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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
EDISLEY MARTINS CABRAL
FABRICAÇÃO DE CONCRETO COM AGREGADO DE ARGILA
CALCINADA PRODUZIDA COM SOLO DO PÓLO OLEIRO DO
AMAZONAS
DISSERTAÇÃO APRESENTADA AO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
EM ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO
AMAZONAS, COMO REQUISITO PARCIAL PARA A OBTENÇÃO DO
TÍTULO DE MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL
Manaus
2008
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EDISLEY MARTINS CABRAL
FABRICAÇÃO DE CONCRETO COM AGREGADO DE ARGILA
CALCINADA PRODUZIDA COM SOLO DO PÓLO OLEIRO DO
AMAZONAS
Aprovada por:
..................................................................................
Prof
o
Dr. Raimundo Pereira de Vasconcelos - Presidente
Universidade Federal do Amazonas
...............................................................................
Prof
o
Dr. Raimundo Kennedy Vieira
Universidade Federal do Amazonas
...............................................................................
Prof
o
Dr. Guilherme Chagas Cordeiro
Universidade Federal do Norte Fluminense
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Agradecimentos
Nesta caminhada do mestrado encontrei muitas dificuldades, porém, também encontrei
muitas pessoas boas que se tornaram muito importantes. Pessoas que me incentivaram com
palavras simples que mesmo sem saber, ajudaram-me a persistir nesse processo de construção
do conhecimento.
Em especial agradeço a Deus que me proporcionou saúde para estudar, trabalhar e
ânimo para enfrentar as dificuldades.
Agradeço também aos meus familiares: Mamãe, João, Ivanete, Luizete, Edvaney, Val,
Zinho, Eliton, Lauri, Adriana, Vitória, Fabi, Raiomara e Gabriel, que suaram a camisa na
moldagem dos agregados, bem como meu irmão Zé que, cada um, ao seu modo,
disponibilizaram apoio incondicional à realização dessa pesquisa. Também não poderia
esquecer do Joãozinho, meu sobrinho, que através da sua ajuda, muitos agregados foram
jogados e esmagados.
Meu eterno agradecimento ao meu falecido Pai, Cosmo Cabral.
À Maiza, que ao meu lado, se dispôs a me compreender e acolher nos momentos mais
difíceis, oferecendo seu apoio e carinho irrestritos, exaltando as minhas potencialidades e me
ajudando a crescer frente aos desafios.
Aos meus amigos Zeca, Eude, Dani e Alberto que também desprenderam seu tempo e
seus esforços, por acreditarem no êxito desse trabalho.
Agradeço também à Arlene e ao Aleixo pelos momentos que estudamos juntos e pela
troca de informações que foram importantes.
Aos técnicos do laboratório Nilson, Jorge, Dolores. Não poderia esquecer à Ivana que
sempre se empenhou em atender as necessidades que esse trabalho exigia.
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Às professoras Ellen e Annunziata por terem cedido o laboratório de Saneamento para
a execução dos ensaios. Agradeço aos técnicos desse laboratório: Ester, Ana e Alexandra pela
ajuda.
Aos meus mestres que muito colaboraram nesse aprendizado, prof. Raimundo
Vasconcelos, prof. Kenedy Vieira, prof. Sanderson, prof. Casarine, prof. Bosco Ladislau,
prof. Francisco Rocha, prof
a
. Adalena Kenedy, prof
a
Consuelo Frota. Ao professor Vilar
Câmara que nos momentos oportunos me motivou com sua experiência e simplicidade.
Ao laboratório de Pavimentação, através do professor Nilton de Souza Campelo que
disponibilizou os equipamentos para execução dos ensaios.
Ao laboratório de mecânica dos solos, por intermédio da professora Consuelo Alves da
Frota que disponibilizou os equipamentos para execução dos ensaios.
Agradeço aos meus companheiros de laboratório Luciane e Rogério pela colaboração e
pela experiência partilhada que foram além das contribuições acadêmicas, criando verdadeiros
vínculos de respeito e amizade.
Ao professor Rui que disponibilizou do seu tempo para avaliar meus dados, sugerir
mudanças e pela colaboração na construção do abstract.
Agradeço de modo especial ao professor Raimundo Pereira de Vasconcelos por ter me
acolhido e apoiado no momento mais importante dessa pesquisa, pelo incentivo e confiança a
mim depositados. Quero registrar meu respeito e admiração pela sua dedicação ao ensino,
cordialidade e compromisso para com os seus orientandos, fazendo-me descobrir em sua
pessoa a verdadeira vocação de um orientador.
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Resumo
A região amazônica pela sua formação geológica não dispõe de rochas de fácil
extração para uso na construção civil, devido a isto, o seixo rolado obtido da dragagem do
leito dos rios, é o agregado graúdo comercialmente mais utilizado para a produção de
concreto. Devido a isso, a busca de agregados alternativos tem sido uma fonte constante de
pesquisa.
Neste trabalho é apresentado um estudo das características e propriedades tecnológicas
de duas massas cerâmicas utilizadas para produção de tijolo, oriundas das cidades de Iranduba
– AM e Manacapuru – AM, com a finalidade de fabricar agregado sintético de argila
calcinada para uso em concreto.
As massas cerâmicas foram submetidas a ensaios de difração de raios X, composição
química, distribuição do tamanho das partículas e plasticidade. Foram confeccionados corpos-
de-prova por prensagem uniaxial a 20 MPa para a queima nas temperaturas de 850, 950, 1050,
1150
o
C. Sendo as propriedades tecnológicas após queima avaliadas por: retração linear,
absorção de água, massa específica aparente, massa unitária e a temperatura de gresificação.
A massa cerâmica que apresentou menor massa específica aparente e o menor percentual de
umidade de moldagem foi escolhida como matéria-prima para a fabricação do agregado
sintético de argila calcinada.
Esse agregado foi usado em substituição ao agregado natural da região amazônica, o
seixo rolado, em concreto estrutural, o qual demonstrou que com esse tipo de aplicação pode-
se obter um produto com resistência mecânica satisfatória e menor massa específica aparente,
atendendo assim a finalidade dessa pesquisa.
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Abstract
The Amazonia area for geological formation doesn't have rocks of easy extraction for
use in the building site, due to this, the natural gravel obtained of the dredging of the bed of
the rivers, it is the great aggregate commercially more used for the concrete production. Due
to that, the search of alternative aggregate has been a constant source of research.
Therefore, this work presents a study of the characteristics and technological
properties of two ceramic pastes, coming from the country of Iranduba and Manacapuru -
AM, with the purpose of manufacturing synthetic aggregate of calcined clay for use in
concrete.
The ceramic pastes were submitted to analysis of X-ray diffraction ,chemical
composition, particle size distribution and plasticity. Samples were made by uniaxial pressure
at 20 MPa to burn in the following temperatures : 850, 950, 1050, 1150
o
C. The technological
properties evaluated were: linear shrinkage, water absorption, apparent specific mass and
vitrification temperature. The ceramic paste that presented the smallest apparent specific mass
and smallest percentile of molding humidity was chosed for synthetic aggregate.
The results obtained for the concrete produced with the synthetic aggregate of calcined
clay show its potential as a substitute of the natural aggregate of Amazonic region, the natural
gravel, which, it demonstrated that with that application type it can be obtained a product with
mechanical resistance satisfactory and smaller apparent specific mass, assisting like this the
purpose of that research.
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Lista de figura
Figura 2.1 – Agregado leve Haydite..................................................................................... 24
Figura 2.2 – Fabricação do Lytag EUA. ............................................................................... 25
Figura 2.3 – Forno rotativo para a produção de agregados leves em escala piloto................. 29
Figura 2.4 – Digrama de blocos da fabricação do agregado leve de argila expandida da
cinasita................................................................................................................................. 30
Figura 3.1 Depósito de argila da olaria de Iranduba..............................................................40
Figura 3.2 – Depósito de argila da olaria de Manacapuru. .................................................... 40
Figura 3.3 – Máquina de prensagem das barrinhas. .............................................................. 48
Figura 3.4 – Forno elétrico tipo mufla.................................................................................. 49
Figura 3.5 – Prensa elétrica para ruptura dos corpos-de-prova..............................................50
Figura 3.7 – Ensaio de fervura.............................................................................................. 55
Figura 3.8 – Abatimento do concreto.................................................................................... 56
Figura 3.9 – Misturas dos materiais na betoneira..................................................................57
Figura 3.10 – Moldagem dos corpos-de-prova...................................................................... 58
Figura 3.11 – Secagem dos corpos-de-prova. ....................................................................... 59
Figura 3.12 – Imersão dos corpos-de-prova.......................................................................... 60
Figura 3.13 – Obtenção da massa imersa.............................................................................. 60
Figura 3.14 – Ensaio de resistência à compressão.................................................................61
Figura 4.1 – Curva granulométrica do solo 1........................................................................ 68
Figura 4.2 – Curva granulométrica do solo 2........................................................................ 68
Figura 4.3 – Resultado da difração de raios-X do solo 1....................................................... 70
Figura 4.4 – Resultado da difração de raios-X do solo 2....................................................... 70
Figura 4.5 – Gráfico de gresificação do solo 1...................................................................... 72
Figura 4.6 – Gráfico de gresificação do solo 2...................................................................... 72
Figura 4.7 – Gráfico da massa específica versus temperatura................................................ 73
Figura 4.8 – Gráfico do módulo de ruptura a flexão versus temperatura. .............................. 74
Figura 4.9 – Gráfico da Porosidade versus Temperatura....................................................... 74
Figura 5.1 – Forno usado para queima dos produtos tijolos. .................................................84
Figura 5.2 – Boquilhas de moldagem. .................................................................................. 87
Figura 5.3 – Moinho para extrusão da matéria-prima............................................................ 87
Figura 5.4 – Corte das barras moldados para a secagem. ...................................................... 88
Figura 5.5 – Secagem ao dos agregados. .............................................................................. 89
Figura 5.6 – Secagem em estufa dos agregados.................................................................... 89
Figura 5.7 – Variação da absorção de água com o tempo de queima..................................... 90
Figura 5.8 – Queima dos agregados de argila .......................................................................90
Figura 6.1 – Curva granulométrica do seixo rolado .............................................................. 98
Figura 6.2 – Curva granulométrica da areia.......................................................................... 99
Figura 6.3 – Gráfico da resistência do concreto AC8N....................................................... 102
Figura 6.4 – Gráfico da resistência do concreto AC8NA. ................................................... 103
Figura 6.5 – Gráfico da resistência do concreto AC8I......................................................... 105
Figura 6.6 – Gráfico da resistência do concreto AC8IA...................................................... 106
Figura 6.7 – Gráfico da resistência do concreto AC1N....................................................... 108
Figura 6.8 – Gráfico da resistência do concreto AC1NA. ................................................... 109
Figura 6.9 – Gráfico da resistência do concreto AC1I......................................................... 110
Figura 6.10 – Gráfico da resistência do concreto AC1IA.................................................... 111
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8
Lista de tabela
Tabela 2.1 Sistema de Classificação de Agregados Sintéticos Graúdos................................. 17
Tabela 2.2 – Composição química preferencial da matéria-prima......................................... 23
Tabela 2.3 – Composição química da matéria-prima do agregado Aglite..............................25
Tabela 2.4 – Parâmetros obtidos para a construção do diagrama de dosagem........................ 38
Tabela 4.1 – Caracterização das amostras de solo.................................................................67
Tabela 4.2 – Composição granulométrica dos produtos da cerâmica vermelha. ....................69
Tabela 4.3 – Composição dos elementos químicos das amostras. .........................................71
Tabela 6.1 – Caracterização física dos agregados graúdos.................................................... 98
Tabela 6.2 – Características técnicas do aditivo.................................................................... 99
Tabela 6.3 – Dosagem dos componentes do concreto AC8N.............................................. 101
Tabela 6.4 – Resultado das dosagens do AC8N.................................................................. 101
Tabela 6.5 – Dosagem dos componentes do concreto AC8NA. .......................................... 102
Tabela 6.6 – Resultado das dosagens do AC8NA............................................................... 103
Tabela 6.7 – Dosagem dos componentes do concreto AC8I................................................ 104
Tabela 6.8 – Resultado das dosagens do AC8I ................................................................... 104
Tabela 6.9 – Dosagem dos componentes do concreto AC8IA............................................. 106
Tabela 6.10 – Resultado das dosagens do AC8IA............................................................... 106
Tabela 6.11 – Dosagem dos componentes do concreto AC1N............................................ 107
Tabela 6.12 – Resultado das dosagens do AC1N................................................................ 107
Tabela 6.13 – Dosagem dos componentes do concreto AC1NA. ........................................ 108
Tabela 6.14 – Resultado das dosagens do AC1NA............................................................. 108
Tabela 6.15 – Dosagem dos componentes do concreto AC1I.............................................. 109
Tabela 6.16 – Resultado das dosagens do AC1I.................................................................. 110
Tabela 6.17 – Dosagem dos componentes do concreto AC1IA........................................... 111
Tabela 6.18 – Resultado das dosagens do AC1IA............................................................... 111
Tabela 6.19 – Dosagem dos componentes do concreto com seixo....................................... 112
Tabela 6.20 – Resultado das dosagens do seixo.................................................................. 112
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Sumário
1 Introdução.........................................................................................................................11
1.1 Considerações iniciais................................................................................................ 11
1.2 Escopo do trabalho..................................................................................................... 14
2 ARGILA EMPREGADA COMO AGREGADO SINTÉTICO.......................................... 16
2.1 Considerações iniciais................................................................................................ 16
2.2 Matéria-prima para produção do agregado sintético cerâmico..................................... 19
2.3 Agregado sintético de argila expandida ...................................................................... 23
2.4 Agregado sintético de argila calcinada........................................................................ 32
2.5 Utilização de agregados sintéticos de argila em concreto............................................ 35
3 MATERIAIS E MÉTODOS.............................................................................................. 39
3.1 Fases da pesquisa ....................................................................................................... 39
3.2 Coleta dos solos ......................................................................................................... 39
3.2.2 Caracterização das amostras dos solos................................................................. 41
3.2.3 Difração de raios-X ............................................................................................. 43
3.2.4 Análise química elementar................................................................................... 45
3.2.5 Ensaios tecnológicos............................................................................................47
3.3 Caracterização dos agregados para o concreto ............................................................ 52
3.3.1 Granulometria dos agregados................................................................................... 52
3.3.2 Massa unitária ..................................................................................................... 53
3.3.3 Massa específica e absorção dos agregados.......................................................... 53
3.3.4 Desgaste por Abrasão “Los Angeles”................................................................... 53
3.3.5 Perda de massa após fervura................................................................................ 54
3.4 Confecção e caracterização do concreto......................................................................56
3.4.1 Determinação da consistência..............................................................................56
3.4.2 Confecção dos corpos-de-prova........................................................................... 57
3.4.3 Massa específica do concreto............................................................................... 58
3.4.4 Resistência à compressão simples........................................................................61
4 ESTUDO DE DOIS TIPOS DE SOLO PARA FABRICAÇÃO DO AGREGADO
SINTÉTICO DE ARGILA CALCINADA ........................................................................... 62
4.1 Considerações iniciais................................................................................................ 62
4.2 Resultados e discussão ............................................................................................... 66
4.2.1 Caracterização física e mineralógica das amostras de solo. ..................................66
4.2.2 Composição química e sinterização das amostras de solo..................................... 71
5 FABRICAÇÃO DO AGREGADO SINTÉTICO DE ARGILA CALCINADA..................76
5.1 A indústria da cerâmica.............................................................................................. 76
5.2 Fabricação da cerâmica ..............................................................................................78
5.2.1 Extração das argilas............................................................................................. 79
5.2.2 Estocagem e mistura da matéria-prima................................................................. 80
5.2.3 Moldagem ........................................................................................................... 81
5.2.6 Secagem.............................................................................................................. 82
5.2.5 Queima................................................................................................................ 83
5.3 Fabricação do agregado de argila calcinada. ........................................................... 85
6 APLICAÇÃO DO AGREGADO DE ARGILA CALCINADA EM CONCRETO............. 92
6.1 Características do concreto......................................................................................... 92
6.2 Caracterização dos componentes do concreto ............................................................. 96
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10
6.2.1 Agregado graúdo................................................................................................. 96
6.2.2 Agregado miúdo.................................................................................................. 98
6.2.3 Água.................................................................................................................... 99
6.2.4 Plastificante.........................................................................................................99
6.3 Produção de concretos.............................................................................................. 100
6.3.1 Concretos com agregado calcinado a 850
o
C...................................................... 100
6.3.1.1 Sem imersão do agregado ............................................................................... 100
6.3.1.2 Com imersão do agregado............................................................................... 103
6.3.2 Concretos com agregado calcinado a 1125
o
C.................................................... 107
6.3.2.1 Sem imersão do agregado ............................................................................... 107
6.3.2.2 Com imersão do agregado............................................................................... 109
6.3.3 Concretos com seixo rolado............................................................................... 111
8 CONCLUSÕES E SUGESTÕES.................................................................................... 113
7.1 Conclusões............................................................................................................... 113
7.2 Sugestões para futuras pesquisas .............................................................................. 115
Referência bibliográfica..................................................................................................... 116
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11
1 Introdução
1.1 Considerações iniciais
O Estado do Amazonas com uma superfície de aproximadamente de 1.577.820,2 km²,
mantém fronteira com a Venezuela, Colômbia e Peru, além dos limites estaduais com
Roraima, Pará, Mato grosso, Rondônia e Acre. Caracteriza-se por uma extensa cobertura
sedimentar fanerrozóica, distribuída nas bacias do Acre, Solimões, Amazonas e alto Tapajós
que se depositou sobre um substrato rochoso pré-cambriano onde predominam rochas de
natureza ígnea, metamórfica e sedimentar.
Essa formação geológica peculiar vem se tornando um importante obstáculo ao
desenvolvimento, pois mais da metade do estado do Amazonas é coberto por sedimentos finos
como argila, silte e areia. Essa característica abrange grande parte da Amazônia legal e,
devido a essa formação, existe uma enorme dificuldade de se encontrar jazidas
economicamente viáveis de rochas minerais capazes de fornecerem agregados britados
naturais. Em decorrência da escassez de agregados pétreos e da elevada distância de
transporte de agregados, o custo desses insumos é relativamente alto, dificultando as obras de
engenharia.
Existem quatro tipos de rochas que constituem a fonte de brita no estado do
Amazonas:
1) Arenitos silicificados da formação Alter do Chão, extraído no entorno da cidade de
Manaus;
2) Riolito, riodacito e outras rochas vulcânicas extraída da BR-174 no município de
Presidente Figueiredo a 115 km de Manaus;
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12
3) Rochas graníticas em Presidente Figueiredo, com duas frentes de lavra na BR-174
entre os quilômetros 154 e 160;
4) As rochas gnaisse encontradas no município de Barcelos, distando de cerca de 255
km de Manaus pelo rio Negro.
Por outro lado, o seixo rolado utilizado no estado do Amazonas é retirado do leito dos
rios, sendo normalmente extraído por meio de dragas. A intensa utilização desse mineral
decorre da grande demanda dos municípios, o custo elevado da brita e sua aplicação
semelhante a dos outros agregados, sendo utilizado em concreto betuminoso e estrutural.
As atuais lavras de extração do seixo rolado estão localizadas nos rios Japurá,
Solimões, Negro, Nhamundá e Aripuanã que é o principal fornecedor de seixo do estado. Essa
extração é danosa ao meio ambiente, pois provoca o assoreamento do leito dos rios, sendo
inclusive condenada pelos órgãos ambientais.
Dessa forma, em função da escassez de agregados pétreos na região e da elevada
distância de transporte desses agregados, que geram um aumento considerável nos custos da
construção civil, torna-se interessante o estudo da viabilidade de utilização de outro material
alternativo existente nas localidades, como o solo argiloso para a produção de agregados
sintéticos.
Nos municípios de Iranduba e Manacapuru está instalado o maior pólo oleiro de
cerâmica vermelha do Estado do Amazonas, que dispõe de extensas áreas de depósitos
aluvionares e de alteração constituindo as principais fontes de matéria-prima para a produção
de tijolos e telhas (CPRM, 2006).
Estudos geológicos efetuados pela CPRM, realizados com base em sondagens e
ensaios cerâmicos preliminares fornecem a indicação para o pólo de um grande potencial de
argila para cerâmica vermelha. Esses estudos permitiram a inferência de reservas geológicas
da ordem de 4,315 bilhões de metros cúbicos.
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Basicamente existem três tipos de materiais argilosos conhecidos e usados no
Amazonas:
1) Argilas muito plásticas que se encontram nas aluviões recentes que se relacionam a
ambientes de planície de inundação, sendo amplamente empregadas na indústria da cerâmica
vermelha;
2) Argilas pouco plásticas, mosqueada e pouca arenosa, oriundas de depósitos
residuais formados a partir de alteração de rochas da formação Alter do Chão, responsável
pela totalidade da produção de tijolos cerâmicos desse pólo.
3) Argilas levemente arenosas oriundas de latossolos e que tem utilização na
construção de aterros, no preparo de argamassa e também na produção de cimento.
Com base nessas informações, o estudo da fabricação de agregado sintético de argila
iniciou-se na tentativa de produção da argila expandida. No entanto, esse tipo de agregado
possui um custo elevado, porque, necessita de altas temperaturas durante a queima, e as
argilas precisam ter propriedades piroexpansivas. Porém, a produção de argila calcinada é
feita com temperatura mais baixa que a expandida, diminuindo assim o custo do produto
cerâmico. Além disso, a matéria-prima não precisa apresentar características piroexpansivas,
tornando assim muito mais fácil a sua produção, tendo em vista a abundancia de solo argiloso
na região.
