propagação localizada de fissuras, mecanismo principal responsável pelo corte. Um
processo erosivo também contribui para a desagregação da rocha em locais onde o
jato perde energia, ou seja, com o aumento da profundidade de corte e nos limites
laterais do corte.
Como principais vantagens da técnica, pode-se citar: o ótimo acabamento das
peças devido à não-propagação (ou propagação mínima) de fissuras além dos limites
cortados; a baixa temperatura de corte em comparação ao corte mecânico,
evitando-se danos termais; a possibilidade de corte em diversos formatos, já que o
bocal é guiado por software CAD/CAM; a espessura do corte é muito pequena (ao
redor de 2 mm), portanto somente um pequeno volume de material é perdido. Em
contrapartida, a principal desvantagem encontra-se no fato de que o corte de peças
muito espessas deixa de ser preciso, pois o jato dissipa boa parte de sua energia com a
profundidade, gerando uma superfície ondulada que possui acabamento de
qualidade inferior (MOMBER & KOVACEVIC, 1998).
91
8 SISTEMAS ADERENTES DE COLOCAÇÃO DAS PEDRAS
O processo mais tradicional de assentamento de pedras emprega
argamassa no dorso das placas, sendo conhecido também como sistemas
aderentes.
Apesar das excelentes características estéticas e de durabilidade, as rochas
quando aplicadas em pisos e em revestimentos de paredes internas e externas
requerem cuidados especiais quanto aos procedimentos de execução e ao tipo de
argamassa utilizada. Pode ocorrer o descolamento de placas por má aderência às
argamassas ou por manifestações patológicas rocha/argamassa.
Na maioria das vezes, o assentamento (fixação) é processado de maneira
empírica e sem o conhecimento do tipo de rocha, pois inexistem especificações
metodológicas para as argamassas utilizadas na fixação.
Até pouco tempo o uso das rochas era restrito às construções luxuosas,
ultimamente está mais difundido e registra um acréscimo no consumo residencial
de rochas para pisos e revestimentos não só pelas suas qualidades e efeito estético,
mas também pelo preço acessível. Isto resultou no aumento do uso de argamassa
para a fixação e implica, portanto, na necessidade de estudos mais detalhados
sobre as composições das argamassas para atender a grande variedade de tipos
de rochas existentes nos mercados interno e externo (hoje mais de 1.200 tipos
comercializados).
Estas constatações motivaram o desenvolvimento de pesquisas sobre a
fixação de placas de rochas com argamassas colantes em pisos e paredes pelo
Grupo de Tecnologia de Rochas (GTR) da Área de Pós-Graduação em Geotecnia
da EESC/USP, que resultaram em dois programas de mestrado, um da engenheira
Lizandra Nogami (2007) e outro da arquiteta Karen Grillo (2010), além de um
doutorado (2013) da referida engenheira, servindo de base para outros estudos que
se encontram em trabalhos publicados e apresentados em congressos.
8.1 ARGAMASSAS COLANTES
Nos revestimentos de edificações podem ser utilizados vários materiais, dentre
eles, placas cerâmicas e de rochas. Existem várias pesquisas, normas e
92
especificações para a fixação de material cerâmico, o que não ocorre quando se
trata de placas de rocha.
As placas cerâmicas ou de rochas podem ser fixadas com argamassas
comuns, compostas de cimento, areia e cal, feitas em canteiros de obras ou com
argamassas colantes, que atualmente são as mais usadas por oferecem maior
qualidade, rapidez e homogeneidade no processo de fixação, razões pelas quais
torna-se importante o seu estudo.
As argamassas colantes são produtos industrializados e comercializados na
forma de pó, constituídos de cimento Portland, agregados minerais e aditivos
químicos. Quando misturados com água, formam a massa viscosa, plástica e
aderente que é empregada no assentamento de placas para revestimento. As
composições das argamassas colantes variam conforme o fabricante e a finalidade
que se destina. Elas podem ser classificadas de acordo com seu desempenho nos
ensaios de tempo em aberto (NBR 14081- Parte 3; 2012a), deslizamento sobre o
cordão (NBR 14081- Parte 5; 2012b) e arrancamento (NBR 14081- Parte 4; 2012c). São
representadas, segundo a norma NBR 14081- Parte1(2012d), pelas seguintes siglas:
ACI
– Interior: Argamassa com características de resistência às
solicitações mecânicas e térmicas/higrométricas típicas de revestimentos
internos, com exceção daqueles aplicados em saunas, churrasqueiras,
estufas e outros revestimentos especiais. O tempo em aberto deve ser no
mínimo de 15 minutos;
ACII – Exterior: Argamassas com características de adesividade que
permitem absorver os esforços existentes em revestimentos de pisos e
paredes externas, decorrentes de ciclos de flutuação térmica e
higrométrica, da ação de chuva e/ou vento, da ação de cargas como
as decorrentes do movimento de pedestres, em áreas públicas, e de
máquinas ou equipamentos leves sobre rodízios não metálicos. O tempo
em aberto deve ser no mínimo de 20 minutos;
ACIII – Alta Resistência: Argamassa que apresenta propriedades de modo
a resistir a altas tensões de cisalhamento nas interfaces substrato/adesivo
e placas cerâmicas/adesivo, juntamente com uma aderência superior
entre as interfaces em relação às argamassas dos tipos I e II. São
especialmente indicadas para usos em saunas, piscinas, estufas, entre
outros ambientes. O tempo em aberto deve ser no mínimo de 20 minutos;
93
ACIIIE – Especial: Semelhantes ao tipo III, porém com o tempo em aberto
estendido. O tempo em aberto deve ser no mínimo de 30 minutos.
Como já ressaltado, quando se estuda a fixação de placas de rocha com
argamassas há escassez de informações, sobretudo no que se refere ao uso de
argamassas colantes. Ainda que esta seja uma técnica muito utilizada, faltam
normas e especificações que orientem uma boa aplicação. Dessa maneira, o que
se faz na prática é adotar a NBR 14081- Parte 4 (ABNT, 2012c), desenvolvida para
cerâmicas.
8.2 RESISTÊNCIA À ADERÊNCIA DE ARGAMASSAS COLANTES
Alguns dos resultados mais relevantes de estudos desenvolvidos pelo Grupo
de Pesquisa em Tecnologia de Rochas da Área de Pós-Graduação em Geotecnia
da EESC/USP tratando da fixação de placas de rochas com argamassas colantes
que foram publicados como artigos completos em anais de congressos e revistas
indexadas serão a seguir apresentados.
A principal exigência de uma argamassa no estado endurecido é a
aderência ao substrato e/ou rocha. Por essa razão, foi determinada a resistência
das aderências à tração, correlacionando às forças de arrancamento com diversas
rugosidades e composições mineralógicas de vários tipos de rochas. NOGAMI et al.
(2008, 2009) obtiveram importantes resultados sobre a aderência de alguns
“granitos” com argamassa colante, comparando o valor da aderência de
diferentes rochas fixadas com três tipos de argamassas: argamassa de canteiro,
argamassa comercial (a mais utilizada) e uma argamassa colante para
porcelanatos desenvolvida por pesquisadores do Instituto de Arquitetura e
Urbanismo, USP – São Carlos (ALMEIDA & SICHIERE, 2006). Esta última foi utilizada
para rocha, por ter uma característica muito importante, ou seja, a boa aderência
para material de baixa porosidade (porcelanato).
