Bí blia de Materiais de Construça o

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ÍNDICE TEMÁTICO

1 - Definições importantes para Materiais de Construção

2 - Introdução aos Materiais

3 – Pedras naturais e Agregados

4 - Produtos cerâmicos

5 – Madeira

6 - Cortiça

7 – Polímeros

8 – Tintas e Vernizes

9 – Ligantes Hidrocarbonados e Materiais Betuminosos

10 – Ligantes

11 – Argamassas e Betões

12 – Metais Ferrosos

13 - Vidro

14 – Metais não Ferrosos

FONTES E BIBLIOGRAFIA

Matéria leccionada nas aulas teóricas e laboratoriais da cadeira de Materiais de Construção I;

Folhas da cadeira de Materiais de Construção I;

Exames de Materiais de Construção I,e resoluções;

Resumo do Forum ISTCivil (http://www.istcivil.pt.to);

Cadernos de Materiais de Construção I;

Resumos de anos anteriores;

Slides da cadeira de Patologia e Reabilitação da Construção;

Vários sites consultados.

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Definições importantes para

Materiais de construção

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1 - DEFINIÇÕES IMPORTANTES PARA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

Fachada

Cornija / cimalha – Remate no topo superior da fachada antes de atingir

a cobertura com objectivos decorativos

Pilastra – Barra vertical com objectivos decorativos

Cunhal – Intersecção entre duas fachadas

Janelas de peito – São as normais

Janelas de sacada – Têm o tamanho de uma porta (normalmente dão para

uma varanda ou varandil)

Friso – Barra horizontal (objectivos decorativos) saliente que sobressai do

plano da fachada

Alheta – Depressão na fachada (10 a 15 mm). É uma junta reforçada construída com perfil

metálico. Coloca-se para fazer a transição entre dois materiais

Soco – Barra horizontal que se encontra logo a seguir ao pavimento com

outro revestimento. Esta parte de baixo da fachada está muito sujeita a

acções agressivas. Material resistente e mais lavável. Até 1 metro de

altura

Lambrim/ lambril – Soco que vai até 1,8 – 2 metros de altura.

Tradicionalmente colocava-se nas casas de banho lambril até à altura da

porta. Coloca-se também em corredores de edifícios com circulação muito

intensa (objectivo de resistir a choques)

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Soleira: Pedra de soleira – Pedra de cantaria por debaixo da porta. Laje

soleira – laje do piso térreo

Guarnição de vão (molduras de cantaria) - Verga ou padieira (por

cima da porta). Ombreiras (laterais). Peito (parte de baixo da janelas)

Ladrilhos - É uma pequena placa de cerâmica, mármore, mosaico, etc., de

vários formatos, utilizada para constituir um revestimento

Pavimentos

Barrotes – Comportamento equivalente a vigas. São de madeira

Tarugos – Barrotes de tamanho mais pequeno para rigidificar o plano

Tábuas de solho – Tábuas de madeira maciça para encaixar lateralmente

Abobada – resulta da rotação em torno de um eixo de um arco

Escadas

Cobertor – Parte horizontal do degrau

Espelho – Parte vertical do degrau

Focinho – Parte do cobertor que sobressai ao espelho

Patim – Patamar horizontal situado entre dois lances de escada

Fachada – Cobertura

Beirado – Situação em que as telhas avançam para fora da fachada. Águas

caem directamente para a via pública

Platibanda – Murete que existe no alinhamento da fachada que sobressai.

Algeroz/ caleira – Meio tubo para onde caí a agua com uma certa pendente

para escoar as aguas para o resto do sistema de drenagem

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Rufo – Acessório de construção que nos vai auxiliar na impermeabilização da

cobertura. Utilizado em transições. Normalmente em zinco

Gárgula – Para escoar as águas. Em edifícios nobres são decoradas por figuras

diversas. Utilizada em situações limite (grande pluviosidade, acumulação de

agua nas coberturas com caleira não dimensionada para essas chuvas). Rasgos

colocados a uma altura razoável para não cair água para a rua por qualquer chuvinha

Asnas – Elementos principais de suporte que transferem as cargas globais da

cobertura para as paredes onde se apoiam lateralmente

Madres – vigas longitudinais

Pau de fieira e contra-frechal – vigamentos paralelos às madres que se situam

respectivamente no topo e base da asna

Frechal – Quando utilizado servia de apoio às anãs. Melhora a distribuição de

cargas para as paredes

Pernas – elementos diagonais das asnas

Linha – Elemento horizontal

Pendural e escoras – Elemento de sub-triangulações para rigidificar a estrutura

Vara – por cima das madres

Ripas – Por cima das varas – É onde assenta a telha. Os apoios das telhas devem encaixar nas

ripas

Água de um telhado – É uma das pendentes

Cumeeira – Aresta formada pela intersecção de duas águas

Laró – Arestas inclinadas côncavas formadas pela intersecção

de águas

Rincão – Arestas inclinadas convexas formadas pela

intersecção de águas

Águas furtadas – Divisão que é um sótão e onde se abriu uma janela na

cobertura para entrar luz natural

Trapeiras – Janela disposta sobre o telhado. Telhado com inclinação reduzida (Feito à posteriori)

Mansarda – Quase vertical. Pensado aquando da realização. Janela disposta sobre o telhado

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Outros

Alvenaria – Construção que consiste na junção de vários blocos que são colocados

por argamassas. Material natural – pedra. Material artificial – tijolo

Sanca – Perfil de transição parede para o tecto. Pode ter iluminação embebida

Rodapé - Barra de madeira, mármore etc., que se coloca ao longo das paredes na

junção com o piso para evitar que os móveis estraguem o estuque e para dar um

acabamento estético aos cantos

Materiais usados na construção

Pedras naturais

Geologicamente uma pedra, ou rocha, é um conjunto agregado de minerais e mineraloides. A

litosfera terrestre é constituida por rocha. Em termos gerais há tres tipos de rochas, igneas,

sedimentares e metamorficas. A petrologia é o estudo cientifico das rochas.

Agregados

O agregado de construção, ou simplesmente agregado, é um conjunto vasto de particulas

materiais grosseiras usadas na construção, incluindo areia, cascalho, pedra partida e betão

reciclado. Os agregados são componentes de materiais compositos como o betão e o betão

asfaltico. O agregado serve para reforçar e adicionar resistencia ao betão.

Produtos cerâmicos

Tratam-se de materiais obtidos por cozedura, a altas temperaturas, de matérias-primas naturais

constituídas essencialmente por silicatos de alumínio hidratado (argilas).

Madeira

A madeira é um material produzido a partir do tecido formado pelas plantas lenhosas com

funções de sustentação mecânica. Sendo um material naturalmente resistente e leve, é

frequentemente utilizado para fins estruturais e de sustentação de construções.

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Cortiça

Tecido vegetal constituído por microcélulas mortas, com espaços intercelulares preenchidos por

uma mistura gasosa. A cortiça é um material de origem vegetal da casca (súber) dos sobreiros

com grande poder isolante.

Polímeros

Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular relativa, resultantes de

reacções químicas de polimerização.

Tintas e Vernizes

Composição pigmentada, líquida, pastosa ou sólida que, quando aplicada em camadas finas

sobre uma superfície, é convertida numa película sólida, contínua, corada e opaca. É composta

por um veiculo fixo, veiculo volátil e pigmentos. O Verniz distingue-se da tinta por não ser

opaco.

Ligantes Hidrocarbonados e Materiais Betuminosos

Ligantes hidrocarbonados são o conjunto de materiais de base betuminosa, com origem quer no

petróleo quer no carvão ou outros materiais orgânicos afins.

As membranas betuminosas são um produto betuminoso elaborado, constituídas à base de

misturas betuminosas de betumes e polímeros APP e SBS.

Ligantes

Produtos fornecidos em forma de pó ou liquido, que misturado com outro produto tem a

capacidade de serem moldados durante algum tempo, acabando por endurecer

Argamassas e Betões

Betão é um material constituído pela mistura devidamente proporcionada de agregados

(brita/areia) com um ligante hidráulico, agua e eventualmente adjuvantes e/ou adições.

As argamassas têm a mesma constituição do betão, mas, não têm na sua constituição agregados

grossos.

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Metais Ferrosos (Aço)

Os aços são ligas metálicas de ferro e carbono, com percentagens deste último variáveis entre

0,008 e 2,11%.

Vidro

Material sólido que se obtêm por arrefecimento rápido de uma massa silicatada fundida,

impedindo a sua cristalização.

Metais não Ferrosos (Aluminio)

O alumínio é um elemento químico de símbolo Al. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o

elemento metálico mais abundante da crosta terrestre.

Elementos construtivos mais importantes

Vigas

Uma viga é um elemento estrutural das edificações. A viga é

geralmente usada no sistema laje-viga-pilar para transferir os

esforços verticais recebidos da laje para o pilar ou para transmitir

uma carga concentrada, caso sirva de apoio a um pilar.

Pilares

Um pilar é um elemento estrutural vertical usado normalmente para receber

os esforços verticais de uma edificação e transferi-los para outros elementos,

como as fundações. Costuma estar associado ao sistema laje-viga-pilar.

Lajes

Uma laje é o elemento estrutural de uma edificação responsável por transmitir as

acções que nela chegam para as vigas (ou directamente para os pilares no caso de

lajes fungiformes) que a sustentam, e destas para os pilares. As lajes são

elementos estruturais bidimensionais, caracterizadas por ter a espessura muito

menor do que as outras duas dimensões.

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Fundações

As fundações são estruturas que transferem as cargas para o terreno.

Normalmente dividem-se em duas categorias: fundações superficiais

e profundas.

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Introdução aos Materiais

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2 – Introdução aos Materiais Programa: Estrutura interna e comportamento reológico dos materiais: metálicos, cerâmicos, poliméricos e compósitos. Evolução dos materiais na construção. Classificação dos materiais

Arranjo atómico: Cristalinos (átomos distribuídos de forma regular) – metais e cerâmicos (com excepção dos vidros); Amorfos (átomos dispostos desordenadamente / a estrutura atómica é muito mais difícil de se estabelecer) – vidros e polímeros amorfos.

Aplicação:

- Materiais estruturais; - Materiais de acabamento; - Materiais de isolamento; - Materiais de embalagem.

Origem:

- Natural Vegetal (madeira, borracha, cortiça) Mineral (pedras naturais, areias, metais) - Artificial (mistura de componentes naturais com gesso, colas, plásticos, etc.)

Forma:

- Materiais com forma fixa (ex: tijolo); - Materiais sem forma fixa (ex: argamassa).

Natureza: Cerâmicos – predominantemente cristalina + ligação iónica; Metais – cristalina + ligação metálica; Polímeros – predominantemente amorfa + ligação covalente; Compósitos.

Este critério de classificação permite relacionar a estrutura interna de cada material com as propriedades características.

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Cerâmicos

Definição: substâncias inorgânicas formadas por átomos metálicos e não metálicos, unidos por ligações eminentemente iónicas, ou ainda covalentes.

Estrutura:

- Geralmente cristalina (podem ser amorfos, vidro); - Geralmente têm elevado teor de oxigénio. Átomos grandes de oxigénio que abrigam os átomos metálicos ou semi-metálicos nos seus interstícios.

Características gerais:

Elevada resistência à compressão / Baixa resistência à tracção (ft ≈ fc / 10); Elevada resistência ao desgaste; Elevada dureza; Comportamento frágil / sem capacidade de deformação; Moderada condutibilidade térmica; Baixa condutibilidade eléctrica; Moderado peso volúmico; Refractariedade; Elevada estabilidade química => boas condições de durabilidade a longo prazo; Elevada relação resistência/densidade (resistem bem e pesa pouco – tijolos); Elevada relação módulo de elasticidade/densidade (resistem muito com poucas deformações); Baixo coeficiente de dilatação térmica.

Diagrama σ-ε:

ε tracção (+) << ε compressão (-) A rotura dá-se numa zona de defeito

A fragilidade destes materiais é consequência da diversidade de átomos existentes na sua constituição, que constitui um entrave ao rearranjo da estrutura quando solicitada.

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Metais

Estrutura: cristalina. Ligação: metálica nuvem electrónica partilhada por todos os

átomos, por isso, quando um de desloca não há danos para a estrutura => Grande ductilidade (ε > 5‰)

Características gerais:

Elevada resistência à tracção e à compressão (praticamente iguais); Elevada condutibilidade térmica; Elevada condutibilidade eléctrica; Elevada densidade / peso volúmico; Capacidade de deformação plástica; Opacidade à luz. Reflectividade; Aumento de resistividade com a temperatura;

Diagrama σ-ε: ε pode atingir 30%

Sub-grupos: - Metais ferrosos Aço Ferro fundido - Metais não ferrosos Elevada densidade (Cu, Zn, etc.) Baixa densidade (Al, Ti, etc.)

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Polímeros

Definição: substâncias orgânicas de estrutura complexa, total ou parcialmente amorfa, com predominância de ligação covalente.

Os polímeros (tirando os naturais) resultam da destilação fraccionada do petróleo.

Estrutura:

Se a estrutura cristalina predomina => material forte, rígido, resistente ao calor e à dissolução. Se a estrutura amorfa predomina => material macio, elástico, absorvente e permeável aos fluidos.

Resistência: muito variável, mas resistem melhor à tracção do que à compressão.

Origem:

- Natural (madeira borracha, óleos); - Sintéticos Fibras; Borracha sintética (têm um pouco de borracha natural);

Polímeros sintéticos (termoplásticos, termoendurecíveis, elastómeros).

Termoplásticos – Podem sofrer aquecimentos repetidos sem alteração (PVC, polietileno, poliuretano, policarbonato, polipropileno, cloreto de polivinil; Termo-endurecíveis – Sofrem alterações químicas quando aquecidos (resinas, poliéster); Elastómeros – Semelhantes à borracha natural. São flexíveis e amolecem com o aquecimento. Outros materiais considerados no grupo dos polímeros: alcatrão, betumes, ceras, tintas, vernizes, lacas, colas e silicones.

Características gerais dos polímeros sintéticos: Leves; Fáceis de transportar; Fáceis de instalar; Muito resistentes à corrosão; Muito resistentes aos solventes; Razoavelmente resistentes a humidades; Bons isolantes térmicos e acústicos. Os polímeros ocuparam o lugar dos cerâmicos como isoladores eléctricos.

Desvantagens: Fraca resistência estrutural; Fraca durabilidade a longo prazo; Fraca resistência a alta temperatura.

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Compósitos

Definição: Matriz ou base (resina, metal, cerâmico) + Material de reforço (fibras) Geralmente, o material de reforço apresenta um comportamento muito diferente dos materiais de base.

EX: Betão armado = betão + armaduras Madeira = lenho + fibras de celulose Fibras carbono = resina + fibras carbono

Polímeros reforçados com fibra de vidro = polímeros + fibras de vidro

Resistência: A utilização de compósitos tem como objectivo geralmente aumentar significativamente a resistência à tracção. Apesar de terem constituições químicas semelhantes, um vidro em chapa tem uma resistência à tracção de 50 a 100 MPa, enquanto que a fibra de vidro possui uma resistência à tracção entre 1000 a 2000 MPa.

QUADRO RESUMO

Propriedade

Cerâmicos Metais Polímeros

Peso volúmico (kN/m3) 10 - 140 20 - 200 10 - 25 Cond. eléctrica Baixa Alta Baixa Cond. térmica Baixa Alta Baixa

Ductilidade (%) < 1 4 - 40 2 - 4 Resist. à tracção (MPa) 100 - 400 100 - 2000 - Resist. à compr. (MPa) 1000 - 500 100 - 2000 - Tenacidade (MNm-2/3) 1 - 10 10 - 30 2 - 8 Temp. máx de serviço 1800 1000 250

Resist. à corrosão Alta Baixa e Média Média Ligação atómica Iónica ou covalente Metálica Covalente

Estrutura Cristalina Cristalina

CCC,CFC,Hexagonal Amorfa ou semi-

cristalina

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Escolha de uma material

- Obedece a critérios de: Funcionalidade; Durabilidade; Fiabilidade; Resistência (química e mecânica). - Baseia-se em: Normas; Fichas técnicas; Documento de homologação.

Ligação entre átomos - Primárias: Iónica; Covalente; Metálica. - Secundárias: Van der waals; Pontes de hidrogénio; Forças interatómicas.

Ligação iónica: - Forte energia de ligação - Ligação não direccional Implica: Elevada temperatura de fusão; Baixa condutibilidade eléctrica; Transparência; Elevada dureza; Fragilidade ao choque.

Ligação covalente: - Ligação direccional e de baixa coordenação Elevado módulo de elasticidade (difíceis de deformar); Ponto de fusão elevado; Elevada dureza; Muito frágeis (não deformam plasticamente); Transparentes quando puros; Isolantes eléctricos. Os polímeros têm ligações covalentes mas misturadas com ligações secundárias o que os torna deformáveis.

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Ligação metálica: - Nuvem electrónica partilhada por todos os átomos => os átomos movem-se facilmente (“mar” de electrões com bastante liberdade) Elevada condutibilidade eléctrica; Elevada densidade; Deformação plástica; Elevada ductilidade.

Relação entre estrutura interna e módulo de elasticidade

Assume-se que a ligação atómica funciona como uma mola, que opõe uma certa resistência à deformação. Quanto maior o número de ligações maior será o E.

Porém, a rotura dá-se, em materiais frágeis (ligações muito fortes) por zonas defeituosas – a força total da ligação nunca é totalmente mobilizada.

Importância química da água

- A água é muito reactiva: Tem enorme poder de ionização latente, e que desperta quando na presença de outro material ionizado.

- Constante dieléctrica muito elevada: Duas cargas eléctricas atraem-se na água com uma força 80 vezes inferior do

que no ar => solvente muito potente (muito melhor que o álcool ou o éter) dissolve ácidos, bases e sais (solvente universal).

A dissolução de um cristal iónico em água tem como resultado diminuir cerca de 80 vezes as forças que se exercem entre anião e catião, do que se estes estivessem no ar. - Capacidade de solvatação: Os iões dispersam-se na solução e são envolvidos por moléculas de água => substância imersa pode produzir ou receber H+ => alteração do pH. - Dureza da água: Depende do conjunto de sais alcalino-terrosos que contém. - Agressividade das águas: É função em simultâneo do teor em CO2 agressivo e da dureza. Ex: Águas ácidas (águas minerais) Águas salinas (água do mar) Águas de montanha

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Introdução à reologia Reologia: Estudo do comportamento mecânico dos materiais tendo em consideração o factor tempo. Formulação matemática do comportamento dos materiais. A reacção de um corpo às solicitações exteriores pode manifestar-se de formas diversas.

Tipos de comportamento: - Rígido - Elástico Linear Não linear - Plástico - Elasto-plástico - Histerético

Definidos por relações do tipo f(ε, σ, t) = 0

Resistência: capacidade de suportar tensões ou forças sem romper (compressão, tracção, flexão, corte e torção).

Rigidez: capacidade de apresentar pequenas deformações sob tensões ou forças.

Dureza: resistência superficial à acção de forças concentradas. Esta exigência depende da utilização (ex: pisos => chão duro)

Ductilidade: mede a capacidade de deformação inelástica, = εu /εy em que εu é a

extensão de rotura e εy é a extensão de cedência.

< 5 ‰ => Comportamento frágil > 5 ‰ => Comportamento dúctil

Comportamento frágil: caracteriza-se por uma rotura imediatamente após uma pequena extensão, após a tensão de cedência. Comportamento dúctil: caracteriza-se pela existência durante algum tempo de uma extensão até à rotura, após a cedência do material.

Resiliência: é a energia dissipada até à rotura e corresponde à área sobre o gráfico σ- , na fase elástica.

Tenacidade: resistência dos materiais a acções rápidas. Capacidade de absorção de

energia sob acções de impacto (resistência à acção do choque).

Fadiga: rotura devido a acções repetidas (ex: arame).

Propriedades físicas dos materiais

Massa volúmica = Massa (seca -> sem humidade) / Volume [Kg/m3] Peso volúmico = Peso (seco) / Volume [Kg/m3] Densidade = Massa volúmica / Massa volúmica da água a 4 ºC (4 ºC é a temperatura para a qual a água é mais densa)

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Massa volúmica laminar -> vidros, paredes, placas [Kg/m2] Massa volúmica aparente ou baridade = Massa (seca) / Vt [Kg/m3]

Comportamento diferido:

Fluência; Relaxação; Retracção.

- Fluência: ε sob σ constante => εφ = φ x εt em que φ = nº de vezes de deformação instantânea que o material vai deformar, até 10000 dias ≈ 30 anos. 2 < φbetão < 3 – compressão φmadeira < 10 - Relaxação: perda de σ, sob ε constante. Traduz-se através do coeficiente de relaxação (percentagem de tensão perdida, a tempo infinito). Para aço de alta resistência, coef. relaxação ≈ 1 ‰.

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Perguntas de exame: Como se relaciona o módulo de elasticidade de um material com a sua estrutura interna? O módulo de elasticidade será mais elevado consoante o forem as ligações internas entre átomos na estrutura. Como se distingue um comportamento frágil de um dúctil? Um comportamento frágil caracteriza-se por uma rotura imediatamente após uma nula ou pequena extensão após a tensão de cedência. Um comportamento dúctil caracteriza-se pela existência durante algum tempo de uma extensão ate á rotura após a cedência do material. Explique o princípio de funcionamento de uma material compósito. Para um dado material compósito, trace o diagrama tensão-deformação e esquematize um modelo reológico capaz de descrever esse comportamento. Os materiais compósitos são constituídos por uma matriz, cujas vulnerabilidades são colmatadas pelas propriedades de fibras de reforço, como por exemplo, no betão armado, onde a matriz do betão tem resistência à compressão, mas falta a resistência à tracção sendo esta dada pelo aço.

Indique os três grandes grupos em que os materiais podem ser classificados. Descreva as suas principais características. Os materiais podem ser classificados em materiais cerâmicos, polímeros e metálicos. Os materiais metálicos possuem estrutura cristalina, sendo as ligações entre os átomos ligações metálicas. Apresentam uma elevada condutibilidade térmica e eléctrica. Estes materiais possuem uma elevada resistência (à tracção e à compressão), capacidade de deformação elástica, elevada massa atómica (elevada densidade) e usualmente dividem-se em metais ferrosos e não ferrosos. Os cerâmicos possuem elevada resistência à compressão, estrutura interna com átomos de oxigénio e átomos de metal ou semi-metal e a sua composição é baseada em silicatos. Possuem estrutura predominantemente cristalina (cerâmicos) ou amorfa (vidro), sendo as ligações predominantemente iónicas e/ou covalentes (sem ligações metálicas). Têm baixa condutibilidade térmica e eléctrica, tem elevada dureza e resistência química. Os polímeros apresentam ligações covalentes de cadeias de CH, resistem melhor à tracção do que à compressão. Quando a estrutura interna é cristalina apresentam-se rijos e resistentes ao calor e quando são amorfos apresentam-se mais elásticos e permeáveis aos fluidos. Existem polímeros naturais (borracha natural, madeira, fibras vegetais) e polímeros sintéticos (plásticos, borracha sintética, fibras).