Neste contexto, foram realizados estudos e ensaios laboratoriais de solos do pólo oleiro
de Manacapuru e Iranduba visando verificar o potencial desta matéria-prima para fabricação
de agregado sintético de argila calcinada, de modo a ser utilizado em substituição ao agregado
convencional da região amazônica para uso em concreto.
Para se alcançar este objetivo foi desenvolvido métodos e equipamentos que
permitissem produzir um agregado sintético a partir do umedecimento da argila. Como ponto
de partida, foi realizada uma visita nas olarias, a fim de se adquirir conhecimento do processo
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14
de produção de tijolos. A segunda etapa foi montar uma máquina capaz de reproduzir em
laboratório o processo de produção das olarias. Com isso foram produzidos agregados de
argila calcinada nas dimensões de 4,8; 9,5 e 12,5 mm, sendo estas dimensões superior e
inferior relacionados respectivamente ao tamanho máximo encontrado no seixo e às restrições
dos moldes de produção. Em seguida os agregados foram calcinados na temperatura de 850
ºC, pois os fornos da região apresentam capacidade de queima em torno deste valor. Além
dessa temperatura os agregados também foram calcinados na temperatura de gresificação da
matéria-prima, cujo valor é obtido através da intersecção das curvas de absorção de água com
a retração linear. Finalmente foram produzidos concretos com agregados de argila calcinada
com valores de massa específicas mais baixas que aqueles obtidos para o concreto com o
agregado tradicionalmente produzido com seixo, com resistência compatível a este.
Sendo assim, neste trabalho é apresentada a pesquisa com este agregado sintético
como uma alternativa tecnicamente viável a substituição do seixo rolado, de modo a
minimizar os impactos ambientais causados pela extração desse agregado.
1.2 Escopo do trabalho
Esta dissertação está estruturada em 7 capítulos que tratam dos seguintes temas:
Capítulo 1 – Introdução: São apresentadas as justificativas para o desenvolvimento do
estudo, os objetivos e a sua estruturação;
Capítulo 2 – Fundamentação teórica: É apresentado um histórico e os conceitos da
fabricação do agregado sintético de argila, bem como as características da matéria-prima e a
aplicação desses agregados na construção civil.
Capítulo 3 – Materiais e Métodos: São apresentados os materiais e os métodos
experimentais utilizados, bem como, a descrição dos ensaios e procedimentos realizados na
experimentação.
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15
Capítulo 4 – Estudos dos solos: Neste capítulo são caracterizados os dois solos usados
em olarias para fabricação de tijolo. A partir desses resultados foi selecionada a matéria-prima
para a fabricação do agregado sintético de argila calcinada.
Capítulo 5 – Fabricação do agregado: Apresenta a metodologia adotada para fabricar
os agregados sintéticos.
Capítulo 6 – Aplicação do agregado em concreto: São apresentadas as dosagens do
agregado sintético em concreto comparada com a obtida para seixo rolado e as especificações.
Capítulo 7 – Conclusão: apresenta as conclusões obtidas e sugestões para novas
pesquisas.
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16
2 ARGILA EMPREGADA COMO AGREGADO SINTÉTICO
2.1 Considerações iniciais
A queima de argilas e folhelhos argilosos com determinadas características químicas
para a produção de agregados não é uma técnica recente. A técnica para se queimar argilas
para uso rodoviário tem sido desenvolvida há cerca de 90 anos. O empreiteiro e fabricante de
tijolos Stephen J. Haydes, da cidade de Kansas, em Missouri, EUA, é apontado como o
criador da indústria de argila expandida. Tentando resolver um problema de inchamento
anormal dos tijolos fabricados com alguns folhelhos argilosos, acabou criando toda uma
indústria de agregados leves. Haydes patenteou o seu processo em fevereiro de 1918 e desde
então, o emprego deste agregado evoluiu e espalhou-se rapidamente, sendo utilizado tanto
para fins estruturais quanto para pavimentação rodoviária (DNER, 1981).
Na produção dos agregados de argila, Lees (1969) descreve a metodologia empregada
na Guiana Inglesa na década de trinta, do século passado, para obtenção destes para uso em
construção rodoviária. Através de um dispositivo bastante simples, toras de madeira eram
utilizadas para se fazer um colchão de 10 x 15 m² com 0,60 m de espessura sobre o qual se
colocava uma camada de 0,60 m de solo argiloso a ser queimado (VIERA, 2000 apud
BATISTA, 2004).
Após a operação de queima, que duravam de 6 a 8 horas, novas camadas de lenha e
argila com as mesmas espessuras anteriores eram alternadamente sobrepostas, até que um
total de quatro camadas de solo fosse queimado. Extinto o fogo, 5 a 6 dias eram necessários
para o resfriamento e a utilização dos agregados produzidos (VIERA, 2000 apud BATISTA,
2004).
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17
O Departamento de Estradas e Rodagem do Texas publicou, em 1969, um relatório
especial intitulado “A Recomended Synthetic Coarse Aggregate Classification System”
estabelecendo um sistema de classificação de agregados de argila, conforme a Tabela 2.1.
Tabela 2.1 Sistema de Classificação de Agregados Sintéticos Graúdos.
Massa específica
Aparente (g/cm³)
Saturação
em 100
minutos
Congel. e
degelo
Desgaste
após
fervura
Abrasão
Los
Angeles
Classe Grupo
Máx Min
Máx
(%)
Perda (%)
Máx
(%)
Máx (%)
A 0,88 0,56 15 7 6 35
B 0,88 0,56 20 15 6 40
I Argila
Expandida
C 0,88 0,56 - 10 45
A - 0,88 - 7 6 35
B - 0,88 - 15 6 40
II Argila
não
Expandida
C - 0,88 - - 10 45
Fonte: Texas Highway Department, 1969.
Nesta classificação os agregados de argila estão divididos em duas classes, os
expandidos e os não expandidos (argila calcinada), e cada classe está dividida com três grupos
A, B e C, organizados em ordem decrescente de qualidade.
A determinação da massa específica aparente nesse caso, é feito com agregados
graúdos que passam na peneira ½” e retidos na peneira n
o
4. A amostra deve, por outro lado
apresentar 30 a 70% de grão retidos na peneira 3/8”.
A determinação do desgaste na água após fervura, é o ensaio mais decisivo na seleção
e classificação para uso dos agregados de argila, podendo até conforme os estudos realizados
no Texas, prescindir do ensaio de abrasão Los Angeles. A aparelhagem usada neste ensaio é a
mesma usada em laboratórios de solos, acrescido apenas, de uma panela de pressão de uso
doméstico. O teste consiste em se ferver os agregados em uma panela de pressão, medindo-se
depois a porcentagem de desgaste dos mesmos após agitação com água em um agitador de
peneiras.
A determinação do desgaste por abrasão Los Angeles é semelhante ao executado, pelo
Departamento de Estradas de Rodagem do Texas, com pequenas modificações do ensaio
padronizado (DNER ME-35-64 e ASTM C-131) que visaram adaptá-lo para o caso de
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agregados leves. A massa dos agregados a serem ensaiadas foi reduzida de tal modo, a se
evitar um volume excessivo de materiais dentro da máquina Los Angeles. A massa correta é
calculada a partir da massa específica aparente do agregado leve a ensaiar e da massa
específica aparente dos agregados pétreos convencionais, admitida igual a 1,55 ton/m³. Da
mesma forma, a carga abrasiva que é composta por esferas de aço, indicada para a faixa
granulométrica do agregado também é reduzida.
Os agregados fabricados com argila ou folhelhos argilosos podem ser divididos em
duas classes: agregados leves (expandidos ou sinterizados) e agregados calcinados.
Os agregados leves de argila podem ser classificados em dois grupos principais. O
primeiro grupo baseia-se no fato de que certas argilas, folhelhos argilosos e ardósia incham ou
borbulham quando aquecidos à temperatura de fusão incipiente. No segundo grupo, a baixa
massa específica aparente é obtida pela sinterização do material granular, de tal maneira que
uma estrutura sólida celular é obtida, na qual os vazios intersticiais são preservados como
poros abertos ou fechados; o sólido original pode inchar ou expandir durante a queima, mas
tal fato não é fundamental para a fabricação do agregado leve.
Define-se sinterização como o processo de aglutinação entre duas ou mais partículas
sólidas, que pelo aquecimento da massa cerâmica a uma temperatura inferior a de fusão,
provoca reações químicas entre as interfaces dos grãos que gradativamente vão se unindo e
promove a difusão de duas redes cristalinas.
A temperatura e o tempo de calcinação são variáveis importantes que devem ser
determinadas na fase inicial do estudo. A temperatura influencia diretamente as características
físicas e mecânicas do agregado produzido, ou seja, elevando-se a temperatura melhora-se a
qualidade do agregado. Em relação ao tempo de calcinação, deve-se determinar o ponto
ótimo, pois um valor excessivo não melhora a qualidade do agregado e um valor pequeno
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pode não ser suficiente para que atinja as melhores condições para uma determinada
temperatura (CABRAL, 2005).
Na década de 80 o IPR (Instituto de Pesquisa Rodoviária) promoveu uma pesquisa
para fabricação de um protótipo de usina móvel de agregados de argila expandida, cujas
características foram adaptadas às necessidades rodoviárias. Esse protótipo foi fabricado e
montado em cima de duas carretas, sendo que uma delas correspondia à unidade de
conformação das argilas e a outra de queima (ECL, 1986).
2.2 Matéria-prima para produção do agregado sintético cerâmico
As matérias-primas usadas na produção de agregados artificiais cerâmicos são os solos
argilosos. Em alguns casos quando se deseja melhorar algumas propriedades dos produtos
cerâmicos, utiliza-se solos que apresentam maior percentual de elementos fundentes.
Santos (1975) define argila como um material terroso, de granulação muita fina, que
geralmente adquire, quando umedecido com água, certa plasticidade; quimicamente, as argilas
são formadas essencialmente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio. Designa
ainda o nome “argila” um grupo de partículas do solo cujas dimensões se encontram entre
uma faixa especificada de valores. O termo “folhelhos” é usado para argilas laminadas ou
estratificadas naturalmente; podendo o folhelho ter a mesma consistência ou textura das
argilas usuais ou ser completamente adensado e duro, chamando-se de “argilito”.
As argilas por sua vez, classificam-se em duas categorias: argilas primárias e argilas
secundárias ou sedimentares. As primeiras são formadas no mesmo local da rocha mãe e são
pouco atacadas pelos agentes atmosféricos. Possuem partículas mais grossas e coloração mais
clara, são pouco plásticas, porém de grande dureza e possuem alto nível de fusão (BATISTA,
2004).
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As argilas sedimentares são as que foram transportadas para mais longe da rocha mãe
pela água, pelo vento e incluindo ainda o degelo. A água especialmente tritura a argila em
partículas de diferentes tamanhos, fazendo com que as mais pesadas se depositem primeiro,
enquanto que as outras vão se depositando de acordo com seu peso no decorrer do caminho,
sendo que os grãos mais leves se depositam onde a água pára. Essas argilas são mais finas e
mais plásticas que as primárias, podendo, entretanto, conter impurezas ao se misturarem com
a matéria orgânica (BATISTA, 2004).
Existem uma grande variedade de material cristalino nas argilas, e todos aqueles que
não são argilominerais são conhecidos como minerais acessórios. Os minerais acessórios mais
comuns em argilas são: quartzo, feldspatos, micas, óxidos e hidróxidos de ferro, titânio, sílica
e manganês. O termo “argila” inclui uma variedade de argilominerais, e os principais são os
dos grupos da caulinita, montmorilonita e ilita.
As massas cerâmicas sofrem variações intensas nas suas propriedades físico-químicas
devido ao processamento, e utiliza-se normalmente uma faixa para designar o termo argila
que é composto por partículas com dimensões especificadas. A faixa normalmente utilizada
para determinar a fração argila, são os valores estabelecidos pela ABNT, onde esta fração é
composta por partículas com dimensão inferior a 0,005 mm.
O tamanho das partículas de uma massa cerâmica é uma característica de fundamental
importância, pois as propriedades físicas necessárias para obtenção de um produto cerâmico
de qualidade como, por exemplo, plasticidade, absorção de água, módulo de ruptura a flexão a
seco e após a queima são influenciadas pela granulometria.
Com relação à granulometria deve-se ressaltar que uma massa cerâmica deve possuir
características que garantam a trabalhabilidade adequada, que está diretamente relacionada à
plasticidade, obtendo-se assim características finais necessárias ao processo de conformação.
No caso de agregados artificiais de argila calcinada bem como os demais produtos da
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cerâmica vermelha, essa trabalhabilidade é obtida fazendo-se o correto proporcionamento
granulométrico de materiais plásticos e não plásticos.
Segundo Funtac e IEL (1990) citado por Nascimento (2005), pode-se evitar a
incidência de muitos problemas nos materiais cerâmicos, com o conhecimento da distribuição
granulométrica e a forma das partículas constituintes da massa que podem implicar nos
seguintes defeitos:
i) Falha na formação do produto no processo de extrusão;
ii) Baixa resistência mecânica;
iii) Aumento da absorção de água;
iv) Porosidade aparente alta.
Sabe-se que as argilas são compostas de material plásticos e não-plásticos. Os
materiais não-plásticos atuam como desplastificantes (areia e outros) nas composições, visto
que reduzem a plasticidade destas quando misturados com os materiais argilosos. Uma massa
cerâmica composta somente por argilas plásticas (denominadas industrialmente por argilas
gordas), apresenta grandes dificuldades no processo de moldagem, secagem e queima. Neste
caso há a necessidade de se fazer uma mistura de argilas, juntamente com os não plásticos
moídos, dosando-se grãos finos, médios e grossos de modo a obter uma distribuição
granulométrica adequada (PRACIDELLI, 1997).
A excessiva plasticidade das argilas e seu comportamento refratário devido à
composição química, produzem peças cerâmicas queimadas com excessiva porosidade. Como
conseqüência é comum à ocorrência de elevados valores de absorção de água. Por isso o
conhecimento da composição química fornece informações importantes para seu uso
específico.
Como alternativa para a redução da porosidade faz-se necessário reformular a massa
cerâmica, aumentando o teor de fundentes ou aumentando a temperatura de queima. Os
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fundentes ao longo do processo de queima se transformam em líquido, durante a formação
desta fase líquida há o preenchimento dos poros do material, contribuindo para densificação e
redução da porosidade (RIELLA, 2000; VIEIRA, 2002).
Os fundentes mais utilizados na indústria cerâmica são as matérias-primas com
elevado percentual de óxidos alcalinos (Na
2
O e K
2
O) e com baixa perda ao fogo. Estes
elementos formam a fase líquida por fusão própria, ou em reação com a sílica (SiO
2
)
proveniente da decomposição dos argilominerais, em temperatura superior a 700
o
C
(KINGERY, 1976). Este processo de sinterização é comumente chamado de vitrificação.
A importância desses elementos está relacionada à capacidade de diminuir a
temperatura da formação da fase líquida durante o processo de queima. A maioria dos
produtos cerâmicos apresentam elevada porosidade, com pouca fase vítrea, decorrente da
baixa temperatura de queima (variando de 850
o
C a 950
o
C) desses produtos.
A temperatura de queima, percentual e proporção de álcalis e procedência
mineralógica dos fundentes são fatores determinantes no processo de vitrificação. Entre os
fundentes mais comumente empregados na composição da massa para a cerâmica tradicional
em uso na construção civil, destacam-se argilas ilíticas, feldspatos, filito e fonolito (MOTA,
2001).
O documento de patente GB 465318, encontrado nas bases de dados do European
Patent Office (EPO), publicado em 05/05/1937, e intitulado “Concreto com partículas de
argila queimada como agregado”, sob a titularidade de Hugo Schwartzkopff da Alemanha,
estabelece a composição química da matéria-prima que irá produzir os agregados de “argila
queimada”, conforme a Tabela 2.3 (CABRAL, 2005).
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Tabela 2.2 – Composição química preferencial da matéria-prima.
Elementos químicos Percentual (%)
SiO
2
64,4
Al
2
O
3
21,9
Fe
2
O 3,0
MgO 1,4
K
2
O + Na
2
O 3,0
H
2
O + compostos orgânicos 4,7
(Fonte: SCHWARTZKOPFF, apud CABRAL 2005).
Atualmente a indústria cerâmica vem evoluindo e aprimorando as técnicas dos
processos cerâmicos cujo o objetivo é produzir materiais de melhor qualidade encurtando o
tempo de queima. Interações entre as matérias-primas presentes no corpo a verde e entre
minerais constituintes podem ser afetadas por qualquer alteração no tratamento térmico. Por
isso, interações mútuas entre minerais podem ser largamente reduzidas quando se aumenta a
taxa de queima. Uma das principais influências da taxa de aquecimento está na transformação
de fases para a formação da mulita (CASTELEIN apud SANCHEZ-MUÑOS, 2002).
Matérias-primas contendo caulinita são normalmente utilizadas no desenvolvimento de
massas cerâmicas. As argilas, provenientes de depósitos naturais formados durante distintos e
longos processos geológicos, é uma mistura complexa de diferentes variedades mineralógicas.
Como resultado deste longo processo, as argilas industriais contêm, além de caulinita,
pequenas quantidades de quartzo, feldspatos, esmectita ou mica. Estes minerais até certo
ponto influenciam o comportamento térmico do corpo cerâmico (SANCHEZ-MUÑOS, 2002).
2.3 Agregado sintético de argila expandida
As vantagens de certos agregados minerais de baixa massa específica aparente,
conhecidos pelo nome de agregado leve, têm sido consideradas e com o uso diverso na
construção civil.
Nos Estados Unidos e em alguns paises, agregados leves são produzidos e
comercializados sob os nomes de Haydite, Rocklite, Gravelite, Cel-Seal Nodulite e outros.
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Haydite é feito pelo aquecimento de fragmentos de argila ou folhelhos argilosos em
fornos rotativos em temperaturas que variam entre 1000
o
C e 1150
o
C, até que o grau desejado
de formação de vesículas seja obtido (Figura 2.1). Segundo seu fabricante o índice de
absorção desse agregado é de aproximadamente 10% (SANTOS, 1975; HAYDITE, 2007).
Figura 2.1 – Agregado leve Haydite.
Fonte: Haydite, 2007.
Rocklite é feita por processo semelhante a 1200
o
C e durante a queima, os fragmentos
irregulares amolecem, incham até adquirir a forma de pelotas ou esferas, desenvolvendo uma
casta ou película superficial de cerca de 1 mm de espessura (SANTOS, 1975).
Gravelite é preparada pela queima de cilindros extrudados de argila úmida com óleo
combustível, em fornos rotativos (SANTOS, 1975).
Cel-Seal é fabricado pela mistura de pequenas proporções de óxidos de ferro e
materiais combustíveis ricos em carbono com a argila bruta, extrudados, cobertos com argilas
refratárias e queimados em temperatura adequada em forno rotativo (SANTOS, 1975).
Nodulite é preparada com terra da Flórida, pelotizada, coberta com sílica moída e
queimada a 1100
o
C em fornos rotativos (SANTOS, 1975).
A produção do agregado leve por sinterização é idêntica em princípio à sinterização de
minério de zinco ou níquel: uma carga da matéria-prima é misturada intimamente com uma
proporção adequada de combustível e depositada em forma não compactada em uma grelha
móvel de um forno tipo Dwight-Lloyd e incendiada. A queima do combustível é assegurada
pela sucção ou injeção de ar através da grelha, as partículas de argila se fundem
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superficialmente e se ligam, formando uma camada ou leito sinterizado, que é depois britado e
separado em frações de granulometrias adequadas (SANTOS, 1975).
Esse tipo de agregado é fabricado nos Estados Unidos, utilizando como matéria-prima
folhelhos argilosos, através da sinterização (SANTOS, 1975), cujo o processo pode ser visto
na Figura 2.2.
Figura 2.2 – Fabricação do Lytag EUA.
Fonte: Lytag, 2006.
Outro produto semelhante é fabricado na Inglaterra com o nome de Aglite e a sua
matéria-prima é misturada com combustível, apresentando composição química conforme
descrito na Tabela 2.3 (SANTOS, 1975; LYTAG, 2006).
Tabela 2.3 – Composição química da matéria-prima do agregado Aglite.
Elementos químicos Percentual (%)
SiO
2
43,1
CaO 39,0
Fe 3,51
Carbono fixo 11,55
Combustíveis voláteis 11,35
Fonte: CATCHPOLE, 1959 apud SANTOS, 1975.
O termo “estrutura celular” de um agregado leve é usado para identificar uma textura
em que os vazios estão isolados entre si por paredes impermeáveis. O termo “estrutura porosa
ou esponjosa” indica uma textura em que os vazios estão interconectados com o meio, como
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em uma esponja. As reações que ocorrem quando uma argila é aquecida em um forno rotativo
para formar um agregado leve são as seguintes (SANTOS, 1975).
a) Período da secagem (remoção da umidade de moldagem).
b) Período de remoção de água adsorvida e de matéria orgânica.
c) Período de remoção da água de constituição (hidroxilas).
d) Período de oxidação de enxofre, ferro, carbono e outros elementos.
e) Período de dissociação – redução (carbonatos de Ca e Mg; sulfatos; óxidos férricos
a óxidos ferrosos).
f) Período de vitrificação (primeira fusão de vidro ou fusão incipiente).
g) Período piroplástico em que algumas argilas, folhelhos e ardósias incham ou
expandem.
h) Período de fusão total, em que há predominância de fase líquida de baixa
viscosidade, havendo desaparecimento da estrutura celular e perda de forma do agregado.