Foram realizados ensaios de aderência por tração nas superfícies rugosa e
polida de corpos de prova de três tipos de granitos (rochas de baixa porosidade)
de grande aceitação comercial e os resultados mostraram a excelente qualidade
da argamassa colante desenvolvida em laboratório e que sua aderência está
relacionada à rugosidade da superfície expressa pelo parâmetro Rt (mm) e à
mineralogia destas rochas (Figura 8.1).
94
Figura 8.1 – Relação entre resistência de aderência à tração da argamassa colante
desenvolvida em laboratório e a rugosidade Rt (mm) da superfície dos corpos de
prova dos granitos ensaiados (Nogami et al.,2008).
Outro aspecto que deve ser considerado na aderência é o conteúdo
mineralógico da rocha. Nogami et al. (2009) realizaram ensaios de aderência com
os principais minerais constituintes dos ”granitos”, o quartzo e o feldspato. As
amostras destes minerais foram preparadas por secções de macro cristais conforme
ilustrado
na
Figura
8.2.
Observou-se
que
a
aderência
do
quartzo
é
aproximadamente 50% menor que a aderência do feldspato, informação
importante para relacionar a influência da mineralogia e dos componentes da
argamassa na fixação de alguns tipos de “granitos”.
(A)
(B)
Figura 8.2 – Preparação de amostras dos cristais para ensaios de arrancamento
(Nogami et al., 2009): (A) quartzo e (B) microclínio (feldspato).
Dando continuidade aos estudos, NOGAMI et al. (2012a) realizaram
comparações das aderências entre cinco tipos argamassas colantes. Uma
industrializada e específica para granitos e mármores, as outras preparadas em
laboratório partindo da composição da já referida argamassa para porcelanato.
Os ensaios de aderência foram feitos em oito tipos diferentes de rochas de grande
aceitação comercial. Todos os valores de aderência das argamassas colantes
experimentais foram superiores aos obtidos para a industrializada (por empresa líder
no setor) específica para granitos e mármores. Também foram investigados os
95
comportamentos da microestrutura dos conjuntos substrato-padrão, argamassa e
rocha.
Foram feitas também estudos em microscópio óptico e observaram-se
contatos nítidos entre a superfície dos corpos de prova e as argamassas, não
havendo borda de reação e nem penetração das argamassas na rocha. A
aderência apenas se processou no contato substrato padrão/argamassa (Figura
8.3).
(A)
(B)
Figura 8.3 – (A) Contato nítido rocha/argamassa sem borda de reação e
(B) Circunferência mostra o local onde se processou a ancoragem na interface
substrato padrão/argamassa. Modificado de Nogami et al. (2015).
Estes estudos comparativos ressaltaram que a aderência está relacionada às
características mineralógicas e à “rugosidade” das placas, mostrando que em
rochas de boa qualidade, principalmente as graníticas, a baixa porosidade (~0,3%)
não permite que a aderência das argamassas se processe por ancoragem, ficando
restrita às ligações eletroquímicas com os minerais presentes.
Isto significa que em placas de um determinado tamanho do mesmo tipo de
rocha os valores de aderência podem variar com a rugosidade da superfície
“tardoz” que entra em contato com a argamassa. Consequentemente maior
rugosidade maior superfície de contato com os minerais (maior número de ligações
eletroquímicas), portanto maior aderência. Essa rugosidade que é decorrente do
corte de blocos para obtenção das chapas, permanece na face não polida
(tardoz) da placa que é assentada sobre a argamassa.
NOGAMI et al. (2012b) apresentaram uma adaptação de ensaios (normas)
de cerâmicas para serem usados na fixação de placas de rochas em revestimentos
de pisos e paredes, considerando o fato de que inexistem normas que orientem a
boa aplicação de argamassas no assentamento de placas de rocha. Para os
96
conjuntos substrato padrão/argamassa/rocha foram comparados os seguintes
ensaios: tempo em aberto, flexibilidade e deslizamento, resistências de aderência à
tração e ao congelamento/degelo. Destaca-se que para a determinação da
resistência de aderência à tração foi realizada uma adaptação (aumento) do
número de corpos de prova ensaiados para fins de representatividade estatística.
Todas as argamassas estudadas apresentaram tempo em aberto dentro da norma,
as argamassas preparadas em laboratório foram mais flexíveis em relação à
argamassa industrializada e todas atenderam as especificações da norma para os
ensaios de deslizamento e de aderência.
No trabalho de NOGAMI et al. (2012b) encontram-se também resultados de
ensaios de congelamento e degelo, que é uma simulação do grupo dos ensaios
relativos à durabilidade de rochas. É um ensaio fundamental sempre que se
pretenda utilizar uma rocha em aplicações exteriores de regiões com clima que
inclua
períodos
regulares
com
temperaturas
negativas.
Trata-se
de
uma
constatação importante para uso de revestimentos em países de clima frio e, neste
caso, a argamassa colante que se mostrou mais adequada foi uma argamassa
preparada em laboratório com cimento branco, que sofreu um decréscimo de 10%
em sua resistência (Tabela 8.1).
Importante contribuição sobre a utilização de argamassas colantes para
fixação de placas é a pesquisa de Grillo et al. (2012), onde se encontram resultados
de aderência com 3 tipos de argamassas, duas industrializadas e uma desenvolvida
em laboratório, aplicadas em placas de mármore, quartzito e arenito. Os valores
obtidos para todas as rochas foram maiores para a argamassa produzida em
laboratório e bem superiores aos limites estabelecidos pela norma (Figura 8.4),
sendo que em algumas amostras as rupturas nos ensaios de arrancamento por
tração ocorreram na rocha, o que evidencia que as forças de atração geradas no
contato foram superiores à resistência da rocha.
A observação sob lupa da interface argamassa-rocha dos corpos de prova
de arenito que foram assentados com a argamassa industrializada (Figura 8.5)
evidenciou um processo de “ancoragem” (aderência mecânica) representada
pela intrusão da argamassa nas reentrâncias do contato que juntamente com as
saliências conferem a rugosidade desta rocha.
97
Tabela 8.1 – Resultados dos ensaios de congelamento /degelo. Fonte: Nogami et al.
(2012b).
Argamassa
AI
AP
A1
A2
A3
RTA (MPa)
Antes
Depois
Variação (%)
Antes
Depois
Variação (%)
Antes
Depois
Variação (%)
Antes
Depois
Variação (%)
Antes
Depois
Variação (%)
CA
1,96
0,76
61,2
3,08
1,53
50,3
3,23
1,94
39,9
2,72
2,43
10,7
2,52
1,78
29,7
AO
1,92
0,74
61,5
2,95
1,49
49,5
2,65
1,60
39,6
2,58
2,31
10,5
2,39
1,69
29,4
VB
1,65
0,73
55,8
2,85
1,41
50,5
2,40
1,46
39,2
2,52
2,23
11,5
2,34
1,63
29,3
Rocha
PSG
VL
1,60 1,55
0,72 0,68
55,0 56,1
2,66 2,65
1,32 1,26
50,4 52,5
2,30 2,20
1,40 1,30
39,1 40,9
2,40 2,20
2,12 1,99
11,7
9,5
2,13 2,01
1,48 1,43
30,3 30,5
AF
1,51
0,68
55,0
2,52
1,25
50,4
2,08
1,25
39,9
2,19
1,98
9,6
2,00
1,40
28,9
PI
1,50
0,61
59,3
2,51
1,25
50,2
1,86
1,11
40,3
2,16
1,93
10,6
1,76
1,26
30,0
JR
1,44
0,49
66,0
2,14
1,10
48,6
1,74
1,05
39,7
1,74
1,59
8,6
2,52
1,78
28,4
LEGENDA: AI- Argamassa industrializada; AP- Argamassa para porcelanato;
A1/A2/A3 – desenvolvidas em laboratório com base da composição de AP; RATResistência de aderência à tração; Rochas estudadas: CA- Cinza Andorinha; AOAmarelo Ornamental; VB- Vermelho Brasília; PSG- Preto São Gabriel; VL- Verde
Labrador; AF- Azul Fantástico; PI- Preto Indiano; JR- Jacarandá Rosado).
