Caracterização de Granitos Utilizados na Construção Civil

Caracterização de Granitos Utilizados na Construção Civil
Messias de Paiva Bastos
Discente do Engenharia Civil, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, Brasil
Eduardo Antônio Gomes Marques
Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, Brasil
Fabiano Jerônimo Moreira Sossai
Discente do departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas
Gerais, Brasil
RESUMO: No presente trabalho foram realizados ensaios tecnológicos de caracterização de 21 litotipos de
rochas ornamentais graníticas. Os resultados obtidos permitiram determinar os valores médios de massa
específica aparente seca, porosidade aparente, absorção aparente, resistência à compressão uniaxial condição
seca, resistência à flexão na condição seca e resistência ao impacto de corpo duro. Deste total, 18 litotipos
também foram utilizados para a determinação da resistência à compressão puntiforme e resistência à
compressão uniaxial após ciclos de gelo e degelo e da velocidade de propagação de onda. A partir dos
resultados encontrados foram estabelecidas algumas relações entre os ensaios.
PALAVRAS-CHAVE: Rochas para Revestimentos, Indices Físicos das Rochas, Caracterização FisicoMecânica das Rochas, Gelo-Degelo.
1
INTRODUÇÃO
A caracterização físico-mecânica das rochas
ornamentais é importante para garantir
segurança, durabilidade, beleza e aplicação
adequada a cada uso.
Esta caracterização permite agregar valor aos
materiais pétreos, posto que definem a
utilização mais adequadas e seu comportamento
ao longo da vida útil das obras nas quais são
utilizados.
2
OBJETIVOS
O principal objetivo desse trabalho foi
caracterizar tecnologicamente diferentes tipos
de rochas graníticas através da realização de
ensaios físico-mecânicos e estabelecer possíveis
relações entre os ensaios realizados. Parte dos
resultados apresentados no presente trabalho
foram obtidos por Sossai (2006). A Tabela 1
apresenta os tipos de rochas, sua respectiva
numeração e o estado de origem.
A partir dos resultados obtidos empresas,
profissionais e consumidores podem avaliar as
rochas de acordo com suas necessidades.
Tabela 1. Nome comercial das rochas ensaiadas e seus
respectivos estados de origem.
Tipo
Nome Comercial
Origem
1
Amarelo Verniz
Minas Gerais
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Branco Torrone
Branco Romano
Carioca Gold
Giallo Fiorito
Giallo Ornamental
Giallo Firenze
Juparanã Rio
Labareda Gold
Midnight Green
Ocre Itabira
Piracema White
Santa Cecília
Venetian Gold
Verde Butterfly
Verde Ubatuba
Vermelho Brasilia
Giallo Antico
Amarelo Marfim
Amarelo Ornamental
Verde Pavão
Minas Gerais
Espírito Santo
Minas Gerais
Minas Gerais
Espírito Santo
Espírito Santo
Rio de Janeiro
Minas Gerais
Espírito Santo
Espírito Santo
Minas Gerais
Espírito Santo
Minas Gerais
Espírito Santo
Minas Gerais
Goiás
Minas Gerais
Espírito Santo
Espírito Santo
Espírito Santo
3
METODOLOGIAS
3.1
Índices Físicos das Rochas
esforço aplicado é maior do que aquele que a
rocha pode suportar, ela se rompe.
A tensão de ruptura é dada pela equação 4.
Os ensaios foram realizados de acordo com a
NBR 12766/1992 (Rochas para revestimento –
Determinação da massa específica aparente,
porosidade aparente e absorção d’água
aparente).
A massa específica aparente seca (ρasec) é
calculada pela equação 1.
⎛ A ⎞
⎟⎟ ⋅ ρ H 2O
ρa sec = ⎜⎜
⎝ (B − C ) ⎠
(1)
A porosidade aparente ( ηa ) é calculada pela
equação 2.
⎛B−A⎞
ηa = ⎜
⎟ ⋅ 100
⎝ B−C⎠
(2)
A absorção aparente ( αa ) é calculada pela
equação 3.
⎛B−A⎞
αa = ⎜
⎟ ⋅ 100
⎝ A ⎠
(3)
Em que:
A - Massa seca;
B - Massa saturada com superfície seca;
C - Massa submersa;
ρ H O - Massa específica da água
2
3.2
Resistência à Compressão Uniaxial
3.2.1 Resistência à Compressão Uniaxial de
Rochas no Estado Natural
Os ensaios foram realizados de acordo com as
diretrizes da norma NBR 12767/1992 (Rochas
para revestimento - Determinação da resistência
à compressão uniaxial). O procedimento
consiste em submeter um corpo-de-prova com
dimensões cúbicas de (7 x 7 x 7 cm) à esforços
de compressão.