Segundo Bauer (1949) apud Santos (1975) as condições necessárias para que o
inchamento ou expansão piroplástica de uma argila ou folhelho produza uma estrutura celular,
essencial para um agregado leve de alta qualidade, são as seguintes:
• O material na condição piroplástica deve possuir um teor suficiente de
vidro para tapar os poros e reter os gases formados;
• O material deve conter quantidade adequada de substâncias produtoras
de gases para produzir o grau de inchamento suficiente a fim de obter a
massa específica aparente desejada;
• As substâncias produtoras de gases devem liberar uma quantidade, em
velocidade adequada numa temperatura e momento que coincidam com
as condições piroplásticas ótimas do material;
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• Nessas condições ótimas tempo, temperatura e formação vítrea, o
material deve possuir uma viscosidade adequada que permita a
formação de um grande número de bolhas ou vesículas para propiciar
uma baixa massa específica aparente à partícula do agregado leve e uma
espessura de parede das vesículas que leve à máxima resistência ao
esmagamento;
• O material deve inchar em uma estrutura celular na temperatura a mais
baixa possível;
• A faixa ou intervalos de temperatura em que ocorre o início do
inchamento e a fusão total deve ser superior a 20 ºC, para evitar que os
fragmentos de agregado leve se grudem e provoquem o entupimento do
forno.
Se não existir um teor de fundentes adequados para formar uma fase vítrea ou se uma
fase vítrea de baixa viscosidade é formada desde o início, os gases escapam e não há
inchamento da partícula de argila, esses efeitos podem ser corrigidos pela adição de fundentes
adequados pelo deslocamento do período de liberação de gás para uma temperatura mais alta,
por um aquecimento mais rápido com menor introdução de ar ou pela adição de substâncias
que elevam a viscosidade da fase vítrea (SANTOS, 1975).
Quantidades exageradas de substâncias formadoras de gases produzindo uma liberação
violenta de gases são prejudiciais especialmente em temperaturas muito baixas para a
formação vítrea. Com a presença de enxofre ou carbono é necessário um aquecimento muito
rápido e condições fortemente redutoras. Essa produção violenta de gases pode ser diminuída
pelo aquecimento mais lento (mais ar sendo introduzido) ou misturando materiais mais
refratários à argila para contabalançar com a elevada viscosidade a pressão dos gases em
temperaturas mais baixas (SANTOS, 1975).
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Estudos do U.S.Bureal of Mines nos Estados Unidos 1948 procurando correlacionar as
propriedades de inchamento piroplástico com a composição química das argilas levaram à
conclusão de que a composição mineralógica, principalmente a das impurezas existentes nas
argilas, folhelhos argilosos e ardósias é o fator predominante nas propriedades de inchamento.
Portanto, uma correlação desse tipo deve levar em consideração a temperatura de fusão e de
dissociação desses minerais, as temperaturas de fusão dos eutéticos dos vários minerais entre
si, as diferentes reações de dissociação, a natureza dos gases formados e as viscosidades em
função da temperatura das várias fases vítreas (SANTOS, 1975).
Em São Paulo o IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas) realizou várias pesquisas
visando encontrar argilas que pudessem ser utilizadas na fabricação de agregados leves pelo
processo do forno rotativo. Desta forma, então, foram estudadas trezentas argilas do Estado de
São Paulo, cuja composição química e mineralógica as indicava como possíveis de
inchamento piroplástico. Através dos ensaios laboratoriais foi possível selecionar quatro tipos
de argilas, tendo estes sido escolhidas por questões econômicas para a industrialização.
Santos (1975) apud Nascimento (2004) descreveu as etapas da pesquisa industrial para
a implantação da fábrica de agregado leve, CINASITA, na década de 60, cuja capacidade
inicial seria de 9000 m³/mês. Embora essa referência seja antiga, foi a única possível de ser
obtida para o presente estudo. Algumas dessas etapas foram transcritas nos próximos oito
parágrafos para propiciar um melhor entendimento da metodologia de produção desses
agregados.
A argila homogeneizada em depósito de 10.000 ton de capacidade do qual é abastecida a fábrica. Por
intermédio de pá carregadeira abastece-se um caixão dosador, que permite obter um fluxo contínuo de
argila no processo industrial. Do caixão dosador cai em um desintegrador de argila que reduz os grandes
pedaços até um diâmetro máximo de 5cm, por intermédio de uma correia transportadora o material é
conduzido a um misturador – homogeneizador- umificador; onde é homogeneizado e acertada a
umidade adequada para a extrusão. As matérias primas selecionadas necessitam de adição de uma
pequena quantidade de óleo para facilitar a extrusão.
Do misturador, a argila passa por um laminador que é constituído de dois rolos espaçados de 3 mm a 5
mm. Aí são retidas as pedras e outros objetos estranhos, laminando a argila e preparando-a para a
extrusão. Do laminador passa uma máquina de extrusão contínua (maromba) e pela passagem por um
bocal com orifícios circulares (boquilha) obtêm-se cilindros de 10 mm a 15 mm de diâmetro.Uma
cortadeira rotativa em frente ao bocal vai cortando os cilindros no comprimento médio de 15 mm.
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Nesses cilindros de argila assim produzidos são conduzidos à entrada do forno por uma transportadora
de correia. Como a indústria opera 24 horas por dia e 7 dias por semana, existem dois conjuntos de
extrusão que funcionam alternadamente 12 horas cada conjunto. O forno é rotativo (figura 2.3) com 2,4
m de diâmetro e 50 m de comprimento, girando com velocidade variável de uma volta a cada 30 s a 50 s
pela rotação e inclinação do forno, os cilindros levam cerca de 2 horas para atravessá-lo. Na zona de
combustão que atinge 1100 º C, a pelota de argila expande e cai num trocador de calor. O combustível
utilizado pode ser o óleo combustível de baixo ponto de fusão (BPF) ou de alto ponto de fusão – baiano
(APF).
Figura 2.3 – Forno rotativo para a produção de agregados leves em escala piloto.
Fonte: Santos, 1975.
No trocador de calor, o agregado expandido se resfria à temperatura ambiente e o ar aquecido é injetado
no forno como ar secundário de queima. O forno opera com tiragem forçada.
Após o resfriamento no trocador de calor, o agregado leve é conduzido a um depósito com capacidade
para 15.000 m ³. Desse depósito, por gravidade, o material é transportado mecanicamente para a
instalação de peneiramento e armazenagem. Consta de peneiras de três estágios com peneiras de 20
mm, 13 mm e 5 mm de abertura. A fração mínima de 20 mm é encaminhada a um britador de martelo e
fragmentada a um diâmetro máximo de 10 mm e armazenada em um silo de 100 m ³ de capacidade.
Cada uma das frações obtidas no peneiramento é armazenada em silos semelhantes de 100 m ³ cada.
Esses silos estão em altura adequada, de maneira que o carregamento se efetua por gravidade
diretamente no caminhão.
Durante todo o processo de fabricação o produto não é tocado ou manuseado, resultando grande
economia de mão-de-obra. Toda a fábrica, inclusive pessoal de escritório, opera com 32 funcionários,
sendo o pessoal efetivo de produção distribuídos em 4 turnos com total de 24 pessoas.
O diagrama de blocos da figura 3.3 identifica o fluxograma do processo de fabricação
industrial do agregado leve da cinasita.
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30
Figura 2.4 – Digrama de blocos da fabricação do agregado leve de argila expandida da cinasita.
Fonte: Santos, 1975.
O projeto da usina de argila expandida do DNER teve como objetivo o estudo e a
elaboração de anteprojetos de usinas para a fabricação de agregado de argila, atendendo a
necessidade da região, em função da carência de agregados pétreos.
Essa usina fora fabricada pela empresa ENAPLIC, em São Paulo e modificada pela
empresa CIBER, no Rio Grande do Sul, e foi instalada na cidade de Manaus dentro da 1ª
Unidade-Estrutura Terrestre (1ª UNIT) e sofreu paralisação em outubro de 1989, onde ficou
sem funcionamento por mais de dez anos (CABRAL, 2005).
O motivo que levou o IPR (Instituto de Pesquisas Rodoviárias) a fabricar a usina
protótipo móvel adaptadas às necessidades rodoviárias, foi o fato de que os equipamentos
conhecidos no mercado mundial eram na época, em geral, de grande porte e destinados a
instalações fixas. Logo, com as conclusões obtidas, o protótipo da usina móvel foi concebido
e construído de acordo com as seguintes diretrizes (FABRÍCIO apud CABRAL 2005):
- Apresentar condições de mobilidade e transporte de modo que pudesse ser levada
para os locais das obras com certa facilidade;
- Utilizar um sistema de queima que propiciasse economia de combustíveis nobres que
no caso os derivados de petróleo;
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- Propiciar certa flexibilidade de operação, de fabricação para pesquisas de qualidade,
custos e emprego dos agregados produzidos.
O protótipo da usina foi fabricado e montado em cima de duas carretas, sendo que uma
delas correspondia a unidade de processamento da argila e a outra, unidade de queima. Assim
sendo, a usina estava preparada para produção média de cerca de 40 a 50 m³ de agregado por
dia, podendo ser removível e transportada com performance adequada para a produção de
argila expandida nas obras onde viria a ser utilizado o agregado sintético.
Debates regionais foram realizados, em virtude do interesse demonstrado pelo
protótipo, por diversas organizações da região amazônica. Então, em setembro de 2000, a
usina passou por delegação do DNIT, para a Universidade Federal do Amazonas, que
pretendia coloca-la em funcionamento com o propósito de complementar os trabalhos de
pesquisas regionais executados e em andamento (CABRAL, 2005).
Segundo Cabral (2005), em outubro de 2000, por iniciativa do Prof. Nilton de Souza
Campelo, que recebeu a usina protótipo cedida à Universidade Federal do Amazonas, foram
efetuadas reuniões entre técnicos da ECL – Engenharia, Consultoria e Economia S.A., e
docentes da universidade, para elaborar um programa de novos estudos, e operacionalizar
novamente a usina protótipo móvel do DNIT, porém desta vez voltada para a tecnologia do
agregado de argila calcinada, em vez do agregado de argila expandida.
Em função da paralisação da usina seriam necessários alguns reparos para a mesma
voltar a funcionar; revisão da parte elétrica e mecânica, mudança no sistema de aquecimento,
mudança e aperfeiçoamento do sistema de pelotização da argila.
Desde janeiro de 2001 até junho de 2004, não havia sido possível o desenvolvimento
do programa da parceria, cujo objetivo mais importante era a recuperação da usina protótipo
móvel do DNIT (CABRAL, 2005). Atualmente não se tem notícias da recuperação dessa
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32
usina que seria de grande importância para o desenvolvimento da região amazônica, visto que
esta não possui jazidas de agregados pétreos economicamente viáveis para exploração.
2.4 Agregado sintético de argila calcinada
Segundo Santos (1975), agregados leves podem ser feitos com uma variedade maior de
argilas pelo processo de sinterização do que pelo do forno rotativo, porém produtos obtidos
pelos dois processos são essencialmente diferentes, como é o caso das partículas esféricas,
recobertas com uma película protetora impermeável.
Estudos, pesquisas e projetos em busca da utilização de agregados não rochosos vêm
sendo desenvolvidos, visando superar as dificuldades da obtenção de material pétreo. A
pesquisa cientifica com o objetivo de obter matérias-primas que propiciem a fabricação e o
emprego de agregados artificiais teve ênfase nos últimos anos, a nível mundial, em particular
naqueles países onde a carência de jazidas de material pétreo é a principal condicionante para
a engenharia local. As dificuldades que motivam a pesquisa de novos materiais são:
• A impossibilidade de se explorar jazidas de rocha próximas a centros
urbanos;
• A extração do seixo rolado no leito dos rios que provoca o
assoreamento das margens dos rios;
• O impacto ambiental negativo, muitas vezes irreversível, causado pela
exploração de uma pedreira;
• Formação geológica desfavorável ao aproveitamento da rocha como
brita;
Pode-se estabelecer que a origem da pesquisa do agregado artificial de argila calcinada
no Brasil, partiu da experiência também proveniente do DNER (atualmente DNIT), após
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visita técnica realizada aos Estados Unidos (Texas e Louisiana), mais precisamente em
Outubro de 1979, cujas organizações rodoviárias utilizavam agregados fabricados com argila.
Dentre as conclusões obtidas desta visita, destacam-se as seguintes:
- Os “agregados sintéticos“ fabricados pela queima de argila a partir de 760 ºC, oferece
possibilidades bastante interessantes para o uso rodoviário, pois a experiência do estado do
Texas demonstra que a argila queimada nesta temperatura se desidroxila, podendo fornecer
agregados estáveis e aptos para serem usados em condições mais econômica que o agregado
sintético de argila expandida. De acordo com esta experiência, foi trazida a informação de que
praticamente qualquer argila que, depois de molhada e moldada em forma de pelotas, viria a
formar grãos duros e secos ao ar, podendo servir para a fabricação de agregados de “argila
queimada”.
- O uso deste “agregado sintético” no Texas já havia sido estudado e pesquisado,
gerando inclusive um relatório chamado “A recommend synthetic coarse aggregate
classication system”, publicado em 1969, que estabeleceu um sistema de classificação de
agregados de argila “queimados” e expandidos. Classificação esta que também iria especificar
alguns testes que dariam o enquadramento no sistema citado.
Pelas necessidades da região Amazônica é interessante pesquisar um agregado
sintético de argila calcinada, pois a região dispõe de solos argilosos aptos para serem usados
como matéria-prima. A principal característica deste agregado sintético é de que não há
necessidade da matéria-prima ter propriedades piroexpansivas e a temperatura para a sua
produção é menor que a da argila expandida.
Diversas pesquisas foram desenvolvidas, com a utilização de solos amazônicos na
fabricação do agregado sintético de argila calcinada. Esses estudos fizeram a comparação
física e mecânica com os agregados rochosos. Resumidamente serão descritos alguns
trabalhos realizados com a argila calcinada.
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34
Frota (2003) comparou as características físicas e mecânicas de misturas asfálticas
confeccionadas com agregado natural (seixo rolado) e com o agregado sintético de argila
calcinada. Procurando mostrar uma alternativa para falta de agregado granular na região
amazônica.
Frota (2004) procurou obter agregados sintéticos de argila calcinada como substituto
do material granular natural (agregado graúdo) para construção de camadas de pavimentos
rodoviários (base, sub-base, reforço do subleito). Foram coletados três solos argilosos para
realização dos seguintes ensaios geotécnicos: limite de liquidez, limite de plasticidade, massa
específica dos sólidos e granulometria com sedimentação. Após tais experimentos foram
realizados ensaios específicos para a verificação da potencialidade de calcinação: o processo
de fervura, a perda de massa e a abrasão “Los Angeles”. Os resultados demonstraram que os
solos possuíam predominância da fração argilosa, com índice de plasticidade elevado (IP >
15) e apenas dois desses solos estudados estavam aptos, quanto à potencialidade de
calcinação.
Batista (2004) fez a caracterização dos agregados de argila calcinada produzidos em
laboratório, com amostras provenientes do município de Santarém-Pará. Após a escolha do
solo que serviria para fabricação do agregado sintético, este foi moldado, queimado e utilizado
em substituição ao agregado tradicional para a execução de ensaios em misturas asfálticas.
Nascimento (2005) realizou um estudo referente a fabricação e o emprego de
agregados artificiais de argila calcinada na composição de misturas asfálticas e de bases de
solo-agregado em obras rodoviárias no Estado do Acre. Avaliou a possibilidade da utilização
dos processos de produção de agregados leves e peças cerâmicas para produção de agregados
calcinados com o objetivo de contribuir para o desenvolvimento de uma alternativa técnica e
economicamente viável à produção agregados calcinados em grande escala.
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35
Cabral (2005) descreve um processo metodológico para a fabricação e utilização do
agregado de argila calcinada em pavimentação rodoviária. São apresentados os resultados das
propriedades de resistência mecânica, porosidade e absorção, mistura solo-agregado, misturas
asfálticas e consequentemente os custos envolvidos.
Silva (2006) realizou um estudo experimental sobre o efeito do condicionamento da
mistura asfáltica com agregado de argila calcinada antes da compactação, utilizando dois
ligantes, asfalto modificado com polímero e asfalto modificado com borracha. Foram
analisadas as possíveis soluções para inibir o efeito da absorção e do escoamento do ligante.
Cabral, Rebelo et al (2007) compararam os efeitos da densificação a partir da variação
da temperatura dos agregados de argila calcinada, moldados manualmente em forma de
pelotas, tendo sido essas características comparadas com as obtidas com o seixo rolado.
2.5 Utilização de agregados sintéticos de argila em concreto
O seixo e pedra britada são os principais agregados granulares usados na região
amazônica, e por serem densos com massa específica dos grãos superior a 2500 kg/m³, o
concreto feito com eles apresenta uma massa em torno de 2400 kg/m³. Alguns agregados
minerais de baixa massa específica têm sido analisados e considerados as vantagens
oferecidas por estes, como a leveza e sua boa resistência à compressão.
A Cinasita descreve que o uso do concreto leve vem desde á época dos romanos, os
quais o utilizavam em grande escala, em obras que podem ser apreciadas até hoje, como por
exemplo, a Via Appia e o Pantheon, com sua cúpula de 43 metros de diâmetro, ambos
localizados em Roma.
Com o agregado leve conhecido por haydite, é possível obter concretos estruturais de
1600 a 1800 kg/m³ de massa específica aparente e de resistência à compressão entre 28 a 35
MPa, sem apresentar expansão apreciável devida a reação álcali-agregado.
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36
Concretos produzidos com o agregado leve conhecido por rocklite, alcançam massas
específicas aparentes de 1400 a 1600 kg/m³ e resistência à compressão variando de 7 a 35
MPa.
Embora seja utilizado um agregado leve para a manufatura de concretos de baixa
massa específica, deve-se salientar que não existe uma definição precisa para caracterizar um
concreto de baixa massa específica. O termo pode ser aplicado a qualquer concreto em que
seu peso próprio seja inferior ao do concreto produzido com agregado rochoso de massa
específica média, em torno de 2500 kg/m³.
Nos Estados Unidos, cerca de metade do concreto em bloco que é utilizado em
construção contém agregado leve. As características proporcionadas pelo emprego do
agregado leve é a redução do peso total da estrutura, baixa retração, baixa condutividade
térmica, baixos custos de produção e um coeficiente de dilatação próximo ao do aço
(SANTOS, 1975).
O DNER (1981) relata que um dos fatos que chamou a atenção para a ótima qualidade
do concreto fabricado com argila expandida foi o navio norte americano USS Selma, lançado
no mar em 1919, cujo casco foi construído utilizando-se esse tipo de concreto leve. Em 1953,
o Expanded Shale Clay And Slate Institute dos EUA encomendou a uma firma a análise das
condições estruturais do concreto do casco, que por essa ocasião havia sido afundado. O laudo
dos peritos mostrou que, mesmo depois de decorridos 34 anos, o concreto estava em
excelentes condições em todas as partes examinadas. Além disso, foi constatado que mesmo
os elementos do casco que ficaram expostos alternadamente à água salgada e ao ar não
apresentavam trincas ou outros sinais de deterioração, e que as barras de aço das armaduras
estavam em bom estado (BATISTA, 2004).
Agregados leves de argila vêm sendo ainda largamente utilizados pela indústria de pré-
moldados de concreto armado e protendido, em todos os tipos de construção civil. Umas das
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obras que mais despertou a atenção dos profissionais para as grandes vantagens técnicas do
uso da argila expandida, foi a construção da ponte sobre a baía de Oakland, em São Francisco.
Estima-se que a redução da massa, proporcionada pelo uso do agregado no revestimento do
tabuleiro da ponte foi da ordem de 134 kg/m², possibilitando uma economia no custo total da
obra de cerca de três milhões de dólares, em valores da época da construção (SANTOS,
1975).
Outro exemplo de economia devido ao uso do agregado leve foi no edifício da General
Petroleum em Los Angeles, onde foi reduzido 180 000 dólares em aço estrutural (SANTOS,
1975).
Os agregados leves produzidos pela cinasita reduzem em torno de 25% a 30% no peso
da estrutura de concreto estrutural, em relação ao concreto tradicional, como conseqüência
obtém-se economia na fundação e ferragens, sem prejuízos nas demais propriedades do
concreto, tais como: resistência mecânica, impermeabilidade, retração de secagem,
durabilidade, e ainda melhora o isolamento térmico em coberturas de residências e edifícios
(CINASITA, 2006)
.
Em blocos de concreto a redução ficou em torno de 40% do peso em relação aos
fabricados com brita e areia, utilizados como elemento de vedação ou estrutural sem levar em
consideração a possibilidade de se fabricar blocos de concretos de aspecto idêntico aos
tradicionais, porém com mais resistência, estabilidade, resistência ao fogo, isolamento térmico
e acústico (CINASITA, 2006)
.
Ventorini (2006) realizou várias dosagens para a identificação das principais
propriedades de concretos contendo agregado graúdo de argila calcinada. Após a
caracterização dos materiais selecionados para a confecção do concreto, sendo o agregado
graúdo de argila calcinada oriundo do município de Santarém – PA, foi construído o diagrama
de dosagem do mesmo, sendo então determinados os traços para a identificação das principais
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propriedades mecânicas: Compressão uniaxial, tração indireta por compressão diametral,
tração indireta na flexão e módulo de elasticidade. Pelos resultados obtidos até então, foi
possível identificar a aplicabilidade deste tipo de concreto.