Figura 8.4 – Valores médios das resistências da aderência à tração das rochas e
argamassas estudadas e tipos de rupturas (Grillo et al., 2012).
98
Figura 8.5 – Ancoragem mecânica da argamassa industrializada com o arenito
(Grillo et al., 2012).
Como já exposto no Capítulo 7, é conhecido que a rugosidade final das
placas obtidas nos teares multifios é bem menor que a dos teares convencionais.
Na prática, a melhor qualidade superficial (menor rugosidade) das placas implica
em menores custos de polimento e de quantidade de resíduos do beneficiamento.
Esta evolução positiva quanto ao polimento industrial de placas implica em
problema quando da fixação das placas com argamassas colantes, principalmente
em granitos e rochas de porosidade similar (<3%) onde não ocorre aderência por
penetração da argamassa (ancoragem), ficando restrita às ligações físico-químicas
entre a argamassa e os minerais constituintes da rocha.
Este assunto ganha importância pela crescente e irreversível participação
dos
teares
com
multifios
diamantados
no
parque
industrial
brasileiro
de
beneficiamento, aliado à variedade significativa de rochas disponíveis no mercado,
bem como a inexistência de normas técnicas para assentamento de placas polidas
de rochas para revestimento.
Estas premissas motivaram a continuidade de estudos por pesquisadores da
Área de Tecnologia de Rochas do Departamento de Geotecnia da EESC/USP,
envolvendo inicialmente as relações entre a rugosidade de placas de rocha para
revestimento e sua aderência com diferentes tipos de argamassas colantes.
Na pesquisa piloto que se encontra em andamento a rocha selecionada foi
uma rocha gnáissica conhecida como “Jacarandá Rosado” de grande aceitação
comercial e também a disponibilidade de placas desta rocha com três faixas de
rugosidades: uma muito rugosa (similar a das chapas serradas em teares
99
multilâminas convencionais, outrora os mais difundidos na indústria), uma média e
outra mais lisa, similar à rugosidade superficial de chapas obtidas no corte com
teares multifios diamantados. Com base em estudos prévios e no trabalho de
Nogami et al. (2015), foram testados dois tipos de argamassas colantes (um
comercial e outro produzido em laboratório). Resultados preliminares de 54 ensaios
de resistência de aderência à tração (RAT) indicaram valores médios de 1,39 MPa e
1,16 MPa, respectivamente, para as rugosidades maior e menor dos corpos de
prova assentados com a argamassa industrial, representando um decréscimo de
aproximadamente 17 % na RAT. Também se confirmou esta tendência com a
argamassa produzida em laboratório, mas com valores de aderência notadamente
melhores, como exemplo a RAT de 1,93 MPa nos CPs com superfície de contato
mais rugosa. Aspectos importantes verificados nos ensaios de aderência com
argamassa laboratorial são apresentados nas Figuras 8.6 e 8.7.
Figura 8.6 – Aspecto do substrato padrão com corpos de prova medianamente
rugosos, depois de realizados os ensaios de arrancamento. No detalhe, observar
que a ruptura ocorreu na rocha.
100
Figura 8.7 – Vista parcial do substrato padrão com corpos de prova rugosos, depois
de realizados os ensaios de arrancamento. No detalhe, observar que a ruptura
também ocorreu na rocha.
8.3 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NA ADERÊNCIA DE ARGAMASSAS COLANTES
Sendo este um assunto ainda pouco conhecido, Ribeiro et al. (2015)
estudaram o efeito da variação da temperatura na aderência de placas de granito
assentadas com argamassas colantes em revestimentos externos de pisos e
paredes.
A rocha selecionada foi um sienogranito de grande aceitação comercial,
conhecida
como
Vermelho
Capão
Bonito,
com
excelentes
qualidades
tecnológicas e alto valor estético. Os ensaios de resistência de aderência à tração
por arrancamento foram realizados segundo as técnicas desenvolvidas para
materiais cerâmicos, tendo em vista a falta de normas para rochas de revestimento.
Corpos de prova com diâmetro de 3 cm foram assentados com dois tipos de
argamassas (uma comercial fabricada por empresa líder no setor e outra
desenvolvida em laboratório) em substratos padrões. Após a cura de 28 dias em
temperatura ambiente (23°C) e na umidade relativa de 65% foram realizados os
ensaios de aderência nas seguintes temperaturas: 23ºC, 30°C, 40°C, 50°C e 60°C
(controladas por termopares colocados nas interfaces argamassa/rocha). Um
esquema ilustrativo destes procedimentos é ilustrado na Figura 8.8.
101
(A)
(B)
(C)
(D)
Figura 8.8 – (A) Aspecto macroscópico do sienogranito “Vermelho Capão Bonito”;
(B) Posicionamento e (C) Fixação dos corpos de prova nos conjuntos argamassa /
substrato padrão; (D) Detalhe mostrando a pastilha metálica “P” colada à rocha e
conectada ao equipamento utilizado nos ensaios de aderência. Modificado de
Ribeiro et al. (2015).
Os resultados expressos na Figura 8.9 indicaram um decréscimo de 42 a 48%
nos valores de aderência com o aumento da temperatura, variando de 1,92 a 1,12
MPa para a argamassa comercial e de 2,04 a 1,13 MPa para a desenvolvida em
laboratório. Entretanto, os valores de aderência ainda foram superiores a 1 MPa,
limite requerido pela norma para placas cerâmicas. Constatou-se que a variação
de temperatura parece exercer importante influência na diminuição da aderência,
abrindo perspectivas importantes de experimentos com outros tipos de granitos
para estudar desplacamentos e patologias que ocorrem em revestimentos externos
feitos com placas destes materiais.
O fato dos resultados obtidos por Ribeiro et al. (2015) mostrarem
comportamentos similares aos verificados em estudos prévios com materiais
cerâmicos, motivou a continuidade de pesquisas relacionando a perda de
aderência de placas de granitos com a temperatura medida na interface
argamassa colante – rocha.
102
(A)
(B)
Figura 8.9 - Gráficos dos resultados de resistência de aderência à tração (RAT) versus
temperatura para argamassas colantes industrializada (A) e laboratorial (B).
Modificado de Ribeiro et al.(2015).