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Em que consiste o fenómeno da relaxação? Exemplifique um material em que esta característica é importante. A relaxação é a diminuição de tensão a extensão constante. A relaxação é muito importante nos aços de alta resistência (pré-esforço). Microscopicamente é traduzida por uma mola em serie com um amortecedor e à medida que a mola volta á posição indeformada (perde tensão) o amortecedor deforma-se sem aumento de tensão, ou seja, há uma perda de tensão no material. Indique os diagramas σ-ε e ε-t de um material com comportamento Elasto-plástico e Elasto-plástico viscoso. Indique as principais variáveis que caracterizam esses diagramas. Esquematize os respectivos modelos reológicos. Elasto-plástico

σ-ε ε-t Modelo reológico

Elasto-plástico viscoso

σ-ε ε-t Modelo reológico

σ-ε ε-t Modelo reológico

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Em que consiste (a nível macroscópico e microscópico) o fenómeno da fluência? Indique os materiais em que esta característica é importante. A fluência é o aumento de extensão a tensão constante. Macroscopicamente é a variação na geometria da peça (extensão), quando as cargas aplicadas ao longo do tempo não se alteram. Microscopicamente este fenómeno pode ser identificado com a plastificação do materail em pequenas quantidades fruto do deslize de camadas atómicas ou do rearranjo intersticial de zonas heterogeneas. A nível reologico é o corpo de Kelvin. Existe nos polímeros e betão.

Indique as propriedades gerais dos materiais metálicos e relacione algumas delas com a sua estrutura interna. Materiais metálicos – Elevada ductilidade, elevada resistência, elevada densidade, boa condutibilidade térmica e eléctrica. - Nuvem electrónica partilhada por grande número de átomos – átomos e electrões podem mexer-se com grande facilidade. Como define um material compósito. Indique a sua constituição e refira as suas principais propriedades. Um material compósito é um material misto unido entre si permitindo várias utilizações a determinados materiais que isoladamente não seria possível. Matriz + Material de reforço.

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Pedras naturais e Agregados

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3- Pedras naturais e Agregados Programa: Caracterização das principais variedades pétreas utilizadas como revestimentos e agregados pétreos na construção. Introdução: As pedras naturais constituem com as madeiras, um dos antigos materiais de construção. Com múltiplas aplicações, fundamentalmente como cantarias, alvenarias e revestimentos, ao longo do tempo tem diminuído o seu emprego. As razões são conhecidas: entre outras a descoberta e domínio de outros materiais sobretudo com a invasão do betão (os seus inertes são pedras naturais) Aspectos gerais: → Aplicações na construção: estruturais (estruturas de alvenaria), revestimentos, ornamentais, utilização como matéria-prima (agregados), diversos. → A utilização de pedra como material de construção está hoje dirigida, praticamente, a revestimentos de paredes e pavimentos. → Estrutura geralmente cristalina. Origem natural. 2600 a 3200 kg/m3. → Material cerâmico: substância inorgânica, formada por átomos metálicos e não-metálicos, coesa por ligações do tipo iónica e/ou covalente. → Na sua maioria, têm elevado teor em oxigénio, cujos átomos, relativamente grandes, servem de matriz aos restantes, que se encontram nos espaços existentes entre os oxigénios. → A estrutura atómica confere elevada dureza, refractariedade, resistência química e fragilidade (pequena capacidade de deformação. Impõe limitações quanto à sua utilização). → Subsectores das pedras naturais: subsector ornamental (2% de toneladas extraídas), subsector industrial (98% de toneladas extraídas). → Rochas ornamentais: 60% mármore e outras rochas carbonatadas (calcário), 29% granito e rochas similares, 2% ardósias e xistos. Classificação (geológica): Classificam-se as pedras naturais, tendo em conta as suas características mineralógicas, e portanto as suas propriedades gerais (principais diferenças deve-se á pressão, temperatura e formação química na sua formação), em: → Rochas ígneas, eruptivas ou magmáticas:

→ São, de forma geral, duras, compactas, densas e resistentes (resistentes ao desgaste). → Dentro de certa escala, podem considerar-se homogéneas e isótropas (ou pouco anisotrópicas). → A velocidade de arrefecimento do magma condiciona a estrutura e a textura (plutónicas, filonianas, vulcânicas). → Quanto mais lento o arrefecimento, melhor se dá a cristalização. → A sílica é um elemento ácido predominante neste tipo de rochas, razão pela qual existe uma classificação com base no teor de sílica: rocha ácida (SiO2>66%), rocha neutra ou rocha básica (SiO2<52%). → São ricas em silicato de alumínio, que se degradam em argilas. → Geralmente estão muito fissuradas (problemas com permeabilidade). Exemplos: Granitos, Sienitos, Pórfiros, Basaltos (Gabros).

→ Rochas sedimentares:

→ São dispostas em camadas (estratos), tendo assim, direcções privilegiadas, sendo por isso anisotrópicas, variando as suas propriedades físicas e mecânicas, consoante se observam segundo os planos de estratificação ou segundo a sua perpendicular. → Cerca de 75% da superfície do globo está coberta com rochas sedimentares, embora em termos de volume representem apenas 5%. → Calcários margosos servem para produzir ligante.

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→ Os calcários são rochas de precipitação química, essencialmente constituídas por calcite (CaCO3) e com teor de impurezas reduzido; podem ter porosidades muito variadas. → São geralmente resistentes, mas menos que as ígneas. São rochas carbonatadas (quimicamente

sensíveis). Por vezes são pouco resistentes ao desgaste. Menor densidade que as rochas ígneas. Frequentemente contêm argilas. Por vezes muito porosas – porosidade geralmente fechada.

Exemplos: Calcários, margas, grés, arenitos, brechas, gesso, argilas, silex,...

→ Rochas metamórficas:

→ Estas rochas originam-se por alteração dos outros dois tipos de rochas, por acção de temperaturas elevadas e/ou pressões elevadas: recristalização (ex.: mármores), reorientação dos minerais (ex.: gnaisses) → São rochas duras e resistentes, anisotrópicas, densas, e geralmente resistentes ao desgaste. (Resistência mecânica das rochas sedimentares e metamórficas é menor que nas Ígneas) → Diferenças entre a resistência à compressão e à tracção não são tão significativas → Dentro das rochas metamórficas as xistosas são as menos resistentes e as que absorvem mais agua, no entanto apresentam resistência à flexão 2 vezes superiores ás dos mármores. Não são quebradiças. A sua xistosidade funciona como amortecedor no ensaio de resistência ao choque. Exemplos: Xistos (micaxistos, talcoxistos,…), mármores, quartzitos, gnaisses,…

Rochas ornamentais mais utilizadas directamente na construção em Portugal: Cálcario cristalino (mármore) – Alentejo Cálcario sub-cristalino Cálcario cripto-cristalino Brecha cálcaria: Algarve e Setúbal Granitos e Sienitos: Minho e Alentejo Gabro-dioritos: Odivelas, Beja Serpentinito: Bragança Ardósia: Espinho, Valongo. Características distintivas das Pedras Naturais Essas características são de três tipos – físicas, mecânicas e químicas, assumindo o seu conhecimento particular importância, quer para as operações de extracção e transformação, quer para uma correcta selecção nas suas utilizações. Características físicas: Estrutura e textura: Textura diz respeito, principalmente, às dimensões, forma, e arranjo dos minerais constituintes e à existência ou não de matéria vítrea. Tipos principais de textura: holocristalina e vítrea. Estrutura refere-se essencialmente ao sistema, mais ou menos ordenado, formado pelas diáclases e juntas do maciço rochoso, dando lugar aos tipos de estrutura; laminar, em banco, colunar, estratificada, etc. A estrutura e textura influem sobre as qualidades de resistência mecânica, homogeneidade, porosidade, clivagem e/ou fractura. Influi directamente nas restantes propriedades físicas (homogeneidade, porosidade, clivagem, fractura, resistência mecânica).

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Fractura: A fractura refere-se ao aspecto que apresentam as superfícies de rotura, normalmente obtida por percussão da pedra (conchoidal, esquirolosa, irregular) Aderência aos ligantes: Não é característica intrínseca das pedras uma vez que depende da natureza do ligante. A rugosidade da superfície é importante mas não é a única causa de aderência. Propriedade importante para pedras sob a forma fragmentada e para a formação de materiais compósitos (inertes para betões). Dureza: Esta propriedade mede a resistência mecânica das pedras a compressões pontuais (escala de Mohs). O conhecimento da dureza é importante para a selecção dos instrumentos de corte a utilizar. Homogeneidade: A homogeneidade é uma característica essencial do ponto de vista de utilização da pedra como material construtivo no seu estado natural dado ser sempre preferível o recurso a materiais homogéneos (ou heterogéneos mas com características bem definidas, do que a materiais com heterogeneidades provenientes de defeitos de constituição). Assim merece preferência uma pedra homogénea de qualidade media a uma outra com melhores qualidades de resistências mas que apresente irregularidades de constituição e estrutura. A homogeneidade da pedra pode verificar-se percutindo-a com um martelo (ensaio percussão) - um som claro indica que a pedra deve ser isenta de defeitos; um som cavo significa o contrário. Por outro lado, uma pedra é de boa qualidade se a sua rotura, por percussão com martelo se dá com projecção mais ou menos violenta das partículas; e de má qualidade se se esboroa em pequenos grãos. Pode indicar ou não isotropia. É de evitar zonas de desgaste preferencial, e zonas preenchidas por matéria cristalizada, que poderá ser frágil. Densidade, compacidade e porosidade: Densidade absoluta é a relação entre a massa da pedra, a temperatura determinada, e a massa de um volume de água a 4ºC, igual ao volume da pedra sem vazios. Densidade aparente é a relação entre a massa da pedra e a massa de igual volume de agua a 4ºC. Densidade aparente: Calcários (brandos e duros) 1,8 a 2,8 . Grés 2,0 a 2,5. Granitos 2,4 a 2,9. Pórfiros 2,0 a 2,8. Basaltos 2,8 a 3,0. Silex 2,6 a 2,8. Massa específica dos seus constituintes (quarto, feldespato, micas, calcite) variam, na generalidade, de 2600 a 3200 kg/m3. Compacidade é a grandeza que relaciona a densidade aparente com a densidade absoluta. C = d/D = 1-v/V, sendo v o volume de vazios e V o volume total. Resistência mecânica é função crescente da densidade aparente na família dos calcários (não se pode estabelecer esta correlação para as restantes pedras). A natureza das rochas influencia a resistência mecânica (mesmo que tenham a mesma densidade) Porosidade é a relação entre o volume de vazios e o volume total. Porem, no estudo das pedras não é aquele o conceito com mais interesse mas sim a relação entre o volume máximo possível de água absorvida e o volume total, isto é, o grau de saturação dos poros do material. Porosidade: Aberta (poros e capilares ligados entre si, permitem a circulação de agua), Fechada (poros e capilares seccionados não interferem na porosidade. Não interessa do ponto de vista de absorção de agua). Espaços porosos vazios tipo fissurado (pequena espessura e grande desenvolvimento longitudinal), tipo poro (vazios de forma cilíndrica). Alguma percentagem de porosidade num calcário é menos grave que num granito, onde devido à geometria dos volumes vazios há uma grande alteração do comportamento físico e mecânico. Porosidade: Relação entre o número de vazios acessíveis à água e volume total. Porosidade relativa: Relação entre o volume de vazios acessíveis à água e volume total. Porosidade absoluta: Relação entre volume de vazios total e volume total.

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Relação entre a densidade e a resistência à compressão das pedras calcárias Nota: numa rocha granítica, a porosidade revela-se por fissuras, o que dificulta muito mais a impermeabilização (relativamente aos calcários) Calcário com baixa porosidade: lióz (2%) Permeabilidade: A permeabilidade é a propriedade que os materiais têm de se deixarem atravessar pela água ou outros fluidos segundo certas condições. Esta propriedade depende, fundamentalmente da porosidade (aberta) do material, da comunicação entre os poros e dos diâmetros destes. Pode acelerar a alteração das rochas. Higroscopicidade: A higroscopicidade é a faculdade que os materiais têm de absorver e reter a água por sucção capilar. É particularmente importante em pedras colocadas junto ao solo. Acelera a alteração das rochas. Gelividade: A gelividade duma pedra é a característica que ela apresenta de se fragmentar quando, por acção dum abaixamento de temperatura, a agua que contem nos seus poros solidifica com consequente aumento de volume. Conclui-se assim que uma pedra nestas condições será porosa, higroscópica e de fraca resistência (branda), pois absorve agua e não resiste ao acréscimo de volume devido á congelação. Esta característica é comum aos calcários e aos grês, fragmentando-se os primeiros quando friáveis em lamelas, e esboroando-se os segundos. É também importante em granitos muito fissurados (a resistência mecânica após a gelividade num granito sofre uma quebra muito grande, enquanto os calcários podem manter-se inalterados). Nota: devido à geometria do volume de vazios, o granito é mais prejudicado que o calcário (assumindo a mesma porosidade), podendo perder percentagens significativas de resistência (principalmente à compressão). Coeficiente de embebição: Acrescimento de peso num provete saturado de agua em relação ao mesmo no estado seco (E= (Psat-Pseco)/Pseco) Características mecânicas: Resistência à compressão: É importante o conhecimento da resistência à compressão das pedras não só porque se evitará o risco de uma aplicação defeituosa, como por outro lado, esta sua resistência mecânica é um índice de qualidade e durabilidade.

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Tipo de Pedra Densidade Resistência à compressão (kgf/cm2) Mínima Máxima

Basaltos 2,85 2120 2710 Pórfiros 2,6 1720 2810 Granitos 2,6 1450 2390 Calcários brandos 2,2 280 460 Calcários duros 2,5 810 1220 Calcários muito duros 2,65 820 1890 Quartzitos 2,65 2070 3300 Resistência à tracção, à flexão e ao corte: A resistência à tracção simples das pedras é bastante diminuta daí resultando a sua não aplicação em elementos trabalhados exclusivamente a esforços axiais de tracção. Mais correntemente, embora em funções limitadas, é a sua utilização em elementos sujeitos à flexão – caso de vergas, lintéis, varandas, etc. A resistência ao corte aparece com certa importância nas pedras constituintes de alguns elementos da construção - cornijas, sacadas. Pode tomar-se como valores médios correntes daquelas resistências os valores: Resistência à tracção = 1/30 resistência à compressão Resistência à flexão = 1/8 a 1/10 Resistência à compressão Resistência ao corte = 1/90 Resistência à compressão (1/3 resistência à tracção) Exemplo: Granito (comp≈180MPa, tracção 6MPa, flexão≈25MPa, corte 2MPa). Resistência ao desgaste: A resistência ao desgaste ou à usura tem particular importância para as pedras aplicadas em locais de circulação intensa ficando assim sujeitas a solicitações de abrasão frequentes – tais como ladrilhos ou lajetas de pavimentos, cobertores de degraus ou revestimentos de patins,etc. Esta resistência que se avalia pela fricção da pedra com um corpo de dureza conhecida, depende não so da dureza da pedra ensaiada mas também do material escolhido para realizar a abrasão. Verifica-se que para pedras duras a resistência ao desgaste é praticamente independente da resistência à compressão. Resistência ao choque: Ensaio: Pedra num leito de areia, largar uma esfera com alturas que diferem 5 cm até o choque da esfera influencia a pedra (regista-se a altura). A determinação da resistência ao desgaste e choque é indispensável quando a aplicação é em pavimentos/escadarias ou tampos para moveis. Características químicas: Resistência aos agentes destruidores: As pedras naturais estão sujeitas em obra a acções que lhes podem produzir apenas desgastes nas arestas e ângulos salientes, e eventualmente desagregações de lamelas superficiais sem alteração da sua composição química ou mineralógica ou, pelo contrário, a acções que introduzem nestas uma alteração profunda, dando origem à sua destruição. As primeiras caracterizam os processos físicos de destruição das pedras e, desde que a pedra seja de boa qualidade, assumem pequena importância; as segundas caracterizam os processos químicos de destruição que revestem particular importância nas pedra calcarias pela sua enorme susceptibilidade aos ácidos e dum modo geral, nas pedras com feldspatos - nomeadamente nos granitos - pelas suas possibilidades de caulinização.

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Mecanismos de alteração das rochas naturais: Alteração das pedras calcárias: i) Por agentes químicos da atmosfera Na atmosfera poluída das cidades de hoje existem elementos capazes de em maior ou menor grau contribuir para a desagregação da pedra calcária. Referem-se entre eles o dióxido de carbono (CO2) e o dióxido de enxofre (SO2). O dióxido de carbono (componente natural de ar) penetra nas pedras arrastado pela água das chuvas e facilita a dissolução do carbonato de cálcio dos calcários dando origem a uma solução (instável) de bicarbonato de cálcio. Quando a pedra seca por evaporação da humidade o bicarbonato deposita-se novamente sob a forma de carbonato dando origem, ao fim de ciclos sucessivos, a uma camada superficial da pedra constituída por uma crosta exterior endurecida sob a qual se encontra uma zona de material desagregado e pulverulento. O dióxido de enxofre resulta da combustão dos compostos sulfurosos presentes nos combustíveis. Combinando-se com a água da chuva origina o ácido sulfuroso que, reagindo com carboneto de cálcio dá o sulfito de cálcio; por oxigenação deste transforma-se em sulfato de cálcio, facilmente solúvel na água – permitindo a erosão da pedra por dissolução – e que hidratando-se constitui o gesso, que cristaliza com acentuado aumento de volume originando assim a possibilidade de desintegração mecânica da pedra. ii) Por agentes químicos dos materiais ou do solo Outras origens de agentes químicos capazes de deteriorar as pedras estarão na sua própria composição, nos materiais com os quais contactam – nas alvenarias de base, nas argamassas de assentamento, nos metais empregues nas suas ligações, etc- no solo, em casos particulares de exposição em atmosfera salina, ou na composição dos produtos usados na limpeza ou conservação das construções. São normalmente sais solúveis – nomeadamente, sulfatos, cloretos, nitratos, e com menos frequência carbonatos – arrastados pela água que cristalizam quando esta se evapora constituindo as conhecidas eflorescências – quando a cristalização se dá junto à superfície – ou criptoeflorescências se aquela se dá no interior da pedra. As eflorescências não revestem normalmente efeitos prejudiciais excepto o mau aspecto, sendo suficiente uma lavagem corrente para eliminar os seus efeitos. Contudo nos casos em que se dá uma evaporação rápida das soluções salinas alguns sais cristalizam imediatamente sob a superfície induzindo esforços mecânicos de desagregação da pedra. iii) Por agentes químico-biológicos Ainda como agentes de deterioração química das pedras devem referir-se alem das acções do próprio homem e de animais (nomeadamente pássaros e pombos) traduzidos essencialmente pela corrosão química provocada pelo depósito de dejectos a acção de microogranismos tais como “bactérias nitrificantes e sulfurosas” e “vegetações parasitárias”. Estas desenvolvem na superfície das pedras ou sob elas nutrindo-se por vezes dos sais e matérias orgânicas que extraem do material a que se afixam. Alteração dos feldspatos: A alteração dos feldspatos assume particular importância uma vez que este mineral é constituinte primordial da quase totalidade das rochas eruptivas (granitos, sienitos, dioritos, basaltos, porfiros,etc). O feldspato é um mineral resultante da associação de dois ou três silicatos. Por acção da água das chuvas, normalmente tendo em solução gás carbónico, os silicatos anidros associados – de alumínio e do metal alcalino (ou alcalino-terroso) hidratam-se, separando-se. O silicato de alumínio hidratado constitui a caulinite, que dará posteriormente origem às argilas: o segundo silicato decompõe-se mais ou menos rapidamente consoante se trate dum silicato alcalino ou alcalino- terroso (desagregação da pedra; separação da parede ou chão).