Tabela 2.4 – Parâmetros obtidos para a construção do diagrama de dosagem.
Traço (massa) Fator a/c
Fc (MPa) aos 28
dias
Consumo de
cimento (kg/m³)
Abatimento (mm)
1:4,0 0,68 14,9 373 60
1:5,0 0,73 13,1 314 70
1:5,5 0,78 12,5 289 60
1:6,0 0,81 11,1 269 68
1:6,5 0,85 10,3 251 70
Fonte: Ventorini, 2006.
Na Tabela 2.4 observa-se os resultados da resistência do concreto produzido com
agregado graúdo de argila calcinada. Aos 28 dias a resistência está próximo de 15 MPa, com
um consumo de 373 kg/m³. Também identifica-se uma elevada quantidade de água usada no
amassamento do concreto, devido a absorção do agregado.
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3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Fases da pesquisa
Os procedimentos experimentais executados neste trabalho foram divididos em três
fases obedecendo à seqüência metodológica utilizada.
• Fase inicial: esta fase é representada pela coleta dos solos nos
municípios de Iranduba e Manacapuru, no estado do Amazonas.
Também nesta fase foram obtidos a areia, seixo, cimento e o aditivo;
• Fase intermediária: foi o momento utilizado para a visita nas olarias e
pesquisa dos equipamentos utilizados para fabricação do agregado
sintético. Após o conhecimento dos mecanismos de produção de tijolo,
deu-se inicio ao processo de adaptação de um moinho para fabricação
dos agregados;
• Fase final: fase constituída pela caracterização dos componentes do
concreto, a aplicação do seixo e do agregado sintético de argila
calcinada como agregado graúdo em concreto.
3.2 Coleta dos solos
A coleta de amostras deformadas de argila in natura deu-se na região dos municípios
de Iranduba e Manacapuru, Estado do Amazonas, nos depósitos de argila das olarias,
conforme as figuras 3.1 e 3.2.
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Figura 3.1 Depósito de argila da olaria de Iranduba.
Figura 3.2 – Depósito de argila da olaria de Manacapuru.
A partir da coleta de argila usada para fabricação de tijolos de duas olarias, estas foram
identificas como solo 1 (retirado de Iranduba) e solo 2 (retirado de Manacapuru). O solo 1
apresentava uma coloração em tons mais claro, já o solo 2 era mais avermelhado. A
caracterização das amostras de argila teve o objetivo de conhecer o comportamento físico,
químico e mineralógico, de tal forma que se pudesse prever sua melhor utilização.
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No laboratório de pavimentação da Universidade Federal do Amazonas, as amostras
de solo foram então colocadas para secar a sombra para retirar a umidade em excesso. Em
seguida, foram destorroadas e submetidas aos ensaios de caracterização física, química,
mineralógica e ensaios tecnológicos. Os procedimentos realizados foram: caracterização,
determinação da granulométria do material argiloso, determinação dos limites de consistência
- de liquidez e de plasticidade - e a moldagem de corpos-de-prova prismáticos (barrinhas) para
execução dos ensaios cerâmicos.
3.2.2 Caracterização das amostras dos solos
As análises granulométricas servem para especificar as várias frações constituintes do
solo, definindo quantitativamente o percentual de pedregulho (76 a 4,8 mm), areia (4,8 a 0,05
mm), silte (0,05 a 0,005mm) e argila (inferior a 0,005 mm). O objetivo da realização do
ensaio de granulometria é a obtenção dos pares de valores, tamanho da partícula e seu
percentual de ocorrência, utilizados na plotagem da curva granulométrica do solo.
Este ensaio pode ser realizado apenas por peneiramento simples para solos grossos
(pedregulho e areia) com partículas maiores que 0,075 mm, enquanto que, para solos finos
(silte e argila) com dimensão inferior a 0,075 mm deverá ser utilizado o processo de
sedimentação em água destilada, empregando-se um densímetro, por exemplo.
O ensaio de sedimentação é realizado medindo-se a densidade de um meio aquoso
(mistura de solo e água), no decorrer do tempo. Com a medida da densidade da solução em
determinado tempo, calcula-se a percentagem de partículas sólidas que ainda não
sedimentaram e sua velocidade de queda. Este procedimento se baseia na lei de Stokes, que
segundo a qual a velocidade de queda de uma esfera em meio fluído é proporcional ao
quadrado do diâmetro de uma esfera. Porém, como as partículas de solo não são esféricas, este
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ensaio tem um coeficiente de proporcionalidade que leva em consideração a massa específica
da partícula de solo, a massa específica e a viscosidade dinâmica do fluído.
Conforme a NBR 7181, para o ensaio de granulometria, recomenda-se realizar a
sedimentação com partículas com dimensão menor que 0,2 mm. Uma partícula de solo com
dimensão maior que 0,2 mm, movimenta-se em água destilada com uma velocidade capaz de
gerar turbulência ao seu redor e influenciar a queda de outras partículas, não satisfazendo,
portanto, as hipóteses de Stokes ( NOGUEIRA, 2001).
A análise granulométrica conjunta é realizada em solos que contenham partículas
grossas e finas, compreendendo tanto o peneiramento quanto a sedimentação. Este
procedimento de ensaio é padronizado pela ABNT – NBR 7181.
Os limites de consistência são compostos pelos limites de liquidez e de plasticidade,
sendo comumente utilizados para separarem os estados de consistência de um solo fino ou da
fração fina de um solo grosso, através de um teor limite entre dois estados físicos. Desta
forma, define-se o limite de liquidez como sendo o teor de umidade, ou melhor, o percentual
de água que se adiciona ao solo com a tendência de torná-lo líquido. O limite de plasticidade,
por sua vez, é o teor de umidade que tende a tornar plástico o solo, separando o estado
plástico do semi-sólido.
Esses limites também são conhecidos como limites de Atterberg em homenagem ao
engenheiro sueco que propôs a utilização desses parâmetros na cerâmica. Após a década de
30, Casagrande modificou o procedimento atual e padronizou o equipamento. Esses limites
são utilizados em engenharia na classificação de solos. Assim, ambos podem ser definidos
como:
Limite de liquidez é o teor de umidade de um solo que fecha uma ranhura com 25
golpes, realizada por um cinzel padronizado. Este valor é obtido através de um gráfico, no
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qual, estão plotados os valores referentes à umidade no eixo das abscissas e o número de
golpes em escala logarítmica nas ordenadas.
Limite de plasticidade é o teor de umidade obtido quando se molda um cilindro de
solo, de 3 mm de seção transversal por 100 mm de comprimento, sobre uma base áspera, para
qual as fissuras começam a aparecer ao longo de um cilindro. Esta umidade é obtida pela
média aritmética dos valores de no mínimo cinco ensaios realizados com a execução da
moldagem desses cilindros.
Índice de plasticidade é a diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade.
3.2.3 Difração de raios-X
Os Raios-x, são comumente utilizados para visualizar o interior de objetos ou de
pessoas que ao colocá-los entre uma fonte de raios-X e uma chapa fotográfica gera a
radiografia. De fato, esta é a aplicação mais comum desse tipo de radiação e a primeira a ser
utilizada desde a época da descoberta desses raios, quando Rontgen fez uma radiografia da
mão de sua esposa em 1895. Assim, devido ao fenômeno da difração de raios-x, é possível
estudar materiais a nível atômico, descobrindo a forma de sua estrutura.
A descoberta dos raios-X, deu-se a partir de experimentos com tubos catódicos, sendo
estes equipamentos utilizados em experimentos no final do século XIX estes consistiam em
tubo de vidro, ligado a uma bomba de vácuo, onde era aplicada uma diferença de potencial
entre dois terminais opostos, gerando uma corrente elétrica dentro do tubo.
O físico alemão Wilhelm Conrad Rontgen estudou os chamados raios catódicos (nome
utilizado a época para designar o fluxo de elétrons gerado no tubo), que foi denominada
devido a sua natureza desconhecida de raios–X. A radiação tinha então propriedades
semelhante à da luz, mas não era possível que fosse identificada o tipo de radiação, já que
experimento havia sido feito com o tubo blindado. Desta forma, a radiação passou a ser
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estudada com mais afinco, e posteriormente foram descobertas suas principais propriedades,
como a propagação em linha reta (explica-se o fato de formar sombras bem delimitadas), alta
capacidade de penetração, indiferença a campos magnéticos e capacidade de impressionar
chapas fotográficas.
O estudo da difração dos raios-X em cristais se deu com Laue a partir de 1912, quando
este cientista esteve discutindo aspectos da propagação da luz em cristais. Logo, um cristal
serviria como uma grade ideal para a difração dos raios-x. Experimentos foram feitos para
detectar o fenômeno, e em 1912 Laue conseguiu obter o primeiro diagrama de difração,
utilizando o sulfato de cobre. Aplicando seus conhecimentos sobre a difração da luz por
grades de uma e duas dimensões, Laue formulou uma teoria de difração de raios-X para
estruturas tridimensionais (cristais), obtendo assim o prêmio Nobel de Física em 1912.
Uma das técnicas mais importantes utilizadas para o estudo dos argilominerais é a
difração de raios-X, correspondendo a uma das principais formas de estudo e caracterização
da microestrutura de materiais cristalinos, encontrando aplicações em diversos campos do
conhecimento, mais precisamente na física de estados sólidos, engenharia de materiais,
química, geologia e outras.
Os raios-X ao atingirem um material podem ser espalhados elasticamente, sem perda
de energia pelos elétrons de um átomo (dispersão ou espalhamento coerente). O fóton de
raios-X após a colisão com um elétron muda a sua trajetória, mantendo, porém, a mesma fase
e energia do fóton incidente. Para que ocorra a difração de raios-X em uma estrutura
cristalina, é preciso levar em consideração a diferença de caminhos percorridos pelos os raios,
o comprimento de onda da radiação incidente. Essa condição é expressa pela lei de Bragg, ou
seja, n λ = 2 d sen θ, onde λ é o comprimento de onda da radiação incidente, n um número
inteiro (ordem da difração), distância interplanar para o conjunto de planos da estrutura
cristalina e θ o ângulo de incidência dos raios (BLEICHER, 2000).
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Os planos de difração e as densidades de átomos ao longo de cada plano cristalino, são
características específicas e únicas de cada composto cristalino, seja ele inorgânico ou
orgânico, da mesma forma que o diagrama difratométrico por ele gerado, sendo equivalente á
impressão digital de cada pessoa. Existe um banco de dados contendo as informações
cristalográficas básicas e algumas propriedades físicas de alguns compostos cristalinos.
Atualmente estão disponíveis informações referentes a mais de 70 000 compostos, sendo que
as mais importantes para a identificação, são as distâncias interplanares e as intensidades
difratadas (BLEICHER e SASAKI, 2000).
As análises mineralógicas foram efetuadas no laboratório de Difração de Raios-X do
departamento de Geociências do Instituto de Ciências Exatas da Universidade Federal do
Amazonas. As amostras foram separadas granulometricamente, através de uma centrífuga,
coletando-se a fração argila. As análises foram feitas na amostra total e na fração argila. Nas
amostras onde ocorreram reflexões em ângulo < 10º (2θ), que são indicativos da presença de
argilominerais expansivos, a lâmina foi submetida à atmosfera de etileno-glicol, em um
dessecador a vácuo, por um período de 12 h, e, posteriormente, analisada no difratômetro
Shimadzu, modelo XRD6000, com radiação CuKα, sendo identificadas as fases cristalinas
presentes. A interpretação dos difratogramas foi obtida através do programa computacional
Shimadzu-Powder Diffraction File.
3.2.4 Análise química elementar
A técnica analítica nuclear de fluorescência de raios-X (XRF) tem sido utilizada para a
avaliação qualitativa e quantitativa da composição química de vários tipos de amostras, de
interesse industrial, geológico e ambiental. Esta técnica, por ser não destrutiva e instrumental,
e por permitir a análise de vários elementos simultaneamente, de modo rápido e a baixo custo,
tem um elevado potencial de aplicação em várias áreas.
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A análise multielementar instrumental por fluorescência de raios X (XRF) é baseada
na medida das intensidades dos raios-X característicos emitidos pelos elementos químicos
componentes da amostra, quando devidamente excitada. Até 1966 a XRF era realizada
unicamente por espectrômetros por dispersão por comprimento de onda (WD-XRF,
abreviação de wave-length dispersive X-ray fluorescence), baseados na lei de Bragg, os quais
necessitam de um movimento sincronizado e preciso entre o cristal difrator e o detector.
Com o desenvolvimento do detector semicondutor de Si(Li), capaz de discriminar
raios X de energias próximas, foi possível o surgimento da fluorescência de raios-X por
dispersão de energia (ED-XRF, energy dispersive X-ray fluorescence), também conhecida
como fluorescência de raios-X não dispersiva.
Quando um elemento de uma amostra é excitado, este tende a ejetar os elétrons do
interior dos níveis dos átomos, e como consequência disto, elétrons dos níveis mais afastados
realizam um salto quântico para preencher a vacância. Cada transição eletrônica constitui uma
perda de energia para o elétron, e esta energia é emitida na forma de um fóton de raio-X, de
energia característica e bem definida para cada elemento. Assim, de modo resumido, a análise
por fluorescência de raios X consiste de três fases: excitação dos elementos que constituem a
amostra, dispersão dos raios X característicos emitidos pela amostra e detecção desses raios-
X.
A caracterização química nas amostras dos solos de Iranduba e Manacapuru foi
realizado por espectrometria de fluorescência de raios-X, através de energia dispersiva
(Shimadzu modelo EDX700HS), sendo quantificados os respectivos elementos químicos.
Essas análises foram executadas no laboratório de Difração de Raios-X do departamento de
Geociências do Instituto de Ciências Exatas da Universidade Federal do Amazonas
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3.2.5 Ensaios tecnológicos
Para o estudo do comportamento do material cerâmico, recorreu-se à metodologia
desenvolvida no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), criada pelo Prof.º Pérsio Santos
(SANTOS, 1975), a qual visa prever os usos industriais de argilas, a partir de ensaios
cerâmicos simples como: absorção de água, retração linear e módulo de ruptura a flexão em
três pontos.
Essa metodologia, segundo Santos (1975), foi desenvolvida procurando satisfazer aos
seguintes requisitos: a) utilizar a menor quantidade possível de argila; b) utilizar um corpo-de-
prova de forma, dimensões e moldado em condições a poder ser submetido ao maior número
possível de ensaios; c) permitir o ensaio simultâneo de um grande número de amostras; d) ser
de fácil interpretação, mesmo quando utilizado por pessoas inexperientes.
O método padronizado pela American Ceramic Society quanto à forma e dimensões
para ensaios cerâmicos (ACS APUD SANTOS, 1975) são barras prismáticas de 200 mm x 20
mm x 10 mm. Porém, exigem uma quantidade apreciável de amostras para o ensaio. Desta
forma, o IPT veio por bem empregar um corpo-de-prova de perfil retangular, de 60 mm x 20
mm x 5 mm, possibilitando moldar corpos-de-prova com menor quantidade de argila e
facilidade no seu manuseio. A dimensão do corpo-de-prova adotado neste trabalho será de 60
mm x 20 mm x 8 mm, considerando as limitações técnicas-instrumentais, do Laboratório de
Pavimentação, onde os ensaios foram realizados.
Na moldagem dos corpos-de-prova, utilizou-se um molde com dimensões
estabelecidas anteriormente e moldadas por prensagem, sob pressão de 20 MPa através de
uma prensa elétrica (Figura 3.3). A massa cerâmica foi utilizada com umidade em torno de
10% em massa semi-seca (umidade higroscópica), que proporcionou aos corpos-de-prova
após secagem, o manuseio sem se esfarelar. Os corpos-de-prova depois de moldados foram
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medidos e pesados antes e depois da secagem em estufa a 120 ºC por 24 h, com intuito de
avaliar a retração linear de secagem da massa cerâmica.
Figura 3.3 – Máquina de prensagem das barrinhas.
Os corpos-de-prova foram queimados nas temperaturas de 850 ºC, 950 ºC, 1050 ºC e
1150 ºC, em um forno elétrico tipo mufla (Figura 3.4), durante uma hora em temperatura
patamar, sendo cinco corpos-de-prova para cada temperatura. Após o resfriamento, que se deu
naturalmente, registraram-se as massas e as medidas, com objetivo novamente de levantar a
retração linear sendo que agora, a de queima.
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Figura 3.4 – Forno elétrico tipo mufla.
Após a queima, os corpos foram rompidos numa prensa elétrica (Figura 3.5) para
avaliação da resistência mecânica por medida de tensão de ruptura à flexão em três pontos. As
análises da absorção de água, porosidade aparente e massa específica aparente foram
determinadas pelo método de Arquimedes. Com esses dados, foi construída a curva de
gresificação, que serviu para verificar o comportamento da massa cerâmica, em função da
temperatura onde a formação de fase cristalina ocorre em altas temperaturas, correspondendo
no ponto de interseção entre a curva de absorção de água e retração linear.
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Figura 3.5 – Prensa elétrica para ruptura dos corpos-de-prova.
Para se obter as características físico-mecânicas do material cerâmico foi realizada
uma série de ensaios que forneceu os valores de retração linear, absorção de água, porosidade
aparente, massa específica aparente e tensão de ruptura em três pontos. As fórmulas para se
obter os valores estão descritas a seguir.
Retração Linear, R (%): Permite observar o percentual da variação linear que o
corpo-de-prova sofre com a secagem a 120 ºC e após a queima à 850 ºC, 950 ºC, 1050 ºC e
1150 ºC.
100(%) x
Ls
LsLi
Rs
−
=
100(%) x
Ls
LsLq
Rq
−
=
Sendo R
s
e R
q
as variações das dimensões lineares em porcentagens após secagem a
120 ºC e após a queima, respectivamente; L
i
comprimento inicial do corpo-de-prova após a
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51
moldagem (cm); L
s
o comprimento final do corpo-de-prova após a secagem a 120 ºC (cm); e
L
q
o comprimento do corpo-de-prova após queima.
Absorção de Água, AA (%): Indica o percentual de água absorvida pelo corpo-de-
prova após queima, sendo imerso em água durante 24 h.
100(%) x
Ps
PsPu
AA
−
=
Onde P
u
é a massa do corpo-de-prova úmido (em g); P
s
a massa do corpo-de-prova
seco (g).
Porosidade Aparente, PA (%): Avalia a existência dos poros abertos contidos no
corpo-de-prova (espaço intergranular).
100(%) x
Pi
Pu
PsPu
PA
−
−
=
Sendo P
u
o peso do corpo-de-prova úmido (g); P
s
o peso do corpo-de-prova seco (g);
P
i
o peso do corpo-de-prova imerso em água (g).
Massa Específica Aparente, MEA (g/cm³): É a razão entre a massa total e o seu
volume total, incluindo os espaços intergranulares.
AA
PA
Pi
Pu
Ps
Va
Ps
cmgMEA =
−
==)3/(
Sendo P
s
o peso do corpo-de-prova seco (em g); V
a
o volume aparente do corpo-de-
prova (cm³); PA a porosidade aparente do corpo-de-prova (%); AA a absorção de água do
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52
corpo-de-prova (%); P
u
o peso do corpo-de-prova úmido (g); V
as
o volume sólido aparente do
corpo de prova (cm³); P
i
o peso do corpo-de-prova imerso em água (g).
Módulo de Ruptura à Flexão em três pontos, MRF(kgf/cm²): Avalia por medida de
tensão à ruptura a resistência mecânica do corpo-de-prova.
2
2
2
3
)/(
bh
PL
cmkgfMRF =
Sendo MRF o módulo de ruptura a flexão do corpo-de-prova após secagem e queima,
respectivamente; P a carga (kgf) atingida no momento da ruptura; L à distância (cm) entre os
apoios do corpo-de-prova; b a largura (cm) do corpo-de-prova; h a altura (cm) do corpo-de-
prova.
3.3 Caracterização dos agregados para o concreto
Na caracterização física dos componentes do concreto foram avaliadas a
granulometria, a massa unitária, a massa específica e a absorção de água.
3.3.1 Granulometria dos agregados
O ensaio de granulometria foi realizado conforme a NBR 7217 – Agregados –
determinação da composição granulométrica. Esse método permite determinar a composição
granulométrica de agregados miúdos e graúdos destinados ao preparo do concreto.
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53
3.3.2 Massa unitária
A massa unitária foi determinada segundo as prescrições da NBR 7251 – Agregado em
estado solto – determinação da massa unitária.
3.3.3 Massa específica e absorção dos agregados
A massa específica e a absorção de água foram obtidas pelo método da norma do
DNER – ME 195/97 – Agregados – determinação da absorção e da massa específica do
agregado graúdo.
3.3.4 Desgaste por Abrasão “Los Angeles”
O ensaio de desgaste foi realizado pelo método padronizado pelo DNER-ME 035/98 –
Agregados – determinação da abrasão “Los Angeles”. Esse procedimento tem por objetivo
verificar o desgaste sofrido pelo agregado graúdo, quando colocado em máquina “Los
Angeles” juntamente com uma carga abrasiva (esferas de aço) que são submetidos a 500
revoluções no tambor da máquina, a uma velocidade de 30 a 33 rotações/minuto (Figura 3.6).
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54
Figura 3.6 – Máquina de abrasão “Los Angeles”.