As rochas como material de construção são
frequentemente solicitadas à compressão, a
diferentes graus de intensidade. Quando o
σr =
F
S
(4)
Em que:
F – Força capaz de romper o corpo-de-prova
S – Área do corpo-de-prova onde a força é
aplicada.
3.2.2 Congelamento e Degelo Conjudado com a
Verificação da Resistência à Compressão
Uniaxial
Este método de ensaio é mais significativo para
rochas que serão utilizadas em clima frio, nas
áreas extra-tropicais, pois, quantifica a perda de
resistência que a rocha sofre após um
determinado número de ciclos de congelamento
e descongelamento.
O Brasil é um dos maiores exportadores de
granitos, e conhecer as características das
rochas quanto ao congelamento e degelo tornase imprescindível para aceitação do mercado
externo, principalmente dos países europeus e
Estados Unidos.
A norma utilizada foi a NBR 12769/1992
(Rochas para revestimento – Ensaio de
congelamento e degelo conjugado à verificação
da resistência à compressão). O método
consiste em congelar por 24 h os corpos-deprova que possuem as dimensões (7 x 7 x 7
cm), imersos em uma solução aquosa com 5%,
em volume, de álcool etílico. Após isto,
descongelar até que a temperatura do líquido
atinja à temperatura ambiente.
Após 25 ciclos de congelamento e degelo os
corpos de prova são rompidos à compressão
uniaxial.
3.3
Resistência à Flexão
São realizados ensaios de compressão que
induzem à ruptura por tração. Um dos métodos
usuais é o ensaio de flexão de três pontos,
utilizado neste trabalho.
O ensaio de flexão foi realizado de acordo
com a norma NBR 12763/1992 (Rochas para
revestimento - Determinação da resistência à
flexão), que consiste em submeter o corpo de
prova com dimensões aproximadas (20 x 10 x 5
cm) à um esforço de tração por flexão, no
sistema de carregamento em três pontos.
Os corpos–de–prova tem a forma de uma
viga com comprimento L, largura b e espessura
d submetidos a esforços de flexão (P).
Uma carga é aplicada por dois pontos contra
um ponto de apoio centrado a meia distância do
comprimento.
A resistência à tração na flexão é calculada
pela equação 5.
σf =
3⋅ P ⋅ L
2bd ²
3.4
Resistência ao Impacto
(5)
A norma utilizada para a realização desse
procedimento foi a NBR 12764/1992 (Rochas
para revestimento – Determinação da
resistência ao impacto de corpo duro), que
consiste em deixar uma esfera de aço, com
massa de 1 kg, cair sobre um corpo-de-prova
com dimensões de (20 x 20 x 3 cm) assentado
em um colchão de areia, até que ocorra a
ruptura, fissura ou lascamento da placa.
O resultado do ensaio é expresso pela altura
de queda que provoca ruptura da placa.
O ensaio de resistência ao impacto de corpo
duro possibilita a obtenção de informações
relativas ao grau de tenacidade de um material
rochoso, e, conseqüentemente, sua capacidade
de suportar ações mecânicas instantâneas
(VIDAL et al. 1999).
3.5
Resistência à Compressão Puntiforme
O ensaio de Resistência à Compressão
Puntiforme foi realizado de acordo com método
proposto pela ISRM, International Society of
Rock Mechanics (1981) e desenvolvido por
Broch e Franklin.
A rocha é submetida a um sistema de
carregamento em que dois cones metálicos são
pressionados ao longo do eixo principal do
corpo de prova, levando-o a ruptura.
Foram utilizados corpos-de-prova com
dimensões (4,8 x 4,8 x 4,5 cm) com medidas
variáveis em torno de (± 1 cm) e sua finalidade
é relacionar os valores de compressão uniaxial e
resistência à flexão com a resistência à
compressão puntiforme.
O índice de resistência à compressão
puntiforme (IS50) é calculado a partir de um
fator de correção que é multiplicado pelo índice
de resistência à compressão puntiforme (IS).
O fator de correção (FC) depende da relação
do diâmetro do corpo-de-prova e o diâmetro
padrão de 50 mm.