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Agentes agressivos: -Poluição atmosférica - CO2 e SO2 – dissolução dos calcários. -Ciclos de gelo e degelo – fragmentação das pedras por expansão da agua ao congelar dentro dos poros. Directamente relacionável com a porosidade e higroscopicidade. Prevenção: uso de pedras pouco porosas e pouco higroscópicas, preferir porosidade fechada. -Gradientes térmicos – Pedras grandes podem libertar-se do suporte (coeficiente de dilatação térmico da argamassa pode ser 25x superior ao da pedra). Pedras heterogéneas podem desagregar-se, devido às diferenças de dilatação térmica dos constituintes (frequentemente no granito de grão negro e branco). -Fogo- Aquecimento diferencial provoca alterações mecânicas (tensões diferenciais, por deformação diferencial provoca descamação). Não há alterações químicas significativas. -Sais solúveis – Ao entrar na pedra, produzem eflorescências ou criptoeflorescências, com prejuízos estética e/ou mecânicos. -Erros de construção – Colocação da pedra sem considerar a anisotropia. Ausência de juntas, que permitam a dilatação diferencial do suporte e da pedra por acção da temperatura. Inadequação das argamassas de suporte (excesso de agua pode levar a que sais do ligante migrem para a pedra – eflorescências. Argamassa demasiado impermeável pode causar acumulações de agua na junção pedra suporte e causar desligamento. Inadequada impermeabilização do edifício face ao solo – subida da agua pelas pedras por capilaridade – eflorescências - deve usar-se membranas impermeáveis). -Presença de agua – Chuvas e condensação – despolamento e ataque químico. Das pedreiras – a humidade da pedra tem de estar adequada ao local de assentamento – excesso de água leva a posterior abandono do suporte. Condições de utilização das pedras A importância da correcta selecção das pedras deve-se ao facto deste ser um material natural (com as consequentes expectáveis variabilidades) não havendo controlo de fabrico. É lógico que para a selecção da pedra a utilizar para as diversas aplicações sejam estabelecidos critérios tendo por base: por um lado, as suas características mecânicas e a capacidade de as manter segundo as diversas solicitações; por outro, a possibilidade de receberem diversos tipos de acabamentos superficiais e de manterem o seu aspecto ao longo do tempo. Tipos de utilização Factores a examinar Pedras colocadas no exterior Gelividade Pedras utilizadas em socos, plintos, soleiras, degraus, lajedo Resistência à acção dos choques Pedras utilizadas em soleiras, degraus, lajedo Resistência ao desgaste Pedras utilizadas com valor ornamental Possibilidades de receberem polimento

ou outro tratamento superficial Pedras utilizadas em exteriores e de efeito decorativo Resistência aos agentes destruidores Factores a considerar na selecção das pedras em função da sua colocação em obra:

Colocação no edifício Factores a observar

Gelividade Resistência ao choque

Resistência ao desgaste

Possibilidade de acabamento

Resistência aos agentes destruidores

Socos, plintos, espelhos de degraus

+ + - + -

Degraus, soleiras, lajes (em exterior)

+ + + + -

Cantaria em elevação (em exterior)

+ - - + -

Revestimentos interiores de paredes

- - - + -

Revestimentos interiores de pisos (lajedo)

- + + + -

Molduras, balaustradas, cornijas (em exterior)

+ - - + +

+ Factor a observar

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Exploraçao dos maciços → Exploração dos maciços: a céu aberto (mais económico. É o mais frequente em Portugal), exploração subterrânea (em poços ou em galerias – quando o valor da pedra compensa)

→ Extracção dos blocos: manualmente (cunhas, alavancas para conseguir o desprendimento dos blocos. Aproveita-se as juntas de estratificação e as diáclases), mecanicamente (fio helicoidal com agua e areia siliciosa. Boa qualidade dos blocos resultantes, e boa rapidez de exploração), explosivos (para pedras não ornamentais - introduz fissuração no material. Grandes velocidades de exploração e imprevisibilidade nas dimensões dos blocos). Acabamentos e a sua adequação: Podem agrupar-se os variantes de acabamento das superfícies das pedras em dois grandes grupos: superfícies rugosas e lisas. Para obtenção de superfícies rugosas as tecnologias usadas correntemente são, o martelamento e a decapagem; as superfícies lisas obtêm-se por abrasão. Pode dizer-se de um modo geral que quanto mais dura é a pedra mais susceptível será de receber bom polimento. → Em acabamentos rugosos não se devem utilizar brechas, pois as rugosidades contribuem para a degradação mais rápida do cimento, o mesmo se verificando com os granitos onde o efeito é menos evidente → Num granito pode avaliar-se o grau de alteração, observando as cores acastanhadas que indicam a oxidação dos ferromagnesianos (ex.: biotite) → A solidarização das pedras entre si em obras de cantaria obtém-se, ou pela sua estereotomia, ou pelo recurso a ligações especiais - samblagens, cavilhas ou gatos. → Tratamento e conservação das pedras – evitar o acesso da agua (tintas de impermeabilização) Acabamento em superfícies lisas: Brunido (alisamento da superfície), Amaciado (estagio menor que o polido), Polido. Lavra da pedra - Manualmente (ferramentas que permitem o aparelhamento e acabamento das peças utilizadas: cantarias, verga, peitoris, ombreiras), Mecânica (permite uma fácil gama de trabalho – serrar, moldar, polir. Laminas oscilantes, fio helicoidal, disco diamantado, maquinas polidoras). → Para exteriores (circulação intensa) deve usar-se um acabamento rugoso. → Acabamento de superfícies lisas: Brunido (alisamento da superfície); Amaciado (estágio menor que o polido); Polido. → Polimento é mais fácil de dar ao calcário pois este é mais brando. É difícil no granito mas também é mais durável. Cuidados na aplicação Anisotropia – rochas sedimentares ou metamórficas devem ser esforçadas na perpendicular ao plano de estratificação. Ligação ao suporte – a pedra tem de ter tempo de libertar o excesso de água que traz da cantaria. A argamassa deve ser permeável, de modo a impedir acumulações de agua na interface pedra-suporte. Deve haver juntas de dilatação que permitam dilatação diferencial pedra-suporte (é comum segurar as pedras por grampos metálicos nas fachadas, especialmente quando a peça é muito grande). Deve haver uma adequação entre o tamanho da pedra, o modo de suporte e as solicitações térmicas – pedras muito grandes e apoiadas solidariamente no suporte podem partir devido a dilatações diferenciais. Agua de amassadura deve ser impedida de migrar para o interior da pedra (impermeabilização do tardoz). Há vantagens em utilizar cimento branco (menos manchas). Capilaridade – Muito expressiva em zonas próximas do solo. Permeabilidade – Deve impermeabilizar-se o edifício do solo, de modo a impedir a subida de agua, quer por membrana, drenagem, etc. O polimento das superfícies diminui grandemente a tendência para a entrada de líquido na pedra (rochas ígneas são muito fissuradas e, por isso, muito vulneráveis à agua. O lioz por exemplo, tem porosidade mais fechada e é menos sensível à agua). Resistência ao choque – Importante dimensionar a espessura do ladrilho adequadamente. Os calcários tendem a ter menos resistência ao choque que os mármores (os granitos têm o melhor desempenho).

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Exemplos de pedras naturais: Lioz – Pedra calcária de cor clara da região de Pero Pinheiro correntemente utilizada em cantaria moldurada. Tem porosidade fechada e é pouco sensível à água. Calcário rosado. Elevada dureza conferida pelas elevadas pressões a que esteve sujeito. Aplicações em interiores e exteriores. Brechas calcárias – Rocha sedimentar detrítica consolidada. Utilização em interiores protegidos. Grande heterogeneidade. Acabamento polido. Tem que ser protegida da água (decomposição do ligante natural por acção da agua). Amarelo de negrais – Rocha calcaria. Tem minerais argilosos e portanto não deve ser aplicado em exteriores (contem óxidos de ferro na sua composição alteráveis quando expostos à luz solar). Azulino de Cascais – Características mecânicas boas (boa durabilidade 5-10 anos). Quando tem pouca espessura (2-5cm) os sais saem facilmente e a pedra fica manchada e nota-se porque a pedra é escura e os sais são brancos. Muito poroso e pouco higroscópico (quando molhada parece seco). Contém argila na sua composição que quando molhada muda de cor. Em exteriores só se deve aplicar em paramentos verticais. Xistos – Rocha metamórfica. Não recomendada para soleiras, mas pode ser usada no revestimento de paredes interiores localizadas em zonas secas da construção. Textura formada por planos. Planos de xistosidade com mais brilho do que a ardósia. Impermeável no plano perpendicular aos estratos. Ardósia – xisto argiloso muito duro e com superfícies de separação lisas e planas, muito empregues em revestimentos de coberturas. Impermeável no plano perpendicular aos estratos. Devido à xistosidade apresenta pouco atrito nesse plano. Aplicação em pavimentos só se não for serrada segunda a xistosidade. Encarnadão – pedra calcária da região de Sintra com tons rosados, avermelhados ou arroxados e esbranquiçados. Os mesmos problemas que o amarelo de negrais. Tem alguns teores de argila – expansão em contacto com a água. Granito – Rocha eruptiva constituída por quartzo, feldspato e mica. No granito pode observar-se o grau de alteração observando as cores acastanhadas. Arrefecimento lento do magma a grandes profundidades. Massas cristalinas bastante compactas (porque durou muito tempo a se formar - muito pouco porosas <2%). Diferentes graus de fissuração. Dureza elevada – boa resistência ao desgaste e à compressão. Vazios tipo “fissura”. Bancadas de cozinhas (granito é caro mas durável). Mármore – Rocha metamórfica formada pela recristalização de calcários por metamorfismo regional ou de contacto. É preciso ter cuidado com as absorções do mármore. Mais branda que o lioz, mais porosa, menos resistente ao choque. Aplicações em bancadas, pavimentos e paramentos interiores e exteriores. Devido à porosidade cuidados na escolha da argamassa de aplicação. Azulino – pedra calcária (calcário criptocristalino) das regiões de Loures, Sintra, Maceira de cor beije acinzentada. Brecha - rocha sedimentar consolidada com elementos angulosos. Revestimento de paredes interiores; acabamento liso. Não deve ser aplicada em pavimentos pois tem erosão diferencial. Não recomendada para soleiras.

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Calcários – rocha sedimentar de precipitação química constituída por carbonato de cálcio ou carbonato duplo de cálcio e magnésio. Calcário margoso (serve para produzir ligantes – cimento). Basalto – tufos basálticos. Arrefecimento muito rápido do magma. Textura afaniticas ou menos vítreas. Bastante porosas (10,20,30%, …) Vidraço – Pedra calcaria de cor branca ou amarelada de grão fino mas com muitos fosseis e lascado fácil. É correntemente utilizada no calcetamento de passeios. Aplicações: Casa de banho – não deve ter teores em argila – deterioração dos feldspatos. Maus exemplos: Brecha, Amarelo de negrais, Encarnadão, Azul de Cascais. Paredes – Xisto e Ardósia em planos preferenciais (plano onde foi formada). Pavimento – Xisto e Ardósia – boa resistência ao choque e desgaste. Cantaria em elevação (exterior) – baixa absorção e baixa porosidade. Resistência a agentes exteriores. Ex: janelas

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Agregados Função dos agregados do betão: São muito mais baratos que o cimento. Se fosse só cimento a retracção era demasiado elevada. Agregados – Brita de granito (mais utilizado). Brita de calcário. Granulometria Ensaios para determinação das propriedades geométricas dos agregados. - Analise granulométrica. Método da peneiração -Para agregados naturais ou artificiais incluindo os leves, com dimensão nominal ate 63 mm e excluindo os fillers. - Principio – Separação, por meio de um conjunto de peneiros, de um agregado em diversas classes granulométrica de granulometria decrescente. - Classes granulométricas - Cada classe granulométrica contem partículas com dimensões entre valores correspondentes às aberturas de 2 peneiros consecutivos da serie de peneiros utilizada. - di < partículas com dimensões < di +1

- Curva granulométrica – Curva que representa a percentagem do material acumulado passando numa serie de peneiros de referência. - Máxima dimensão do agregado – Menor abertura do peneiro de uma serie de peneiros de referência, através da qual passa, pelo menos 90 % da massa do agregado. - Mínima dimensão do agregado – Maior abertura do peneiro, de uma serie de peneiros de referência através da qual não passa mais do que 5% da massa do agregado. - Modulo de finura – Dimensão média ponderada do peneiro no qual fica retido maior quantidade do material. Ex: MF = 2,5 – compreendido entre o peneiro 2 e o 3. Propriedades dos agregados com maior influência nas características dos betões. - Granulometria - Forma das partículas - Porosidade/ absorção - Resistência mecânica - Características das superfícies que podem afectar a aderência do ligante. Granulometria - Distribuição das partículas de um dado agregado segundo as dimensões dessas partículas. - Importância: - Dosagem de ligante - Compacidade das argamassas e betões = Vsol/(Vsol+Vvaz). Depende do modo como as partículas se arrumam. A maior compacidade é geralmente obtida com a utilização de misturas de agregados. - Trabalhabilidade das argamassas e betões – A superfície específica determina a quantidade de água necessária para molhar e reduzir o atrito interno. Maior diâmetro – menor superfície especifica – maior quantidade de agua necessária para atingir a mesma consistência (150μm < D < 40mm). - D > 40 mm – O aumento de D tem tendência a reduzir a resistência do betão, nomeadamente devido à menor superfície de aderência pasta-agregado. - A máxima dimensão do agregado (D) deve ser seleccionada de modo a que o betão possa ser colocado e compactado à volta das armaduras sem que haja segregação. - A máxima dimensão do agregado (D) não deve exceder: - Um quarto da menor dimensão do elemento estrutural - A distancia livre entre as barras da armadura diminuída de 5 mm, a não ser que se tomem providencias especiais, por exemplo, agrupando os varões da armadura. - 1,3 vezes a espessura do recobrimento das armaduras.

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Forma das partículas - Afecta o comportamento do betão pois influencia a trabalhabilidade e o ângulo de atrito interno. - Partículas desejáveis – Elevada esfericidade e algo angulosas (rugosas) - Partículas indesejáveis – Lamelares (dificulta a saída do ar, acumulação de agua, concentração de tensões) e alongadas - Índice de lamelarão, índice de alongamento, índice de forma. - Índice volumétrico - Vol partícula / Vol esferas envolvente - Deve ser maior que 0,3 a 0,4. - E373LNEC - Godo – IV > 0,12 - Brita – IV > 0,15 (Não se deve utilizar godos e britas com IV inferiores a este valor) Resistência mecânica do agregado - Resistência à compressão da rocha > 50 MPa (para poder ser utilizada para inertes) - Resistência mecânica dos agregados: - Resistência ao esmagamento - Resistência ao desgaste Los Angels Aderência entre a pasta e os agregados - Função: - Composição mineralógica (Ígneas são boas) - Porosidade dos agregados / absorção – Convêm que haja alguma absorção para que a massa ligante se ancorar. - Estado da superfície: - Rugosidade das partículas - Angulosidade das partículas - Sujidade (pó ou argilas) – Ficamos com um interface entre o agregado e

a pasta.

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Perguntas de exame: No quadro abaixo apresentado são identificadas diversas situações em que frequentemente se utilizam pedras naturais e um conjunto de factores envolvidos na alise das opções mais correctas em termos de selecção da variedade pétrea para uma dada aplicação. Preencha no quadro com a simbologia R e NR, respectivamente para as situações em que considera a característica relevante e não relevante. Justifique a resposta.

Colocação na construção Características Resistência ao choque

Possibilidade de acabamento

Resistência ao desgaste

Gelividade

Soleiras R R R R Revestimentos interiores em elevação NR R NR NR

Ombreiras R R NR NR Vergas NR R NR NR

A resistência ao choque é relevante para soleiras e ombreiras, pois estes têm de aguentar possíveis impactos sem partirem ou estalarem, não sendo importante para revestimentos em elevação e vergas. A possibilidade de acabamento é relevante em todas as situações pois é importante dar um bom acabamento para melhorar o aspecto estático. A resistência ao desgaste é importante no caso de soleiras pois com o uso frequente é importante que não gaja um desgaste excessivo. A gelividade é importante sobretudo para pedras no exterior como pode ser o caso de soleiras pois a água existente no interior das pedras pode congelar e expandir, fragmentando-a. Refira duas variedades pétreas cuja aplicação não seja problemática no revestimento de paredes interiores localizadas em zonas secas da construção e cuja utilização não recomendaria para uma soleira A brecha calcária e o xisto. Comente a seguinte afirmação “Os resultados dos ensaios de caracterização mecânica à compressão e flexão do granito A foram de 179 MPa e 120 MPa, respectivamente” O granito é uma rocha ígnea de elevada resistência, quer à compressão, quer à flexão. No entanto, à flexão o valor da tensão deveria ser 1/8 a 1/10 do valor da compressão. Seleccione 2 características mecânicas e 1 característica física, habitualmente utilizadas na caracterização das pedras, que entenda serem as mais relevantes para a avaliação do desempenho de pedras calcárias aplicadas em revestimentos de pisos exteriores de grande circulação. A característica física é a gelividade, pois é importante saber a resistência que a pedra apresenta face à acção de um abaixamento de temperatura que provoca o congelamento da água que existe nos poros da pedra com o seu consequente aumento de volume (é importante saber se a pedra fragmenta nestas condições). As características mecânicas são a resistência ao choque e a resistência ao desgaste. Como a pedra calcária é para ser aplicada no exterior, em revestimento de piso, é importante saber qual vai ser o seu comportamento face a possíveis quedas de objectos (resistência ao choque) e como é que ela se vai desgastar com o uso, ou seja, qual vai ser a sua perda de espessura provocada pela circulação.

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Considere os seguintes agregados e valores de módulo de finura. Complete o quadro com a identificação dos agregados. Justifique a resposta. A.F. Areia fina Agregado Módulo de finura A.G. Areia grossa Brita fina 5,22 B.F Brita fina Areia fina 1,53 B.G. Brita grossa Brita grossa 7,10 Areia grossa 2,34

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Produtos Cerâmicos

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4 – Produtos Cerâmicos Programa: Produtos cerâmicos: matérias-primas; fabrico e tratamento, principais tipos de produtos, suas características e aplicações. Definição: Tratam-se de materiais obtidos por cozedura, a altas temperaturas, de matérias-primas naturais constituídas essencialmente por silicatos de alumínio hidratado (argilas).

- Substâncias inorgânicas; - Contém elementos metálicos e não metálicos com diversos arranjos estruturais (ligações do tipo iónico e/ou covalente); - Predominantemente cristalinas.

A argila é formada por silicatos alumino-hidratados, amorfos, procedentes da decomposição dos feldspatos. Classificação:

- Estrutura externa Vidrado Não vidrado - Estrutura interna Porosos (tijolos, telhas, tijoleiras, azulejos, refractários)

Não porosos (grés cerâmico – manilhas e ladrilhos, porcelanas – louças e sanitários)

Matérias-primas: a base dos produtos cerâmicos tradicionais é a argila.

Argilas: - Puras (nível muito baixo de impurezas)

Brancas (caulino -> porcelanas e azulejos) Refractárias (embora bastante puras, contêm impurezas, que agindo como fundentes baixam o seu

ponto de fusão) - Impuras

Terra-cota (produto do barro vermelho) Argilas vitrificáveis (produtos de grãs)

o Maior % de sílica livre (areia); o Menor refracção e plasticidade; o Permite obterem vidrado endurecedor e impermeabilizante; o Diminui a retracção e facilita a secagem.

Características gerais:

Resistência ao desgaste (depende da quantidade de vidro formado); Absorção da água (depende da compacidade e da composição inicial); Resistência (depende da matéria-prima, da água usada na moldagem, da granulometria – quanto mais fina, maior resistência); Baixa condutividade eléctrica (devido à imobilidade dos electrões nas ligações atómicas); Elevada temperatura de fusão;

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Elevada dureza; Podem ter elevada resistência à compressão; Frágeis e pouco deformáveis (a ligação iónica impede escorregamento nos cristais. Deformação elástica faz-se por extensão das ligações atómicas).

Factores de degradação dos cerâmicos

- Agentes físicos externos; - Agentes químicos internos; - Agentes químicos.

- Humidade e vegetação Leva à degradação do material Tanto mais grave, quanto maior a porosidade - Fogo A peça não dilata uniformemente e pode partir

Sais solúveis (dissolvem-se na água que, cristalizando à superfície da peça, causando eflorescências, que podem fazer saltar o revestimento.)

Eflorescências

Se houver sais no interior do material, quando forem hidratados, vão durante a secagem, cristalizar à superfície do material.

Pode haver criptoflorescências, isto é, o sal cristaliza no interior do material. O sal, ao cristalizar, aumenta de volume, e provoca a descamação do material. A cripto ou eflorescência depende da permeabilidade do material (se a camada exterior for mais impermeável propicia-se a cripto cristalização.

Processo de fabrico

1) Preparação das matérias-primas 2) Conformação / moldagem 3) Processamento térmico

1) Preparação das matérias-primas

Extracção de argilas; Selecção (evitar excesso de matéria orgânica e carbono que pode originar fissuras ou inchamentos das peças); Apodrecimento (a argila é colocada em depósito ao ar livre, onde é revolvida, passando por período de descanso para corrigir o efeito da pressão sobre a argila); Eliminação de impurezas grosseiras;

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Desagregação, moagem (peneiração a seco ou em dispersão aquosa, até à granulometria mais adequada); Correcção das propriedades; Mistura e homogeneização.

2) Conformação / moldagem

Existem diversos processos de moldagem, consoante a forma e dimensão do produto que se pretende, as propriedades das matérias-primas e a sua plasticidade, assim será o processo de moldagem. Forma da matéria-prima Processo de moldagem utilizado

Barbotina (Enchimento à lambugem) Sanitários Colagem em moldes de gesso

Massa plástica

Extrusão Tijolos Prensagem Telhas

Pó (baixa o risco de fissuração) Prensagem ladrilhos

Barbotina – Massa muito rica em água. É importante reduzir ao mínimo a agua a utilizar (risco de fissuração). Lambugem – Moldar em gesso – Absorve a água em excesso nas argilas.

3) Processamento térmico

É considerada a etapa mais importante do processo de fabrico do cerâmico. Secagem – Retira até 30% da água Cozedura – Elimina a restante água – Permite a cristalização Produtos cerâmicos mais comuns e ensaios de recepção

Cerâmicos porosos: Tijolos: Produção fácil e económica => Bom para alvenarias

Tipos de tijolo: o NP-80 – tijolos para alvenaria; o Maciço – volume de argila cozida ≥ 85% do volume total; o Furado – furado paralelamente às arestas de maior dimensão

30%<Afurada<70%; o Perfurado – furado perpendicularmente ao leito de assentamento; o NP-834 – tijolos de barro vermelho para alvenaria; o E-309 – tijolos de barro vermelho para alvenaria: tijolos “duplex”.

Formatos normalizados: - 20x30x7; 20x30x11; 20x30x15; 20x30x22. Recepção: 1) Identificação – todos os tijolos devem ter a marca do fabricante; 2) Dimensão – compatível com a encomenda e uniforme;

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3) Aparência – barro são, sem pedreneira, nem manchas negras ou brancas (eflorescências);

4) Toque – som limpo indica ausência de fracturas; 5) Ausência de pedreneira – depois de mergulhado em água, tem de manter um bom toque. Ensaios a realizar: Rotura à compressão (amostra de 3 telhas) – Ensaio realizado numa prensa (semelhante ao betão)

- 24 h -> Provetes considerados húmidos - 4 a 6 dias imersos em água

- Classes de resistência:

Tensão de rotura mínima (Kg/cm2)

Categoria Maciço ou perfurado Furado A ≥ 140 ≥ 45 B ≥ 100 ≥ 30 C ≥ 70 ≥ 15 - d -> nº de provetes defeituoso na amostra

d = 0 ou d = 1 => aceitação d ≥ 2 => rejeição

Eflorescências – são sais que estão dissolvidos nas matérias-primas que são utilizados no fabrico dos cerâmicos e que podem cristalizar à superfície ou no interior destes quando se dão processos de secagem e/ou cozedura. Os sais ao cristalizarem, aumentam de volume o que pode levar ao descamamento do material. - Os provetes são 5 meios tijolos (de tijolos diferentes) - São colocados sobre uma caixa com uma fina camada de água destilada - Provetes conservados assim durante 7 dias (18 – 30 ºC) - O nível da água deve ser mantido nos 2 primeiros dias - Ao 3º dia definir a área coberta com sais e sua localização, o resultado da observação não deve ser mais desfavorável que:

- Arestas ou vértices revestidos parcial ou totalmente - A deposição nas faces ≤ 5 cm2

- d = 0 => aceitação - d = 1 => ensaio do teor total de sais solúveis - d = 2 => rejeição

o Ensaio de absorção de água

0,35h

c → Os provetes são 6 tijolos inteiros.

0,35h

c → As peças são cortadas ao meio.

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Telhas: Fabrico a partir de dois barros, com maiores exigências de qualidade (850ºC a 1000ºC) Recepção:

o Telha lisa e impermeável – deve facilitar o escoamento da água e impedir a proliferação de musgos;

o Telha resistente à flexão – acesso ao telhado; o Telha com orelha resistente.