Após as rotações, os agregados são retirados do tambor, para serem peneirados e
lavados na peneira de 1,7 mm. O resultado é expresso em percentagem, através da relação
entre a massa que passou na peneira e a massa total.
3.3.5 Perda de massa após fervura
O ensaio da perda de massa após fervura, obedeceu aos procedimentos descritos no
método do DNER-EM 225/94. Este procedimento é adotado pelo laboratório do departamento
de estradas do Texas denominado “Pressure Slaking Test” tendo por objetivo verificar se a
desidratação dos agregados foi satisfatória.
Para realização deste ensaio são executados os seguintes procedimentos:
1 – Coloca-se no frasco de vidro de 500 cm³ uma quantidade de amostra que encha o
até a metade;
2 – Adiciona-se 200 cm³ de água destilada à amostra contida no vidro;
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55
3 – Coloca-se o frasco dentro de uma panela de pressão e adicionar água destilada a
panela, até formar uma lâmina d’água de mais ou menos 2 cm;
4 – Aquecer a panela, depois de hermeticamente fechada, até a válvula de pressão
indicar a fervura;
5 – Deixar ferver por 15 minutos e em seguida retirar o frasco da panela de pressão
(Figura 3.7);
Figura 3.7 – Ensaio de fervura.
6 – Deixar esfriar o frasco com amostra e água até mais ou menos 27
o
C ± 2
o
C;
7 – Arrolhar o frasco e colocá-lo em um recipiente, e este, a seguir, no agitador de
peneiras;
8 – Agitar o frasco pelo período de 30 minutos;
9 – Em seguida retirar o frasco do agitador e lavar a amostra na peneira de 0,42 mm de
abertura;
10 – Secar em estufa s 110.
o
C ± 5
o
C, separadamente, o material retido e o que passou
na peneira de 0,42 mm.
O resultado do desgaste é: Desg = (massa do material que passa na peneira/ massa
total do material) * 100.
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56
3.4 Confecção e caracterização do concreto
Para avaliar os efeitos da adição dos agregados sintéticos de argila calcinada foram
utilizados três diferentes consumos de cimento, e para comparar os resultados foi produzido
um concreto com o agregado convencional (seixo rolado). O desempenho físico mecânico dos
concretos, foi verificado através dos ensaios abatimento e de rompimento dos corpos-de-prova
cilíndricos.
3.4.1 Determinação da consistência
A medida da consistência foi realizada pelo abatimento do tronco de cone (slump),
conforme prescreve a NBR 7223 – Concreto – determinação da consistência pelo abatimento
do tronco de cone. Este ensaio recomenda que o tronco de cone seja preenchido em três
camadas com 25 golpes em cada camada para adensá-lo.
O abatimento do tronco de cone é a distância entre o plano correspondente a base
superior do molde e o centro da base superior da amostra que sofreu o abatimento (Figura
3.8).
Figura 3.8 – Abatimento do concreto.
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57
3.4.2 Confecção dos corpos-de-prova
O concreto foi preparado com o auxílio de uma betoneira com capacidade para 48
litros conforme Figura 3.9.
Figura 3.9 – Misturas dos materiais na betoneira.
A inserção dos componentes obedeceu rigorosamente o seguinte procedimento:
1 – Adicionou-se totalmente o agregado graúdo;
2 – Metade da água foi inserida;
3 – O cimento foi adicionado aos poucos;
4 – Todo o agregado miúdo foi inserido;
5 – O restante da água foi adicionado aos poucos até obter a consistência adotada.
Os corpos-de-prova foram moldados do modo como são tradicionalmente utilizados
para a avaliação das características dos concretos convencionais, em moldes cilíndricos, cujas
dimensões estão de acordo com a NBR 5738 – Concreto – Moldagem e cura dos corpos-de-
prova de concreto, cilíndricos ou prismáticos (Figura 3.10).
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58
Figura 3.10 – Moldagem dos corpos-de-prova.
As fôrmas foram previamente untadas com desmoldantes para em seguida serem
preenchidas com concreto e adensadas mecanicamente e após 24 horas foram desmoldadas.
Após a moldagem, os corpos-de-prova foram mantidos em câmara úmida até a idade
de realização dos respectivos ensaios.
A cura é um procedimento fundamental para a manutenção da umidade e melhorar as
condições do concreto. Temperaturas elevadas pioram as condições da superfície do concreto.
Um concreto de superfície mais frágil provoca perda de desempenho da estrutura de concreto
que ao longo do tempo, reduz sua vida útil.
3.4.3 Massa específica do concreto
A massa específica do concreto com seixo, neste trabalho definido como convencional
e do produzido com agregado sintético, aqui definido como não convencional foi obtida
através do método de ensaio estabelecido pela NBR 9778 – Argamassa e concreto
endurecidos – Determinação da absorção de água por imersão – Índice de vazios e massa
específica.
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59
Para a determinação da massa do corpo-de-prova ao ar, estes foram mantidos em
estufa pelo tempo de permanência de 72 horas à temperatura de 105
o
C ± 5
o
C (Figura 3.11).
Figura 3.11 – Secagem dos corpos-de-prova.
Após a completa secagem em estufa foi determinada a massa, e então, realizou-se o
processo de imersão em água à temperatura de 23
o
C ± 2
o
C, durante 72 horas. Nas primeiras
4 horas foi imerso 1/3 do volume das amostras e 2/3 nas 4 horas subseqüentes, ficando
completamente imerso nas 64 horas restantes (Figura 3.12).
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60
Figura 3.12 – Imersão dos corpos-de-prova.
Completo o tempo de saturação, procedeu-se a pesagem em balança hidrostática,
determinando a massa da amostra imersa em água (Figura 3.13).
Figura 3.13 – Obtenção da massa imersa.
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61
3.4.4 Resistência à compressão simples
Os ensaios de resistência à compressão axial foram conduzidos de acordo com a NBR
5739 – Concreto – Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos de concreto (Figura
3.14). Foram rompidos 2 corpos-de-prova aos 7 dias e 5 aos 28 dias.
Figura 3.14 – Ensaio de resistência à compressão.
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62
4 ESTUDO DE DOIS TIPOS DE SOLO PARA FABRICAÇÃO DO
AGREGADO SINTÉTICO DE ARGILA CALCINADA
4.1 Considerações iniciais
Na indústria cerâmica tradicional as matérias-primas estratégicas são as argilas e ou
folhelho argilosos, que desempenham papel fundamental na aglutinação e processamento no
estado verde, assim como, a presença de elementos fundentes que contribuem para o processo
de sinterização responsável pelo desenvolvimento, após a calcinação, da resistência mecânica
e de sua estabilidade física nas condições de uso. Sendo a argila um solo, que é proveniente da
decomposição das rochas, este sempre traz consigo impurezas e minerais associados como
carbonatos, feldspatos, micas, óxidos, quartzo e outros.
Chamam-se indústria da cerâmica vermelha a produção de blocos, tijolos, telhas,
ladrilhos e outros. Sua produção depende muito das características de suas matérias-primas,
portanto é de extrema importância o estudo experimental dessas propriedades. Como já
mencionado anteriormente, sabe-se que as argilas são compostas de material argiloso e
materiais não-plásticos. Os materiais não-plásticos, com granulometria mais elevada, são
representados essencialmente por pedregulhos e areias, atuando na mistura como os agentes
desplastificantes, haja vista, que estes com menor superfície específica reduzem sobremaneira
a plasticidade quando inseridos na massa cerâmica.
As argilas plásticas, conhecidas pelos oleiros como “argilas gordas”, apresentam
granulometria muito fina, ou seja, grãos com dimensões inferiores a 0,005 mm. Logo, a
conseqüência imediata, do processamento de uma composição contendo exclusivamente esse
tipo argila é o surgimento de fissuras ou trincamento das peças cerâmicas provocado pelo
excesso de umidade na moldagem. Para reduzir os riscos de defeitos do produto final, usam-se
no processo de fabricação outras argilas (argilas magras), que em sua composição apresentam
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63
maior percentual de impurezas (materiais não-plásticos) reduzindo o teor de umidade de
plasticidade da massa cerâmica.
As argilas apresentam grande superfície específica como conseqüência elevada
plasticidade, necessitando de uma considerável quantidade de água para se tornar
completamente plástica, por outro lado, é verificada melhorias em sua resistência mecânica a
seco e após a queima. Em razão de seu alto grau de compactação, os canais internos existentes
entre as partículas são reduzidos, dificultando a eliminação da água durante o processo de
secagem. Desta forma, ocorre o efeito do aumento do gradiente de umidade no interior do
produto, provocando fortes retrações volumétricas e deformações, acarretando perdas no
processo de produção da cerâmica. Portanto, para solos com esse tipo de composição, o ciclo
de secagem deve ser longo, com aquecimento lento para evitar retrações diferenciais.
O uso das “argilas magras” como desplastificantes tem por objetivo reduzir o grau de
compactação da massa cerâmica, e o teor de umidade de moldagem pelo o efeito da redução
da plasticidade. Sua introdução nas composições argilosas reduz as contrações sofridas pela
massa, tanto nos processos de secagem como de queima. Para que possam agir com eficácia,
devem apresentar granulometria acima de 0,06 mm e ser usados em quantidades moderadas,
(PRACIDELLI, 1997).
Segundo Ripoli (1997) as matérias-primas usadas pelas indústrias cerâmicas são
constituídas essencialmente por argilas plásticas, cujos argilominerais predominantes são a
caulinita e ilita. Santos (1975) descreve argilomineral como minerais constituintes
característicos das argilas, geralmente cristalinos; quimicamente são silicatos de alumínio
hidratados, contendo em certos tipos outros elementos, como magnésio, ferro, cálcio, sódio,
potássio, lítio e outros.
A indústria de cerâmica estrutural vermelha possui uma representatividade muito
importante na economia do país, movimentando 2,5 bilhões de dólares ao ano, que significa,
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64
cerca de 1% do Produto Interno Bruto (PIB). Possui entre 8.500 a 11.000 unidades, no país,
produzindo cerca 2 bilhões de peças mês, contribui socialmente com geração de empregos
entre 250 a 400 mil, ocupando, em média 25 a 30 pessoas por empresa. O produto cerâmico
pode ser utilizado amplamente na construção civil, pelo fato de apresentar grande
aplicabilidade (LOSSO e ARAÚJO, 1994; BUSTAMANTE e BRESSANI, 2000; TAPIA et al
2000 apud PASCHOAL, 2003).
A fabricação de cerâmica vermelha nos municípios de Iranduba e Manacapuru, estado
do Amazonas, constitui um setor de destaque na economia local. Nestes dois municípios, há
26 indústrias oleiras em funcionamento, sendo que apenas duas olarias fabricam telhas, as
restantes produzem apenas tijolos cerâmicos furados (geralmente de oito furos) e maciços,
estes últimos sob encomenda (SEYE, 2003). O parque oleiro de Iranduba (maior pólo
produtor) está com uma produção em torno de oito milhões de tijolos por mês (tipo oito
furos), enquanto Manacapuru produz cerca de dois milhões por mês.
O pólo oleiro de Iranduba esta situado no município de Iranduba localizado à margem
esquerda do rio Solimões, com uma área de 2.354 km² e sua sede dista cerca de 25 km, em
linha reta, na direção NO-SE da cidade de Manaus capital do estado do Amazonas. Conforme
o último senso (IBGE, 2007), sua população é de 30.472 habitantes. Sua ligação com a capital
dá-se por meio fluvial ou terrestre – muito embora que neste último caso, há a necessidade da
travessia do rio Negro, por meio de balsas, até a localidade do Cacau Pirêra, à margem direita
do rio Negro – onde se encontra a rodovia estadual Manuel Urbano (AM – 070), que interliga
Manaus aos Municípios de Iranduba, Manacapuru e Novo Ayrão. O Departamento Nacional
de Pesquisa Mineral DNPM definiu que geologicamente, o município situa-se em planície de
dissecação, prevalecendo às rochas sedimentares da formação Alter do Chão, cuja
sedimentação deu-se em ambiente continental, fluvial e lacustrino, constituída por
intercalações de arenitos, siltitos e conglomerados. Os arenitos são de granulometria fina a
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65
média, mal consolidados, apresentam bolsas de areias distribuídas irregularmente; e os
conglomerados são de seixos de quartzo e arenito silicificado.
O município de Mancapuru está situado à margem esquerda do rio Solimões,
apresentando área de 7.062 km², com população recenseada de 82.309 habitantes (IBGE,
2007). Encontra-se distante em linha reta da cidade de Manaus 79 km, na direção NO-SE. Sua
interligação a capital do Estado pode ser feita tanto de barco como pela rodovia AM-070,
sendo necessária a travessia do rio Negro, por balsa, até a localidade de Cacau Pirêra, distrito
de Iranduba.
A unidade mais antiga desta área são as rochas silicilásticas da formação Alter do
Chão, do Cretáceo superior, sobre as quais se desenvolvem toda a sedimentação fluvial
quaternária, composta principalmente de argila. Estes depósitos argilosos juntamente com o
latossolo amarelo que recobrem a formação Alter do Chão são utilizados como matéria-prima
na indústria da cerâmica vermelha e também na agricultura. A deposição por suspensão e
migração de pequenas formas de leito em regime de fluxo inferior é subordinada, e processos
pedogenéticos, relacionados à colonização por plantas, explicam os níveis avermelhados e
mosqueados com fragmentos de madeira (paleossolo). Os depósitos posicionados em cotas
abaixo de 60 m, em relação ao nível do mar, são compostos principalmente de material
argiloso-siltico arenoso, coloração cinza-esbranquiçada a cinza médio, apresentando mesclas
avermelhadas e amarelas nas partes mais superiores dos perfis. Em geral, os sedimentos são
maciços até a profundidade de 3,5 m, quando começam a exibir a laminação plano-paralela,
definida pela intercalação de lâminas de pelito e areia muito fina (SOARES, 2001 apud
SEYE, 2002).
O Quaternário da Amazônia ocidental é pouco conhecido, do ponto de vista geológico,
principalmente se comparado com o conhecimento do Quaternário de outras regiões do Brasil.
A bacia amazônica representa cerca de 20% de sedimentos aflorantes de idade Quartenária, e
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66
sem dúvida, corresponde à parte significativa da história do Quaternário brasileiro. Ainda
também, a formação Alter do Chão é composta principalmente por fáceis de composição
quartzosa caulinítica, por vezes silicificadas, intercaladas com fáceis mais argilosas.
Apresenta em geral coloração esbranquiçada e rosada, variando a granulometria de fina a
grossa (SANTOS, apud SEYE, 2000).
Como foi dito no Capítulo 3, as amostras dos solos 1 e 2 foram coletadas,
respectivamente nas cidades de Iranduba e Manacapuru, no depósito de matéria-prima das
olarias da localidade, através do procedimento de escavação superficial com uso de pá e
enxada.
4.2 Resultados e discussão
Feita a coleta das amostras dos solos, estas foram levadas aos Laboratório de Materiais
e de Pavimentação da Faculdade de Tecnologia onde foram realizados diversos ensaios, os
quais são descritos a seguir.
4.2.1 Caracterização física e mineralógica das amostras de solo.
Na Tabela 4.1 são apresentados os resultados da caracterização física das amostras dos
solos 1 e 2. Nesta tabela, observa-se a elevada plasticidade do solo 1, que afeta diretamente a
umidade de moldagem, sendo necessária adicionar maior quantidade de água para se obter
uma massa trabalhável. Este teor de umidade indica que esta argila necessita de no mínimo
55% de água para ser conformada, afetando diretamente a etapa de secagem, que pode ser
mais problemática com o aumento do risco de defeitos provocados pela retração, surgimento
de trincas, e o prolongamento do tempo de secagem. Deve-se destacar que os valores
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67
razoáveis de umidade para extrudar uma massa cerâmica estão entre 22-24%, quando se
utiliza uma extrusora a vácuo (VIEIRA, 2003).
Tabela 4.1 – Caracterização das amostras de solo.
Amostras
Argila
(%)
Silte
(%)
Areia
(%)
Pedregulho
(%)
Limite de
Plasticidade
(%)
Limite de
Liquidez
(%)
Índice de
plasticidade
(%)
Solo 1 46,61 47,61 5,98 --- 55 86 31
Solo 2 42,00 42,76 14,18 1,06 28 50 22
Sendo o limite de liquidez (LL), o teor de umidade que uma massa cerâmica começa a
se comportar como um líquido e se relaciona com a água adsorvida associada à argila,
correspondendo a máxima umidade que ainda permite a sua moldagem a massa cerâmica
moldada com umidade em torno do (LL) produziu um agregado muito poroso, considerando
que a excessiva quantidade de água é retirada durante a secagem, e os poros anteriormente
ocupados por água ficavam vazios.
Quanto à plasticidade dos solos para a fabricação do agregado sintético de argila
calcinada, poderão ser utilizadas argilas ou misturas argilosas que possuam índice de
plasticidade (IP) superior a 15%. Este fato demonstra que a matéria-prima para a fabricação
do agregado sintético precisa ter alta plasticidade. O menor IP encontrado nos solos estudados
é 22%, portanto acima do limite estabelecido anteriormente.
Com relação à granulometria, observa-se que o teor de argila é praticamente o mesmo,
em ambos os solos estudados, no entanto, os teores de silte e areia são diferentes. O menor
teor de areia encontrado no solo 1 certamente contribuiu para o maior valor de plasticidade
obtido neste solo em relação ao solo 2.
O solo 2 apresentou menor limite de plasticidade, tendo em vista que esse parâmetro
indica o teor de umidade mínimo para que a uma argila ainda possa ser conformada
minimizando-se os riscos de fissuras nas peças cerâmicas. Desta forma, a massa cerâmica
conformada no LP apresentou porosidade inferior ao obtido quando utilizado o LL.
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As curvas granulométricas do solo 1 e 2 estão identificadas nas figuras 4.1 e 4.2
respectivamente. O solo 1 é classificado como A-7-5 e o solo 2 como A-7-6 conforme o
sistema de classificação HRB ( Highway Reserarch Bord).
Granulometria
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
0.0010 0.0100 0.1000 1.0000 10.0000
Diâmetro das partículas (mm)
% passa
Figura 4.1 – Curva granulométrica do solo 1.
Granulometria
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
0.0010 0.0100 0.1000 1.0000 10.0000
Diâmetro das partículas (mm)
% passa
Figura 4.2 – Curva granulométrica do solo 2.
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69
A Tabela 4.2 estabelece os percentuais das partículas de solo que devem compreender
as dimensões específicas para cada tipo de aplicação da matéria-prima. Uma massa cerâmica
não deve conter somente um tipo de argila, caso seja pouco plástica, a resistência mecânica do
produto estará comprometida, tanto após a secagem quanto a queima. Já a constituição
somente de argilas plásticas, pode apresentar dificuldades no processo de moldagem de
secagem e de queima.
Um estudo experimental realizado por Pracideli (1997) verificou a influência da
composição granulométrica e da utilização do gráfico Winkler. Esses pesquisadores chegaram
a seguinte conclusão: “A composição granulométrica de massas de cerâmica vermelha exerce
papel fundamental no processamento e nas propriedades dos diversos tipos de produto. Para
cada produto, há uma distribuição que parece ser a mais adequada”.
A composição granulométrica dos solos para produtos da cerâmica vermelha está
indicada na Tabela 4.2, onde se encontra as regiões com as granulometrias específicas para
cada aplicação. Na região “A” têm-se uma matéria-prima para fabricação de materiais de alta
qualidade, porém com certa dificuldade de produção. Já nas regiões “B, C e D” encontram-se
respectivamente, solos adequados para produção telhas, tijolos furados e tijolos maciços.
Tabela 4.2 – Composição granulométrica dos produtos da cerâmica vermelha.
Regiões Composição granulométrica (%)
Tipos de materiais 2 μm 2 a 20 μm 20 μm
A 40 a 50 20 a 40 20 a 30
B 30 a 40 20 a 50 20 a 40
C 20 a 30 20 a 55 20 a 50
D 15 a 20 20 a 55 20 a 55
Fonte: PRACIDELLI e MELCHIADES, 1997.
Os solos 1 e 2, encontram-se na região “A”, caracterizando-se como matéria-prima de
qualidade para fabricação do agregado sintético de argila calcinada. Devido ao seu percentual
elevado de argila superior a 40%, é preciso tomar alguns cuidados com o processo moldagem,
pois poderão ocorrer retrações e fissuras nas peças cerâmicas.
Nos resultados obtidos da difração, conforme as Figuras 4.3 e 4.4, observam-se a
presença da caulinita e de quartzo. Em nenhum dos solos foi encontrado argilominerais
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70
expansivos como a montmorilonita. No entanto, encontraram-se picos de difração
característicos de ilita, a qual pertence ao grupo dos minerais encontrados em argila e que
apresenta essencialmente a estrutura da muscovita, sendo menos expansiva que a
montmorilonita. Observa-se ainda que nesses dois solos, a incidência de picos característicos
de caulinita é maior. A baixa plasticidade encontrada no solo 2 deve-se ao fato de que neste há
um elevado percentual de minerais não-plásticos como mica muscovita e a goetita.
0 10 20 30 40 50 60
0
500
1000
1500
2000
I:Ilita
C:Caulinita
Q:Quartzo
M:Muscovita
C
Q
I I
Q
Q
I/M
C
C
C
C
Q
Intensidade (CPS)
Ângulo Bragg (2
θ
)
Figura 4.3 – Resultado da difração de raios-X do solo 1.