As equações 6, 7 e 8 são utilizadas no
cálculo do ensaio.
⎛ de ⎞
FC = ⎜ ⎟
⎝ 50 ⎠
0 , 45
(6)
⎛ P ⎞
IS = ⎜ 2 ⎟ × 10 3
⎝ de ⎠
(7)
IS50 = FC × IS
(8)
onde FC = fator de correção; P = carga de
ruptura; IS, IS50 = índice de resistência; de =
diâmetro equivalente. (equivalência em caso da
utilização de amostras que não tenham seção
circular)
3.6
Velocidade de Propagação de Ondas
A determinação da velocidade de propagação
de ondas ultra-sônicas longitudinais (m/s)
permite avaliar, indiretamente, o grau de
alteração e de agregação dos minerais na rocha,
pois, os valores relativamente mais altos, num
conjunto de corpos-de-prova de uma mesma
amostra ou entre amostras petrograficamente
semelhantes, indicam um menor grau de
alteração e uma maior coesão entre seus
minerais formadores (FRASCÁ, 2002).
O método de ensaio utilizado foi o proposto
pela ISRM (1978) Determining Sound Velocity,
e desenvolvido por Rummel & Heerden em
1977, que consiste em submeter o corpo-deprova a pulsos de ondas ultra-sônicas, para
conhecer o tempo que a onda leva para
atravessar a amostra.
A velocidade de propagação de ondas
longitudinais (v) é calculada pela equação 9.
v=
L
t
(9)
Em que:
L → Distância entre transmissor e receptor
t → Tempo gasto para a onda percorrer a
distância (L)
4
RESULTADOS OBTIDOS
A Tabela 2 apresenta os valores de referências
utilizados na interpretação dos resultados dos
ensaios.
Tabela 2 – Valores de referências estabelecidos pela
Norma ASTM C-615 e por FRAZÃO & FARJALLAT
(1996) e Frazão (2002).
Características
Norma ASTM
Frazão &
C -615
Farjallat
Massa específica
> 2560
aparente
(Kg/m³)
Porosidade (%)
n.e
Absorção (%)
< 0,4
Resistência à
> 131
compressão
Uniaxial (MPa)
Resistência à
> 10,3
flexão (MPa)
Resistência ao
n.e
impacto (m)
Velocidade de
n.e
propagação de
ondas (m/s)
n.e – não específicado
> 2550
< 1,0
< 0,4
> 100
> 10,0
> 0,4
> 4000
A partir dos resultados apresentados na
Tabela 3, observou-se que todas as rochas
analizadas apresentaram valores de massa
específica aparente superior ao recomendado na
Tabela 2. Na média as rochas possuem uma
massa específica aparente de 2646 Kg/m³,
sendo que 14 das rochas ensaiadas não atendem
às recomendações relacionadas à porosidade e
13 rochas não atendem às recomendações
relacionadas à absorção.
A porosidade média das rochas é 1,08 % e a
absorção é 0,41 %.
Tabela 3 – Valores médios de massa específica aparente
seca, porosidade aparente e absorção aparente
Nome Comercial
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Amarelo Verniz
Branco Torrone
Branco Romano
Carioca Gold
Giallo Fiorito
Giallo
Ornamental
Giallo Firenze
Juparanã Rio
Labareda Gold
Midnight Green
Ocre Itabira
Piracema White
Santa Cecília
Venetian Gold
Verde Butterfly
Verde Ubatuba
Vermelho Brasília
Giallo Antico
Amarelo Marfim
Amarelo
Ornamental
Verde Pavão
Valor Médio
ρa sec
η (%)
α (%)
1,33
0,99
0,80
1,70
1,41
0,51
0,37
0,31
0,65
0,54
2619
2648
2615
2610
2761
2727
2649
2635
2625
2681
2727
2620
2619
2626
1,14
1,11
1,12
1,22
0,80
1,12
0,50
1,17
1,34
0,98
1,00
0,79
1,14
1,15
0,44
0,42
0,43
0,47
0,29
0,41
0,19
0,45
0,51
0,37
0,37
0,30
0,44
0,44
2620
2681
2646
1,07
0,75
1,08
0,41
0,28
0,41
(Kg/m³)
2604
2637
2614
2615
2623
Os resultados apresentados na Tabela 4
permitem verificar que 2 amostras apresentaram
valores de resistência à compressão uniaxial
abaixo do valor recomendado por Frazão &
Farjallat (1996) e Frazão (2002). No entanto, 10
amostras não atendem às recomendações da
ASTM C-615. Com relação aos ensaios após o
congelamento e degelo, 3 amostras não atendem
às recomendações de Frazão & Farjallat (1996)
e Frazão (2002) e 12 amostras não atendem às
recomendações da ASTM C-615.