Ensaios a realizar: Permeabilidade (NP 495)– deixar passar humidade após 48h e sem gotejamento - Amostra de 3 telhas - Telha colocada sobre um suporte - Na base do suporte existe areia fina que permite fazer o registo do gotejamento 1ª Fase:

- É colocada uma película de água com 1 cm sobre a telha - Observar a face inferior do provete ao fim de 2h, 4h e 24 h. - Anotar aspecto, secas, manchas de humidade, gotejamento

2ª Fase: - Mergulhar a telha em água durante pelo menos 16h - Limpar superficialmente com um pano húmido - Observar a face inferior do provete ao fim de 2h, 4h e 24 h. - Anotar aspecto, secas, manchas de humidade, gotejamento

- se houver gotejamento => permeável - d = 0 => aceitação - d ≥ 2 => rejeição - d =1 => repetição dos ensaios com 3 novas telhas

Resistência à flexão (NP497) – as telhas são mergulhadas em água durante dois dias antes de se realizar o ensaio. São ensaiadas três telhas e têm que resistir a uma carga de meio vão de 100kg (laboratório) Resistência de orelha (NP498) - Amostra de 3 telhas - Telha colocada sobre um suporte - É colocado um balde com granalha de chumbo até 30 Kg suspenso num fio de arame de ferro zincado Resistência ao frio (NP 496) - Amostra de 3 telhas - Observação do provete e registo de anomalias - Imersão em água doce, durante 2 dias (15 a 20 ºC) - Câmara frigorífica por 4h (10 a 15 ºC) - Imersão em água doce durante 4h - Repetição dos 3º e 4º passo por 24 vezes - Observação do provete - Satisfatório -> não houve aparecimento de novas anomalias nem agravamento das existentes - Não satisfatório -> caso contrário

rejeição do lote: quando 2 ou mais telhas não passam nos ensaios. No caso de uma telha chumbar, repete-se o ensaio com outra amostra.

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Azulejos: Fabricados a partir do caulino Vitrificação: - Impermeabiliza a superfície; - Mistura silicatada, que fundida, forma vidro; - Pigmento pode ser introduzido no material de vidragem; - Formação do “craclet”: Dilatação térmica diferencial do vidrado e do biscoito;

Forma-se por acumulação de humidade ou por aumentos/diminuições de temperatura (o biscoito expande e o vidro não); Actualmente já se consegue que o vidrado acompanhe os movimentos do biscoito, o que não impede a fissuração a 100%.

Cerâmicos não porosos

Grés cerâmico:

Características: o Material menos espesso que os outros cerâmicos; o Quase impermeável e quimicamente resistente; o Obtém-se a partir da argila com alto teor em sílica (SiO2), que ao ser aquecida a uma

temperatura muito mais elevada (1200º) que os outros cerâmicos, forma uma certa quantidade de “vidro” (argilas vitrificadas);

o Manilha – por pulverização com cloreto de sódio (NaCl) permite-se a vitrificação das superfícies, interiores e exteriores, o que facilita o escoamento dos fluidos e fornece impermeabilização adicional.

Aplicação:

o Ladrilhos – bons para laboratórios (ataques ácidos e resistência ao desgaste).

o Tubagens e manilhas – levam uma vidragem adicional no interior, apenas para facilitar o escoamento.

Recepção de manilhas (3 amostras):

- Verificar resistência à pressão interior (estanquidade e pressão de rotura). - Absorção de água; - Ataque pelos ácidos; - Resistência à compressão diametral.

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Perguntas de exame: Num ensaio para a determinação da força de rotura por flexão de telhas cerâmicas obtiveram-se os seguintes resultados: telha 1 – 1,50 KN; telha 2 – 0,85 KN e telha 3 – 1,10 KN. Tendo por base a aula de laboratório, descreva o procedimento de ensaio e comente os resultados individuais obtidos. O procedimento do ensaio dita que são escolhidas e depois mergulhadas em água durante dois dias. Posteriormente é aplicada uma carga a meio vão e espera-se que aguenta 100 kg (980N = 0,98 kN) As telhas 1 e 3 cumprem a especificação enquanto a 2 não. A qualidade dos materiais cerâmicos está relacionada, entre outras, com o processo de cozedura. Após a conformação, quais são os processos que se seguem ate se obter o produto final? Diga alguns defeitos resultantes de má homogeneização das pastas, da má conformação das mesmas, da deficiente secagem e deficiente processo de cozedura. Após a conformação dá-se o processamento térmico, ou seja, a secagem e a cozedura. Deficiente secagem – Criação de tensões internas Deficiente Cozedura – Falta de rigidez (aquecimento insuficiente) ou fendilhação (aquecimento em excesso) Má homogeneização das pastas – Zonas mais fracas, alternância de cores, zonas que fendilham mais Má conformação – Diferenças de espessura, tamanhos desiguais e inconstantes.

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Madeira

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5 - Madeira

Programa: Madeira e suas aplicações na construção: caracterização física e mecânica. Derivados da madeira e cortiça: principais produtos, suas características e aplicações. Definição: Polímero natural, substância química e organicamente baseada no carbono. Principais características: → Elevada resistência mecânica aliada à baixa densidade → Facilidade de trabalho → Facilidade de ligação das peças entre si → Bom isolamento térmico → Bom amortecimento das ondas sonoras → Características estéticas → Consumo energético baixo, reciclável. Aplicações na construção civil: → Portas e janelas → Cofragens → Estruturas de madeira (lamelados colados, estruturas) → Revestimentos (paredes, tectos, pavimentos) → Armários, mobiliário Categorias de madeira: Resinosas (Pinheiro, Criptoméria, …) → Mais brandas → Mais abundantes em climas frios → Maior aptidão para a construção: elementos de maiores dimensões, mais leves, mais fáceis de trabalhar, colar e ligar → Madeiras mais simples (menos perfeitas) – têm canais de resina Folhosas (Eucalipto, Carvalho, Azinho, ...) → Mais duras (mas não são muito usadas para estruturas por duas razões: madeiras mais difíceis de secar e as peças naus difíceis de ligar) → Mais abundantes nas zonas equatoriais. Têm canais para circulação de seiva e fibras de suporte à própria árvore. → Maiores qualidades estéticas → Mais pesadas Crescimento e estrutura Climas frios e temperados: - Primavera e inicio de Verão – anel de Primavera – (mais claro e menos denso) - Fim de Verão e Outono – anel de Outono – (mais escuro e mais denso) - Inverno – Não há crescimento Medida aferidora da resistência mecânica = nº de anéis anuais / 1cm (medido radialmente) Quanto maior o número de anéis/cm, maior a densidade, mais a % de lenho Outono e maior a resistência.

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Tronco divide-se em: Borne: - Lenho periférico vivo - Cor mais clara - Células vivas, através das quais circula seiva - Deixa-se impregnar facilmente – sensível à humidade - Baixa resistência mecânica - Mais sensível a fungos e xilófagos Cerne: - Lenho interior, praticamente inactivo - Cor mais escura - Maior densidade – maior resistência mecânica - Tecido morto – não é facilmente atacado - O cerne vai engrossando com o tempo Medula - Muito branda – sem resistência mecânica Vantagens da Madeira: - Grandes quantidades a preços baixos - Reservas renovam-se - Facilmente trabalhável - Não estilhaça quando submetida a choques bruscos - Bom isolamento térmico e acústico - Leve - Resistência mecânica - Aspecto estético Desvantagens da Madeira - Heterogéneo e anisotrópico - Muito vulnerável a agentes externos - Combustível Propriedades da madeira -Anisotropia - Heterogeneidade - Higroscopicidade (humidade) Anisotropia: - A anisotropia influi na – Resistência mecânica diferencial; Retracção – empeno (curvar a madeira sob acção do calor e da humidade; Elasticidade. - Direcções de anisotropia – Axial (sentido das fibras); Radial (Perpendicular aos anéis); Tangencial (Tangente aos anéis de crescimento). Higroscopicidade: - A Madeira perde e ganha humidade, em função da humidade ambiente, ate atingir o equilíbrio. - Antes da aplicação, a madeira deve estabilizar para a humidade ambiente do local onde vai ser aplicada. Higroscopicidade deve-se a: - Grande afinidade entre a água e o material lenhoso - Existência de aberturas nas células do lenho - Madeira é um material alveolar, com enorme superfície interior, onde os fenómenos de troca de água são facilitados.

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Resistência mecânica Factores que afectam a resistência da madeira: → Densidade → Humidade (importante em estruturas) → Ângulo entre o esforço e o fio da madeira → Defeitos → Tempo de actuação das cargas Densidade: Densidade real = 1,56 – igual para qualquer espécie, supondo que não existem espaços vazios Densidade – Determinada para um teor de humidade definido – caso não se diga nada em contrário, a densidade refere-se a 12% de humidade. Classificação: Leve – d < 4 – Criptoméria = 0,3 Média - 0,4 < d < 0,8 – Pinho = 0,5 a 0,6 Pesada – 0,8 < d < 1,0 – Azinho = 0,95 Relação – Densidade/Resistência à tracção (paralelo ao fio)

Quanto mais densa for a madeira, menor é a sua capacidade de absorção de água.

Humidade: Afecta a madeira em dois aspectos essenciais: - Retracções e entumescimentos (tornar húmido, engrossar) - Alteração da resistência mecânica Água encontra-se na madeira a 3 níveis: - Água de constituição - Água de impregnação (aloja-se nas paredes das células; responsável por variações dimensionais) - Água livre (preenche espaços intracelulares) Influência da humidade no comportamento mecânico da madeira – O aumento da humidade é proporcional à diminuição da resistência à compressão da madeira a cada grau de humidade adicional a resistência desce 25 MPa entre os 0% e 24%. TSF – Teor de saturação das fibras - Característica de cada madeira - 20% < tsf < 30% (pinho = 24%) - Afere-se quando toda a água livre foi expulsa por secagem - H < tsf => Variação dimensional, Aumento da resistência - Humidade aumenta => Resistência mecânica diminui

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Presença de água: - Aumenta a resistência a acções dinâmicas (pois absorve parte da energia)

- Diminui a resistência a acções estáticas A madeira mais densa absorve mais água nas paredes que as menos densas porque as paredes das células são mais espessas (maior variação de volume). Como absorve mais água é mais difícil de secar. As retracções são problemáticas porque como a madeira é anisotrópica nas 3 direcções fendilha. (retracções longitudinal, radial e tangencial que é a maior) Anisotropia da madeira: Comportamento distinto nas direcções axial, radial e tangencial. Ângulo entre o esforço e o fio da madeira

Solicitações estáticas

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Defeitos - Principais: Nós, fio torcido, fio diagonal, fendas, bolsas de resina, ataques de insectos e fungos Nós - local de concentração de alimento onde nascem os ramos - Menos graves: Casca inclusa, empenos, cicatrizes, fissurações de compressão Tempo de actuação das cargas - Uma peça de madeira sujeita a uma carga prolongada oferece uma resistência inferior à que teria se a solicitação dura-se alguns minutos - Aumento 10 vezes o tempo de solicitação => Redução de 7 a 8% da capacidade resistente. Ataques à madeira - Ambientais: - Variações de temperatura e humidade (empenos, fissuração, ataques de fungos) - Prevenção – Aplicação de bons vernizes, que isolem a peça do exterior e tratamento anti-fungo

- Fogo: A madeira resiste ao fogo durante umas horas. A madeira é combustível. Alimenta o fogo a 250ºC.

- Organismos Vivos: - Fungos: Os fungos atacam acima dos 20% de humidade. Podridão. -Lenhívoros: aparecem na cobertura e zonas mal ventiladas. Zonas com humidade mas sem água. - Lenhículas: Não alteram a resistência da madeira (vivem como o azulado). - Azulado: Não afecta de forma sensível a resistência. Mais frequente no pinho. Enorme prejuízo estético. Ataques aumentam muito com a humidade. - Insectos xilófagos – Atacam madeiras de exteriores e interiores. Madeira deve ser impregnada com insecticidas. Caruncho (fazem orifícios). Térmitas (não gosta de luz nem de agua mas gosta de humidade. Atacam muito rápido). - Moluscos: Teredo e Limnoris – zonas de maré - Crustáceos Uma madeira mais velha é mais resistente que uma nova. Arvores Pinho Bravo: Aplicação em elementos estruturais (resistência). Resinosa. Sobreiro: Cortiça (revestimentos) Tola branca: Baixa densidade. Boa durabilidade. Não tem propensão para fender. Folhosa. Eucalipto: Pasta de papel. Cresce rápido. Azinheira: É das madeiras mais densas. Carvalho / chopo/ Cedro: Não é muito denso. Tem que ter alguma idade para aplicação. Pinho manso: Largura da tábua de solho. Resinosa. Castanheiro: Densa Pitchpine: Do Canadá. Muito usado. Faia: Tem muitas retracções em elementos pequenos. Muito sensível à água. Freixo: Folhosa. Fio da madeira torto. Cambala: Baixa propensão para fender. Boa durabilidade. Criptoméria: Boa relação resistência peso. Resinosa. Boa durabilidade. Azinho: Fuste escasso. Folhosa. Cerejeira: Fuste escasso. Pausanto Nogueira Fuste - Parte da árvore, do solo aos primeiros ramos; tronco.

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Derivados da madeira - Aglomerado de fibras - Aglomerado de fibras de média densidade - Aglomerado de partículas - Aglomerado de madeira-cimento - Contraplacado - Contraplacado de cofragem - Placa lamelada - Lamelados colados Porque recorrer a derivados da madeira: - Soluções frequentemente mais baratas, por aproveitarem desperdícios de madeira ou peças mais baratas. - Ausência de empeno significativo. - Consegue-se grandes peças ou painéis, bastante homogéneas e sem empenos nem defeitos. - Soluções estruturais rápidas, eficientes e resistentes ao fogo. Aglomerados de fibras (Platex) → Fabricados por via húmida → Cor castanha e clara (sem cascas) ou escura (com casca) → Tratado por óleo (TPO) – Mais impermeável → Muito sensível à água se não sofrer TPO → Ex: Platex – divisórias, etc. Aglomerado de fibras de média densidade (MDF) → Fabricados por via seca → Maior compactação → Aglutinação das fibras feita com cola → Pode ser trabalhado exactamente como a madeira → Portas e bancadas → Vantagens:

→ Isotrópico (não empena) → Fácil de trabalhar → Reacção às tintas e vernizes igual à madeira

→ Desvantagens: → Vulnerável à água (deve ser bem revestido para evitar) → Só comercializado em painéis

→ Utilização – móveis de cozinha, portas, bancadas e outros. Madeira Maciça Contraplacado MDF Força de rotura maior Situação intermédia Força de rotura menor Aglomerados de partículas (aparite) → De uma camada → De três camadas → Sempre nr ímpar → Aplicação:

→ Carpintaria de limpos (bancadas, portas, roupeiros) → Painéis Okal-Jodar (portas e divisórias)

→ Vantagens: → Paneis resistentes, homogéneos e baratos → A destruição da madeira é menor – o desfibramento não é total → Desvantagens

→ Mau comportamento à água (incha facilmente)

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→ Fraca trabalhabilidade face ao MDF ou à madeira → A superfície não revestida não é própria para receber pintura

Madeira-cimento → A madeira adere ao cimento por mineralização → Utiliza-se em divisórias interiores e tectos falsos → Reboca-se e estuca-se directamente por cima → Há painéis com superfícies lisas → Madeira em estilhas grandes → Usadas na construção em situações onde é iminente o ataque dos xilófagos → Boa capacidade de isolamento térmico e acústico Contraplacados → Pelo menos com três camadas (número impar – para as folhas de cima e baixo terem as fibras na mesma direcção) → Toros de madeira são convertidos em folhas ate 3 cm de espessura → Pior em elementos em que as tensões se desenvolvem numa só direcção (mais valia madeira com as fibras orientadas segundo as tensões) → Suporta bem a flexão → Minimiza os efeitos da anisotropia, por sobreposição cruzada das camadas (quanto maior o numero de folhas, menores os efeitos da anisotropia) → Contraplacado marítimo pode usar-se em exteriores → São trabalháveis exactamente como a madeira maciça → Vantagens: Grandes peças, resistente e menos anisotrópico → Contraplacados de cofragem

→ Protegidos com uma resina → Muito bom para betão aparente → Vantagens face aos metálicos devido ao calor de hidratação

→ Aplicação – Carpintaria de limpas (prateleiras). Contraplacados de cofragem → Protegidos com resinas fenólicas → Muito bons para betão aparente → Vantagem face aos metálicos devido ao calor de hidratação Placa lamelar (madeira folheada) → Não tem funções resistentes → Aproveita os centros dos toros desenrolados para obter folhas mais finas – cobertas com 2 folhas de contraplacado → É obtida por “descasco” do toro de madeira → Aplicações: carpintaria, divisórias Lamelados colados → Feita a partir de peças de madeira, colados e encaixadas, de modo a obter elementos estruturais resistentes e com a forma e tamanho desejados → Temperatura eleva a resistência – estruturas muito resistentes ao fogo → Estruturas muito rápidas de montar → Desvantagem – Muito caro (mão de obra e equipamento especializados) → Aplicações: Usados em estruturas de grande vão porque não apresentam defeitos, são mais homogéneos e resistentes à flexão, são resistentes ao fogo e podem ser fabricados de acordo com o projecto.

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Perguntas de exame: Cortar a madeira no inverno ou verão? No inverno, porque a arvore não está a crescer, logo não passa tanta seiva (menos atacada por bichos). Será uma madeira de pinho com um teor de humidade de 12% adequada para a execução das portas interiores da habitação? Justifique a sua resposta. Dado que se trata de uma madeira para aplicações interiores, há que ter em conta que o ambiente vai ser seco e quente (geralmente), tal facto vai levar a madeira a evoluir ate ao seu estado seco, deformando-se e contraindo-se de forma a perder humidade. No caso de pinho a humidade à qual esta se encontra é de 12% (valor baixo), pelo que não se prevê problemas na sua aplicação. Indique, justificando, uma utilização para cada um dos seguintes derivados da madeira: Contraplacado, MDF, Aglomerado de partículas, Aglomerado de madeira – cimento. Contraplacado – Moveis de cozinha, mesas, prateleiras, pois resistente bem à flexão Aglomerado de partículas – Divisórias, portas, roupeiros, visto ser leve e barato MDF – Moveis de cozinha, divisórias, pois é fácil de trabalhar Aglomerado de madeira-cimento – Usado na construção, em situações de ataque de xilófagos. Explique a influência da humidade no comportamento mecânico da madeira. O aumento da humidade é proporcional à diminuição da resistência à compressão da madeira. A cada grau de humidade adicional a resistência desce 25 MPa entre os 0% e 24%. Explique a razão pela qual não é recomendado a utilização da madeira verde na construção. Como se relaciona a retracção com a perda de agua na madeira? Quais as consequências que advêm? A madeira verde não deve ser usada em construção pois é uma madeira com um teor grande de agua, pois as suas moléculas ainda têm grande quantidade de agua. Ao secar, essa agua vai libertar-se e as células vão diminuir de volume e a madeira vai retrair-se. Esse processo de secagem não deve ocorrer nesta situação. Aplicada numa obra irá com certeza ocorrer o aparecimento de fendas entre as tábuas e esta poderá ficar empenada e torta.

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Cortiça

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6 - Cortiça

Programa: Derivados da cortiça: principais produtos, suas características e aplicações. Definição: Tecido vegetal constituído por microcélulas mortas, com espaços intercelulares preenchidos por uma mistura gasosa. A cortiça é um material de origem vegetal da casca (súber) dos sobreiros com grande poder isolante. A finalidade da cortiça é o fabrico de isolantes térmicos e sonoros de aplicação variada, mas especialmente na produção de rolhas para engarrafamento de vinhos e outros líquidos. Portugal é o maior produtor mundial de cortiça. Os desperdícios na produção da rolha servem para outros produtos de cortiça. Processamento → Repouso (mais de seis meses): a cortiça perde a seiva e seca → Cozedura em água a ferver: matar os organismos vivos → Repouso (mais de três semanas): estabilização dimensional → Triagem por espessura e qualidade: a qualidade revela-se pela porosidade e pelos defeitos → Objectivo: a cortiça quando é retirada da árvore não tem elasticidade necessária para ser trabalhada e, além disso, traz consigo fungos e insectos. Pretende-se assim transformar a cortiça num material mais elástico, sem organismos e mais plano Aplicações → Betões leves: os grânulos de cortiça são vendidos envoltos em cimento porque a sua adesão ao cimento é fraca → Aglomerados negros: servem para isolamento acústico e térmico. Propriedades da cortiça → Muito pouco densa (d~0,2) - leve → Resiste à penetração da humidade → Compressível e elástica: quando se comprime a cortiça, não se verifica dilatação lateral. Muito compressível pois tem muitos poros. → Má condutora do calor → Resiste aos efeitos do desgaste → Bom isolante (térmico, acústico, vibratório) → Arde dificilmente, com combustão lenta e sem libertação de gases tóxicos → Imputrescível e não tóxica → Ecológica, reciclável, reutilizável. Biodegradável. Natural. Nota: os pavimentos de cortiça não resistem à água porque as colas não conseguem mater a coesão do material Aglomerados de cortiça → Preenchimento da caixa-de-ar em paredes exteriores do edifício – isolante térmico → Revestimento de paredes de auditórios – isolamento acústico → Base de apoio de equipamentos mecânicos – isolante à vibração → Revestimento de piso de sala de aula – Isolante térmico e acústico, com boa resistência ao choque

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Aglomerados compostos brancos:

O aglomerado branco (que resulta essencialmente da trituração da cortiça virgem) pode aplicar-se em painéis de afixação, em peças de calçado, em impressoras informáticas, em caixas e tabuleiros, em capacetes de protecção, em bóias, coletes e flutuadores, nos punhos das canas de pesca, em tapetes, malas e pastas, até em tecido para vestuário e papel. No desporto, o aglomerado branco de cortiça é utilizado em bolas de hóquei, críquete, basebol e badmington, raquetes de ténis de mesa, nas pequenas bolas dos apitos, nos tacos de golfe, nos alvos para as setas e nas buchas para cartuchos. Na indústria pode utilizar-se como junta mecânica ou material anti-vibrático em diferentes maquinarias.

- Aglutinação de grânulos (5 a 20 mm) com ligante sintético por efeito conjugado de pressão e temperatura - Distribuição e homogeneização da resina pelos grânulos - Prensagem em moldes metálicos - Cozimento - Arrefecimento - Desmoldagem em blocos Fabrico: Laminação em folhas segundo espessuras desejadas, lixagem, corte e embalagem Aplicações em juntas de dilatação: - Comportamento elástico, baixas deformações transversais (coeficiente de Poisson baixo) Outras aplicações (habitualmente sob a forma de rolo): - Sob pavimento flutuante - Revestimento de paredes “Parquet” de cortiça - Aglomerados de alta densidade (para resistir melhor às acções agressivas) - Acabamento: natural, encerado ou envernizado. - São duráveis mas descoloram com o sol e não suportam contacto com agua. Extracção: Para a construção: - Extrai-se pela 1ª vez ao fim de 25 anos – cortiça virgem (não é aproveitada para rolhas- cortiça cresce muito rápido e tem muitos defeitos) - Regeneração da 2ª extracção após 9 anos – cortiça secundária (não é aproveitada para rolhas) - Descortiçamentos seguintes sempre após 9 anos – cortiça amadia – Muito boa qualidade. Aglomerados compostos negros:

O aglomerado negro (proveniente de desperdícios de cortiça que são triturados e submetidos a altas temperaturas) é sobretudo utilizado como isolante térmico, acústico vibrático e, devido à sua cor, como elemento decorativo de agradável impacto visual.