No momento, se encontram em fase de conclusão estudos que seguiram o
mesmo roteiro experimental adotado por Ribeiro et al. (2015), mas estendendo os
testes para outros três tipos de rochas comercialmente conhecidas como “Branco
Desireé”, “Vermelho Capão Bonito” e “ Cinza Andorinha”, as quais foram
assentadas com três tipos de argamassas colantes, uma industrial e outras duas
laboratoriais, estas de melhor desempenho conforme já destacado por Nogami et
al. (2012a,b). Resultados preliminares de aproximadamente 250 ensaios com
conjunto de amostras submetidas a diferentes temperaturas (23ºC, 30°C, 40°C, 50°C
e 60°C) indicam, para todas as rochas e todas as argamassas colantes testadas um
decréscimo da resistência de aderência à tração com o aumento da temperatura.
Trata-se de informações importantes uma vez que é um fenômeno comum
em argamassas cimentíceas quando submetidas a variações de temperatura,
similares às condições naturais de insolação e de resfriamento em revestimentos
externos de pisos e paredes com placas de rocha. Com a devida interpretação das
informações obtidas no referido programa experimental espera-se um melhor
entendimento da influência da temperatura em sistemas aderentes de placas de
rochas com argamassas colantes, ampliando perspectivas importantes de
pesquisas na área de assentamento de rochas.
103
9 SISTEMAS NÃO ADERENTES DE COLOCAÇÃO DAS PEDRAS
Prof. Dr. Sérgio Trajano Franco Moreiras
Os sistemas não aderentes de fixação com placas de rocha racionalizam a
execução dos revestimentos, pois eliminam o uso da argamassa. A placa
geralmente é fixa na região das arestas, o dorso fica livre e ela é submetida a
esforços de tração na flexão na superfície contrária ao carregamento.
Dentre
os
diversos
sistemas
não
aderentes
de
fixação,
três
serão
apresentados: as fachadas ventiladas fixadas com inserts metálicos tipo “pino”, os
pisos elevados apoiados pelos quatro cantos em pedestais de polipropileno e as
lajes estruturais simplesmente apoiadas pelas quatro extremidades.
Os dois primeiros foram introduzidos no Brasil no final da década de 80 e são
amplamente empregados em edifícios de alto padrão. O terceiro tipo, as lajes
estruturais, ainda não é de emprego sistemático no Brasil. A principal vantagem das
lajes estruturais com rochas é que elas exercem ao mesmo tempo função estrutural
e de revestimento. É um sistema bem mais racional comparado aos métodos
tradicionais que empregam blocos cerâmicos, vigas pré-moldadas de concreto,
concreto, argamassa e materiais para o revestimento do piso.
Outras utilizações de placas de rocha em sistemas não aderentes além das
mencionadas são: as divisórias internas de edifícios comerciais e painéis para
vedação exterior. Este último ainda de uso incipiente com placas de “granitos”, é
amplamente empregado com placas cimentíceas pré-moldadas.
Serão apresentados, resumidamente, os resultados obtidos da dissertação de
mestrado (2005) e da tese de doutorado (2014) do engenheiro Sérgio Trajano
Franco Moreiras, desenvolvidas na Área de Pós-Graduação em Geotecnia da EESCUSP, assim como dos trabalhos apresentados em congressos e publicados em
revistas.
9.1 FACHADAS VENTILADAS
O termo “fachada ventilada” refere-se às fachadas com fixação por
componentes metálicos em que é permitida a circulação de ar no interior do
104
sistema. Quando esta circulação não é permitida a definição encontrada na
literatura que melhor se enquadra é “fachada cortina”.
Nos sistemas de fixação com inserts metálicos em fachadas a placa de rocha
fica destacada da estrutura da edificação, formando no seu dorso uma camada
de ar, que é responsável pelo efeito de isolamento térmico, principalmente quando
é permitida a circulação de ar no interior do sistema (Figura 9.1). Outras vantagens
são a estanqueidade à água e a proteção do edifício contra agentes agressivos
intempéricos.
b
d
a
c
Figura 9.1 – Sistema de revestimento de fachadas com placas de rocha, onde: (a)
estrutura da edificação; (b) insert; (c) placa de rocha e (d) colchão de ar. Fonte:
Moreiras (2.005).
Esse
sistema
permite
ainda
uma
racionalização
das
atividades
de
construção, porque dispensa o uso de argamassas, tornando a obra mais limpa,
com menor geração de resíduo e sem a morosidade inerente aos processos
tradicionais de assentamento de placas.
9.1.1. Breve Histórico
As termas de Caracalla, construídas entre os anos de 212 e 217 d. C., em
homenagem ao Imperador romano da época Marcus Aurelius Antoninus,
conhecido por Caracalla, são os primeiros registros históricos do uso de placas de
rocha no revestimento externo de edifícios. Placas de mármore trazidas da região
de Carrara eram aderidas à alvenaria composta de tijolos de barro e de pedaços
de rocha usando um tipo de argamassa preparada com cinzas vulcânicas
(pozolana) proveniente da região de Pozuoli. O resultado foi o mesmo aspecto
imponente das obras construídas até então com blocos de rocha, porém de uma
forma muito mais racional.
105
No início do século XX uma nova modalidade de revestimento de fachadas
com rochas foi inaugurada com a construção do Kaiser Franz Josef Stadt Museum
(1.902) e da Igreja de São Leopoldo (1.909) na cidade de Viena, Áustria. Nestes dois
projetos do arquiteto austríaco Otto Wagner a fixação de placas delgadas de
rocha nas estruturas foi feita por meio de componentes metálicos de cobre
(SIQUEIRA JUNIOR, 2.003).
Segundo Lewis (2.007) e Naggatz e Gerns (2.007) a indústria americana de
beneficiamento de placas pétreas, graças ao desenvolvimento de novas
ferramentas, materiais e insumos, produziu no início da segunda metade do século
XX placas de rocha com espessura controlada.
No Brasil a aplicação de placas de rocha em fachadas ventiladas começou
na década de oitenta, principalmente em edifícios de alto padrão nos principais
centros urbanos. A Figura 9.2 ilustra dois exemplos de fachadas de edifícios no
município de São Paulo compostos por “peles” de vidro e de rocha, sem caixilhos
aparentes. O efeito gerado por essa combinação é o responsável pela beleza e
imponência das fachadas.
(A)
(B)
Figura 9.2 – (A) Vista da fachada do edifício Faria Lima Financial Center. Fonte:
www.arcoweb.com.br e (B) Vista da fachada do edifício Millennium Office Park.
Fonte: Granitos Mármores e Metais – GMM (2.013).
O primeiro edifício, o Faria Lima Financial Center com 20 pavimentos, situado
em avenida que leva o mesmo nome tem o design da fachada feito com pilares
revestidos de placas de granito amarelo com acabamento apicoado, sendo o
espaço entre eles preenchido por painéis de vidro (Figura 9.2A). O resultado é o
106
aspecto imponente da fachada, que faz referência aos edifícios de New York do
início de século passado.
No segundo edifício, o Millennium Office Park (Figura 9.2B) localizado na Vila
Olímpia, a solução dos arquitetos foi revestir a região das vigas com “granito” claro
polido e entre elas aplicar uma pele de vidro. As Figuras 9.3 e 9.4 mostram outros
dois exemplos de edifícios no município de São Paulo, porém com linhas de design
mais arrojadas: a Torre João Salem e o edifício e-Tower.
No Edifício João Salem (com 17 pavimentos) situado na Avenida Paulista
Abussamra (2.009) incorpora tendências contemporâneas para a fachada, com a
presença do conceito de desconstrução, sugerido pelo efeito da desconexão
aparente entre a fachada e a estrutura do edifício e também pelos recortes na
parte superior da fachada.