Após 25 ciclos de congelamento e degelo
verificou-se que as rochas tiveram, em média,
uma queda de 10 % da resistência à compressão
uniaxial.
As partículas de água existentes nos vazios
da rocha se congelam e ocorre uma expansão do
volume,
consequentemente
aparecem
microfissuras na estrutura da rocha devido as
tensões internas, diminuindo assim sua
resistência.
Tabela 4 – Valores médios de resistência a compressão
uniaxial natural, resistência uniaxial após 25 ciclos de
congelamento e degelo e resistência a flexão.
N°
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Nome Comercial
Amarelo Verniz
Branco Torrone
Branco Romano
Carioca Gold
Giallo Fiorito
Giallo Ornamental
Giallo Firenze
Juparanã Rio
Labareda Gold
Midnight Green
Ocre Itabira
Piracema White
Santa Cecília
Venetian Gold
Verde Butterfly
Verde Ubatuba
Vermelho Brasília
Giallo Antico
Amarelo Marfim
Amarelo
20 Ornamental
21 Verde Pavão
Valor Médio
n.a – não foi analizado
σ gd
σf
(MPa)
124
146
139
157
109
148
124
126
146
111
152
137
129
127
126
132
161
160
104
(MPa)
142
105
118
130
109
116
96
114
126
182
120
155
110
97
95
112
175
151
n.a
(MPa)
10,5
5,2
5,6
7,0
9,7
7,7
8,8
13,0
12,6
17,7
11,1
22,5
4,1
11,1
7,9
11,4
9,5
17,2
9,0
99
87
131
n.a
n.a
125
7,4
11,2
10,5
σ nat
As rochas Amarelo Verniz, Midnght Green,
Piracema White e Vermelho Brasília
apresentaram maior resistência à compressão
uniaxial, isto pode estar relacionado ao fato da
rocha
apresentar
variações
de
suas
características físicos e mecânicas na mesma
jazida, devido a diferenças de cristalização dos
minerais.
Quanto a resistência à flexão 11 amostras
não atendem as recomendações, como é
possível notar na Tabela 4.
Ao analisar os resultados da Tabela 5,
verifica-se que todas as rochas apresentam
valores de resistência ao impacto de corpo duro
superior ao valor recomendado por Frazão &
Farjallat (1996) e Frazão (2002), a média da
altura necessária para promover a ruptura da
rocha é de 0,52 m.
A resistência à compressão puntiforme
apresenta média de 4,9 MPa. É importante
destacar o valor da relação compressão uniaxial
x compressão puntiforme. Um valor empírico
admitido é que a compressão uniaxial é 24
vezes a compressão puntiforme, para corpos-deprova cilíndricos e relação altura/diâmetro igual
a 2. No caso de corpos de prova cúbicos o valor
médio da resistência a compressão puntiforme
encontrado é 31 vezes maior que a compressão
uniaxial e 2,2 vezes maior que a resistência à
flexão.
O valor médio da propagação de ondas é de
4616 m/s, sendo que 2 amostras apresentam
valores inferiores aos sugerido por FRAZÃO &
FARJALLAT (1996) e FRAZÃO (2002).