→ Produção dos aglomerados negros → Trituração → Autoclave: expansão do granulado e libertação das colas naturais que vão agregar o granulado de cortiça → Arrefecimento em água a ferver → Corte e embalagem

→ Negros: a cola usada é a cola que existe naturalmente no material – isolamento térmico e acústico - Isolante acústico (3 a 10 mm) - Isolante térmico (5 a 22 mm) - Isolante vibrátil - Baixa densidade (50 / 320 km/m3) - Devem ser isoladas da humidade porque os compostos que conferiam a impermeabilidade e o carácter imputrescível (ceróides) foram alterados.

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Rubbercork

Da associação dos grãos de cortiça com borracha resulta o rubbercork, um outro tipo de aglomerado fabricado com uma tecnologia de produção bastante diferente e também com algumas áreas de aplicação diferentes. A combinação da elasticidade e outras características da cortiça com a resistência mecânica da borracha, transformou-se num material fundamental para as indústrias automóvel e eléctrica, em juntas de máquinas, de motores e transformadores e em pavimentos sujeitos a grande intensidade de tráfego.

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Perguntas de exame: Que tipo de aglomerado de cortiça conhece? Quais as suas principais aplicações. Aglomerado de cortiça branco e aglomerado negro. O branco é usado em pavimentos, ladrilhos, juntamente com uma cola/resina para dar coesão. O negro é usado para isolamento térmico e acústico em revestimentos, não sendo usada cola. Justifique a utilização dos aglomerados de cortiça nas seguintes situações: i) preenchimento de caixa-de-ar em paredes exteriores de edifício. ii) revestimento de parede em auditório. iii) Base para apoio de equipamento mecânico. iv) Revestimento de piso de sala de aula. A cortiça é um bom isolante térmico. Para isolamento acústico. Evita as vibrações (bom isolante às vibrações). Isolante térmico e acústico, com boa resistência ao choque.

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Polímeros

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7 - Polímeros

Programa: Principais polímeros utilizados na construção: caracterização, aplicações e limitações à sua utilização. Definição: Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular relativa, resultantes de reacções químicas de polimerização. Contêm os mesmos elementos nas mesmas proporções relativas, mas em maior quantidade absoluta. Os polímeros são macro moléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monómeros). O número de unidades estruturais repetidas numa macro molécula é chamado grau de polimerização. Matéria-prima: Derivados do petróleo, resultado da refinação do petróleo bruto nas refinarias (polímeros artificiais). Elementos orgânicos (polímeros naturais). Polímero – carbono e oxigénio Características: - Um dos grandes problemas dos materiais plásticos é a exposição á luz solar (radiação UV) - Dispersão de características - Possibilidade de dar aos materiais grande diversidade de características - Densidade entre 0,8 e 2,2 - Tensão de rotura à tracção entre 10 e 1000 MPa. - Tensão de rotura à compressão entre 7 e 500 MPa. - Coeficiente de dilatação térmica entre 15 a 250 x 106 /ºC - Temperatura máxima de utilização – 60 a 250 ºC (baixas temperaturas) - Grande sensibilidade aos UV - São económicos, podem ser produzidos nas mais variadas formas, podem ser transparentes ou opacos - Podem tornar-se em espumas, mais rígidos ou dúcteis consoante a necessidade - Problemas de combustibilidade (podem libertar gases perigosos) - Posso ter polímeros com vários comportamentos consoante a energia de ligação entre as macro moléculas Classificação: O facto de um polímero ser termoplástico ou termo-endurecível está intimamente relacionado com o número de ligações covalentes de cada monómero. Termoplásticos - São também chamados plásticos, e são os mais encontrados no mercado. Pode ser fundido diversas vezes, alguns podem até dissolver-se em vários solventes. Logo a sua reciclagem é possível, característica bastante desejável actualmente. – Amolecem sob acções do calor e são aí moldados. Com o calor os polímeros dilatam-se e as ligações de hidrogénio tornam-se fracas - Cadeias lineares – ligações secundarias entre cadeiras reduzem-se por acção da temperatura, voltando a restabelecer-se quando a temperatura baixa de novo - Permite o aquecimento repetido sem alteração - PE, Polipropileno, Poliamido (nylon), Policloreto, PVC, PS, Acrílico Termo-endurecíveis ou termoestáveis – Após moldagem a quente formam um corpo estável. Maior número de ligações covalentes, menos susceptíveis à temperatura, mas quando é atingida a temperatura de quebra das ligações covalentes já não inverte o processo - Cadeiras tridimensionais mais resistentes à temperatura, porém quando se dá a destruição da cadeira ela é permanente

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- São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado promove decomposição do material antes de sua fusão, tornando sua reciclagem complicada - Poliésteres, resinas epóxidas, resinas de poliuretano, silicones, nylon Elastómeros - Não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termo-endurecíveis - Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão – Semelhantes à borracha. Flexíveis e amolecem com a temperatura. Tipos de estrutura molecular: Polímeros – ligação covalente é predominante, embora estejam envolvidas ligações de energia muito mais baixa. Tipo de cadeia: Linear e tridimensional Grau de cristalinidade: Polímeros têm, geralmente, zonas amorfas e zonas cristalinas. Pode aumentar-se o grau de cristalinidade de um polímero, introduzindo-lhe um monómero que, pelas ligações químicas que estabelece, obriga à organização das cadeiras – Permite aumentar a resistência. Geralmente uma maior organização das cadeiras traduz-se também numa maior densidade (polietileno de alta densidade). Quantidade de monómeros: Copolímeros – quando há mais do que um tipo de monómero que se repete (maioria dos polímeros utilizados). Pode acontecer que o mesmo polímero dê origem a diferentes materiais, consoante o número de cadeias envolvidas (densidade) e o grau de organização e o tipo de organização da cadeira (resistência). Comportamento mecânico: - Plásticos têm comportamento visco-elástico – Modulo de elasticidade diminui com o tempo de aplicação das solicitações e com o aumento da temperatura. - Acima da temperatura de transição vítrea, os plásticos comportam-se como um elastómero, devido à queda brusca do módulo de elasticidade – É essencial conhecer a temperatura de trabalho do material (Ex: nylon Ts = 60ºC, PVC Ts = 87ºC, PE Ts = -120ºC. Um polietileno é tratado como um plástico, mas é um elastómero à temperatura ambiente) Relação estrutura molecular - Propriedades Frágil: - Polímeros de estrutura tridimensional - Termo-endurecíveis - Tem sempre pequenas deformações na rotura - Ex: PS, PMMA Dúctil: - Polímeros lineares cristalinos ou amorfos - Nos polímeros cristalinos o comportamento é dúctil com ou sem limite de cedência - Termoplásticos - Ex: PVC Elastómero: - Lei de Hooke não se aplica em nenhum ponto da curva - Curvas deste tipo também podem aparecer nalgumas cadeias lineares amorfas, como o polietileno e o polipropileno - As moléculas podem girar livremente e recombinar-se - Assim o comportamento de um polímero linear amorfo pode ser frágil ou dúctil, consoante as ligações intermoleculares em causa

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Fluência - Bem modelado pelo modelo de Boltzman:

Polímeros tridimensionais – Menor fluência

Influência da temperatura (à tracção) Termo-endureciveis: - Pouco afectados pela temperatura, desde que esta não exceda os 300 a 400ºC. - O limite de utilização é de 110 a 140 ºC, pois a exposição permanente à temperatura pode modificar a estrutura - Quanto Maior a tridimensionalidade menor a sensibilidade à temperatura Polímeros lineares amorfos: - Qualquer que seja o diagrama σ-ε à temperatura ambiente, por variação da temperatura o material experimenta todos os tipos de diagramas σ-ε. Influência do tempo nas propriedades mecânicas Termo-endurecíveis: - Quanto maior a velocidade da solicitação, menor a deformação a uma mesma temperatura. Polímeros lineares-amorfos: - Se a velocidade de solicitação for suficientemente lenta para permitir a reorganização da estrutura, a rotura é dúctil. Caso contrário, é lenta. Principais polímeros utilizados na construção: Polietileno - Derivado do monómero etileno - Tubagens – Águas (água quente só o PER – os outros dois amolecem) - Geotêxteis, geomembranas, geodrenos - Isolantes térmicos em espuma (envolvem tubos de agua quente para evitar perder-se o calor) - Filmes em protecção temporária de fachadas - Impermeabilização -Fora da construção civil (filmes em embalagem de produtos alimentares, sacos, mangueiras de rega,…) - Arde lentamente ao ar - É quimicamente o polímero mais simples Do PEBD → PEAD → PER, vai aumentando a rigidez e diminuindo a ductilidade. PEBD – Polietileno de baixa densidade (estrutura interna menos cristalina). Temperatura de máxima utilização entre 30 e 70ºC – não deve ser usado em tubagens. - Atóxico - Flexível - Leve - Transparente

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- Inerte (ao conteúdo) - Impermeável - Pouca estabilidade dimensional, mas com processamento fácil - Baixo custo - Mesmas propriedades que o PEAD mas em menor escala - Cadeia linear, termoplástico flexível PEAD – Polietileno de alta densidade (estrutura interna cristalina). Temperatura de máxima utilização entre 30 e 110ºC – Pode ser usado em tubagens de água fria. Não suporta temperaturas de serviço continuas superiores a 30º. - Resistente a baixa temperaturas; - Alta resistência à tensão; compressão; tracção; - Baixa densidade em comparação com metais e outros materiais; - Impermeável; - Inerte (ao conteúdo), baixa reactividade; - Atóxico - Pouca estabilidade dimensional - Tubagem para gás, telefonia, água potável, lâminas de drenagem e uso sanitário - Cristalinidade, densidade, peso molecular, temperatura de amolecimento e tensão de rotura superior ao PEBD. - Cadeia ramificada, mais rígido (maior resistência). É impermeável. PER ou PEX – Polietileno reticulado (estrutura interna reticulada) Temperatura de máxima utilização de 90ºC – Pode ser usado em tubagens de águas frias e quentes. Maior resistência térmica que o PE normal Polipropileno (PP) - Tubagens: Águas, incluindo aguas com T ate 95ºC. Águas residuais - Moldes para betão - Fibras - Aos 0ºC tende a criar fissuras - Elevada dureza mas menor resistência ao choque Fora da construção civil (cadeiras, painéis de automóveis, para choques, embalagens) -Baixa massa volúmica, grande resistência química. - Geotêxteis, revestimento de cabos eléctricos. - Alta cristalinidade, alta dureza e rigidez, portanto boa resistência ao desgaste, so amolece a 160ºC. - É igual ao poliuretano de alta densidade. Muito utilizado para tubos de água e esgotos. Policloreto de vinilo (PVC) - Tubagens de distribuição de água, águas residuais - Perfis de janelas e portas - Placas de cobertura, chapas planas ou onduladas. - Estores - Revestimento de pisos - Impermeabilização - PVCC – Policloreto de vinilo + cloro – É muito resistente Características do PVC: - Leve (1,4 g/cm3), o que facilita seu manuseio e aplicação - Resistente à acção de fungos, bactérias, insectos e roedores - Resistente à maioria dos reagentes químicos - Bom isolante térmico, eléctrico e acústico - Sólido e resistente a choques - Impermeável a gases e líquidos - Resistente às intempéries (sol, chuva, vento e maresia)

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- Durável: sua vida útil em construções é superior a 50 anos - Não propaga chamas: é auto-extinguível - Versátil e ambientalmente correcto - Reciclável e reciclado - Fabricado com baixo consumo de energia - De longe é o mais importante em construção civil. - Resistência química. Aguenta com reservas temperaturas até 70ºC. Acima dos 150ºC decompõe-se com libertação de cloro. - PVC: é o que tem mais derivados na construção. Ex.: pisos plásticos, cortinas ou persianas, esquadrias, tubos plásticos, tintas. É um termoplástico mais rígido. Policarbonato (PC) - Telhas, substitutos do vidro - Termoplástico - Estes plásticos são muito usados actualmente na moderna manufactura industrial e no design. - Sob o fogo liberta CO2 Características dos policarbonatos: - Densidade de 1,20. Cristalinidade muito baixa, termoplástico, incolor, transparente. Propriedades marcantes dos policarbonatos: - Semelhança ao vidro, porém altamente resistente ao impacto, boa estabilidade dimensional, boas propriedades eléctricas, boa resistência ao escoamento sob carga e às intempéries, resistente a chama. É um dos 3 plásticos de engenharia mais importantes (os demais são: PA e POM) O policarbonato tem-se tornado um material comum no uso do dia-a-dia. Produtos feitos com policarbonato são por exemplo os óculos de sol e os CDS. São recicláveis. - Em chapas de coberturas translúcidas. Grande transparência. Boa resistência ao choque. Polímero reforçado com fibra de vidro (PRFV) - Combinação de fibra de vidro com resina de poliéster (PRFV) ou epoxídicas - Poliéster (UP) com fibras de vidro são usados em coberturas e tubos de grandes dimensões. Sob a forma de resinas são utilizadas em aglomeração de mármores. Com fibras de fibra tem grande resistência mecânica. Aplicações: - Chapas planas ou onduladas para coberturas - Tubagens - Caixilharia, elementos estruturais - Peças sanitárias - Excelentes características mecânicas (tracção, flexão, choque e propriedades térmicas) -Fora da construção civil - Revestimento de embarcações e carroçarias de automóveis - Fibras de vidro – Contraria a deformação. Atenua a ductilidade dos polímeros (mais resistente às altas e baixas temperaturas). Conseguem-se assim tubos de maior diâmetro. Poliuretano (PU ou PUR) - Podem ser termoplásticos ou termo-endurecíveis consoante o processo de fabrico - Termoplásticos – Comportamento de elastómeros (mástiques). Espumas para isolantes - Termo-endurecíveis – Revestimentos, bases para tintas ou espumas. Muito resistentes ao desgaste - É usado em espumas rígidas e flexíveis, em elastómeros duráveis e em adesivos de alto desempenho, em selantes, em fibras, vedações, carpetes e peças de plástico rígido. - Em vernizes de pavimento, sob a forma de termo-endurecíveis. Em isolamentos térmicos sob a forma de espumas termoplásticos. As espumas apresentam reduzidíssimos pesos próprios. - Resinas de poliuretano: utilizadas como isolantes sob forma de espumas rígidas (isolantes térmicos). São usadas para tintas sob a forma natural. São tintas de maior qualidade (dureza, durabilidade) que as de base resina epóxi, devido a melhor resistência aos raios ultra-violetas.

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Poliestireno (PS) PS expandido (esferovite) e extrudido (mais compacto e resistente) apresentam: - Massa volúmica baixa - Baixo coeficiente de condutividade térmica - Inércia face aos materiais de construção tradicionais (excepto tintas, vernizes e colas) - Elevada dureza e má resistência ao choque - Com humidade perde características de isolamento - Sob a forma de poliestireno expandido é muito usado em isolamentos eléctricos. - Poliestireno: é usado na fabricação de maçanetas, puxadores, painéis. Sob a forma de poliestireno expandido ele é usado como isolante térmico (isopor). É um dos materiais que tem menor condutibilidade térmica (aproximadamente 0,035 kcal/mhoC). Não pode ser usado onde houver ratos, problemas de penetração de água e problemas de temperatura pois é muito combustível. Plásticos acrílicos (PMMA) - Polimetacrilato de metilo (PMMA) – vidro plástico (transmite mais luz que o vidro). - Coberturas translúcidas - Resistentes ao envelhecimento. Funcionam até 70ºC. Quimicamente resistentes e tem boa dureza. - Betão com aditivos plásticos – resistência química (PMMA) - Acrílico: é um material de transparência cristalina, igual ao vidro, de grande resistência à intempérie e pequena resistência ao risco e ao impacto. É utilizado em tintas (resistente às intempéries) e chapas transparentes. Substitui o vidro (podem ser transparentes ou não). É muito mais leve que o vidro. É utilizado em lentes devido a sua densidade. O custo é mais elevado (comparado ao vidro). É de fácil moldagem. É usado em calhas pluviais, trilhos para janelas e portas, tubos para esgoto. Possui boa resistência à abrasão. Silicones (SI) - Mastique para juntas, tubos, base de pintagem - Repelentes à água - Aguenta altas temperaturas - Silicones: material misto (orgânico e não orgânico). É um polímero em que aparece, de vez em quando, uma molécula de silício (Si). Possui alta resistência ao calor, é repelente à água e possui grande aderência. É semi-orgânico. Usado em tintas para altas temperaturas, impermeabilizantes incolores, vedantes. O incolor (vedante) tem a mesma textura que o vidro. As tintas possuem alta resistência. Poliamida (nylon) - Geotêxteis - Alta resistência à tracção, ao choque e ao desgaste. - Aguentam temperaturas ate 80º. - Quimicamente resistentes - Poliamidas (nylon): boa resistência ao choque, ao desgaste e à tracção. Utilizados em cabos e cordas. Trançando estas fibras obtemos os tecidos a base de poliéster. Usadas para fabricar peças que precisem grande resistência à abrasão e ao desgaste. Epoxídicos - Ligantes entre materiais diferentes. Reparação de estruturas de betão. - Resinas epoxídicas - Grande poder de aderência. Boa resistência química. - Oxida facilmente por UV Exemplos de aplicação das resinas epoxídicas: - Local de grande exigência de higiene (hospitais) – elimina as juntas (é nas juntas que se concentram as sujidades) - Grande frequência no contacto com água (cozinhas industriais) - Locais de grande tráfego e elevada resistência química exigida

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- As resinas epoxídicas constituem uma família de materiais poliméricos termoendurecíveis, que não dão origem a produtos de reacção durante a sua cura (formação de ligações cruzadas) e que, portanto, têm uma pequena retracção durante a cura. Estas resinas têm também uma boa adesão a outros materiais, boa resistência química e ao meio ambiente, boas propriedades mecânicas e boas propriedades de isolamento eléctrico. - Aplicações As resinas epoxídicas, particularmente as epóxidas, são utilizadas numa grande variedade de revestimentos de protecção e decorativos, devido à sua boa adesão e boa resistência mecânica e química. As utilizações típicas são revestimentos de câmaras e tambores, primários para automóveis e electrodomésticos, e revestimento de fios. Nas indústrias eléctrica e electrónica, utilizam-se resinas epoxídicas devido à boa resistência dieléctrica, pequena retracção durante a cura (como se referiu anteriormente), boa adesão e capacidade de manter as propriedades numa grande variedade de meios, tais como ambientes de elevado teor de humidade. As aplicações mais vulgares incluem o isolamento de alta tensão e encapsulamento de transístores. Resinas epóxi: são os polímeros de mais alta resistência mecânica (impacto, compressão, tracção, risco). Tem óptima aderência à todos os materiais. É utilizado como resina para muitos materiais. É utilizado como resina para tintas, adesivos. É usado como adesivo para concreto nas juntas de concretagem. Quando se usa tinta de base epóxi, o reboco deve ser mais resistente (ruptura a qualquer impacto). É utilizado em impermeabilizantes. Poliacetileno (PA) - Grande condutibilidade eléctrica - Utilização na micro-electrónica Utilizações dos plásticos: - Elementos de substituição ou imitação - Revestimento, pavimento, tubos de água, esgotos e ventilação - Canalizações, coberturas - Portas e janelas - Impermeabilização Tubagens: Águas frias – PEAD, PEBD, PVC - dúcteis e maleáveis Águas quentes – PP, ABS, PER – rígida e resistente a águas quentes Esgotos – PEAD, PEBD, PVC – resistência química Ventilação – PVC ou PRFV – resistência estrutural (porque são tubos de grandes diâmetros) Gás – PE Tubagens poliméricas oferecem três vantagens: Minimização das perdas de carga, minimização das deposições de calcário e não sofrem corrosão. Coberturas: Materiais que se usam em coberturas: Vantagens de polímeros – Baixo peso próprio, económico, fácil transporte e de fácil montagem. Desvantagem dos polímeros – menor durabilidade (envelhecimento face à luz solar e agentes atmosféricos) Exemplos: Placas opacas ou transparentes – PC (policarbonato), UP (poliéster), PRFV (poliéster reforçado com fibra de vidro) e PVC Substitutos do vidro ou acrílico – PMMA e PC Espumas rígidas (isolamento térmico/acústico): PU e PC Revestimentos de piso: Pedra natural reconstituída com matriz polimérica: - Fragmentos de pedra natural - Matriz à base de resinas termo-endurecíveis (PU) com boa adesão

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- Obtêm-se produtos com boa impermeabilidade, bom aspecto decorativo, mais resistente mecanicamente à água - Preço competitivo. Revestimentos flexíveis de PVC (mosaicos, rolos,…) Revestimentos contínuos de resinas epoxídicas Portas e janelas Substituição da madeira: - Maior estabilidade dimensional - Dispensam pintura e manutenção - Durabilidade desconhecida Materiais: - PVC e PRFC (boa resistência mecânica) em caixilharias - PVC em lâminas de estores - Neoprenos e silicones na vedação das janelas (elastómeros) - PVC (minimização da condução térmica, anti-corrosivo) Isolamento térmico e acústico - PS – expandido ou extrudido - PU – isolamento térmico - PE – isolamento térmico Impermeabilizações - PVC em película - PEAD em película - Lajes ou pavimentos de betão impregnados com silicones ou borrachas sintéticas Geotêxteis Utilização: - Drenagem e filtragem - Elementos separadores - Elemento de suporte Materiais: - Mantas de Nylon, poliéster e polipropileno - Mantas de fibras sintéticas (PVC, PEAD, PP) Processos de fabrico: Processo de fabrico de injecção – Para peças de formas mais complicadas Processo de fabrico por compressão – Peças fáceis (ex: caixas) Processo de fabrico por sopro (insuflação) – Para produção de peças ocas (ex: garrafas)

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Perguntas de exame: Compare o comportamento do PVC, do PEAD e do PEBD em tubos para canalizações. O PVC é um polímero usado em tubagens e canalizações pois apresenta uma absorção de água praticamente nula, tem estabilidade dimensional e pode ser usado em águas quentes, frias e residuais. Perde a sua resistência mecânica partir dos 70-80ºC. O PEAD e o PEBD são polietilenos. Apresentam como características a sua flexibilidade, a impermeabilidade às águas, e a boa resistência ao choque e a fraca resistência térmica (principalmente o PEBD) pelo que não devem ser usado para o transporte de águas quentes. Indique porque motivo a generalidade dos polímeros não pode ser utilizada em canalizações de água quente. A generalidade dos polímeros não pode ser aplicada em tubagens de água quente porque por acções de aumento de temperatura eles deformam-se, deixando portanto de cumprir a função para a qual foram concebidos. Considere os seguintes polímeros: PEAD – polietileno de alta densidade PEBD – polietileno de baixa densidade PER – polietileno reticulado Distinga-os sob o ponto de vista de: estrutura interna, temperaturas máximas de utilização, aplicações em tubagens na construção PEAD – cristalina PEBD – menos cristalino PER – estrutura reticulada PEAD – 30ºC / 100ºC PEBD - <30º C / 70ºC PER – 90ºC PEAD – Pode ser usado em tubagens (agua fria) PEBD – Não deve ser usada em tubagens (so se for em pequena escala) PER – Pode ser usado em tubagens No quadro que se segue são apresentadas algumas características de materiais plásticos e de materiais ditos tradicionais. Todos os valores apresentados são valores médios, determinados à temperatura ambiente. Sabendo que os materiais presentes são: betão, aço de construção, plásticos reforçados com fibras e plásticos não reforçados, proceda á identificação de cada um deles. Justifique a resposta.