10 20 30 40 50 60
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
I/M
Q:Quartzo
C:Caulinita
I:Ilita
G:Goetita
M:Muscovita
Q
G
M
C
C
Q
Q
Q
Intensidade (CPS)
Ângulo de Bragg (2
θ
)
Figura 4.4 – Resultado da difração de raios-X do solo 2.
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71
4.2.2 Composição química e sinterização das amostras de solo
Na tabela 4.3, observa-se que o solo 1, apresenta maior teor de alumina que é um
indicativo da existência do maior percentual de minerais argilosos. Este percentual justifica os
elevados índices de consistência encontrados para este solo. Também, pode-se observar nesses
dois solos, a ocorrência de um teor superior a 5% de óxido de ferro (Fe
2
O
3
), responsável pela
cor avermelhada das peças cerâmicas antes e após a queima. Já os teores de sílica, alumínio e
ferro são característicos das massas usadas na produção de cerâmica vermelha, o que
corrobora o uso industrial desse tipo de solo, sendo assim viabilizado a fabricação do
agregado sintético, pois este nada mais é que um produto da cerâmica vermelha.
Tabela 4.3 – Composição dos elementos químicos das amostras.
Amostras SiO
2
Fe
2
O
3
Al
2
O
3
MgO Cao TiO
2
Na
2
O K
2
O MnO PF
Solo 1 66,0 6,2 16,11 1,5 1,1 0,9 1,4 2,0 0,1 4,7
Solo 2 59,56 7,3 14,55 1,21 0,92 1,2 1,5 2,19 0,11 11,42
Nota: P.F. – perda ao fogo.
A gresificação de massas cerâmicas é a medida da evolução da microestrutura do
material durante a queima. A curva de gresificação utilizada em revestimentos cerâmicos
ilustra o comportamento térmico do material em função da temperatura (SÁNCHEZ-
MUÑOZ, 2002). Estas curvas apresentam graficamente as variações de absorção de água
(AA) e retração linear (RL) em função da temperatura de queima. Esse tipo de curva indica a
temperatura onde o material começa a gresificar, correspondendo ao ponto de interseção entre
a curva de absorção e retração.
O ponto de interseção é chamado "ponto de grés", sendo este o ponto de início da
gresificação do material, dado por reações químicas entre as interfaces dos grãos, onde ocorre
gradativamente a união de dois grãos tornando-se um só. Conforme as Figura 4.5 e 4.6 os
solos 1 e 2 começam a gresificar a partir de 1125
o
C. Nas temperaturas de 850
o
C até 950
o
C,
é observado pouca variação no percentual de absorção de água e uma certa estabilidade
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72
dimencional das peças devida baixa retração linear. Já a partir de 1000
o
C, ocorre um aumento
da retração passando de um pouco mais de 1% e chegando a próximo de 7%, indicando um
aumento da quantidade de fase líquida, oriunda da reação dos elementos fundentes, reduzindo
a absorção de água de 15% para próximo de 6%.
850 900 950 1000 1050 1100 1150
0
3
6
9
12
15
18
850 900 950 1000 1050 1100 1150
0
3
6
9
12
15
18
Retração linear (%)
Temperatura (
o
C)
Absorção
Absorção de água (%)
Retração
Figura 4.5 – Gráfico de gresificação do solo 1.
850 900 950 1000 1050 1100 1150
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
850 900 950 1000 1050 1100 1150
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Retração linear (%)
Absorção de água (%)
Temperatura (
o
C)
Absorção
Retração
Figura 4.6 – Gráfico de gresificação do solo 2.
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73
850 900 950 1000 1050 1100 1150
1.70
1.75
1.80
1.85
1.90
1.95
2.00
2.05
2.10
2.15
2.20
2.25
2.30
850 900 950 1000 1050 1100 1150
1.70
1.75
1.80
1.85
1.90
1.95
2.00
2.05
2.10
2.15
2.20
2.25
2.30
Massa específica (g/cm³)
Temperatura (
o
C)
Solo1
Solo2
Figura 4.7 – Gráfico da massa específica versus temperatura.
A figura 4.7 apresenta os resultados da massa específica aparente dos corpos-de-prova
queimados. Observa-se que, até 950
o
C, a massa específica dos solos 1 e 2 é inferior a 2
g/cm³, e em 1150
o
C, a massa específica atinge os valores de 2,26 e 2,08 g/cm³
respectivamente. Além disso, o solo 1 apresenta teor de fundente (Fe
2
O
3
+ MgO +CaO +
Na
2
O + K
2
O) em torno de 12,20 %, enquanto no solo 2, é da ordem de 13,12 %, que em tese,
significaria que este último deveria ser mais denso. Por outro lado, considerando que a
densificação está diretamente ligada a redução da porosidade, uma elevada perda ao fogo de
11,42 % contribui de forma significativa para elevar a porosidade e desse modo reduzir a
densificação.
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74
850 900 950 1000 1050 1100 1150
0
50
100
150
200
250
Módulo de ruptura a flexão (kg/cm²)
Temperatura (
o
C)
Solo 1
Solo 2
Figura 4.8 – Gráfico do módulo de ruptura a flexão versus temperatura.
850 900 950 1000 1050 1100 1150
10
15
20
25
30
35
10
15
20
25
30
35
Porosidade (%)
Temperatura (%)
Solo 1
Solo 2
Figura 4.9 – Gráfico da Porosidade versus Temperatura.
Já o módulo de ruptura a flexão, Figura 4.8, apresenta um aumento nos valores da
resistência em função do aumento da temperatura de queima. Observa-se também que o solo 1
apresenta os maiores valores de módulo de ruptura a flexão das massas cerâmicas avaliadas
em quase todas as temperaturas de queima. A redução da porosidade (Figura 4.9) das
amostras explica este comportamento, pois o solo 1 para as temperaturas de 850
o
C e 1150
o
C
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75
sua porosidade é 33,2% e 11,4% respectivamente, enquanto que o solo 2, apresenta para as
mesmas temperaturas valores de 34,4 e 15,75.
O solo 1 apresenta elevada plasticidade, comprovando a existência de argilas de
granulometria muito fina que na moldagem elevam o grau de compactação (empacotamento)
a verde, resultando dessa forma em peças cerâmicas mais densas.
O solo 2 apresentou a menor massa específica aparente e o menor teor de umidade de
moldagem, por isso esta foi utilizada como matéria-prima para a produção agregado graúdo
de argila calcinada na temperatura de 850
o
C e 1125
o
C.
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76
5 FABRICAÇÃO DO AGREGADO SINTÉTICO DE ARGILA
CALCINADA
5.1 A indústria da cerâmica
A palavra cerâmica é derivada da palavra grega kerameikos que significa feito de terra
ou terroso. A fabricação de produtos cerâmicos já existe de longas datas, devida à facilidade
de sua fabricação e abundância da matéria-prima - barro (vulgarmente conhecido). Desde o
período neolítico o homem pré-histórico calafetava as cestas de vime com barro. Mais tarde
verificou que poderia dispensar o vime, e fez potes e utensílios de barro. No decorrer de seu
uso, constatou que o calor endurecia esse barro, e surgiram os produtos cerâmicos, que nesta
fase vivida pela a humanidade, foi largamente empregada para os mais diversos fins.
Posteriormente, com o uso de diversas argilas, com menor ponto de fusão surgiram os
vidrados e vitrificados. Já no ano 4000 a.C. os assírios obtinham cerâmica vidrada de melhor
qualidade.
Na própria Bíblia encontram-se registros do uso de materiais cerâmicos na construção
da Torre de Babel no livro de Gênesis, capítulo 11, versículo 3 e 4. “E disseram uns aos
outros: ‘Vamos fazer tijolos e cozê-los ao fogo!’ Utilizaram tijolos em vez de pedras, e piche
no lugar de argamassa”. No Egito onde foram construídas as pirâmides de pedra, os operários
moravam em casas erguidas com tijolos como relata o livro do Êxodo, capítulo 1, versículos
14, “Preparação de argila e fabricação de tijolos”.
Um novo período na fabricação da cerâmica começou quando os semitas inventaram o
torno oleiro, que proporcionou melhor qualidade, rapidez e acabamento.
Os chineses por volta do século VII já fabricavam a porcelana, enquanto que na
Europa só se fabricava a cerâmica vermelha, até que na Inglaterra no século XVIII, surgiu a
louça branca. A partir daí houve um grande desenvolvimento dessa indústria, baseada nas
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77
inovações tecnológicas e nos estudos de laboratórios especializados, como o de Sevres
(França), Stokes-on-Trent (Grã-Bretânia), Instituto Max-Plank (Alemanha) e os institutos de
pesquisa cerâmicas das universidades da Pensilvânia, Alfred e Ohio. Surgiram então, tipos
especiais de fornos, que possibilitou a fabricação em dimensões padronizadas, moldagem a
seco e materiais com alta resistência mecânica.
A cerâmica é conhecida como a pedra artificial obtida pela moldagem, secagem e a
calcinação de argilas ou de misturas contendo argilas. Nos materiais cerâmicos a argila fica
aglutinada por uma quantidade de vidro, que surge pelo calor de cozimento sobre os
componentes da argila (BAUER, 1992).
Há mais de duzentos anos Josiah Wedgwood comunicou à Roayal Society da
Inglaterra os primeiros resultados de seus trabalhos sistemáticos de pesquisa sobre cerâmica,
os quais compreenderam perto de 7 000 experimentos de queima de sistemas cerâmicos que
serviram de base à grande indústria cerâmica inglesa atual (SANTOS, 1975). A louça de mesa
inglesa, hoje famosa mundialmente, foi resultado dos trabalhos de Wedgwood que na sua
fórmula utiliza ossos de animais calcinados para a fabricação de um dos materiais cerâmicos
mais resistentes.
Além do ramo da cerâmica branca, tão antigo quanto, é o uso de argilas na fabricação
de materiais para construção civil, tais como tijolos, telhas, ladrilhos de piso, manilhas,
elementos vazados, cerâmica utilitária e outros de menor importância ou de materiais mais
modernos, como os agregados leves de argila expandida piroplastica e de argila calcinada
(BODIN, 1956; CLEWS, 1968 apud SANTOS 1975).
As propriedades refratárias de certas argilas, ou seja, a capacidade para suportar altas
temperaturas sem se amolecer tem sido explorada pelos ceramistas e pelos metalurgistas
desde os antigos fogões. Os tijolos refratários feitos com argilas sílico-aluminosa depende da
composição química, geralmente o teor de óxido de alumínio varia de 30 a 45%.
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78
A cerâmica vermelha ou produtos cerâmicos estruturais são produzidos com argilas
plásticas, tendo como argilominerais predominantes a caulinita e a ilita, com certo percentual
de matéria orgânica, óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio. Essa matéria-prima é
geralmente retirada das margens de rios, lagos ou de várzeas, sendo queimado entre 850 a
1000
o
C.
Já a produção de agregados leves é comum utilizar folhelhos ilíticos, mais elementos
fundentes e óleo combustível. Esse material é expandido piroplasticamente entre 1050 a 1125
o
C.
Portanto, a cerâmica é atualmente um campo especial da ciência dos materiais,
podendo ser definida de várias maneiras, conforme a aplicação de quem a define. Por outro
lado, cerâmica é definida como sendo o ramo da indústria em que “minerais de composição
inconstante e pureza duvidosa que são expostos à temperatura mal definida, durante períodos
de tempo que fazem reações desconhecidas ocorrerem de forma incompleta, formando
produtos heterogêneos e não estequiométricos, conhecidos com o nome de materiais
cerâmicos” (BRADSTREET apud SANTOS, 1975).
5.2 Fabricação da cerâmica
Na fabricação de tijolos as argilas devem ser plástica, moldáveis facilmente e devem
apresentar elevado módulo de ruptura flexão, com um mínimo de trincas, fissuras e
empenamentos. A presença de elevados teores de elementos alcalinos e alcalino-terrosos são
prejudiciais pelo fato de causa distorções, retrações excessivas e ainda reduzir a temperatura
de vitrificação.
Já as argilas usadas para a fabricação de telhas, devem possuir elevada plasticidade
para a moldagem; ter módulo de ruptura a flexão elevado quando ainda secas, para permitir o
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79
manuseio durante a fabricação. Os valores referentes à porosidade e absorção de água após a
queima devem ser baixos, para impedir que a água da chuva infiltre.
Conforme Santos (1975) as argilas usadas para fabricação de cerâmica vermelha ou
estrutural podem ser usadas para fabricação de agregados leves dependendo das suas
características de expansão com a temperatura. Este estudo com a avaliação de matérias-
primas para agregados leves, baseou-se nas propriedades de absorção da água e massa
específica aparente após o aquecimento em alta temperatura, considerando como expandidas
as amostras que flutuaram na água e aumentaram de diâmetro.
A fabricação dos materiais cerâmicos compreende uma seqüência de etapas de
manufatura para o processamento do solo, sendo que pelo menos uma vez deve ocorrer a
queima em temperatura elevada para promover as reações físicas e químicas. De uma forma
geral, segue os seguintes procedimentos:
i) Extração das argilas;
ii) Estocagem e mistura da matéria-prima;
iii) Moldagem;
iv) Secagem;
v) Queima.
5.2.1 Extração das argilas
Antes de se proceder a fabricação de tijolos, telhas ou outro produto cerâmico é
necessário conhecer a matéria-prima, pois como foi visto no capítulo anterior, a composição
granulométrica, relativo ao percentual de argila, silte e areia, afetam diretamente no resultado
do produto que se deseja produzir.
A qualidade da cerâmica está relacionada também, a composição química. Caso a
argila apresente elevado percentual de compostos sulfurosos e muito carbonato de cálcio,
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80
acarretará fissuras e trincas na cerâmica. Se por outro lado, for suja, com a presença de
matérias orgânicas, tais como folhas e raízes o produto final será muito poroso e a absorção de
água poderá ser maior que o recomendado pelas especificações.
No pólo oleiro de Iranduba e Manacapuru a exploração é feita nas camadas
superficiais até 3 metros de profundidade. A extração da argila é realizada a céu aberto,
durante os períodos de seca dos rios e igarapés, com a utilização de pá carregadeira e
caminhão basculante.
5.2.2 Estocagem e mistura da matéria-prima
Os vários solos depois de extraídos podem ser estocados de várias formas. Na própria
jazida, por exemplo, pode ser feita a seleção pela composição granulométrica, plasticidade e
coloração.
Normalmente é deixada em depósitos ao ar livre, onde são misturadas anteriormente e
passam por um período de descanso, ou o apodrecimento da argila, como se denomina. Esse
procedimento tem por finalidade fermentar e tornar a matéria orgânica coloidal aumentando
desta forma a plasticidade.
Muitas vezes é feito à eliminação dos grãos maiores que são os pedregulhos, a fim de
se obter menores partículas e consequentemente, maior plasticidade, melhor contato
superficial entre os componentes do solo. A argila é colocada em depósitos onde é misturada
manualmente ou mecanicamente, dependendo do nível tecnológico da indústria, sendo que
nesta fase são retirados galhos pedregulhos e outras impurezas. A mistura é normalmente feita
com duas qualidades de argila: uma gorda com coloração branca, rica em óxidos de alumínio
e outra magra com coloração amarela ou vermelha, rica em óxidos de ferro.
Após o processo de seleção começa o de amassamento que serve para preparar a
matéria-prima para moldagem, com a adição ou não de água.
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81
5.2.3 Moldagem
A operação de moldagem tem por objetivo dar forma desejada a massa cerâmica,
empregando os processos de moldagem a seco por prensagem (com umidade de até 10%),
com pasta plástica consistente (com 20 a 35% de umidade), com pasta plástica mole (com 25
a 40% de umidade) e com pasta fluída (com umidade de 30 a 50%) de acordo com BAUER
(1982). Esses valores de teor de umidade do solo variam conforme o percentual de argila da
massa cerâmica.
A moldagem com pasta plástica fluída, é o processo mais antigo, a massa cerâmica
com umidade acima de 20%, muitas vezes superior ao limite de plasticidade, é moldada em
moldes de madeira ou em torno oleiro. Este processo é usado para fabricação de vasos, tijolos
brutos, pratos e outros utensílios.
Quando a massa cerâmica encontra-se em estado plástico consistente, é usada uma
extrusora, movida por força mecânica, que tende a empurrar esta massa a passar, sob pressão,
através de boquilhas apropriadas, formando objetos com dimensões e tamanhos estabelecidos.
Usa-se geralmente para as peças um arame preso a um esquadro que funciona como se fosse
uma guilhotina. Segundo BAUER (1982) este processo incorpora muito ar, que tende a dilatar
no processo de cozimento, causando o fendilhamento ou até a desagregação da peça.
Já no processo de moldagem a seco, é usada uma prensa com capacidade de 5 a 700
MPa, onde a argila é colocada quase que seca com umidade próxima a higroscópica. Se caso a
umidade estiver elevada, as peças ficaram grudadas no moldes dificultando sua retirada. Essa
moldagem é utilizada para produzir ladrilhos, azulejos, refratários, isoladores elétricos e para
tijolos e telhas de qualidade superior. Apesar da facilidade e simplicidade da operação, da
produção em grande escala e redução no tempo de secagem e nas deformações, esse processo
exige um capital elevado e renovação dos moldes de prensagem. Os produtos são de boa
qualidade, pois não há bolhas de ar incorporado, nem tampouco excesso de umidade. Como
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82
foi visto no capítulo anterior, as propriedades mecânicas da cerâmica é inversamente
proporcionais a quantidade de água no processo de moldagem.
5.2.6 Secagem
Em todos os processos de moldagem a umidade atua como agente aglutinador nesse
processo. Porém é preciso ter cuidado com a secagem, pois ela tão importante quanto à
queima, porque, após a moldagem fica inserido na massa total do solo cerca de 5 a 45% de
umidade.
Caso a queima seja feita após a moldagem sem a devida secagem, à umidade existente
no interior das peças tenderá a se deslocar rapidamente para a superfície externa, aparecendo
tensões internas e consequentemente o surgimento trincas e fissuras. Portanto, a secagem
prévia é de fundamental importância para os produtos cerâmicos.
Por outro lado, no processo de secagem deve-se tomar cuidado com a secagem rápida
desuniforme, que elevando o gradiente de umidade no interior da peça compromete a
linearidade, devido às fortes retrações diferenciais e deformações, aumentando as perdas no
processo. Já a secagem lenta é onerosa, pelo fato de retardar a queima.
A secagem provoca retração em todas as dimensões das peças e deformações se não
for controlada. Essa retração ocorre quando a água absorvida na moldagem começa a
evaporar.
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83
5.2.5 Queima
Com a queima a argila adquire estabilidade e resistência mecânica surgindo algumas
alterações físicas e químicas. Os principais fenômenos que podem ocorrer na queima de um
corpo cerâmico são os seguintes (NASCIMENTO, 2005; BAUER, 1982):
• Aquecendo-se a argila até 150
o
C, ela perde a água de capilaridade, de
moldagem e a água proveniente da matéria orgânica;
• Entre 350
o
C até 450
o
C, ela perde água adsorvida e vai enrijecendo.
• Nas temperaturas de 450
o
C à 550
o
C ocorre à combustão de substâncias
orgânicas contidas na argila e a dissociação de compostos sulfurosos;
• A partir da temperatura de 570
o
C começa a transformação de quartzo
de sua forma cristalina alfa para beta, acompanhada de uma violenta
expansão durante o aquecimento e de beta para alfa durante o
resfriamento acompanhado de fortes retrações;
• Acima de 700
o
C, começam a se desenvolver reações químicas da sílica
e da alumina com elementos fundentes, formando sílico-aluminatos
complexos que dão a massa cerâmica características como dureza,
estabilidade, resistência mecânica dando início a sinterização;
• Entre 850
o
C a 950
o
C os carbonatos se decompõem e liberam CO
2
e
transformam-se em óxidos;
• Acima de 1000
o
C os silico-aluminatos formam uma quantidade de
vidro, que aglutina os demais elementos, proporcionando mais
resistência, dureza, compacidade e impermeabilidade às peças
cerâmicas.
Ocorrem diversas reações no cozimento, dependo de alguns fatores como a
temperatura alcançada, da velocidade de aquecimento, de esfriamento, tipo de forno e do
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84
combustível usado. O cozimento da argila é feito em fornos contínuos e em fornos
intermitentes. Nos primeiros a produção é contínua; já no segundo os lotes devem ser
queimados um de cada vez.
O forno intermitente comum é o mais fácil e de menor custo para se construir.
Normalmente sua forma é retangular ou circular, com lados de até 10 metros e altura de 6
metros aproximadamente. Nesse tipo de forno são colocados mais de 50 milheiro de tijolos,
através de uma porta que é lacrada com barro e tijolo, após ter sido acesa a fornalha. O tempo
de cozimento é aproximadamente de uma semana e mais 5 dias para esfriar (Figura 5.1).
Figura 5.1 – Forno usado para queima dos produtos tijolos.
O forno túnel, inventado em 1877, é um forno contínuo com rendimento superior a
mais de 50% que o anterior, aproveitando da melhor forma a mão-de-obra e o aquecimento.
Seu funcionamento se assemelha a um túnel extenso, em que a fornalha encontra-se no centro,
e as peças cerâmicas são colocadas em vagonetas móveis em um lado da extremidade. Esta
vagoneta vai se movimentando lentamente sofrendo um pré-aquecimento, passa pelo centro,
onde a queima é direta e após vai esfriando até sair do túnel.
Quando não se deseja o contato da chama com as peças, usa-se, então o forno mufla.
Esse tipo de forno utiliza uma caixa interna que ao redor da qual circula o calor.