Nesta obra (Figura 9.3) mais de 7.000 m² do “granito” comercializado como
Branco Ceará revestem as fachadas da torre. As placas têm as dimensões
padronizadas em 1,25 m x 1,39 m; 1,25 m x 1,25 m e 1,25 m x 0,78 m, todas com
espessura de 30 mm (Rochas de Qualidade, 2008).
Figura 9.3 - Vistas principais da Torre João Salem.
No e-Tower (Figura 9.4), com 41 pavimentos e 161 metros de altura, situado
na Rua Funchal, número 408, foi selecionado para o revestimento da fachada o
granito Branco Ceará. Placas grandes com dimensões de 2,50 por 1,60 m e peso de
350 kg foram pré-montadas no solo em estruturas de alumínio e placas de
dimensões menores foram fixadas com inserts metálicos. Herman (2.005) projetou
107
para o e-Tower uma edificação composta por três volumes principais, cada um
com formatos, dimensões e desenhos de fachadas distintos.
Figura 9.4 – Vista geral do edifício e-Tower. Fonte: Arcoweb (2.010).
No Brasil, dentre os tipos litológicos existentes, os “granitos” são as rochas com
maior emprego no revestimento de fachadas devido a sua maior durabilidade nas
nossas condições climáticas e devido também a alta resistência mecânica. Nas
obras observa-se maior tendência na seleção de “granitos” com padrões estéticos
homogêneos e acabamento polido.
Os mármores, que já foram muito empregados no revestimento de fachadas
no Brasil, hoje estão em desuso por sofrerem ataques, basicamente, de todos os
tipos de ácidos. Assim também acontece com as rochas calcárias, que também
não são comumente especificadas nas obras brasileiras.
No entanto, em Portugal e em outros países da Europa ainda é comum o
revestimento de fachadas com placas de rocha calcária (Figura 9.5). É corriqueiro o
cuidado de aplicar vedantes na superfície das placas para evitar a migração de
solução aquosa para o interior dos poros.
108
(A)
(B)
Figura 9.5 - (A) Fachada do aeroporto de Lisboa e (B) Fachada do Centro Cultural
de Belém. Fonte: Ezimut (2.013).
A Figura 9.6 ilustra uma obra no município de São Paulo com uso da brecha
calcária, com nome comercial de Bege Bahia, que é um material não usual para
fachadas, pois apresenta altos índices de absorção de água e de alterabilidade; e
ainda baixa resistência mecânica. Considerando estes fatores, foram tomados
cuidados especiais no projeto com o emprego de placas de tamanho reduzido e
com a espessura adotada de 30 mm.
(A)
(B)
Figura 9.6 – (A) Detalhe do revestimento dos pilares da edificação com o Bege
Bahia e (B) Detalhe da fixação das placas com inserts metálicos.
9.1.2 Sistemas não aderentes de fixação em fachadas
Os dois sistemas mais empregados atualmente para a fixação de placas de
rochas em fachadas ventiladas são o pontual e o “glazing”. No primeiro as placas
são fixas em quatro pontos na estrutura da edificação por meio de inserts metálicos.
No sistema glazing as placas são pré-montadas no solo em estruturas metálicas,
geralmente de alumínio, e a seguir esse conjunto é fixado na estrutura da
edificação (Figura 9.7).
109
Figura 9.7 - Pré montagem das placas de granito em estrutura de alumínio.
As placas são fixadas nas estruturas portantes através de rasgos tipo kerf. A
largura da aba dos perfis metálicos é ligeiramente inferior a largura do entalhe,
para permitir o uso de material de enchimento que absorva as vibrações.
Segundo Camposinhos (2.009) os sistemas pré-moldados com estruturas
metálicas têm aplicação para placas com dimensões superiores a um metro e os
sistemas pontuais são mais empregados para placas com dimensões menores.
A Figura 9.8 mostra os dois principais sistemas de fixação pontuais, sendo (A)
o americano onde o componente de fixação possui a forma de chapa ou perfil e
(B) o alemão em que o dispositivo tem a forma de pino (FLAIN, 1995). O insert, na
maioria dos projetos, é composto de três partes, conectadas entre si por parafusos,
que permitem ajustes nas três direções durante o processo de montagem.
(A)
(B)
Figura 9.8 – Sistemas de fixação por inserts: (A) Sistema de fixação por chapas em
rasgo circular e (B) Sistema de fixação tipo pino/furo. Fonte: Flain (1995).
110
9.1.3 Sistema pino/furo
Por meio da revisão bibliográfica e em visitas à obras de revestimento de
fachadas constatou-se que o sistema mais utilizado no Brasil é o pontual que
emprega inserts metálicos com forma de pino que se aloja em furo na placa
(sistema alemão).
A norma DIN 18516-3 (2013) estabelece as configurações para este sistema:
distância mínima entre o centro do furo e as bordas da placa em 2,5 vezes a
espessura da placa, espessura mínima da placa de 30 mm, diâmetro mínimo do
furo de 8 mm e do pino 5 mm. A folga mínima em toda a circunferência do furo
deve ser de 1,5 mm (Figura 9.9). Esta folga deve ser preenchida com luva plástica
para acomodar as deformações existentes no sistema.
≥8
≥ 1 ,5
≥ 1 ,5
≥5
F u ro
P in o
≥25
≥2
2,5e
≥15
≥15
≥8
≥25
≥5
e≥30
(A)
(B)
Figura 9.9 – (A) Locação do furo na placa (mm), onde “e” é a espessura da placa e
(B) dimensões mínimas (mm) no ponto de fixação entre a placa e o insert. Fonte:
DIN 18516-3 (2013) modificado.
Segundo Camposinhos (2.009) para os pinos metálicos os diâmetros mais
usuais são os de 6 e 7 mm e o comprimento de 30 a 60 mm. O diâmetro dos furos
deve ser de 2 mm maior que os pinos em toda a circunferência e o comprimento
superior em 5 mm.
Quanto aos aspectos construtivos do sistema pino/furo, deve ser ressaltada
na construção de fachadas com placas de granito a importância da verificação
na obra da estética e dimensões das placas, conforme projeto de paginação.
111
Também se deve garantir no material a inexistência de trincas, fraturas, fissuras e
outras estruturas que possam prejudicar o desempenho estrutural.
Na década passada os furos nas placas eram realizados nas marmorarias,
mas atualmente graças aos equipamentos portáteis e para evitar erros nas
furações, que eram bastante corriqueiros no Brasil, as furações são executadas na
própria obra (Figura 9.10). Para se exemplificar a alta produtividade deste processo,
acompanhamos em um canteiro de obras na cidade de São Paulo a execução de
156 furos em placas de granitos, que foram realizados em aproximadamente três
horas.
Figura 9.10 – Execução de furo em placa de granito em canteiro de obras das
instalações do Hospital Santa Joana, localizado no Bairro do Paraíso em São Paulo.
A Figura 9.11(A) mostra o dispositivo da perfuratriz portátil com broca
diamantada que permite calibrar a distância entre a superfície polida da placa e o
centro do furo. A Figura 9.11(B) mostra o aspecto do furo após a execução. Por sua
vez, a Figura 9.12 ilustra o processo de montagem de placas de granito para o
revestimento da fachada do Higienópolis Medical Center, localizado próximo ao
cemitério da Consolação. A placa é transportada com o auxílio de talha
mecânica, é apoiada sobre os inserts metálicos e a seguir são instalados os inserts
para fixar a parte superior da placa.