Material Densidade Tensão de rotura [MPa] Coef. de dil. Term.

Linear x106[/ºC] Temp. Max de utilização [ºC] Tracção Compressão

1 0,8-2,2 10-150 7-200 50-250 60-150 2 2,3-2,5 1,5-3,5 20-40 12 250 3 7,85 > 370 > 370 12,5 400-500 4 1,2-2,3 200-1000 150-500 15-30 150-250

Betão – Mat 2 – Baixa resistência à tracção; Resistência à compressão dentro de valores normais. Densidade de aproximadamente 24kN/m3. Baixa dilatação térmica. Aço de construção – Mat 3 – Densidade normal 78kN*m3. Grande resistência à compressão e tracção. Elevado coeficiente de dilatação térmica. Suporta elevadas temperaturas. Plástico reforçado com fibras – Mat 4 – densidade relativamente baixa. Elevadíssima resistência à tracção. Boa resistência à compressão. Dilatação termica elevada. Temperaturas de utilização não muito elevadas.

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Plásticos não reforçados – Mat 1 – Baixa densidade. Grande variação de resistência. Dilatação térmica elevada (plástico). Baixa gama de temperatura que resiste.

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TINTAS E VERNIZES

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8 – TINTAS E VERNIZES

Programa: Tintas e vernizes: componentes, requisitos, características, esquemas de pintura e preparação dos suportes. As tintas remontam ao período paleolítico (carvão, giz, mistura de terras, resinas, gorduras de

animais, …). Actualmente a função das tintas é proteger o suporte. Definições:

o Tinta – composição pigmentada, líquida, pastosa ou sólida que, quando aplicada em camadas finas sobre uma superfície, é convertida numa película sólida, contínua, corada e opaca. É composta por um veículo fixo, veículo volátil e pigmentos.

o Verniz – distingue-se da tinta por não ser opaco. O verniz pode também ser corado, neste caso, a cor é transmitida por corantes solúveis no verniz e não por pigmentos insolúveis.

o Esmalte – é empregado geralmente para designar algumas tintas de melhor qualidade, que deixam superfícies muito lisas e duras. Todavia, não existe uma separação objectiva possível entre conceito de tinta e o de esmalte.

Características mais importantes numa tinta a) Facilidade de aplicação (viscosidade certa para o processo de aplicação) b) Rapidez de secagem

Função do - Tipo de tinta - Suporte - Condições ambientais

A tinta para uma grande superfície não pode secar rápido demais, senão ficam a notar-se as juntas de sobreposição c) Boa aderência às superfícies

Função da - Preparação do suporte - Esquema de pintura

Dois tipos de aderência - Mecânica (por molhagem do suporte) - Química (por reacção entre a tinta e o suporte)

d) Resistência e durabilidade da película A película deve ser

- Dura - Flexível (acomodar movimento do suporte) - Manter o brilho - Ausência de gizamento (esfarelamento dos pigmentos e cargas) - Não alterar a cor

Ataques a uma pintura Luz – os raios ultra-violeta contribuem para a degradação dos pigmentos e destruição do

ligante (fissuração da tinta) Água Ar e poluentes atmosféricos Agentes químicos

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A resistência da cor depende normalmente da qualidade dos pigmentos usados na formação da tinta. A integridade da película está normalmente relacionada com o tipo e qualidade do ligante. Alguns ligantes são muito resistentes à fissuração (alquídica), outros apresentam óptima retenção de brilho (acrílicos) enquanto outros são mais susceptíveis de gizar (epóxidas). Composição de uma tinta Pigmento (e cargas -> outros agentes auxiliares) Veículo - Resina (ligante) -> veículo fixo - Solvente (ou diluente) -> veículo volátil

o Pigmento: - Confere a cor e a opacidade - A quantidade de pigmento determina o poder da cobertura da tinta - Desempenha uma função importante na durabilidade - Não é solúvel em água - Pigmentos Orgânicos – sensíveis à temperatura e combustíveis

Poliméricos – duráveis, mas ainda assim atacados pelo oxigénio

o Cargas: - Quase não conferem opacidade, nem cor, nem poder de cobertura - Usam-se para dar corpo à tina, e conferir determinadas propriedades Motivos económicos

Facilitam o fabrico e aplicação Fornecer uma panóplia de qualidades, conforme se pretenda – isolamento acústico, resistência ao fogo, etc.

o Veículo: Conjunto de veiculo fixo e de veiculo volátil, ou apenas veiculo fixo no caso do segundo não existir.

o Veículo fixo (ou ligante):

- Principal responsável pela resistência mecânica e química, e pela aderência à base => durabilidade - Responsável pela formação da película sólida - Óleos, resinas, produtos betuminosos - Existem dois tipos:

Convertíveis – produtos não polimerizados, que polimerizam depois de aplicados (epoxídicas, poliuretano)

Não convertíveis – polímeros estão dispersos no solvente e a tinta solidifica por evaporação do solvente (tintas celulósicas, acrílicas e vinílicas)

=> Dois modos de solidificação de uma tinta => Ligantes artificiais mais frequentes:

Celulósicas – Vernizes e tintas celulósicas – Pouco usadas na construção, mais usadas em indústria (secam muito rápido)

Borracha clorada – Resistência aos alcalis, óleos, ácidos e gorduras. – Ideais para rebocos e betão e zonas agressivas

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=> Ligantes sintéticos mais frequentes:

Não convertíveis Acrílicos – Vernizes mais ou menos duros e flexíveis (enorme variedade), transparentes – Excelente aderência a muitos suportes – Excelente resistência exterior Vinílicos – base de tintas anti-corrosão – Alternativa à borracha clorada

Convertíveis Epoxídicas – Elevada resistência à água e vários solventes – Elevada resistência aos ácidos, alcalis – Tintas anti-corrosão

Poliuretano – Elevada resistência química e mecânica – Tinta anti-corrosão – Tintas de enorme estabilidade à luz

o Veículo volátil (ou solvente): - Os diluentes são-lhes adicionados para aumentar a plasticidade da tinta, por serem menos caros (substituem parcialmente o solvente) - Componente da tinta ou verniz que se evapora durante o processo de secagem constituído por um ou mais solventes e/ou diluentes. - Ex: Água

Terebentina, água-rais Hidrocarbonetos Álcoois e cetonas e éteis Clorados - Devem apresentar uma velocidade de evaporação adequada ao caso e ter baixa plasticidade

o Aditivos: - < 5 % em massa - Fungicidas, secantes, plastificantes, anti-espumas, anti-peles, etc.

Tipos de tinta mais usados

Tintas plásticas - Superfície lavável - Secagem rápida -> 3 a 4h - Enorme aderência a cimento e rebocos -> Inconveniente: impede as trocas de água com a superfície (resinas acrílicas ou vinílicas, no geral) - Capacidades impermeabilizantes - Pintura de paredes (cheiro leve, fácil aplicação, grande aderência ao cimento, secagem rápida)

Tintas de água

- Solvente é essencialmente água - Podem apresentar problemas de durabilidade no exterior

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Tintas de areia - Aditivadas com areia siliciosa - Esconde as irregularidades do reboco - Solução económica

Aplicação: - 1ª demão diluída - 2ª demão com textura final

Borrachas cloradas

- Muito resistentes a ambientes agressivos - Totalmente impermeável - Inconveniente: todas as irregularidades da superfície são visíveis

Massa plástica - Ou karapa - Elevada quantidade de cargas finas(?) - Elevada resistência mecânica - Elevada porosidade -> tem de ser impermeabilizada por um esmalte

Tintas e vernizes sintéticos - Protecção e embelezamento de ferros e madeiras (portas, janelas) - Baratas. Secam em poucas horas. - Conservam a cor e brilho por muito tempo

- Acetato de polivinila ou PVAc é um polímero sintético. É preparado pela polimerização

do acetato de vinila. A parcial ou completa hidrólise deste polímero é usada para preparar o álcool de polivinila. O PVA é vendido como uma emulsão em água, como um adesivo para materiais porosos, como a madeira. De facto é muito usado para colar derivados da madeira. A "cola branca" ou cola escolar e a "cola amarela" usada para colar madeira são exemplos de aplicações do PVA.

Sistemas de pintura (em construção civil)

Critérios a ter em conta na selecção do sistema de pintura: - Natureza do suporte a proteger - Preparação possível da superfície - Ambiente - Modo de aplicação e equipamento disponível - Economia

Num revestimento de pinturas, é desejável: - Protecção eficaz e duradoura do substrato - Facilidade de aplicação - Baixa toxicidade - Secagem rápida - Resistência à lavagem - Resistência às condições mecânicas e químicas do contexto - Neutralidade química tinta-suporte

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- Estabilidade da cor - Aspecto decorativo pretendido

Em estruturas metálicas => anti-corrosão Em estradas => Secagem rapidíssima

=> Propriedades reflectoras => Resistência à abrasão

Constituintes de um sistema de pintura:

o Pré-primários – tintas com o fim de aumentarem a aderência ao suporte das camadas seguintes

o Primários de espera – protecção de superfície metálica, que terão de aguardar (até meses) pelo “términus” da pintura

o Vernizes isoladores de nós – impedem o aparecimento de manchas nas zonas dos nós das madeiras, por migração da resina

o Primários – destinam-se a: Originar uma boa base de aderência para as outras camadas Impedir a corrosão

o Sub-capas – são incorporadas na esquema de pintura devido a: Espessura total adequada ao esquema Boa ligação entre o primário e a tinta de acabamento Protecção química eficiente Garantem maior espessura e resistência

o Tintas de acabamento – conferem cor, brilho e textura finais o Betumes – produtos expansivos, que se destinam a regularizar determinados

pontos da superfície. – Devem ser evitados, pois vão constituir futuros pontos frágeis da peça

Vantagens de fazer mais do que 1 demão: - Dar tempos de secagem (camadas mais finas) - Camadas porosas -> a probabilidade de estes poros estarem descontínuos é maior => maior impermeabilização à água

Processo de aplicação Manual – mancha, rolo

Pulverização – pistola Imersão Por cortina

Condições de aplicação (indicadas na ficha técnica do produto)

o Ambientais - 5 ºC < T < 35ºC - Ausência de sol forte - Humidade abaixo dos 85 % - Ausência de correntes de ar e poeiras

o Do suporte - Madeira e rebocos devem estar secos

Madeiras – humidade de 10 a 15 % Reboco – humidade < 5 %

- Superfície deve estar limpa - Não deve haver condensações no momento da pintura

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Preparação das superfícies - Homogeneizar a superfície - Conter a porosidade 1º - Limpeza da superfície -> escovagem, lavagem 2º - Remoção de resíduos soltos, ferrugens e tinta velha -> jactos de água ou areia 3º - Remoção de resíduos aderentes, que possam destruir a aderência ou causar corrosão 4º - Criar aderência (lixar, se necessário) 5º - Modificação química da superfície, para a compatibilizar com a pintura Em madeiras: - Tratamento dos nós (podem ser removidos) - Remoção de exsudações e outras contaminações -> raspagem, lixagem ou lavagem com solventes - Aplicação de tapa-poros

Tapamento dos poros por onde possam surgir resinas das camadas mais profundas (canais radiculares)

Diminuição da porosidade da madeira - Betuminagem de heterogeneidades (fendas, juntas) -> massas plásticas que ficam rígidas após evaporação do solvente Em superfícies metálicas: Decapagem (remoção dos óxidos e criação de rugosidade)

- Manual -> escovas de arame, lixagem - Mecânica -> jacto abrasivo de areia - Química -> ácido

Lavagem e desengorduramento - Remoção de óleos, poeiras e resíduos resultantes dos tratamentos anteriores

Esquemas de pintura

o Madeiras - Sistema oleoso/alquídico (interior e exterior) - esmaltes Lixagem (melhoria da aderência mecânica) 1 demão de primário oleoso

Boa aderência à camada local Proporciona boa aderência às camadas subjacentes

1 demão de subcapa oleosa (>espessura => + veic.fixo e - Proporciona maior espessura Isola a camada de tinta subsequente dos óleos da madeira Capacidade de absorção das variações volumétricas da madeira

2 demãos de esmalte (no mínimo) -> aspecto decorativo final 1ª demão – regularização da subcapa, dá espessura, é a mais importante 2ª demão – camada de acabamento, o mais importante é dar cor

- Sistema de verniz brilhante ou acatinado Indispensável aplicar tapa-poros -> verniz é película mais frágil e mons espessa (tinta tem sub-capa e pigmentos) Lixagem (melhoria da aderência mecânica) 2 demãos de verniz (sintético, celuloso ou PU)

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o Metais - Metais ferrosos (interior e exterior)

1 demão de mordente (cria rugosidade, garante protecção e assegura aderência das camadas subsequentes) 1 demão de primário -> para promover a aderência tem de ser compatível com a tinta de acabamento 1 demão de subcapa -> para ganhar espessura, atenuando o efeito dos agentes agressivos (oxigénio, humidade) 1 ou 2 demãos de esmalte (alquídico, epóxidico, borracha clorada)

- Metais não ferrosos -> normalmente não recebem pinturas

o Estuque, reboco ou betão Principais problemas: - Humidade e sais alcalinos - Porosidade e fissuração das superfícies => As tinas devem ser:

Resistentes à alcalis Deformáveis

=> Pode usar-se um selante anti-alcalino Protege a alcalinidade do suporte Regulariza a absorção da superfície, evitando manchas

- Estuque -> secagem de cerca de 30 dias ou até 10 dias apenas - Reboco e betão -> secagem de vários meses

- Sistema convencional (interior e exterior) 1 demão de selante anti-alcalino

Boa aderência ao suporte Resistência a pHs elevados Capacidade de reter os alcalis nos seus vazios Essencial em suportes com muitos sais (paredes antigas)

2 demãos de tinta da água 1ª mais diluída (absorção pelo suporte) 2ª mais concentrada em pigmentos

- Sistema texturado (interior e exterior) 2 demãos de tinta texturada (Ex: tinta de areia em que as cargas são a sílica) - Sistemas especiais

Sistema de borracha clorada (interior ou exterior) 2 ou 3 demãos de borracha clorada -> elevada resistência química

Verniz aquoso para betão (interior ou exterior) 2 ou 3 demãos -> deixar betão à vista, mas com algum acabamento aumenta a resistência do betão

- Sistema carepos 1 demão de selante anti-alcalino 1 demão de massa carepos 1 ou 2 demãos de esmalte Massa carepos: tinta espessa com elevada quantidade de cargas (massa) - Aplicação sobre suportes ricos em alcalis (os sais dispõem-se entre estes materiais de sacrifício) - Aspecto irregular disfarça eflorescências

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- Apodrece em ambientes húmidos A saber: Pintura: A pintura na construção civil é uma camada de acabamento na forma de uma película aderente, estratificada e de espessura total ≤ 1,0 mm. Os múltiplos estratos resultam da aplicação de sucessivas demãos de tintas de fundo (primário), massas de nivelamento e tintas de acabamento. É a camada de recobrimento de uma superfície, com funções protectora e decorativa, obtida pela aplicação de tintas e vernizes, através de técnicas específicas.

Camadas aplicadas por ferramentas e equipamentos específicos. A pintura na construção civil é aplicada sobre os mais diversos substratos: peças de betão, revestimento de argamassas, rebocos, alvenarias aparentes, componentes metálicos e de madeira (esquadrias, gradis, vigamentos, etc.), telhas, pisos cimentícios e de madeira, etc. Um sistema de pintura é um conjunto de tintas de fundo (p.ex.: seladores, primário anticorrosivos, fundos preparadores de superfície), massas de nivelamento (p.ex.: massa corrida, massa à óleo, massa para madeira) e tintas (e vernizes) de acabamento, formulados a partir de uma mesma resina.

Os principais sistemas de pintura empregados na construção imobiliária são os baseados nas resinas PVAc, acrílicas e alquídicas.

Função de protecção do substrato: A pintura aplicada assume a função de uma camada de sacrifício, que evita a degradação precoce do substrato sobre a qual é aplicada. - Revestimentos de argamassa: protege contra esfarelamento e a acção da humidade, reduz absorção de água e inibe o desenvolvimento de fungos e bolores; - Madeira: reduz a absorção de água e protege contra acção das intempéries, da água e do fogo; - Metais ferrosos: inibe a corrosão; - Alvenaria aparente: reduz a absorção de água Função decorativa ou estética: - Dar a aparência final da superfície aonde for aplicada através de cores, brilho, matizes e texturas. Na construção industrial empregam-se sistemas de pintura formulados a partir de diversas resinas como as epoxídicas, de poliéster e de Borracha clorada.

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Tinta de fundo (ou primário): Substância líquida, constituída por resinas, solventes (ou água), pigmentos e aditivos, aplicado inicialmente (primeira demão) sobre um substrato, com a função de preparar a base para receber a massa e ou a tinta de acabamento. Fundo: funções - Diminuir e uniformizar a absorção - Isolar quimicamente a tinta do substrato - Melhorar a aderência - Diminuir o consumo da tinta de acabamento - Proteger quimicamente contra corrosão dos metais Pinturas para alvenaria, concreto, argamassas e gesso - Pinturas permeáveis ao vapor d’água - Emulsões à base de resinas PVAc, acrílicas ou estireno-acrílicas - Tintas à base de cimento ou de cal (caiação) - Pinturas impermeáveis ao vapor de água - Alquídicas (esmaltes sintéticos) - Epóxi, borracha clorada, ... - Vernizes alquídicos, acrílicos ou poliuretânicos - “Pinturas” hidrofugantes (não há a formação da película) - Emulsões e soluções de silicones - Soluções de silano-siloxano Adequação do sistema de pinturas às características da base - Correcto preparamento da base - Qualidade compatível das tintas, fundos e massas - Adequação dos procedimentos de aplicação

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Perguntas de exame: De acordo com o projecto, a pintura dos elementos de madeira de um edifício deverá realizar-se através do recurso a uma tinta alquídica. Estabeleça o esquema a adoptar na pintura das portas exteriores, indicando todas as operações necessárias à sua eficaz aplicação. Por este esquema de pintura dar-se-á uma demão de primário alquídica, depois lixa-se seguindo-se uma demão de sub-capa alquídica e finalmente uma demão de esmalte ligeiro e lixa-se novamente, dando o acabamento final com outra demão de esmalte. Qual é a diferença entre um esmalte e um verniz? Diga, justificando, qual dos dois considera mais apropriado para revestir os seguintes elementos construtivos: portas de madeira de mogno, paredes de betão aparente e serralharias metálicas em varandas. Um esmalte possuir pigmentos de cor, enquanto um verniz é transparente. Portas de madeira de mogno – Verniz Paredes de betão aparente – Esmalte Serralharias metálicas em varandas - Esmalte Quais são as diferenças fundamentais entre um sistema de pintura com tinta plástica e um com tinta textura quando aplicados em paredes de alvenaria interiores? As tintas plásticas têm como características: superfície lavável, secagem rápida, enorme aderência a cimento e reboco, boa capacidade impermeabilizante. Contudo, estas tintas impedem as trocas de água com a superfície. Por outro lado, as tintas texturadas (tintas de areia), escondem as irregularidades do reboco, são mais económicas.

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Ligantes Hidrocarbonados e Materiais

betuminosos

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9 - Ligantes Hidrocarbonados e Materiais betuminosos

Programa: Materiais betuminosos: tipos, caracterização e aplicações. Os ligantes hidrocarbonados designam o conjunto de materiais de base betuminosa, com origem quer no petróleo, quer no carvão ou mesmo noutras matérias orgânicas, que também servem de base como matéria-prima para a concepção de outros produtos elaborados e pré-fabricados para a indústria da construção civil. De facto, como se pode ver pela figura seguinte, o crude é uma substancia da qual derivam uma multiplicidade de produtos de aplicação diária.

O termo ligante resulta das boas características de adesividade e poder aglutinante dos seus constituintes, que permitem a sua utilização genérica com essa ou outras funções inerentes a tais propriedades, juntando também a sua impermeabilidade, durabilidade, inércia química, etc. Ligantes hidrocarbonados Principal inconveniente é o fenómeno de envelhecimento Apresentam comportamento visco elástico Boa impermeabilidade Evoluem logo que são expostos ao ar e ao calor Permitem a execução de revestimentos mais duráveis Os vários tipos de betumes distinguem-se pelos seus graus de viscosidade Aumenta as resistências às fissuras dada a sua elasticidade

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Aumenta o ponto de amolecimento Melhora a resistência ao desgaste mecânico Permitem grande conforto, segurança e ate capacidade de drenagem superficial em pavimentos rodoviários Como impermeabilizante a introdução de fibras aumenta excepcionalmente a sua resistência mecânica e durabilidade

Principais ligantes Hidrocarbonados: Betume – O betume puro é uma mistura orgânica complexa de hidrocarbonados pesados, de origem natural ou artificial, solúvel em tricloroetileno (ou em sulfureto de carbono). Betume asfáltico – É um betume de origem petrolífera com propriedades aglutinantes características, sólido ou semi-sólido, obtido a partir do petróleo bruto por meio de destilação directa, insuflação ou “cracking”. É também correntemente designado por asfalto de destilação. Os betumes existem nos principais materiais betuminosos, que se descrevem a seguir: Asfaltos – São misturas naturais de betume asfáltico e material pétreo inerte fino,

originários do petróleo através de um processo natural de evaporação das fracções voláteis, permanecendo as asfálticas. O seu actual interesse no campo da impermeabilização é escasso, tendo sido substituído pelos betumes asfálticos. Rochas asfálticas – São rochas calcárias, sedimentares, naturalmente impregnadas de betume. Da sua granulação obtêm-se britas e areias asfálticas. Alcatrões – São materiais líquidos ou semi-sólidos constituídos predominantemente pelo betume, originados pela pirogenação ao abrigo do ar, de matérias orgânicas carbonáceas (destilação da hulha, lenhite, turfa, etc), com cheiro a “creolina” mais intenso que os asfaltos. São deformáveis e pastosos, mais sensíveis à temperatura que os asfaltos, o que implica uma menor faixa de utilização, visto que quando aquecidos são mais moles e resfriados são mais duros, tendo também menor resistência à intempérie. São designados conforme a material que lhes deu origem. Bréu – Produto sólido, resíduo da destilação dos alcatrões de hulha. Piche – Produto sólido, menos refinado que o breu, resíduo da destilação do alcatrão.