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85
5.3 Fabricação do agregado de argila calcinada.
Os agregados fabricados nesta pesquisa basearam nos procedimentos de fabricação
adotados nas olarias da região, conforme descrito no item anterior e no processo adotado pela
cinasita.
Entende-se por agregado artificial de argila calcinada, como aquele produto
proveniente da transformação de um solo ou folhelho argiloso previamente processado, em
um material inerte e com resistência mecânica satisfatória para uma determinada finalidade.
Essas características são normalmente obtidas através do aquecimento da massa cerâmica em
elevadas temperaturas, superior a 760
o
C. A qualidade do produto cerâmico depende
fundamentalmente da matéria-prima utilizada, da temperatura de queima e da conformação.
O agregado de argila calcinada produzido nessa pesquisa, nada mais é do que um
produto da cerâmica vermelha, pois este é moldado com a mesma matéria-prima, mesmo
processamento (secagem e queima) e apresenta fenômenos físico-químicos durante a queima,
semelhante ao que ocorre com os tijolos e com as telhas.
Ressalte-se que através do estudo das massas cerâmicas apresentado no capítulo
anterior, optou-se pelo solo 2, para a fabricação do agregado sintético de argila calcinada. Este
solo que apresentou a menor massa específica aparente e o menor teor de umidade de
moldagem, foi utilizado como matéria-prima para a produção agregado graúdo de argila
calcinada nas temperaturas de 850
o
C e 1125
o
C. A escolha da primeira temperatura fez-se em
decorrência dos fornos da região atingirem temperaturas que variam de 850
o
C a 950
o
C. Já a
escolha da segunda temperatura foi devido ao valor encontrado pela interseção nas curvas de
retração linear e absorção de água indicando o ponto onde o solo começa a gresificar.
Deve-se salientar que uma das maneiras de melhorar a qualidade do produto cerâmico
é a inserção de elementos fundentes na massa, pois estes têm a capacidade de reduzir à
temperatura da formação da fase líquida, assim como o ponto de gresificação durante o
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processo de queima. Este líquido formado é proveniente da fusão de alguns elementos
químicos que tende a preencher os poros das peças cerâmicas, e dependo da viscosidade reduz
a porosidade.
As características levadas em consideração no critério de escolha da matéria-prima
fizeram-se em decorrência, primeiro, do menor percentual de umidade para tornar plástico o
solo, pois uma secagem mais rápida e uma menor quantidade de água nos poros, reduzirá a
absorção do agregado; e a segunda característica é a capacidade de fabricação de agregado
com menor massa específica, propriedade desejável em concreto leve, para diminuir o peso
próprio da estrutura. O peso próprio dos elementos de concreto pode representar uma grande
proporção da carga de uma estrutura, e o uso de concretos com baixa massa específica pode
resultar em vantagens significativas quanto a elementos estruturais com menor seção
transversal e uma correspondente redução das dimensões das fundações (NEVILLE, 1923).
O procedimento metodológico adotado obedeceu rigorosamente à seqüência descrita
logo abaixo:
I – A matéria-prima foi colocada para secar a sombra. Depois de retirada a umidade
em excesso foi destorroada manualmente com um almofariz.
II – Após o destorroamento e a retirada da matéria orgânica, o solo foi umedecido na
umidade de 28%, que é o valor encontrado através do ensaio do limite de plasticidade, que
tende a tornar plástico o solo e facilita a moldagem. Testou-se utilizar o solo com umidade em
torno do limite de liquidez, porém o solo apresentou-se muito líquido e produzia um agregado
mais poroso e com maior absorção de água.
III – Em seguida a massa cerâmica foi submetida à extrusão em um moinho adaptado,
que na sua saída eram colocadas boquilas retangulares com as dimensões variando de 4,8 mm
a 12,5 mm, conforme pode ser visto pela Figura 5.2. Nas olarias são usados equipamentos
com a finalidade de extrudar a matéria-prima, ou seja, conduzir o solo até a saída dos moldes
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dos tijolos, definindo assim a forma geométrica desejada. Considerando a dificuldade de
aquisição de um equipamento específico para a moldagem dos agregados sintéticos, foi
necessária a adaptação de um moinho, ao qual foram acopladas, na sua saída, boquilhas
(molde dos agregados) de diferentes dimensões confeccionadas na Universidade Federal do
Amazonas (Figura 5.3).
Figura 5.2 – Boquilhas de moldagem.
Figura 5.3 – Moinho para extrusão da matéria-prima.
IV – Depois da moldagem de barras de argila com diferentes tamanhos de secção
transversal, estas foram cortadas em mais ou menos 10 cm e colocadas para secar a sombra de
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modo a retirar parte da água de conformação (Figura 5.4). A água de conformação pode ser
dividida em dois tipos: o primeiro é denominado de água intersticial. O segundo é
denominado de água livre ou água de plasticidade. A água intersticial está relacionada com a
água necessária para preencher os poros das partículas. Já a água de plasticidade localiza-se
entre as partículas argilosas, separando-as e facilitando a trabalhabilidade da massa cerâmica
no processo de conformação. Esta última água é responsável pela retração das peças
cerâmicas (VIEIRA, 2004).
Figura 5.4 – Corte das barras moldados para a secagem.
Mesmo para a matéria-prima conformada no limite de plasticidade, observou-se ainda
muita água que dificultava o corte e fazia-se necessário uma secagem prévia para retirada de
parte da umidade. Após a secagem prévia, as barras eram cortadas nos tamanhos de 10 mm,
que foi o tamanho estabelecido para os agregados de argila calcinada.
V – Os agregados úmidos foram colocados para secar ao ar por 24 horas (Figura 5.5) e
em seguida levados para estufa para mais 24 horas (Figura 5.6), para perder a água livre,
tornando-se apto para queima e eliminando os riscos de surgimento trincas. Nascimento
(2005) relata que uma peça moldada com teor excessivo de água está sujeita as trincas
provocadas pela explosão de bolhas ou contrações intensas. Foi observado que os agregados
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de maior dimensão levavam mais tempo para secar. Nos trabalhos de Norton (1973) apud
Batista (2004) é descrito que para vários objetos feitos da mesma massa cerâmica, porém de
tamanhos diferentes, os maiores não apenas secaram lentamente em igualdade de condições,
mas também apresentaram a maior tendência para o surgimento de trincas.
Figura 5.5 – Secagem ao dos agregados.
Figura 5.6 – Secagem em estufa dos agregados
VI – O tempo de queima do agregado sintético de argila calcinada foi de uma hora no
patamar da temperatura estabelecida no forno. Segundo Cabral (2005), o aumento do tempo
de queima na temperatura patamar promove o aumento no percentual da absorção de água, o
que não é benéfico para o agregado. No tempo de duas horas de queima o agregado ficou com
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90
absorção de água acima de 16%, enquanto que no tempo de uma hora foi inferior a 15%,
conforme observado na Figura 5.7. Por isso o tempo de calcinação dos agregados desta
pesquisa foi de uma hora.
Figura 5.7 – Variação da absorção de água com o tempo de queima.
Fonte: Cabral, 2005.
Figura 5.8 – Queima dos agregados de argila
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91
Na Figura 5.8 é visualizado o forno utilizado para a queima dos agregados por uma
hora após ter atingido a temperatura patamar programada no forno mufla.
O processo de queima foi o que apresentou maior dificuldade, pois o forno utilizado
era antigo que para cada fornada era obtido somente cerca de 4 kg de agregado calcinado.
Logo, foram desprendidos mais de noventa dias para finalizar toda queima dos agregados.
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92
6 APLICAÇÃO DO AGREGADO DE ARGILA CALCINADA EM
CONCRETO
6.1 Características do concreto
O concreto é um material compósito, formado de agregados graúdo e miúdo, cimento e
água. O emprego de concreto na construção civil em geral é associado ao do aço. Muitas
vezes, esses materiais atuam como concorrentes. No entanto, ocorre o uso crescente do
concreto armado em grandes e médias estruturas, onde o aço não consegue competir com o
concreto. Nessa concorrência, o critério que norteia a escolha é o fator econômico.
Por outro lado, o aço é fabricado sob um controle rigoroso de qualidade, apresentando
inclusive certificado do fabricante. O concreto por sua vez, deve ser produzido antes da sua
aplicação, salvo nos casos em que é pré-moldado.
O cimento é fabricado através de um processo rigoroso, sendo semelhante ao do aço,
porém, muitas vezes é preciso fazer alguns ensaios de verificação, em decorrência de sua
perecibilidade, tendo em vista que esse material tem validade de apenas três meses.
Os agregados por sua vez, merecem um tratamento mais detalhado, a partir da escolha,
em função da freqüência de variação de seus índices físicos. As diferenças nos processos de
fabricação de concreto e aço exigem procedimentos diferentes de avaliação das propriedades,
necessitando o concreto de um controle tecnológico baseado em critérios estatísticos
padronizados por norma.
Um concreto de qualidade deve atender as especificações, e ainda quando se encontra
no estado fluido, logo após a sua produção, deve apresentar um nível de trabalhabilidade que
varia de acordo com as exigências da obra.
O concreto é dito trabalhável quando pode ser adensado com facilidade, necessitando
em cada caso dos meios de adensamento disponível; dessa forma, a trabalhabilidade adequada
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deve ser entendida como a facilidade de adensá-lo em seções transversais pequenas, de difícil
acesso e em elementos estruturais de armadura densa. Por essas razões, a trabalhabilidade
deve ser definida como uma propriedade física inerente ao concreto sem referência às
circunstâncias de um tipo particular de construção, relacionada com a mobilidade da massa e a
coesão dos elementos componentes (NEVILLE, 1927, BAUER, 1995). Segundo a ASTM
C125, a trabalhabilidade expressa a facilidade necessária para manipular uma quantidade de
concreto fresco com uma perda mínima de homogeneidade (MEHTA, 1994 e MONTEIRO,
1994).
Quando endurecido o concreto deve alcançar metas de qualidade como resistência
mecânica a flexão e a compressão superior ou igual ao exigido pela obra. Além da resistência
mecânica e da trabalhabilidade deve-se levar em consideração a durabilidade, que é
compreendida como a capacidade do material em manter suas propriedades durante um longo
tempo de uso.
É indispensável que às estruturas de concreto desempenhem as funções que lhe foram
atribuídas, que mantenham a resistência mecânica e a utilidade que delas se espera, durante
um período de vida previsto ou, pelo menos, um período razoável de tempo. Portanto, deve
suportar o processo de deterioração que ocorre com o passar dos anos. Suportando essas
condições, garantido segurança e conforto aos usuários, pode ser considerado durável.
Durabilidade do concreto não significa vida eterna, nem tampouco significa que a
estrutura está disponível a qualquer tipo de carga e ação. Hoje em dia considera-se, muito
embora no passado não fosse bem assim, que seja necessário uma manutenção de rotina das
estruturas de concreto.
Pode-se ainda, definir concreto como um material resultante da mistura de cimento e
água com agregados quimicamente inertes que têm uma função estrutural importante. A
resistência mecânica depende da resistência da pasta, da resistência dos agregados e da
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resistência das ligações entre a pasta e os agregados. Aproximadamente os volumes ocupados
pelos os componentes no concreto são os seguintes:
• Cimento de 0,5 a 15 %;
• Água de 15 a 25 %;
• Agregados de 62 a 75 %.
Conhecendo esses elementos constituintes, o passo seguinte para a obtenção de um
bom concreto, é a determinação das proporções e seus comportamentos na mistura, através de
métodos analíticos, gráficos e outros.
Além dos ingredientes essenciais do concreto: cimento e agregado. O terceiro
componente essencial é a água que é utilizada para amassamento e cura. A água de
amassamento não deve conter matérias orgânicas indesejáveis nem substâncias inorgânicas
em teores elevados. Porém, não existem normas muito explícitas sobre a qualidade da água,
em parte porque ainda não se conhecem os limites de impurezas prejudiciais e principalmente
porque restrições desnecessárias poderia ser anti-econômica.
Algumas normas especificam que a água a ser utilizada para amassamento do concreto
deve ser potável. Embora seja satisfatório o uso de água potável, existem algumas exceções,
como é o caso das regiões áridas, onde a água é salobra e pode conter excessivos teores de
cloretos. Além disso, algumas águas minerais podem conter teores indesejáveis de carbonatos
alcalinos que podem contribuir para a reação-sílica (NEVILLE, 1927).
Por outro lado, algumas águas inadequadas para o consumo podem, muitas vezes, ser
usadas satisfatoriamente para o preparo do concreto. Por via de regra, águas com pH de 6,0 a
8,0 ou, possivelmente, até 9,0 sem o sabor de salobra podem ser utilizadas (NEVILLE, 1927).
O cimento Portland, por sua vez, é um produto obtido pela pulverização do clinker,
sendo constituído por silicatos hidráulicos de cálcio, com certa proporção de sulfato de cálcio
natural, contendo, adições de algumas substâncias que melhoram suas propriedades e
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facilitam seu emprego na construção. Os constituintes fundamentais do cimento são a cal
(CaO), a sílica (SiO
2
), a alumina (Al
2
O
3
), o óxido de ferro (Fe
2
O
3
), magnésia (MgO) e uma
pequena quantidade de anidrido sulfúrico (SO
3
), que é adicionado após a calcinação, para
retardar o tempo de pega do concreto.
A relação entre a composição do concreto e as propriedades mecânicas é um assunto
de grande interesse para a engenharia. A resistência do concreto pode ser alterada quando se
utiliza vários tipos de agregado graúdo com formas, textura e mineralogia diferentes. Porém,
com a limitação da relação água/cimento para os concretos produzidos com alto desempenho,
torna-se evidente a importância do agregado graúdo dentre os constituintes (OZTURAN,
1997).
Para a alta resistência do concreto produzido usualmente com a relação água/cimento
inferior a 0,4, a resistência da argamassa e da zona de transição, pode ser similar a resistência
do agregado graúdo. Ao mesmo tempo, com a melhoria da resistência, a fragilidade do
concreto é também aumentada, o que limita o uso do concreto. Dessa forma, usando agregado
graúdo de alta resistência e baixa fragilidade, textura e mineralogia características, podem
melhorar as propriedades mecânicas do concreto (ZHANG, 1992).
O agregado com algumas propriedades indesejáveis também pode comprometer a
resistência, a durabilidade e desempenho da estrutura. No passado era considerado um
material inerte disperso por entre a pasta de cimento. No entanto, é necessário observa-lo de
uma outra forma, considerando-o como material importante na construção, pois encontra-se
ligado com um meio coesivo, através de uma pasta de cimento.
O custo do agregado é inferior ao do cimento, logo é interessante produzir concreto
com a maior quantidade possível de agregado e reduzir o consumo de cimento. Essa premissa
só é válida quando o custo de transporte não é elevado. Mas a economia não é a única razão
de se usar agregado: ele confere vantagens técnicas consideráveis ao concreto, que passa a ter
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estabilidade dimensional e melhor durabilidade do que a pasta de cimento pura (NEVILLE,
1927).
Os agregados podem ser classificados quanto à origem, dimensões e massa específica
aparente.
Quanto à origem podem ser:
i) Os naturais que são retirados das jazidas ou rios: seixo rolado, areia;
ii) Artificiais ou industrializados que têm sua composição obtida através de processos
mecânicos.
Quanto às dimensões são divididos em:
i) Miúdos: Areia
ii) Graúdos: Brita e seixo rolado
Quanto à massa específica aparente estão divididos em:
i) Leves com massa de até 1 g/cm³: Vermiculita e argila expandida;
i) Intermediários com massa de 1 até 2 g/cm³: Calcário, arenito e outros;
iii) Pesados com massa de 2 g/cm³.
6.2 Caracterização dos componentes do concreto
6.2.1 Agregado graúdo
Os agregados sintéticos calcinados nas temperaturas de 850
o
C e 1125
o
C foram
caracterizados fisicamente conforme a Tabela 6.1. O desgaste por abrasão para o agregado
calcinado de 850
o
C,foi superior ao limite estabelecido pela norma DNER-ME 035/98 que é
de 50%, porém para o agregado calcinado a 1125
o
C, este foi inferior. O desgaste abrasão
apresenta sua importância quando o concreto for aplicado na pavimentação, de modo que não
é um fator determinante quando utilizado em concreto estrutural.
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A perda de massa após fervura atingiu níveis inferiores a 1 %, sendo que a norma
recomenda valores não superiores a 6%.
Com relação à absorção de água os agregados calcinados a 850
o
C, apresentaram valor
acima de 18 %, enquanto que para os agregados queimados a 1125
o
C foi de 12,5 %. Embora
a temperatura tenha sido elevada até 1125
o
C, no ponto de gresificação ainda assim
apresentaram porosidade muito alta se comparado com o seixo rolado que é 1,22 %. Acredita-
se que a elevada absorção de água deve-se ao uso do moinho, que por ser manual exigiu que a
massa cerâmica estivesse com teor de umidade próximo de 28 %, e ainda, devido ao uso de
um óleo lubrificante aplicado ao mecanismo com a finalidade de reduzir o atrito de modo a
facilitar a moldagem. Considerando que a água de moldagem durante a queima foi eliminada
e que seus poros ficaram vazios, então, supõe-se que devido a essa umidade de moldagem, os
agregados no final do processo apresentavam elevada porosidade.
Para o agregado convencional empregado na pesquisa, o seixo rolado, observou-se que
este apresentava dimensão máxima de 19 mm com mais de 37 % de material inferior a 4,8
mm (Figura 6.1). O agregado sintético de argila calcinada, por outro lado, foi fabricado com a
dimensão máxima de 12,5 mm para que fosse possível obter um comportamento semelhante
ao do agregado convencional, e sua dimensão inferior de 4,8 mm foi estabelecida devido à
restrição dos moldes de produção.
Deve-se salientar que o seixo rolado apresenta um grande percentual de finos,
enquanto que o agregado sintético apresentou um menor índice de vazios quando misturado
com um percentual de 55%, 20% e 25% dos agregados nas dimensões de 4,8 mm, 9,5 mm e
12,5 mm, respectivamente. Nestes percentuais de misturas dos agregados, obteve-se uma
massa unitária mais próxima possível da massa encontrada para o seixo rolado.
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Tabela 6.1 – Caracterização física dos agregados graúdos.
Agregados
Caracterização
Calcinados a 850
o
C Calcinados a 1125
o
C Seixo rolado
Desgaste por abrasão 52 % 48 % 22 %
Perda de massa após fervura 0,1% Inferior a 0,1% --
Massa específica aparente 1,70 g/cm³ 1,94 g/cm³ 2,63 g/cm³
Massa unitária no estado
solto
1,08 kg/dm³ 1,16 kg/dm³ 1,86 kg/dm³
Absorção de água 18,94% 12,5% 1,22%
Granulometria
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
0.1000 1.0000 10.0000 100.0000
Diâmetro das partículas (mm)
% retido acumulado
Figura 6.1 – Curva granulométrica do seixo rolado
6.2.2 Agregado miúdo
A areia foi caracterizada considerando a sua granulometria, verificando o módulo de
finura e o diâmetro máximo. Na Figura 6.2 encontra-se a curva granulométrica da areia, de
onde se pode retirar o seu módulo de finura que é igual a 2,2 sendo considerada como areia
fina. O diâmetro máximo desse agregado é igual a 2,4 mm.
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99
Granulometria
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
0.1000 1.0000 10.0000
Diâmetro das partículas (mm)
% Retido acumulado
Figura 6.2 – Curva granulométrica da areia
6.2.3 Água
A água utilizada nas dosagens apresentou pH de 5,8.
6.2.4 Plastificante
O aditivo multfuncional Tec-mult 400 é utilizado na proporção de 3 a 10 ml para cada
1 kg de cimento (RHEOTEC, 2008). O consumo de aditivo que apresentou melhor eficiência
foi de 8 ml para cada quilograma de cimento.
Segundo o fabricante, esse aditivo apresenta as seguintes características técnicas
conforme a Tabela 6.2.
Tabela 6.2 – Características técnicas do aditivo.
Função principal Plastificante
Aspecto Líquido de cor castanho escuro
Ph 9,5 ± 1,0
Massa específica 1,205 ± 0,02 g/cm³
Teor de sólidos 40 % ± 2,0
Fonte: Rheotec, 2008.
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100
6.3 Produção de concretos
Foram analisadas as características do concreto quando utilizado como agregado
graúdo o seixo rolado (agregado convencional) e os agregados sintéticos de argila, calcinados
nas temperaturas de 850
o
C e 1125
o
C.
O concreto com seixo rolado serviu de parâmetro, pois este é o mais utilizado na
região. Produziu-se concreto com seixo rolado, observando-se as características físicas e
mecânicas quando utilizado com e sem o uso de aditivo.
Os agregados sintéticos de argila calcinada foram utilizados em traços de concreto
para a obtenção de dosagens econômicas. Para algumas dosagens experimentais saturou-se o
agregado, deixando sua superfície lisa, pois sua elevada absorção de água superior a 15%,
retirava a água de amassamento do concreto e reduzia a resistência mecânica.
Desta forma, foram testadas as seguintes situações para as duas temperaturas:
i) Sem imersão do agregado, com e sem o uso de aditivo em três diferentes consumos
de cimento;
ii) Com imersão do agregado, com e sem aditivo, em três diferentes consumos de
cimento.
6.3.1 Concretos com agregado calcinado a 850
o
C
Os resultados das dosagens com o agregado calcinado a 850
o
C, são descritos neste
item.
6.3.1.1 Sem imersão do agregado
Sem o uso do aditivo
As dosagens aqui descrita são identificadas pelas siglas AC8N, que indica argila
calcinada na temperatura de 850
o
C, sem imersão em água.