112
(A)
(B)
Figura 9.11 – (A) Equipamento de perfuração acoplado a placa para inicio da
execução do furo e (B) Aspecto do furo após execução. Fonte: Granito, Mármores
e Metais – GMM (2013).
(A)
(B)
Figura 9.12 – (A) Apoio da parte inferior da placa nos inserts e (B) Travamento da
parte superior da placa.
Observou-se em obras de fachadas, em edifícios com revestimentos já
executados e em entrevistas a projetistas e montadores de fachadas com placas
pétreas que havia nas obras brasileiras uma tendência de usar juntas seladas, com
isso abre-se mão do efeito da ventilação no conforto térmico, porém garante-se
maior estanqueidade do sistema. Segundo Dutra (2.010) nas fachadas ventiladas a
entrada de água na alvenaria da edificação é muito pequena.
9.2 PISOS ELEVADOS
As placas de “granitos” empregadas no revestimento de pisos elevados,
geralmente, possuem dimensões de 500 x 500, 600 x 600 e 700 x 700 mm e espessura
de 20 ou 30 mm. As placas são apoiadas pelos quatro cantos em pedestais e ficam
113
suspensas em relação ao solo. Segundo Bernardes (2009) os materiais mais
empregados para a fabricação dos apoios, atualmente, são o polietileno, o
polipropileno e o PVC. De acordo com a norma NBR 15805 (ABNT, 2015j) os apoios
devem possuir área de base mínima de 300 cm² e área superior de 100 cm²,
correspondendo a um raio de 55 mm (Figura 9.13A). A Figura 9.13B mostra uma obra
de revestimento de pisos elevados com placa de “granito”, que tem por principais
vantagens a rapidez na execução, racionalização da construção e permite
cabeamento pela parte inferior do sistema. Esta última vantagem faz com que os
pisos elevados sejam muito empregados em escritórios de alto padrão, que exigem
constantes mudanças no lay out.
(A)
(B)
Figura 9.13 – Pisos elevados: (A) Detalhe do apoio para fixação das placas e
(B) Vista da execução de obra de revestimento de piso em sistema elevado. Fonte:
Bernardes (2009).
A Figura 9.14 mostra a construção do piso da área externa do edifício eTower situado na região da Vila Olímpia na cidade de São Paulo. A opção do
emprego do piso elevado para área externa tem como principal vantagem a
economia de um aterro de aproximadamente 50 cm que deveria ser feito em toda
a área externa do edifício em uma região onde é critico o tráfego de veículos
pesados e alto o custo de material de enchimento.
Figura 9.14 – Execução do piso elevado em placas com 30 mm de espessura para
área externa do edifício e-Tower. Fonte: Granitos Mármores e Metais – GMM (2013).
114
9.3. LAJES ESTRUTURAIS
Nesse sistema placas de grandes dimensões (200 cm de largura por 300 cm
de comprimento) são apoiadas pelas quatro extremidades sobre vigas de concreto
(Figura 9.15). Com isso, além de revestir o piso a placa de rocha passa exercer a
função estrutural de laje da edificação. Destaca-se que este tipo de laje deve ser
empregado juntamente com reforço estrutural, devido ao fato da rocha ser um
material de natureza frágil quanto aos esforços fletores.
Figura 9.15 – Sistema não-aderente de lajes estruturais com placas de rocha. Fonte:
Moreiras e Paraguassú (2012).
Em relação aos sistemas tradicionais a velocidade de execução é de 8 vezes
mais rápida, possui custo de mão de obra quatro vezes menor, é mais leve, permite
uma sobrecarga duas vezes superior em relação ao sistema construtivo de lajes préfabricadas/pré-moldadas convencionais, além de ser mais racional e com menor
quantidade de resíduo gerado.
Nesse sistema de fixação é necessária a instalação de uma camada de
neoprene entre as vigas e as placas. De acordo com a norma brasileira NBR 9062
(ABNT, 2006), para a situação em questão, deve ser especificado uma camada de
neoprene com espessura mínima de 6 mm e dureza Shore A 70.
Juntas de movimentação dão espaço para as dilatações térmicas e desvios
dimensionais
das
placas
que
ocorrem
durante
a
sua
produção.
No
dimensionamento da dilatação térmica das juntas para os “granitos” Vermelho
Capão Bonito, Preto São Gabriel e Branco Desiree, Moreiras & Paraguassú (2012)
aplicaram as diretrizes da norma NBR 15845 – Parte 3 (ABNT, 2015d) e como
resultado foi obtido como valor máximo para os três tipos um milímetro (variação
115
térmica de 50°C). De acordo com a norma EN 1341 (BSI, 2012) a variação
dimensional máxima permitida no comprimento e na largura de placas em estudo é
de 1,5 mm para mais ou para menos. Portanto, para acomodar simultaneamente as
variações dimensionais e térmicas especificou-se uma junta com 5 mm de largura.
Lima & Paraguassú (2004) estudaram a dilatação térmica de rochas
graníticas observando que ela aumenta com o tamanho dos grãos minerais e do
conteúdo em quartzo e diminui com o aumento da porosidade aparente.
Para proteger a placa de rocha contra a infiltração de água, deve ser
aplicado nas juntas um selante do tipo elástico (absorve as deformações da pedra
sem romper) que se apoia sobre um cordão flexível de polietileno (Figura 9.16).
Figura 9.16 – Detalhes do sistema de laje estrutural com placas pétreas: (A) selante
elástico da junta; (B) apoio para selante de polietileno flexível com seção circular;
(C) placa de granito;
(D) manta de neoprene e (E) viga de concreto com seção
retangular de 20 por 50 centímetros.
A tolerância permitida pela norma EN 1341 (BSI, 2012) de mais ou menos 3
mm para a espessura das placas pode gerar desníveis e mal desempenho da laje
estrutural com placa de “granito”. Portanto, o uso de teares diamantados multi-fios
garante a produção de placas sem variação significativa na espessura.
As placas dos “granitos” descritos (Vermelho Capão Bonito, Preto São Gabriel
e Branco Desiree) na espessura de 20 mm pesam, respectivamente, 316,2 kg, 355,2
kg e 315,6 kg e na de 30 mm pesam, respectivamente, 474,3 kg, 532,8 kg e 473,4 kg.
As placas quando recebidas na obra passam por controle de qualidade, de
maneira que são rejeitadas placas com trincas, veios, nichos constituintes de outros
minerais e outras características que possam prejudicar o desempenho estrutural da
placa.
116
Quanto à equipe de montagem, esta deve possuir conhecimento em
montagem de placas com talhas mecânicas, em instalação de manta de
neoprene e em aplicação de selantes.
Como já mencionado, placas polidas de granitos têm grande aceitação
para revestimentos de edificações por apresentarem ampla variedade de cores e
de
padrões
estéticos,
aliados
às
excelentes
propriedades
tecnológicas
apresentadas por estas rochas. Tais feições dependem das variáveis inerentes aos
processos geológicos que ocorrem durante a gênese dos granitos, onde se incluem:
os minerais presentes, como eles se interagem, as suas dimensões e os fluidos
formados durante a cristalização. O que explica a grande diversidade dos
resultados dos parâmetros físico-mecânicos obtidos nos ensaios de caracterização
dessas rochas.