Ligantes hidrocarbonados – Conjunto de materiais de base betuminosa, com origem quer no petróleo quer no carvão ou outros materiais orgânicos afins. Principais ligantes hidrocarbonados: Betume – mistura complexa de hidrocarbonatos pesados, de origem natural ou artificial solúveis em tricloroetileno Betume asfáltico – betume de origem petrolífera Métodos para o estudo de misturas betuminosas (Marshall, Hubbard-Field e o Hveem)

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Os vários tipos de betume podem-se distinguir pelos seus graus de viscosidade, em função do tempo ou temperatura. O valor dessa viscosidade é correntemente avaliado por meio de método expedito que constitui a base do conhecido ensaio de penetração, no qual se mede, em decimas de milímetro, o comprimento que uma agulha normalizada (peso de 100g), que penetra verticalmente numa amostra de betume, sob condições conhecidas de pressão, tempo e temperatura.

O interesse prático do conhecimento do índice de penetração, é pois muito importante, ao permitir uma classificação expedita do betume a partir dos ensaios básicos correntes: o da penetração e do ponto de amolecimento (ºC), Anel e Bola, os quais deverão ser sempre realizados para caracterizar tecnologicamente um betume antes da sua utilização.

Modificação de betumes

De forma simplista, podemos referir-nos aos betumes modificados, como sendo semelhantes aos betumes tradicionais, mas melhorados em termos gerais, sendo possível classificar essa modificação em termos das seguintes propriedades:

- Susceptibilidade térmica;

- Capacidade de coesão

- Comportamento reológico

- Resistência ao envelhecimento

- Resistência à acção da água

Um betume modificado resulta da interacção entre um betume tradicional e um agente modificante, principalmente polímeros.

Utilização de betumes modificados:

Pavimentos – São constituídos por uma ou mais camadas.

Impermeabilização de edifícios – Os produtos ou materiais básicos tradicionais são o betume asfáltico de destilação directa e o betume oxidado. Estes produtos são normalmente utilizados para a fixação, saturação e recobrimento de armaduras e de membranas betuminosas que integram o sistema de impermeabilização e são aplicados habitualmente a quente. Os betumes polímeros constituem em termos de soluções de impermeabilização a melhor opção de desempenho, durabilidade e facilidade de aplicação.

Membranas betuminosas - Revestimento de solos - Impermeabilização dos edifícios - Produto pré-fabricado que usa betume na sua constituição

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Betume (derivado do petróleo, impermeável) Constituintes Feltros – armadura constituída pela interligação de fibras sem fiação, tecelagem ou entrelaçamento. Tela – armadura constituída pela interligação de fibras por fiação, tecelagem ou entrelaçamento – formação de rede Folha – armadura com superfície contínua constituída por materiais metálicos ou plásticos não absorventes Feltro ou tela betuminosa – feltro ou telas saturadas ou impregnadas com matérias betuminosos. Depois cola-se a folha por cima Feltro ou tela betuminosa: Produto pré-fabricado de forma laminar: - Terminados com material anti aderente e/ou material de protecção - Membranas auto protegidas (mineral ou metálica) - Não protegidas - Membranas tradicionais (oxidadas) e betume – polímero (modificados) - Quanto ao número de membranas podem ser monocapa (1 membrana) e bi-capa (2 membranas) - Usadas em impermeabilização de coberturas em terraço Membranas tradicionais – as mais antigas eram pouco resistentes a altas temperaturas Membranas oxidadas – mais resistentes a altas temperaturas mas menos resistentes às baixas. Membranas de betume polímero (APP,SPS)- resistente às altas e baixas temperaturas Membranas betuminosas, constituída à base de misturas betuminosas de betumes e polímeros APP e SBS. É um produto betuminoso elaborado As membranas betuminosas devem respeitar as classificações e características indicadas na NP. Membranas betuminosas: - Tradicionais - Não tradicionais (misturas com betume-polimero APP ou SBS) que proporcionam propriedades e desempenhos notavelmente optimizados Oxidação envelhece o material – daí a vantagem do APP - Arma-se o betume para conferir resistência mecânica (fibra de vidro, poliéster – mais resistente) Membrana: – Oxidada - o que impermeabiliza é o alumínio - APP – o que impermeabiliza é o betume

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Betumes oxidados: - Mais consistente e de melhor susceptibilidade térmica - Aumento do ponto de amolecimento - Envelhecimento precoce com menor resistência em termos de fragilidade ao frio e redução da aderência Betumes modificados (obtidos a partir de betumes de destilação directa): - Interacção de um betume com um agente modificante (polímero) - Betumes-polimeros: APP, SBS - Predomínio de betume – aumento da elasticidade e resistência ao escorregamento - Predomínio de polímero (polímero termoplástico ou elastómero) Objectivos: - Revestimentos mais duráveis - Aumento da adesividade dos granulados - Melhoria do comportamento elástico - Diminuir fragilidades (evitar fissuração) Reologia – comportamento visco-elástico Penetração – Quanto menor a penetração maior a dureza do betume Envelhecimento – Perda de componentes voláteis. Oxidação devido aos UV. Materiais de protecção – Acabamento de membranas – protecção aos UV, vento, etc…

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Perguntas de exame: Indique a constituição de uma membrana betuminosa a ser aplicada num sistema de impermeabilização de uma cobertura plana de acessibilidade limitada para a qual não está previsto no projecto a utilização de protecção pesada. Pretende-se portanto uma membrana betuminosa para uma cobertura não visitável e auto-protegida (sem protecção pesada). Têm-se portanto de ter a laje (suporte), a camada de forma, a impregnação (de seguida, e conforme queiramos ou não isolamento térmico, coloca-se a barreira-vapor e o isolamento térmico), finalmente põe-se asfáltico (poligrés 30). Como é constituída uma membrana betuminosa? Quais os factores a considerar na aplicação em coberturas acessíveis a peões? A membrana betuminosa é constituída por uma armadura (confere resistência mecânica), por uma fina camada de material betuminoso e por material de recobrimento (confere aderência). Para coberturas acessíveis a peões, a camada de recobrimento deve proporcionar aderência e protecção contra o desgaste e a armadura deve conferir resistência ao choque, ao corte e à flexão. Diga o que entende por um betume oxidado, referindo o seu modo de obtenção, as suas vantagens e desvantagens face ao betume de destilação directa que lhe dá origem. O betume oxidado é um tipo de betume fundamental na impermeabilização. É correntemente usado para o fabrico de telas impermeabilizantes e massas de impregnação e colagem. A sua produção, com base nos betumes de destilação aquecidos a 250ºC a 290ºC, previamente misturados com um óleo especial é obtida num reactor de oxidação, onde se insufla ar de pressão. O processo de oxidação modifica parcialmente as características reológicas do betume, pios obtém-se um aumento considerável do ponto de amolecimento, um abaixamento da penetração e um melhoramento do ponto de rotura a baixas temperaturas. Os betumes de destilação são utilizados para a produção dos betumes polímeros, para a impregnação das armaduras das telas betuminosas. Não são adequados para utilização em coberturas, devido à sua grande penetração e pontos de amolecimento demasiados baixos. Tendo em conta as características apresentadas no quadro que se segue: Indique os betumes, sabendo que constam do quadro um exemplo de: betume de destilação directa, betume oxidado e betume polímero SBS Refira e justifique qual o betume mais adequado para ser utilizado na produção de telas betuminosas. Tipo de betume T anel e bola [ºC] Penetração [dmm] Fragilidade ao frio [ºC] Betume 1 85-100 25-40 -5 Betume 2 100-120 30-50 -25 Betume 3 37-55 180-200 -10 Betume 1 – Betume oxidado Betume 2 – Betume SBS Betume 3 – Betume destilado O betume mais adequado para a produção de telhas betuminosas é o betume APP, pois apresenta óptimas qualidades impermeabilizantes maior durabilidade e resistência, face aos feltros à base de betumes oxidados.

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Ligantes

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10 - Ligantes

Programa: Ligantes aéreos e hidráulicos: gesso, cal aérea, cal hidráulica e cimento. Matérias-primas, processos de fabrico, variedades (tipos), processos de hidratação e endurecimento, características, aplicações e ensaios de caracterização. Estuque. Adições para cimento. Características hidráulicas, hidráulicas latentes e pozolânicas. Introdução: Ligantes: Produtos fornecidos em forma de pó ou liquido, que misturado com outro produto tem a capacidade de serem moldados durante algum tempo, acabando por endurecer Tipos de ligantes → Aéreos (só faz presa ao ar; resistências mecânicas baixas; gesso, cal aérea) → Hidráulicos (faz presa ao ar e na agua; cal hidráulica, cimento) Exemplos de ligantes → Gesso → Cal → aérea → Hidráulica → Cimento

Tempo de presa

Resistência mecânica (MPa)

Matéria-prima Temperatura de processamento

Grau de Finura

Gesso 1º 5 a 15 (comp.) Pedra de gesso 160ºC Menos fino Cal aérea 4º So a longo prazo Calcário 900ºC Fino Cal hidráulica 3º 1,5 a 5 aos 28 dias Calcário+argila 1200-1300 ºC Muito fino Cimento 2º 30 a 42,5 aos 28dias Calcário+ argila+

margas 1450ºC Muito fino

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Gesso O gesso é uma rocha sedimentar que se encontra em jazidas de precipitação O gesso endurece independentemente do contacto com o ar – só precisa de libertar água. Foi usado no passado em países de climas secos (ligação das pedras das pirâmides). Foi o primeiro ligante artificial (o 1º foi o barro). É um material relativamente grosso. O gesso é muito usado como retardador de presa do cimento (capta a agua do cimento e o cimento terá menor facilidade em fazer presa) Boas propriedades corta-fogo e isolante. Fabrico → Pedra moída (triturada) → Forno a 160ºC: CaSO4.2H2O + calor → CaSO4.1/2H2O + H2O Sulfato de cálcio hidratado → Moagem (redução a pó) -Amassando o pó com agua obtêm-se uma pasta que faz presa rapidamente Tempo de presa Presa é muito rápida. → 15 a 20 minutos Pode usar-se cal como retardador de presa Resistência mecânica Resistência mecânica fraca → A resistência mecânica depende da natureza, grau de finura e quantidade de água de amassadura do gesso. → À tracção: 2,0MPa → À compressão: 5,0MPa Humidade Muito sensível à humidade → Não é bom para meios húmidos (ex.: exteriores) Resistência ao fogo → Incombustível, isolante térmico, liberta vapor de água (termicamente regulador) → Contribui na redução da temperatura nos compartimentos porque absorve calor e liberta água (volta a ocorrer a reacção de fabrico). (formação de uma superfície fria – reduz condensações) Nota: EF → estável ao fogo tempos: 30, 60, 120, ..., 240min PC → pára chamas CF → contra fogo → Isolamento acústico – pode obter-se superfícies rugosas com boa absorção de som → Muito permeável (inadequado para exteriores) → Económico → Corrói o ferro e o aço

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→ Adere mal a superfícies lisas (madeira), pelo que se desenvolveram técnicas para evitar este inconveniente (estuque), Boa aderência → tijolos, pedras naturais, aços, vidro, cartão Má aderência → Madeira Finura Quanto mais fino é o grão, mais lisa é a superfície obtida e melhor é o ligante (é mais resistente). Quantidade de água Nota: água de amassadura é a água quimicamente necessária à hidratação, mais a água necessária à manipulação do material O aumento da quantidade de água implica: → Diminuição de resistência quando endurecido; → Aumento da porosidade/permeabilidade; → Diminuição da durabilidade. Aderência → Pedra → Madeira (não adere à madeira) → Aço (o gesso tem um efeito corrosivo no aço) O ferro deve ser galvanizado para evitar a corrosão pela água do gesso Aplicações → Elementos decorativos → Estuque (mistura de cal e gesso; a cal retarda o tempo de presa do gesso) → Placas de gesso cartonado (pladur) → Placas de estufe (tectos falsos) → Retardador de presa (fabrico de cimento) → Medicina Junta-se água ao pó de gesso, que volta a repor a água retirada na moagem e aquecimento. No final deste processo de hidratação o gesso volta a endurecer. O endurecimento é o processo inverso à hidratação, que leva normalmente à formação de SO4Ca2OHO2, mas agora no estado cristalino. Presa - a solidificação começa pela presa, quando a pasta perde plasticidade, devido à hidratação das moléculas

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Estuque Estuque – técnica de aplicação do gesso (obras de reabilitação) Constituído por 3 camadas. 1) Esboço (camada inicial que começa a dar a forma pretendida) 2) → Cal em pasta (2) + areia branca (4 – 5) Ou → Cal hidratada (5) + areia branca (11) + cimento (1) 3) Estuque (acabamento) → Cal em pasta (2) + gesso (1) Boas propriedades → Anti-fogo: absorção de calor e libertação de água → Anti-fungo: alcalinidade → Regulação da humidade → Conforto térmico e acústico Aplicado sobre a camada de regularização (reboco) Desvantagem: muita mão-de-obra As consequências de fixação em estuque de uma cal que não foi extinta, são a expansão do material com a humidade do ar que também vai provocar pequenas depressões no estuque, que fendilha. Se começam a aparecer pequenas cavidades na superfície do estuque – presença de calcário (CaO) na massa do estuque (má extinção) que formou grânulos nos quais só com o tempo foram hidratados expandindo e ficando a parede com cavidades. Estuques aplicados sobre camada de regularização:

Estuque tradicional: Esboço 1 cal: 2 a 2,5 areia branca Estuque 2 cal: 1 gesso

Estuque projectado: Monocamada aplicada por projecção Os estuques projectados são mais duros e resistentes, mas menos deformáveis o que pode provocar fendilhação.

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Cais Matéria-prima: rocha calcária pura ou quase pura. A cal só endurece por carbonatação. Cal aérea Calcinação (transformar a cal por meio do “fogo”, em fornos) CaCO3 + calor (900º) → CaO + CO2 - Fabrico de cal viva 100g 4–6h 56g 44g Cal viva – sem grandes aplicações na construção. Sólido, branco. Usada para obter outros ligantes, ou como retardadora de presa do gesso. Extinção CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15 calorias 56g 18g 74g Cal apagada – Obtêm-se por extinção da cal viva. Hidróxido de cálcio. Sólido, amorfo, pulverulento, comercializado sob a forma de po. Sob a forma de pasta (po+agua) tem a propriedade de endurecer lentamente. A extinção das cais é a adição da agua à cal viva, CaO, com o intuito de obter um ligante que possa ser comercializado, obtendo-se a cal apagada Ca(OH)2. Carbonatação Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O + 42 calorias - Presa Resumo do processo de fabrico: Cozedura do calcário → cal viva → reacção com agua (extinção) → cal apagada Cal apagada → Em pó → Em pasta → Em calda Nota: as argamassas de cal têm um tempo de presa muito elevado Designação de cais aéreas → CL90 Nota: O número refere-se à percentagem de CaO + MgO na cal. → CL80 Cal gorda: menor percentagem de impurezas → CL70 Cal magra: maior percentagem de impurezas Exemplo: CL90 – cal aérea com um teor máximo de 90% de CaO+MgO Qualidades (a exigir) da cal hidratada → Sem grãos de CaO: ao reagir com a água da amassadura, forma cal apagada (sem cal por apagar) → Sem materiais inertes:

Cal viva

cal apagada

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→ Sem carbonatação (sem absorção de CO2) : deve ter-se cuidado na armazenagem para que a cal não carbonate antes de ser utilizada. Características → Maior trabalhabilidade → Retenção de água → Plasticidade → Permeabilidade ao vapor de água → Impermeável à água (por menor fendilhação) → Boa aderência ao suporte → Mau condutor térmico → Anti-fungo (impede eflorescências por fungos) → Resistência só se obtém a longo prazo Não endurece na agua pois não possui propriedades hidráulicas Tempo de presa: 16-30 dias. Aplicações da cal: → Argamassas – revestimentos de paredes e tectos → Assentamentos de alvenaria → Pintura com suspensão de cal em água → Argamassa para estuque (+gesso) Não pode ser aplicada em obras hidráulicas.

Cal Cimento Areia Argamassa de cal 1 - 3 – 4

Argamassa bastarda 1 1 3 2 1 9

Relação existente entre o processo de endurecimento de uma cal aérea e o fenómeno de carbonatação dos betões: - A presa da cal aérea é em simultâneo uma carbonatação e evaporação da água, pois neste processo expõem-se a cal aérea aos óxidos de carbonato da atmosfera, libertando vapor de água e formando CaCO3. - A carbonatação do betão consiste também na reacção da cal livre Ca(OH)2 presente no betão (mais especificamente na sua superfície) aquando da entrada em contacto com o CO2 da atmosfera gerando CaCO3. Endurecimento → evaporação + recarbonatação (se estiver num ambiente muito húmido não faz presa) Tempo de endurecimento: cal aérea (6 meses); cal hidratada (30 dias); cimento (10 a 12 horas)

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Cal hidráulica Termo para designação dos compostos situados entre a cal aérea e o cimento. Obtêm-se por adição de argilas e aumento da temperatura de cozedura (relativamente à cal aérea). Matéria-prima -Calcário com teor de argila superior a 8%. Rochas calcárias + argila (5 a 10%) Margas Processo de fabrico -Britar as margas – forno rotativo (1200-1300ºC) – Extinção moagem (redução a pó). - Calcinação a 1200- 1300ºC – Depois de cozido são extintas e reduzidas a pó. Margas + calor (1200 – 1300ºC) → CaO + 2CaOSiO2 + 3CaOAl2O3 55% 23% 22% Índice hidráulico I.H. = SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 CaO + MgO I.H. < 0,1 → Cal aérea I.H. > 0,6 → Cimento Faz-se presa debaixo de água. Aplicação → Argamassas Razões (comparadas com o cimento) → Menor fendilhação; → Maior resistência à compressão (em relação à cal aérea); → Maior trabalhabilidade; → Maior impermeabilidade (devido à menor fendilhação) - Mais impermeável, menor fendilhação e maior resistência que a cal aérea. Designação de cais hidráulicas HL2,0 Nota: o número designa o valor à compressão HL3,5 aos 28dias HL5,0 NHLS → Cal hidráulica que aos 28 dias apresenta uma tensão de compressão inferior a 5MPa. Tempo de presa: 2 a 4 dias. 1 a 12 horas – caso limite (quase cimento) Endurecimento – Está associado à cristalização do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) cal apagada. Resistência da cal hidráulica é menor que a do cimento. Tem tempo de presa superior à do cimento. Retracção da cal hidráulica – tende a ter menos fissuração que um cimento porque: diminui menos o volume; retrai mais lentamente. Presa e endurecimento – Hidratação (quer na agua, quer no ar), Recarbonatação da cal apagada.

SiO2 – sílica; Al2O3 – alumina;

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Cimento Cimento de Portland → descoberto em 1824 por Joseph Apsdin - Produto fornecido em forma de pó ou liquido, que misturado com outro produto tem a capacidade de serem moldados durante algum tempo, acabando por endurecer. - Ligante hidráulico - Presa do cimento ≈ Presa da cal hidráulica Matéria-prima → Calcários + argila ou/e margas Processo de fabrico O cimento obtém-se durante a cozedura da matéria-prima, pela reacção da cal, sílica, alumínio, óxido de ferro e ainda magnésio e alcalis entre si. → Britar as rochas da matéria-prima → Homogeneizar → Moer: cru ou farinha → Homogeneização → Correcção com aditivos → Forno: clinquer → Clínquer + gesso → Moagem do clinquer (origina cimento) Para completar o cimento adiciona-se ainda regulador de presa Resumo: Preparação da mistura (obtém-se o “cru”); cozedura a 1200-1500ºC (obtém-se o clinquer); arrefecimento; moagem. A água de hidratação constitui apenas 20% do peso do cimento. Composição da matéria-prima

Composição Abreviaturas Cal CaO 65% C

Sílica SiO2 21% S Alumina Al2O3 6% A

Óxido de ferro Fe2O3 3% F Água H2O - H

-Teor máximo de cloretos = 0,1% - porque baixam o pH e contribuem para a corrosão das armaduras do betão armado. Componentes principais do clinquer → Silicato tricálcico C3S 60% confere resistência mecânica → Silicato bicálcico C2S 20% confere resistência mecânica → Aluminato tricálcico C3A 8% reage com o gesso, evitando presa rápida → Ferroaluminato tetracálcico C4AF 12% resistência ao ataque químico Composição do cimento – Método de Bogue, método de difracção raio x, microscópio. C3S – contribui para a resistência mecânica inicial e ao longo do tempo

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C2S – contribui para a resistência aos 28 dias. C3A – principal composto a libertar calor. É indesejável porque promove a presa instantânea ou rápida,

aumenta o calor de hidratação (tal como o C3S). Confere resistência mecânica rápida e de pouca duração

C4AF – confere resistência química e durabilidade. Redução do C3A – cimento resistente aos sulfatos. Redução de C3A e C3S – cimento com baixo calor de hidratação. Aumento de C3S – cimento de elevada resistência inicial. Redução ou eliminação do ferro – cimento branco Reacções de hidratação do cimento → Silicato tricálcico (C3S) 2C3S + 6H → C3S2H3 + 3Ca(OH)2 simplificação 100 24 75 49 massa → Silicato bicálcico (C2S) 2C2S + 4H → C3S2H3 + 3Ca(OH)2 simplificação 100 21 99 22 massa → ferroaluminato tetracálcico (C4AF) 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 3Ca(OH)2 + nH2O → 3CaO.Fe2O3 + mH2O + 3CaAl2O3jH2O → aluminato tricálcico (C3A) 3CaO.Al2O3 + Ca(OH)2 + 12H2O → 4CaO.Al2O3.13H2 3CaO.Al2O3 + CaSO4.2H2O → 4CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O Calor de hidratação

Finura do cimento As partículas têm φmed = 10μ, apesar de poderem ter φ = 10 a 100μ. (1μ = 10-6m)

Grão mais fino → Maior resistência → Endurecimento mais rápido → Maior quantidade de gesso

α = 1x10-5ºC-1 → coeficiente de dilatação térmica Nota: quando o betão hidrata, essa massa tem tendência a contrair porque as reacções de hidratação, que são exotérmicas, terminam.