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101
Na tabela 6.3 está indicado nas colunas o traço e a quantificação dos componentes do
concreto, bem como a relação água/cimento.
Pode-se observar o quanto é elevada à relação água cimento, comprovando que a
elevada porosidade retira a água de amassamento do concreto. Na Tabela 6.4 pode-se observar
o efeito do uso desse agregado na massa específica do concreto que ficou em torno de 2100
kg/m³. A resistência do concreto para os diferentes consumos de cimento ficou próximo de 17
MPa aos 7 dias e aos 28 dias atingiu pouco mais de 22 MPa, acima do limite de 20 MPa
estabelecido pela norma NBR 6118 para concreto definido como estrutural (Figura 6.3).
Destaca-se que o concreto obtido com o consumo de 335 kg/m³ apresentou a melhor relação
resistência/consumo de cimento.
Tabela 6.3 – Dosagem dos componentes do concreto AC8N
Traço Agregado miúdo Agregado graúdo Relação água/cimento
AC8N – I 1,82 1,98 0,85
AC8N – II 1,70 1,80 0,81
AC8N – III 1,58 1,68 0,75
Tabela 6.4 – Resultado das dosagens do AC8N.
Resistência (MPa)
Traço
Consumo de
cimento (kg/m³)
Slump (cm)
Massa do
concreto
(kg/m³)
7 dias 28 dias
AC8N – I 335 7,8 2114 17,73 22,79
AC8N – II 352 8,2 2108 17,23 22,41
AC8N – III 385 9,0 2103 17,85 22,55
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102
17.73
22.79
17.23
22.41
17.85
22.55
0
5
10
15
20
25
Resistência
(MPa)
334 355 379
Consumo de cimento (kg/m³)
Resistência aos 7 dias Resistência aos 28 dias
Figura 6.3 – Gráfico da resistência do concreto AC8N.
Com o uso do aditivo
As dosagens aqui descrita são identificadas pelas siglas AC8NA, que indica argila
calcinada na temperatura de 850
o
C, sem imersão em água com o uso de aditivo plastificante.
Na Tabela 6.5 pode-se observar que com o aditivo a relação água/cimento pôde ser
reduzida para próximo de 0,68, reduzindo os efeitos da porosidade. Observa-se um acréscimo
da resistência do concreto proporcionado pela redução da quantidade de água (Tabela 6.6). A
resistência do concreto para os diferentes consumos de cimento ficou acima de 26 MPa aos 28
dias (Figura 6.4).
Tabela 6.5 – Dosagem dos componentes do concreto AC8NA.
Traço Agregado miúdo Agregado graúdo Relação água/cimento
AC8NA – I 1,90 2,00 0,77
AC8NA – II 1,76 1,86 0,75
AC8NA – III 1,70 1,80 0,68
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103
Tabela 6.6 – Resultado das dosagens do AC8NA.
Resistência (MPa)
Traço
Consumo de
cimento (kg/m³)
Slump (cm)
Massa do
concreto
(kg/m³)
7 dias 28 dias
AC8NA – I 334 6,9 2099 20,66 26,58
AC8NA – II 352 7,5 2117 18,53 27,01
AC8NA - III 370 7,2 2107 22.83 27,19
20.66
26.58
18.53
27.01
22.83
27.19
0
5
10
15
20
25
30
Resistência
(MPa)
334 352 370
Consumo de cimento (kg/m³)
Resistência aos 7 dias Resistência aos 28 dias
Figura 6.4 – Gráfico da resistência do concreto AC8NA.
6.3.1.2 Com imersão do agregado.
Sem aditivo
As siglas AC8I, indica argila calcinada na temperatura de 850
o
C, com imersão em
água por 24 horas.
O efeito da imersão do agregado em água por 24 horas é notadamente sentido na
dosagem, porque a relação água/cimento pôde ser reduzida a valores inferiores a 0,5, o que
não era possível obter anteriormente, quando a menor relação estava acima de 0,70 para
atingir trabalhabilidade de 7 cm de abatimento do tronco de cone (slump), conforme Tabela
6.7. A massa específica desse concreto não modificou de forma considerável pelo efeito da
imersão e seus valores encontram-se próximo de 2100 kg/m³ (Tabela 6.8).
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104
Wasserman (1996) descreve que a alta porosidade dos agregados leves de argila
expandida proporciona uma redução da resistência do concreto. Com a imersão desse
agregado foi possível obter resistência à compressão superior a 28 MPa aos 28 dias, logo,
muito acima do obtido com o agregado não imerso (Figura 6.5).
Uma característica importante do agregado leve é a aderência entre este e a pasta de
argamassa hidratada que o envolve (MORAIVA, 2006). A textura áspera da superfície do
agregado proporciona a aderência, resultando em um intertravamento mecânico entre o
agregado e a pasta (ZHANG, 1992). A aderência também pode ser melhorada pela água
absorvida pelo agregado antes da mistura do concreto, que com o tempo, torna-se disponível
para a hidratação do cimento anidro. (Weber, 1997; Gesoglu, 2004). Desta forma, a imersão
do agregado além de melhorar a trabalhabilidade sem afetar a resistência, promove a
hidratação da zona de transição tornando-a mais resistente.
Tabela 6.7 – Dosagem dos componentes do concreto AC8I.
Traço Agregado miúdo Agregado graúdo Relação água/cimento
AC8I – I 1,90 2,35 0,47
AC8I – II 1,80 2,15 0,45
AC8I – III 1,70 2,00 0,43
Tabela 6.8 – Resultado das dosagens do AC8I
Resistência (MPa)
Traço
Consumo de
cimento (kg/m³)
Slump (cm)
Massa do
concreto
(kg/m³)
7 dias 28 dias
AC8I – I 345 7,0 2096 18,50 27,24
AC8I – II 368 6,0 2110 19,10 27,95
AC8I – III 388 8,0 2120 22,10 28,85
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105
18.5
27.24
19.1
27.95
22.1
28.85
0
5
10
15
20
25
30
Resistência
(MPa)
345 368 388
Consumo de cimento (kg/m³)
Resistência aos 7 dias Resistência aos 28 dias
Figura 6.5 – Gráfico da resistência do concreto AC8I.
Com aditivo
As siglas AC8IA, indica argila calcinada na temperatura de 850
o
C, com imersão em
água por 24 horas e com o uso de aditivo.
A imersão do agregado promoveu uma considerável melhoria nas propriedades físicas
do concreto fresco e com o uso do aditivo foi possível reduzir a quantidade de água no
concreto (Tabela 6.9). Já na Tabela 6.10 identifica-se o reflexo da adição do aditivo, pois a
resistência mecânica superou a 30 MPa quando utilizado um consumo de cimento de 375
kg/m³. Na Figura 6.6 é observado o comportamento do crescimento da resistência ao longo
dos dias de cura, onde para o menor consumo de cimento, o valor da resistência obtida no
concreto supera o valor da resistência obtida para um consumo intermediário de 350 kg/m³.
Uma possível explicação para esse comportamento é proveniente do processo de adensamento
dos corpos-de-prova, onde em algumas amostras pode ter ocorrido uma melhor acomodação
das partículas dos componentes do concreto, ou ainda a possibilidade de fuga da água de
hidratação do cimento.
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106
Tabela 6.9 – Dosagem dos componentes do concreto AC8IA.
Traço Agregado miúdo Agregado graúdo Relação água/cimento
AC8IA – I 2,28 2,44 0,46
AC8IA – II 2,06 2,21 0,44
AC8IA – III 1,84 2,04 0,44
Tabela 6.10 – Resultado das dosagens do AC8IA
Resistência (MPa)
Traço
Consumo de
cimento
(kg/m³)
Slump
(cm)
Massa do
concreto
(kg/m³)
7 dias 28 dias
AC8IA – I 326 8,0 2109 22,10 29,96
AC8IA - II 351 9,0 2116 25,01 28,55
AC8IA - III 375 9,5 2105 25,39 31,27
22.1
29.96
25.01
28.55
25.39
31.27
0
5
10
15
20
25
30
35
Resistência
(MPa)
326 351 375
Consumo de cimento (kg/m³)
Resistência aos 7 dias Resistência aos 28 dias
Figura 6.6 – Gráfico da resistência do concreto AC8IA.
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107
6.3.2 Concretos com agregado calcinado a 1125
o
C
A seguir são apresentados os resultados obtidos com o concreto utilizando os
agregados calcinados na temperatura de 1125
o
C.
6.3.2.1 Sem imersão do agregado
Sem o uso do aditivo.
Para a identificação dessas dosagens utilizou-se as siglas AC1N, que significa o
concreto com argila calcinada a 1125
o
C, sem imersão em água.
A relação água/cimento do concreto com esse agregado foi inferior a do agregado
calcinado a 850
o
C conforme a Tabela .6.11. A redução da porosidade 18% para 12,5%
proporcionada pela queima explica a redução dessa relação. Na Tabela 6.12 é possível
observar uma pequena variação na massa específica desse concreto, pois este atinge valores
acima 2130 kg/m³, porém, não é tão significativo. A resistência desse concreto é semelhante
ao do agregado calcinado a 850
o
C que ficou imerso em água. Na Figura 6.7 é possível
identificar a evolução das resistências ao longo dos dias de cura.
Tabela 6.11 – Dosagem dos componentes do concreto AC1N.
Traço Agregado miúdo Agregado graúdo Relação água/cimento
AC1N – I 2,00 2,10 0,70
AC1N – II 1,85 1,95 0,73
AC1N – III 1,71 1,81 0,68
Tabela 6.12 – Resultado das dosagens do AC1N.
Resistência (MPa)
Traço
Consumo de
cimento (kg/m³)
Slump (cm)
Massa do
concreto
(kg/m³)
7 dias 28 dias
AC1N – I 336 7,5 2113 19,90 26,44
AC1N – II 361 10,0 2130 19,74 26,62
AC1N – III 386 9,2 2132 22,06 27,86
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108
19.9
26.44
19.74
26.62
22.06
27.86
0
5
10
15
20
25
30
Resistência
(MPa)
336 361 386
Consumo de cimento (kg/m³)
Resistência aos 7 dias Resistência aos 28 dias
Figura 6.7 – Gráfico da resistência do concreto AC1N.
Com o uso do aditivo
Neste item é descrito o comportamento físico e mecânico do concreto AC1NA, que
significa argila calcinada a 1125
o
C, sem imersão em água, com o uso de aditivo.
Com o aditivo foi possível reduzir a relação água cimento para menos de 0,7 e ainda
obter slump de 8 ± 1 cm, conforme se observa nas Tabelas 6.13 e 6.14. Na Figura 6.8 é
identificada a variação das resistências, atingindo valores acima de 25 MPa já aos 7 dias e aos
28 dias superando os 32 MPa.
Tabela 6.13 – Dosagem dos componentes do concreto AC1NA.
Traço Agregado miúdo Agregado graúdo Relação água/cimento
AC1NA – I 2,20 2,25 0,69
AC1NA – II 2,10 2,15 0,67
AC1NA – III 1,80 1,90 0,61
Tabela 6.14 – Resultado das dosagens do AC1NA.
Resistência (MPa)
Traço
Consumo de
cimento
(kg/m³)
Slump (cm)
Massa do
concreto
(kg/m³)
7 dias 28 dias
AC1NA – I 332 6,8 2112 25,03 31,12
AC1NA – II 345 7,0 2115 26,49 32,65
AC1NA – III 382 9,0 2090 25,81 33,07
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109
25.03
31.12
26.49
32.65
25.81
33.07
0
5
10
15
20
25
30
35
Resistência
(MPa)
332 345 382
Consumo de cimento (kg/m³)
Resistência aos 7 dias Resistência aos 28 dias
Figura 6.8 – Gráfico da resistência do concreto AC1NA.
6.3.2.2 Com imersão do agregado
Sem aditivo
O concreto AC1I foi produzido com argila calcinada 1125
o
C, com imersão do
agregado em água por 24 horas.
Nas Tabelas 6.15 e 6.16 é observado o quanto foi reduzida relação água/cimento
devido ao processo de imersão. A maior relação obtida foi de 0,54 que proporcionou maior
slump de 9,2 cm. As resistências foram acima de 30 MPa, exceto aquela de menor consumo
que apresentou-se inferior, ficando em torno de 28 MPa.
Tabela 6.15 – Dosagem dos componentes do concreto AC1I.
Traço Agregado miúdo Agregado graúdo Relação água/cimento
AC1I – I 2,30 2,40 0,54
AC1I – II 2,15 2,40 0,51
AC1I – III 1,95 2,05 0,48
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110
Tabela 6.16 – Resultado das dosagens do AC1I.
Resistência (MPa)
Traço
Consumo de
cimento (kg/m³)
Slump (cm)
Massa do
concreto
(kg/m³)
7 dias 28 dias
AC1I – I 334 9,2 2119 17,56 28,93
AC1I – II 355 8,5 2096 18,87 30,24
AC1I – III 379 7,5 2110 23,41 31,15
17.56
28.93
18.87
30.24
23.41
31.15
0
5
10
15
20
25
30
35
Resistência
(MPa)
334 355 379
Consumo de cimento (kg/m³)
Resistência aos 7 dias Resistência aos 28 dias
Figura 6.9 – Gráfico da resistência do concreto AC1I.
Com aditivo
O concreto com argila calcinada a 1125
o
C, com imersão em água por 24 horas e com
o uso de aditivo é identificado como AC1IA.
Conforme as Tabelas 6.17 e 6.18 encontram-se respectivamente o menor valor da
relação água cimento, que foi de 0,39 e os valores da massa específica do concreto que não
apresentou variação significativa com relação ao agregado calcinado a 850
o
C. Na Figura 6.10
observa-se que a resistência ficou em torno de 30 MPa de forma semelhante ao concreto
produzido sem o uso do aditivo.
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111
Tabela 6.17 – Dosagem dos componentes do concreto AC1IA.
Traço Agregado miúdo Agregado graúdo Relação água/cimento
AC1IA – I 2,35 2,46 0,47
AC1IA – II 2,26 2,42 0,43
AC1IA – III 2,05 2,15 0,39
Tabela 6.18 – Resultado das dosagens do AC1IA.
Resistência (MPa)
Traço
Consumo de
cimento
(kg/m³)
Slump
(cm)
Massa do
concreto
(kg/m³)
7 dias 28 dias
AC1IA – I 326 7,5 2095 22,50 29,11
AC1IA – II 348 6,2 2111 24,36 29,84
AC1IA – III 383 7,0 2121 23,63 30,01
22.5
29.11
24.36
29.84
23.63
30.01
0
5
10
15
20
25
30
35
Resistência
(MPa)
326 348 383
Consumo de cimento (kg/m³)
Resistência aos 7 dias Resistência aos 28 dias
Figura 6.10 – Gráfico da resistência do concreto AC1IA.
6.3.3 Concretos com seixo rolado
O seixo é o agregado graúdo mais utilizado na região, e devido a isto foi utilizado
como concreto referência. Desta forma foi verificado seu comportamento com e sem o uso de
aditivo. A dosagem sem aditivo é identificada como S – I, e a dosagem que se utilizou aditivo
é identificada por SA – II.
Nas Tabelas 6.20 pode-se identificar a diferença entre as quantidades de agregado
miúdo e graúdo na mistura, sendo esta muito superior a do agregado sintético de argila
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112
calcinada. A explicação para esse fato é que o seixo empregado apresenta uma considerável
porção de finos com dimensão inferior a 4,8 mm. Portanto, devido a esses finos do seixo, foi
possível obter um concreto trabalhável com teor de argamassa em torno 50 %.
A resistência do seixo com aditivo foi superior a do agregado sintético, como já era
esperado, porque é um material pouco poroso, consequentemente não retira, de forma
significativa a água de amassamento do concreto. Devido a isso, o aditivo foi mais eficiente
no seixo, que modificou a relação água cimento reduzindo de 0,55 para 0,46, melhorando a
resistência.
Com relação ao consumo de cimento
Tabela 6.19 – Dosagem dos componentes do concreto com seixo.
Traço Agregado miúdo Agregado graúdo Relação água/cimento
S – I 2,06 3,12 0,55
SA – I 2,12 3,22 0,46
Tabela 6.20 – Resultado das dosagens do seixo.
Resistência (MPa)
Traço
Consumo de
cimento
(kg/m³)
Slump
(cm)
Massa do
concreto
(kg/m³)
7 dias 28 dias
S – I 351 8,0 2324 19,59 28,12
AS – I 354 7,3 2302 29, 34,20
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113
8 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
7.1 Conclusões
Os solos utilizados na fabricação de tijolos e telhas do pólo oleiro de Iranduba – AM e
Manacapuru – AM, apresentam as características técnicas necessárias à sua utilização como
matéria-prima para fabricação do agregado sintético de argila calcinada. Os solos estudados
apresentam composição mineralógica semelhante, e a composição química de cada um
distingue-se no percentual de sílica e na quantidade de alumina. Os limites de consistência
demonstram que o solo 1 apresenta elevado percentual de fração argila, com a predominância
de argilominerais cauliniticos. O solo 2 apresenta baixa plasticidade, que proporcionará uma
massa cerâmica com menor quantidade de água na sua conformação. Isso reflete diretamente
no tempo de secagem e na redução dos defeitos provocados pela retração
.
Embora o solo 2
apresente uma plasticidade elevada, os produtos cerâmicos produzidos apresentaram a menor
porosidade e um maior módulo de ruptura à flexão. O efeito do maior teor de argila contribui
para melhoria dessas propriedades físicas das peças cerâmicas;
No comportamento de queima, os solos apresentaram valores de absorção elevados até
1000
o
C, e certa estabilidade dimensional com pequenas contrações volumétricas. Isso
comprova que os produtos cerâmicos oriundos do pólo oleiro de Iranduba – AM e
Manacapuru – AM merecem um pouco mais de atenção quanto à porosidade. Já a temperatura
de gresificação dos solos foi observada como tendo um valor próximo de 1125
o
C;
O agregado fabricado com a argila de menor plasticidade, ainda apresentou elevada
absorção de água, comprovando que o moinho só atendeu a necessidade da moldagem, porém,
espera-se que um equipamento mecânico a vácuo produz um material cerâmico com menor
porosidade e muito mais resistente. Como as olarias da região dispõem de equipamentos
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114
mecânicos a vácuo para moldagem dos tijolos, é possível aplicar esta tecnologia existente na
fabricação do agregado sintético;
Os agregados calcinados na temperatura de 850
o
C apresentaram uma absorção de
água de 18%, enquanto que a 1125
o
C este percentual reduziu para 12,5%. Entretanto, esta
redução é considerada de pouca significância, pois, para atingir esta temperatura é
desprendida muita energia e para fabricar o agregado a essa temperatura em uma indústria
cerâmica do pólo oleiro será necessário uma mudança na matriz energética, pois atualmente o
material empregado para alimentação dos fornos é a madeira que proporciona temperaturas de
no máximo 950
o
C.
A massa específica dos agregados sintéticos foi inferior ao do seixo, mesmo quando a
temperatura de queima foi aumentada com conseqüente aumento da massa específica, fato
esse que contribui de forma significativa para a redução do peso próprio das estruturas de
concreto.
Considerando que o percentual de absorção de água do agregado superior a 18%,
retirava a água de hidratação do cimento e desta forma, modificava a relação água/cimento
comprometendo a resistência mecânica do concreto, optou-se pela análise do concreto
utilizando também o agregado saturado em água por 24 horas.
O concreto produzido com agregado graúdo sem imersão e com imersão, apresentou
resistência mecânica superior ao recomendado pelas especificações da NBR 6118. Com os
resultados obtidos das dosagens, observa-se que o agregado sintético calcinado a 850
o
C
apresenta-se como uma promissora alternativa de substituição do seixo rolado na produção de
concreto, tendo em vista que os resultados em termos de resistência a compressão em corpos-
de-prova superam os 20 MPa exigidos pela norma, para o concreto dito estrutural. O concreto
produzido com o agregado sintético produzido a uma temperatura menor, mesmo sem a
imersão.
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115
Para o mesmo consumo de cimento o agregado sintético apresentou resistência
semelhante a do seixo rolado sem o uso de aditivo, portanto seu comportamento mecânico no
concreto é tão eficiente quanto o do seixo rolado, demonstrando assim, a viabilidade técnica
da utilização da argila calcinada como agregado graúdo.
7.2 Sugestões para futuras pesquisas
Para desenvolvimento de novas pesquisas com o agregado sintético de argila calcinada
recomenda-se:
Utilizar um solo com uma plasticidade mais elevada, porém, evitando-se adicionar
muita água na moldagem de modo a não provocar aumento na porosidade e risco de
trincamento nas peças.
Estudar o efeito de plastificantes na moldagem do agregado, reduzindo o teor umidade.
Estudar a adição de elementos fundentes na massa cerâmica a fim de reduzir a
temperatura de gresificação, minimizando os gastos com energia e obtendo agregados com
menor massa específica.
Estudar um processo produtivo que consiga conciliar a tecnologia existente neste pólo
oleiro para fabricação desse tipo de agregado.
Aprofundar o estudo das dosagens com a inserção de agregados com dimensão inferior
a 4,8 mm, pois isso poderá proporcionar concretos com menor teor de argamassa.
Realizar ensaios de miscroscópia eletrônica de varredura nos agregados de argila
calcinada e no concreto produzido, para observar as mudanças que ocorrem na zona transição
da argamassa com o agregado.
Avaliar a durabilidade do concreto produzido com o agregado sintético de argila
calcinada.
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116
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