Tal diversidade se traduz em incertezas que justificam os altos valores do
coeficiente de segurança usado nos projetos e, os fatores de segurança prescritos
nas normas não garantem a ausência de ruína. A metodologia para sistemas não
aderentes tem usado os critérios de projeto de tensão admissível. Entretanto, nos
últimos anos, vem aumentado o número de artigos que apontam a análise de
confiabilidade como uma ferramenta importante para projetos de revestimentos
com placas de rochas. Os métodos de confiabilidade e os riscos aceitáveis são
definidos dependendo do material, do tipo de aplicação, dos níveis de carga,
entre outros fatores. Estes riscos são traduzidos para a probabilidade de ruína e o
índice de confiabilidade.
Diante dessas constatações Moreiras et al. (2014) realizaram pesquisa
aplicando os conceitos de confiabilidade para sistemas de revestimentos nãoaderentes com placas de “granitos”, considerando a variabilidade da resistência
do material, bem como os efeitos das cargas. Na nova abordagem são
determinados a probabilidade de ruína e o índice de confiabilidade. As
propriedades estruturais avaliadas para complementar esses estudos foram:
determinação do comportamento tensão versus deformação, da tensão de
ruptura, dos deslocamentos verticais, do módulo de Young e do coeficiente de
Poisson. Nesta pesquisa também é apresentado um exemplo de projeto de laje de
“granito” sendo inicialmente determinada a espessura das placas usando os
critérios de projeto de tensão admissível e, em seguida, realizada a análise de
confiabilidade por simulação de Monte Carlo. Os resultados comparativos
117
mostraram que placas do granito com valor mais elevado de resistência à flexão,
dependendo do nível de dispersão, podem apresentar menor confiabilidade. A
ferramenta de simulação de Monte Carlo permitiu determinar com precisão a
probabilidade de ruína para a situação em estudo, onde os efeitos de cargas
internas são compostos de dois tipos diferentes de distribuição. A análise de
confiabilidade, que considera a influência da variabilidade das propriedades físicomecânicas das rochas, cada vez mais tem mostrado ser importante para o
dimensionamento das placas desses materiais. É possível estabelecer valores de
referência para a probabilidade de ruína e o índice de confiabilidade para
“granitos” e também reduzir os fatores de segurança usados, com menor
probabilidade de ruína para os valores estabelecidos.
Na prática brasileira para o dimensionamento dos sistemas não aderentes
empregam-se basicamente as tensões de ruptura dos ensaios de tração na flexão,
não sendo levados em conta outros parâmetros importantes. Para complementar
esses estudos Moreiras et al. (2015) avaliaram as propriedades de placas de um
diorito norítico de grande aceitação comercial, conhecido como “granito” Preto
São Gabriel, para uso nas duas modalidades descritas de sistemas não-aderentes
de edificações, o Piso Elevado e a Laje Estrutural. As propriedades estruturais
avaliadas foram: determinação do comportamento tensão versus deformação, da
tensão de ruptura, dos deslocamentos verticais, do módulo de Young e do
coeficiente de Poisson. Os resultados mostraram boa correlação entre os cinco
módulos de Young obtidos, portanto, qualquer um deles pode ser usado no projeto
de sistemas de revestimentos não aderentes empregando placas deste tipo de
“granito”. Nos projetos corriqueiros de revestimento de edificações com pedras
naturais, em sistemas não aderentes a propriedade tensão de tração na flexão, é
comumente usada, entretanto, outras propriedades importantes para avaliar o
comportamento destes materiais não são consideradas, tais como: o diagrama de
comportamento tensão-deformação, os módulos de Young e o coeficiente de
Poisson e resistência última.
Moreiras et al. (2016) determinaram todas essas propriedades para estudos
de revestimentos com três rochas graníticas brasileiras de grande aceitação
comercial. O diagrama de comportamento da tensão-deformação na flexão
permitiu a determinação do fator de segurança três, como suficiente para que
placas destas rochas com 30 mm de espessura trabalhar em regime elástico,
118
garantindo a segurança do revestimento. Os resultados mostraram forte correlação
entre os cinco módulos de Yong que foram determinados, indicando que para os
tipos
de
granitos
estudados,
qualquer
um
deles
pode
ser
usado
no
dimensionamento dos sistemas não-aderentes de fixação de placas de rochas.
9.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A fixação de placas de rochas nas obras de engenharia pode ser feita
utilizando-se sistemas aderentes e não aderentes.
No sistema aderente, o dorso das placas entra em contato direto com as
argamassas que as fixam à edificação. As pesquisas apresentadas neste capítulo
mostraram a interdependência da composição mineralógica, da rugosidade do
tardoz com a resistência de aderência à tração por arrancamento, uma vez que
em rochas de qualidade, como os granitos (porosidade <3%), a aderência se
processa por forças eletroquímicas, e não por ancoragem como no caso de rochas
porosas, por exemplo, alguns tipos de arenitos e quartzitos.
Quanto aos sistemas não aderentes de fixação, a placa de rocha
geralmente é fixa na região das arestas, ficando o dorso livre e a placa submetida a
esforços de tração na flexão na superfície contrária ao carregamento. É o que
ocorre nas fachadas ventiladas e pisos suspensos e, como já discutido, são
relevantes as características físico-mecânica e estrutural da rocha.
119
10. ALTERABILIDADE DE ROCHAS
Trata-se de um assunto amplo, de grande complexidade, importante na
escolha, durabilidade e manutenção do valor estético das rochas usadas em obras de
engenharia. Envolve diversas áreas do conhecimento, razão pela qual será
apresentado um breve comentário sobre o tema.
Os mecanismos de alteração de uma rocha se manifestam pela desagregação
(mecanismo físico) e pela decomposição (mecanismo físico-químico). A combinação
destes dois mecanismos é, porém, freqüente e a predominância de um sobre o outro
dependerá das condições ambientais que, associadas às solicitações em obras
implicará em maior ou menor durabilidade do revestimento.
Conforme já apresentado no item 5.4.8, a alteração é conceituada como
qualquer tipo de modificações presente na rocha, seja por processos geológicos ou
artificiais (adquiridos durante o uso) e alterabilidade como sendo a susceptibilidade da
rocha em sofrer alterações.
O processo de alteração da rocha pode começar antes da exploração da
jazida do material rochoso que lhe deu origem, durante a sua exploração,
beneficiamento e também depois de aplicada numa obra, por ações naturais e
artificiais.
As solicitações naturais estão ligadas às deformações decorrentes do
intemperismo (físico e físico-químico) antes de sua explotação ou pelo alívio das
tensões do material rochoso durante e após as atividades de extração.
As solicitações artificiais estão relacionadas às ações mecânicas havidas no
processo de lavra, no beneficiamento para produção de placas polidas ou não, na
fixação das obras e durante o uso.
O conhecimento das características petrográficas das rochas, bem como de
suas propriedades físicas e físico-mecânicas, permite uma melhor previsão de seu
comportamento como componente de um revestimento.