Tabela 5 – Valores médios de resistência ao impacto,
resistência à compressão puntiforme e propagação de
ondas longitudinais
N°
Nome Comercial
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Amarelo Verniz
Branco Torrone
Branco Romano
Carioca Gold
Giallo Fiorito
Giallo Ornamental
Giallo Firenze
Juparanã Rio
Labareda Gold
Midnight Green
Ocre Itabira
Piracema White
Santa Cecília
Venetian Gold
Verde Butterfly
Verde Ubatuba
Vermelho Brasília
Giallo Antico
Amarelo Marfim
Amarelo
20
Ornamental
21
Verde Pavão
Valor Médio
n.a – não foi analizado
5
h (m)
IS50
ν
(m/s)
0,60
0,57
0,59
0,46
0,48
0,50
0,64
0,54
0,60
0,49
0,52
0,48
0,50
0,52
0,47
0,48
0,49
0,55
0,55
(MPa)
3,1
3,3
3,8
4,4
4,4
3,7
3,0
6,8
4,0
7,6
4,8
10,6
4,2
3,1
4,3
6,0
6,3
5,2
n.a
0,46
0,44
0,52
n.a
n.a
4,9
n.a
n.a
4616
3485
3914
4218
4054
4783
4114
4250
4977
4505
5634
4973
4841
4915
4565
4067
5467
5434
4883
n.a
CONCLUSÕES
As rochas estudadas apresentam como
características marcantes uma elevada massa
específica aparente, baixa porosidade aparente,
baixa absorção aparente, elevada resistência à
compressão uniaxial (com e sem realização de
ciclos de gelo e degelo). Têm baixa resistência
à flexão, boa resistência ao impacto de corpo
duro, baixa resistência à compressão puntiforme
e apresentam bom comportamento quanto a
propagação de ondas longitudinais.
Ao compararmos os valores obtidos no
presente estudo, cujo resumo é apresentado na
Tabela 6, com os valores de referência
estabelecidos por Frazão & Farjallat (1996),
Frazão (2002) e com a Norma ASTM C-615, as
rochas não atendem a todos os valores de
referência para todas as propriedades estudadas,
com excessão do litotipo denominado Piracema
White. Desta forma, torna-se necessário avaliar
quais são as melhores formas de aplicação de
cada rocha na construção civil e o tipo de
tratamento adequado na exploração e no
acabamento final da rocha, tendo em vista o
resultados obtidos nesse estudo.
Tabela 6 – Valores médios das caracteristicas físicomecânicas das rochas estudadas.
Características
Valores médios
Massa
específica
aparente
2646 Kg/m³
(Kg/m³)
Porosidade Aparente (%)
1,08 %
Absorção Aparente (%)
0,41 %
Resistência à compressão uniaxial
131 MPa
(MPa)
**Resistência
a
compressão
uniaxial após 25 ciclos de
125 MPa
congelamento e degelo (MPa)
Resistência a flexão (MPa)
10,5 MPa
Resistência ao impacto (m)
0,52 m
**Resistência
à
compressão
4,9 MPa
puntiforme (MPa)
**Propagação de ondas (m/s)
4616 m/s
** Realizados apenas em 18 tipos de rochas.
Através das relações entre os ensaios,
verificou-se que, em média, a resistência à
compressão uniaxial é 15 vezes maior que a
resistência à flexão e 31 vezes maior que a
resistência à compressão puntiforme, que, por
sua vez, é 2,2 vezes menor que a resistência à
flexão.
Algumas rochas apresentaram valores muito
distantes da média. Isto pode ocorrer devido ao
fato da rocha apresentar variações na sua
composição, e pelo fato de existirem pequenos
defeitos, tais como fissuras e microfissuras que
são impercéptiveis ao olho nu.
REFERÊNCIAS
ABNT
(1992)
Agregados.
Verificação
do
comportamento mediante ciclagem água-estufa. NBR
12696. Rio de Janeiro. 3p.
ABNT (1992) Rochas para revestimento - Determinação
da massa específica aparente, porosidade aparente e
absorção d'água aparente. NBR 12766. Rio de Janeiro.
3p.
ABNT (1992) Rochas para revestimento - Ensaio de
congelamento e degelo conjugado à verificação da
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Janeiro. 2p.
ABNT (1992) Rochas para revestimento - Determinação
da resistência à compressão uniaxial. NBR 12767.
Rio de Janeiro. 2p.
ABNT (1992) Rochas para revestimento - Determinação
da resistência à flexão. NBR 12763. Rio de Janeiro.
3p.
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Rio de Janeiro. 2p.
ASTM (1996) Standard specification for granitic
dimension stone. C 615. American Society for Testing
and Materials. Pennsylvania, USA. 2p.
Frascá, M. H. B. O. (2002) Qualificação de rochas
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Simpósio Brasileiro de Rochas Ornamentais, 1;
Seminário de Rochas Ornamentais do Nordeste, 2. 28
nov. – 01 dezembro 2001, Salvador. Rio de Janeiro:
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Frazão, E. B. (2002) Tecnologia de Rochas na
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Sossai, F. J. M. (2006) Caracterização tecnológica de
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CETEM/MCT - (Série Tecnologia Mineral, 74). 30 p.