120
Sucessos sobre a utilização de rochas em revestimento podem ser garantidos se
houver um bom conhecimento das propriedades destes materiais e uma melhor
compreensão de seu comportamento ante as diferentes solicitações em obras. Por
outro lado, alguns insucessos podem estar relacionados às seguintes condições:
a) Deteriorações e a questão do uso e durabilidade de rochas ornamentais
para revestimento (FLAIN et al., 1997; FRASCÁ et al., 1999; FRASCÁ, 2002,
2003; FLAIN et al., 2014);
b) Ocorrência de alto desgaste quando da utilização de rochas de baixa
dureza como revestimento de pisos e degraus de escadarias; às vezes, por
isto, pode também ocorrer aparecimento de ondulações nestes, seja pela
existência de veios silicosos, de maior dureza, em mármores, seja por
justaposição de rochas com diferentes resistências ao desgaste em pisos de
alto tráfego (FRAZÃO & CARUSO, 1989);
c) Aparecimento de manchas, ou orifícios, em revestimento de exteriores
devido ao uso de rochas com minerais secundários sulfetados, que se
decompõem ante as ações intempéricas;
d) Surgimento de manchas em revestimentos de exteriores e de interiores
quando do uso de rochas com alto grau de absorção d’água,
principalmente quando a argamassa de assentamento das placas no piso
ou na parede apresenta alta relação água/cimento (FLAIN, 1993; FLAIN &
FRAZÃO, 1997).
Na pesquisa de Frascá e Yamamoto (2014) são apresentados alguns ensaios de
alteração acelerada para o estudo da deterioração de rochas graníticas em
edificações e monumentos.
Diversos outros exemplos poderiam ser citados para reforçar a importância do
estudo das propriedades das rochas como material de construção, tanto para
garantia de segurança, quanto para a economia numa obra.
O comportamento que uma rocha apresentará já está retratado nas suas
propriedades intrínsecas, relacionadas à composição mineralógica, textura e estrutura,
as quais dimensionarão a resposta, satisfatória ou não, às solicitações químicas e físicomecânicas do meio ambiente, seja este na escala micro como macro ambiental.
121
Por outro lado, rochas de excelentes qualidades tecnológicas e estéticas
podem ter o seu aspecto externo comprometido, por não atender rigorosamente as
diretrizes e cuidados exigidos pelas técnicas de assentamento em sistemas aderentes
(argamassas) e não aderentes (inserts). Insucessos na fixação de placas de granitos
com argamassas podem ser observados na Figura 10.1.
(A)
(a)
(B)
(b)
Figura 10.1 Exemplos de fachadas danificadas por fixação inadequada de placas de
granitos de boa qualidade com argamassas em revestimentos externos de duas
edificações na cidade de São Carlos/SP, uma residencial (A e detalhe a) e outra
comercial (B e detalhe b).
122
11. RESÍDUOS DO BENEFICIAMENTO
A geração de resíduos é inerente a qualquer processo de produção ou
transformação de materiais. Na indústria da pedra, por exemplo, são produzidos
diferentes tipos de resíduos desde a extração no maciço rochoso até as operações
finais para produção de placas nas dimensões comerciais.
Do processo de extração geram-se frequentemente blocos disformes de
diversos tamanhos (rejeitos). Fatores como fissuramento do maciço rochoso,
heterogeneidade indesejável e bolsões de material fraco inseridos na rocha,
contribuem para a formação desses rejeitos que geralmente são descartados na
própria área da pedreira, conforme apresentado no Capítulo 6.
No processo de beneficiamento são produzidos vários tipos de resíduos, tais
como casqueiros, cacos, lâminas e granalhas de aço desgastadas, sacos de
cimento e de cal, restos de pastilhas abrasivas e, principalmente, as lamas
resultantes do corte dos blocos e do polimento das placas que são responsáveis
pelos impactos ambientais.
As lamas são produzidas em grandes quantidades e, quando estocadas no
pátio da empresa, ocupam vastas áreas. Neste caso, são dispostas em bacias
geralmente sem qualquer tipo de impermeabilização podendo contaminar o solo e
água subterrânea ou então são armazenadas em aterros, sendo esta essa solução
onerosa porque a empresa tem que arcar com o transporte e a taxa de
acondicionamento dos resíduos.
As
lamas
resultantes
do
beneficiamento
de
rochas
têm
diferentes
constituições. As provenientes do corte de blocos para obtenção de placas nos
teares convencionais contêm água, restos de limalha de aço e de lâminas, cal e pó
de rocha e as do polimento contém água, resto de material abrasivo e pó de
rocha. Entretanto, se no polimento forem usadas resinas tanto para reforço quanto
no melhor acabamento das placas, o resíduo poderá conter produtos tóxicos como
fenóis, Cd, Pb, entre outros.
As lamas são descartadas nos pátios das empresas e, por decantação dos
sólidos, a água é reaproveitada e retorna ao ciclo produtivo restando um resíduo
bem consistente que é depositado em bacias ou estocado em aterros apropriados.
123
O aproveitamento desses materiais tem sido objeto de estudos que já
mostraram viabilidade para diferentes aplicações práticas como, por exemplo,
indústria cerâmica, produção de vidros, de argamassas, etc.
No Estado do Espírito Santo, onde se concentra a maior parte das indústrias
de extração e de beneficiamento de rochas ornamentais e de revestimentos e são
produzidas enormes quantidades de resíduos, várias providências foram tomadas
pela Associação Ambiental Monte Líbano (AAMOL). Nesta associação participam
também órgãos governamentais, tendo por objetivo pesquisar e dar finalidade aos
resíduos produzidos pela indústria da pedra.
Os estudos realizados pela AAMOL mostram que é possível a utilização destes
resíduos e contribuir para atenuar os impactos ambientais. Neste sentido, dada a
importância que o assunto representa para a Indústria da Pedra e ao meio
ambiente, foi o tema da dissertação de mestrado “Caracterização do resíduo de
serragem de rochas ornamentais para aplicações geotécnicas” concluída em 2015
pela Engenheira Civil Tatiane de Oliveira, na Área de Pós-Graduação em
Geotecnia da EESC/USP.
Nesta pesquisa e no trabalho de Oliveira & Ribeiro (2015) são apresentados os
resultados de uma caracterização mais abrangente dos resíduos de uma serraria do
interior de São Paulo, tratando de sua classificação ambiental, das caracterizações
geotécnica, química e mineralógica, da análise de resistência do resíduo puro e
com incrementos de cimento, além da sua classificação pela metodologia MCT,
visando a utilização desse resíduo em obras geotécnicas.
De acordo com as normas ambientais vigentes, este resíduo foi classificado
como não perigoso e inerte, sendo um silte de baixo índice de plasticidade com
58% de quartzo (SiO2) e massa específica dos sólidos de 2,823 g/cm³. O ensaio de
compactação forneceu massa específica seca máxima de 1,545 g/cm³ com
umidade ótima de 25,6% na energia normal e 1,625 g/cm³ e 22% na energia
intermediária. O resíduo puro possui resistência a compressão simples (RCS) de
0,4 MPa e coesão de 54 KPa e ângulo de atrito de 35º. Com incremento de 2% de
cimento a RCS atingiu 1,2 MPa e com 5% alcançou 2,4 MPa. A classificação MCT
resultou em um NS’ (Solo de comportamento não laterítico – siltes, siltes arenosos) de
baixa permeabilidade.
124
Em se tratando de um resíduo de classificação ambiental não perigoso, suas
características geotécnicas apontam para uma aplicabilidade em misturas de solos
para pavimentos e camadas de impermeabilização.
125
12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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