Nota: quanto maior for a finura do cimento, menor é o tempo de hidratação.

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Retracção do cimento (por secagem) → Pasta de cimento ao ar: εcs = -2x10-3 ΔT = -200ºC (este encurtamento é equivalente a arrefecer um bloco de cimento de 200ºC). → Pasta de cimento dentro de água: εcs = -(1/3 a 1/100)2x10-3

Retracção → Perda de água

→ Perda de calor de hidratação – perda de calor provoca uma contracção do material. Minimiza-se diminuindo a percentagem de componentes exotérmicas como C3A para se desenvolver C4AF que desenvolve menos calor.

Retardador de presa – gesso (falsa presa) Acelerador de presa – cloreto de cálcio Cl2Ca (percentagem > 2%; Se for <1% é retardador de presa) Volume cimento hidratado > Volume cimento anidro < V (Σ componentes) Expostas ao ar a retracção é de 2 mm/m. Imerso em agua, dá-se um aumento do comprimento de 1/3 a 1/10 da retracção. Os cimentos expansivos (tipo de cimento especial) compensam este efeito.

Notas: 30m 30m 30m

Nota: sol + vento = grande evaporação superficial na laje.

Juntas de dilatação

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→ De um modo geral, deve deixar-se juntas de dilatação de 30 em 30m. → Deve regar-se os betões para diminuir a retracção e para melhorar a hidratação do cimento. Acções erosivas → O cimento endurecido tem hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) → pH ~ 14 - sem corrosão → os ácidos atacam os betões (cimento é alcalino) → As águas sulfatadas reagem com os aluminatos do betão formando-se o sal de Candlot (reacção expansiva). As águas do mar têm bastantes sulfatos. → Carbonatação Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Apesar da resistência do betão aumentar devido à formação de carbonato de cálcio, as oxidações do aço dão-se devido à diminuição do pH. Ataques ao cimento: Genericamente: Aguas agressivas:

Agua sulfatada – Sulfatos fixam-se sobre os alumínios e formam o sal de Candelot. Cristalização provoca aumento de volume e delaminação e fendilhação. Prevenção: utilização de cimento com baixo teor de C3A. Agua do mar – Formam-se sulfatos de cálcio por reacção do sulfato de magnésio da agua do mar com o Ca(OH)2 do cimento (formação de sal de Candelot). Prevenção: utilização de cimentos pozolânicos e de escoria de alto forno (menor calor de hidratação e fendilham menos). Água pura – Dissolve-se a cal e a alumina – cimento perde a coesão.

Cloretos: Frequentes problemas com uso de areias marinhas mal lavadas (atacam as armaduras do betão). Cloretos: Alteram o tempo de presa e velocidade de endurecimento. Corrói as armaduras em betão armado ou pré-esforçado. Substâncias gordurosas Carbonatação: Reacção superficial de CO2 atmosférico com a cal livre Ca(OH)2, que se volta a transformar em calcário (delaminação superficial e eventual exposição das armaduras – reacção expansiva). Se as armaduras forem expostas, o cimento aumenta de volume devido à oxidação que leva à crescente destruição do cimento.

Influência da temperatura → T < -5ºC: não há presa Nota: água de amassadura: T > 12ºC → T < 5ºC: presa lenta Em Portugal é proibido betonar com temperaturas inferiores a 5ºC. Resistência do cimento A resistência do cimento é avaliada pela sua resistência em argamassa normal. → Argamassa normalizada → Areia normalizada 1,350kg

Nota: a/c = relação entre a água e o cimento

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→ Cimento 0,500kg → Água 0,200kg

Factores que influenciam a resistência: - Agua da amassadura : ↑ agua ↓ resistência - Finura do grão: ↓ Diâmetro ↑ resistência ↑ hidratação - Composição química: ↑ C3S e C2S ↑ resistência mecânica ↑ pozolana ↑ resistência química ↑ filer ou sílica de fumo ↑ resistência mecânica - Condições de cura: ↑ fendilhação ↓ resistência Usos mais comuns dos cimentos (relativamente à resistência) → Pontes, pré-fabricados: 52,5R → Elementos estruturais: 42,5N → Betões pobres/de regularização/de limpeza: 32,5N Cimentos especiais: Cimento aluminoso fundido ou cimento de aluminato de cálcio → 3CA + 12H → C3AH6 + 2H3 → Tempo de presa: 2,5 a 3,5 horas → 4 horas após o início de presa: resistência = 40MPa → 24 horas após o início de presa: resistência = 50MPa → A presa deste cimento não é influenciada pela temperatura → É mais resistente que o cimento de Portland a altas temperaturas → Usado em obras de reparação rápida, especialmente que envolvem estanquidade → Custo elevado (deixou de se usar) Cimentos expansivos → Ao expandirem anulam grandemente os efeitos da retracção → Há adjuvantes que conferem as mesmas propriedades Cimentos impermeabilizantes → Qualidade duvidosa → Há adjuvantes que podem dar o mesmo efeito

Nota: σCK é o valor de tensão para o qual 95% dos provetes não atingem a rotura. σCK = 32,5MPa valores σCK = 42,5MPa mais σCK = 52,5MPa comuns

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Outros tipos de cimento → Argamassas de reparação → Argamassas de selagem: são auto-nivelantes e têm grande resistência (>70MPa) → Cimentos cola → Cimento branco (Portland) – Usado para betão branco e produção de mosaico hidráulico. Não tem ferro. Mais caro porque consome mais energia. Corantes → Óxido de ferro (vermelho, ocre) → Óxido de crómio (verde) → Óxido de cobalto (azul) Adições Têm como objectivo substituir parte do cimento na produção de betão. Gesso, pozolanas, escoria de alto forno, cinzas volantes. Pozolanas Permitem poupar cimento. Usada em obras marinhas. Só por si não tem propriedades hidráulicas, mas com o cimento funciona como um bom ligante. Sílica (SiO2) + alumina (Al2O3) Naturais: rocha vulcânica Artificiais: argilas cozidas (~900ºC) Materiais pozolânicos são aqueles que não possuem propriedades hidráulicas sozinhos, mas quando são moídos e acrescentados numa mistura reagem quimicamente e formam as propriedades desejáveis. Efeito pozolânico – cimento de resistência em idades mais avançadas Cinzas volantes Poupa cimento e energia. Características próximas do cimento. Cinzas das centrais térmicas a carvão. 60 kg cimento + 40 kg cinzas → um pouco menos eficaz que 100 kg de cimento mas mais barato. Nota: → As pozolanas e as cinzas volantes reagem com o hidróxido de cálcio formando-se um ligante. → As pozolanas e as cinzas volantes têm propriedades químicas semelhantes → As cinzas volantes têm baixo custo → As percentagens de pozolanas e as cinzas volantes obedecem à especificação 378 do LNEC

→ Redução do calor de hidratação Cinzas volantes não tem propriedades hidráulicas, mas tem o efeito pozolânico (é um material pozolânico), tal como o filer calcário. Efeitos da introdução de pozolanas e as cinzas volantes no cimento/betão Devido a estes dois efeitos, a quantidade de cinzas nos betões para construção de barragens é elevada → Presa e endurecimento mais lentos → Menor calor de hidratação → Menor resistência inicial → Aumento da resistência química (principalmente aos sais marítimos; as pozolanas são ligeiramente mais resistentes)

Nota: actualmente existe uma grande variedade de cores para adicionar ao betão. Estes óxidos eram comprados nas drogarias há uns anos atrás.

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→ Diminuição do pH (devido à menor concentração de hidróxido de cálcio; implica corrosão das armaduras de aço) → Menor tensão de rotura → Maior resistência aos agentes agressivos Escória do alto forno No fabrico do aço, por cada tonelada de ferro que se obtém do minério, forma-se uma tonelada de escória Composição semelhante à do clinquer → SiO2 ~ 30% → Al2O3 ~ 20% → CaO ~ 50% Nota: a escória não tem propriedades tão boas como as do cimento Tem propriedades hidráulicas: presa, endurecimento, etc. (Hidraulicidade latente) Permite poupar cimento. Vantagens económicas e ambientais. Boa durabilidade. Filer calcário Os grãos de pó são catalisadores das reacções de endurecimento do cimento. Este contributo do pó de pedra é benéfico na ordem de 10 a 20% porque assim não implica uma perda de resistência do betão. Efeito filer – Preenche os poros aumentando a densidade (aumenta a fluidez com uma relação a/c muito baixa) Filer calcário - Melhora a trabalhabilidade, a resistência química e mecânica, e a retracção, sem prejuízo nenhum. Muito fino – aumenta a compacidade. Melhora a fissuração. Sílica de fumo (pozolânica, filer) → É um produto caro → Tem uma granulometria muito pequena (muito fina) → Tem uma composição semelhante à das cinzas volantes → Ao adicionar cerca de 5 a 10% da parte de cimento torna o betão menos poroso; o betão torna-se quimicamente mais resistente (i.e. os agentes químicos têm maior dificuldade em penetrar no betão) Aumenta a compacidade, a resistência mecânica e a resistência a ambientes agressivos. Melhora a durabilidade. Tipos de cimento (de acordo com a norma EN 197-1)

Tipo % clinquer Adições Resistência aos 28 dias Resistência nos 1os dias

CEM

I A (>80%)

S (escória) 32.5MPa

N (normal) II V (cinza volante) III

B (>65%) L (calcário) 42.5MPa

IV M (qq tipo de adição) 52.5MPa R (elevada)

V A – alto teor em clinquer – não adequadas para obras marinhas porque terão grande calor de hidratação, não possuindo grande resistência química. As águas salgadas vão desagregar por diminuição do pH. Exemplo: CEM I/A – M (S-V-L) 52,5R

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Velocidade de endurecimento

Resistência mecânica a curto prazo

Acção da carbonatação

CEM I 32,5 N Normal Normal Normal CEM II/A-L 42,5 R Rápida Elevada Baixa CEM I 52,5 R Normal Elevada Normal Prescrição de um cimento: -Obras marinhas:

Cimento pozolânico – Menor fendilhação – maior protecção do cimento e armaduras. Porém há um abaixamento do pH. Cimento de filer – Muito compacto – maior impermeabilidade aos agentes corrosivos. Cimento de escória – mais estáveis.

-Barragens: Grandes massas de cimento – enormes gradientes térmicos durante a presa e endurecimento. Cimentos com baixo teor de C3S e C3A (pozolânicos) – o ganho de resistência é mais lento mas o calor de hidratação e a fissuração é muito menor.

-Elementos: Pré-esforçados, Pré-fabricados

Cimento do tipo I – maiores quantidades C3S para a presa ser a mais rápida possível -Trabalhos de reparação:

Cimentos expansivos ou anti-retracteis (para que o novo material adere ao antigo). Geralmente usa-se colagens com resinas, que é o único modo de assegurar a adesão duradora.

Materiais de reabilitação: - Mais duráveis que o material existente (aos agentes atmosféricos e às agressões físico-químicas) - Rigidez e propriedades térmicas semelhantes ao material original - Protecção à armadura existente e/ou nova - Estabilidade dimensional (retracção mínima) - Excelente aderência ao material existente assim como entre o aço e o betão - Ganho de resistência apreciável num curto espaço de tempo - Trabalhabilidade adequada Cimento - A escolha do tipo de cimento mais adequado a uma determinada obra requer o conhecimento das características dos diversos tipos disponíveis no mercado - A estabilidade dimensional do betão (expansão, retracção, fissuração) e a resistência química do betão (água do mar, salinidade do ar, poluição atmosférica) estão intimamente ligados às características físicas e químicas do cimento (tais como finura, expansibilidade, composição potencial, presença de cal livre, óxido de magnésio, etc.) e não tanto à sua resistência mecânica. - Silicato tricálcico – 3CaO.SiO2 – C3S (20%-65%) - Silicato bicálcico – 2CaO.SiO2 – C2S (10%-55%) - Aluminato tricálcico – 3CaO.Al2O3 – C3A (0%-15%) - Ferro-aluminato tetracálcico – 4CaO. Al2O3 .Fe2O3 – - C4AF (5%-15%) - Gesso – CaSO4.2H2O – C5H2 - Álcalis (Na2O, K2O) na forma de sulfatos (SO4) - Óxido de Magnésio (MgO) - Cal livre (CaO) - ... Silicato tricálcico – 3CaO.SiO2 – C3S - Responsável pela resistência mecânica (com C2S) - Principal responsável pela resistência inicial - Quantidade elevada de calor de hidratação, sobretudo nas primeiras idades (120 cal/g)

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- Liberta hidróxido de cálcio Ca(OH)2 . Na presença de sulfatos e humidade: reacções expansivas . Reage com CO2 / carbonatação . Pode ser lavado por águas percolantes, enfraquecendo o betão Silicato bicálcico – 2CaO.SiO2 – C2S - Responsável pela resistência mecânica (com C3S) - Menos importante nas resistências iniciais - Menor quantidade de calor de hidratação (62 cal/g), sobretudo nas primeiras idades, face ao C3S - Liberta 1/3 do hidróxido de cálcio Ca(OH)2 face ao C3S Aluminato tricálcico – 3CaO.Al2O3 – C3A - O que mais rápido se hidrata - Pouco importante na resistência - O que liberta maior calor de hidratação (207 cal/g), sobretudo primeiras idades - Gesso: reduz velocidade de hidratação do C3A, controlando o tempo de presa - C3A + sulfatos → gesso + etringite (reacção expansiva) - C3A + Ca(OH)2 + H2O + fosfatos → trissulfaluminato NOTA: Trissulfaluminato = Etringite → expansiva Fosfatos (solos gessíferos, água do mar ou efluentes industriais) Ferro-aluminato tetracálcico – 4CaO. Al2O3 .Fe2O3 – C4AF - Não contribui para a resistência - Calor de hidratação (100 cal/g) intermédio entre C3S e C2S - Boa estabilidade química Cal livre (CaO) - Composto indesejável - Surge devido a problemas oriundos da fabricação do clínquer ou da hidratação do cimento - Hidratação fortemente expansiva → fissuras - Cal livre hidratada (hidróxido de cálcio, Ca(OH)2) pode ser lavada por águas percolantes, provocando o enfraquecimento do betão Álcalis (Na2O, K2O) na forma de sulfatos (SO4) - Podem reagir com sílica reactiva de alguns agregados, dando origem a um gel que se expande em contacto com água – Reacção alcális-sílica Óxido de Magnésio (MgO) - Pode ser expansivo (quando na forma de pericálcio) Norma NP EN 197 – 1 – Composição, especificações e critérios de conformidade para cimentos correntes CEM I – Cimento Portland CEM II – Cimento Portland Composto CEM III – Cimento de Alto Forno CEM IV – Cimento Pozolânico CEM V – Cimento Composto Cimentos produzidos em Portugal i) Cimentos de alta resistência inicial - 3 Alternativas: (i) Maior quantidade de C3S, (ii) cozedura mais forte ou (iii) moagem mais fina do clínquer (o mais eficaz) - Desenvolvimento de resistência mais rápido - Maior calor de hidratação → mais retracção (fissuração) - Mais Ca(OH)2 → menor durabilidade

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ii) Cimentos de alto forno - Moagem conjunta de clínquer + escória de alto forno - Desenvolvimento mais lento do calor de hidratação e menor retracção - Maior tempo de endurecimento / cura mais lenta - Maior resistência a sulfatos - Exemplos de utilização: peças de grandes dimensões, elementos expostos à água do mar ou de água de afluentes sanitários iii) Cimentos Portland resistentes a sulfatos (atacam C3A) - Teor C3A do clínquer < 8% ou - Escória granulada de alto forno 60%-70% ou - Materiais pozolânicos 25%-40% iv) Cimentos Portland pozolânicos e cimentos pozolânicos - Moagem clínquer + pozolana (6%-55%) - Pozolanas – sílica e alumina (Naturais: cinzas vulcânicas; artificiais: cinzas volantes, ...) - Pozolana + Ca(OH)2 + H2O – ligante análogo ao cimento Portland - Maior resistência química (menos Ca(OH)2 livre) - Endurecimento mais lento, resistência final maior, calor de hidratação muito inferior - Exemplo de utilização: barragens Agregados grossos - Influência na redução da retracção e na resistência mecânica - Sem substâncias nocivas (argilas, matéria orgânica, etc.) - Teor de humidade controlado (alteração da relação a/c) - Composição granulométrica (influencia a compacidade, resistência, trabalhabilidade, uniformidade) - Reabilitação / recomposição de peças de B.A. → limitação às dimensões: equipamento (ex. betão projectado), espessura da camada a aplicar, espaçamento das armaduras - Sílica reactiva (+ álcalis + água) → gel expansivo - Porosidade (absorver < 10% de água, em peso) Agregados finos - Compacidade do betão / durabilidade - Sem substâncias nocivas (argilas, matéria orgânica, siltes que diminuem aderência, etc.) - Granulometria (influencia muito a qualidade do betão) - Densidade (“medida da qualidade” dos agregados finos, porosidade, resistência) - Sílica reactiva (+ álcalis + água) → gel expansivo - Areia do mar → “cast-in chlorides”, efeito dos cloretos na velocidade de endurecimento do betão Água - Relação água/cimento: resistência, porosidade, durabilidade, retracção - Hidratos de carbono (açucares) – aumentam tempos de presa ou até a impedem - Presença de iões dissolvidos: que se combinam com o Ca do cimento retardando ou impedindo a presa (ex. iões de Mg) álcalis ou sulfatos que reagem com cimento ou agregados → reacções expansivas que promovem corrosão das armaduras (ex. cloretos, sulfetos, amónio, nitratos) Aditivos - Modificação ou implementação de certas propriedades (estado fresco e endurecido) - Sempre que possível, deve-se evitar o seu emprego - Aditivos não devem servir para corrigir defeitos como selecção incorrecta dos componentes, má dosagem, deficiente colocação em obra, etc. - Garantia de protecção adequada (humidade, calor) durante armazenamento - Garantia de controlo rigoroso da dosagem - Garantia de uniformidade da mistura - Prevenção de incompatibilidades químicas entre diferentes aditivos

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Resumo: Gesso: Realização de presa dá-se com um aumento de volume Tem presa rápida (ao fim de 10 a 15 minutos começa a ganhar presa) Não endurece debaixo de água As resistências mecânicas são bastante variáveis e normalmente baixas Reage com a água libertando grandes quantidades de calor Adere bem ao tijolo, pedra e ferro Adere mal à madeira No nosso clima não pode ser usado em exteriores (agua dissolve gesso) Bom material para isolamento térmico, acústico e impermeabilidade ao ar Muito usado em ornamentações delicadas de tectos e paredes Cal Aérea Ligante pobre e com pouca aplicação Não endurece debaixo de água Endurecimento lento Presa lenta Resistências mecânicas com valores baixos A resistência mecânica é obtida a muito longo prazo Usada sob a forma de leitada na caiação de muros Cada vez menos utilizado Cal hidratada Aplicada essencialmente na composição de argamassas bastardas Pouca retracção Boa trabalhabilidade Boa durabilidade Boa impermeabilidade Cal hidráulica Tem presa lenta Endurece dentro de água e ao ar atmosférico Aproxima-se das características de um cimento, mas com menor resistência Grande plasticidade e elevada trabalhabilidade Forte aderência Grande poder de retenção de agua, opondo-se à retracção inicial Franca tendência para fissuração e fendilhamento Boa impermeabilidade e durabilidade Cimento Portland É o ligante hidráulico mais importante, empregue normalmente na confecção de betões e

argamassas Desenvolvimento rápido de resistências mecânicas Elevadas resistências a todas as idades A temperaturas negativas o endurecimento pára Reage mal a águas agressivas Cimento Aluminoso Elevada resistência inicial Endurecimento muito rápido Presa lenta Resistências finais são o dobro das do cimento Portland

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Elevada resistência a águas agressivas Tem forte reacção exotérmica Tem bastante aplicação quando se pretende que as peças entrem em serviço o mais rapidamente possível

Cimento pozolânico Baixo calor de hidratação e libertação lenta Progressão sensível do endurecimento durante vários meses Bom comportamento em ambientes agressivos Elevada capacidade e impermeabilidade a idades avançadas Cimento de escórias Bom comportamento a ambientes agressivos Comportamento semelhante ao da pozolana Sensível a temperaturas baixas Composição < 50% escórias = Cimento Portland Composição entre 60 a 80% de escórias = pozolana Lentidão de reacção Exigem mais água Indicados para trabalhos subterrâneos e esgotos Boa resistência mecânica Cimento de cinzas volantes Composição semelhante à da pozolana Baixo calor de hidratação Alta resistência química Boa trabalhabilidade Tem as capacidades da pozolana Boa resistência mecânica

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Perguntas de exame: Considere um revestimento interior de uma parede em estuque. Dois anos após a sua execução verificou-se o aparecimento de pequenas cavidades na sua superfície. Indique o fenómeno que pode ter causado esta patologia. Esta patologia deve ter sido causada pela presença de cal viva mal extinta que formou granulos na massa de estuque. Com o tempo, estes grânulos de cal viva foram hidratados e deu-se uma expansão, caindo, e ficando a parede com cavidades. Indique os principais compostos do clinquer do cimento Portland. Comente a contribuição de cada um dos compostos para o desempenho de um elemento de betão armado produzido com um cimento obtido à base desse clinquer, em termos de resistência e durabilidade. C3S – Sulfato tri-cálcio – dá a resistência inicial e ao longo do tempo. C2S – sulfato bi-cálcio – dá alguma resistência inicial (mas mais lenta) e prolongada C3A – aluminato tri-cálcio – confere resistência mecânica rápida e de pouca duração C4AF – ferroaluminato tetra-cálcio – confere resistência química e durabilidade Distinga em termos de constituição e aplicações na construção, uma cal aérea hidratada de uma cal aérea não hidratada Uma cal hidratada é a cal extinta (Ca(OH)2 que pode ser usada em estuque ou argamassa, cuja presa é obtida a partir de uma reacção de carbonatação (CaCO3) pelo CO2 do ar. A cal não hidratada é a cal viva (CaO) e não pode ser usada na construção pois em contacto com a água iria fazer uma reacção expansiva exotérmica. Pode ser usada para obter outros ligantes, por cozedura ou como retardador de presa no gesso. Qual a influencia da quantidade de agua de uma pasta de gesso na sua resistência no estado endurecido? Indique as principais aplicações do gesso na construção civil. Quanto maior a quantidade de agua na pasta de gesso, menos a resistência do gesso quando endurecido. O gesso na construção civil é usado para o estuque, estafe e também em placas de gesso cartonado, devido às suas boas propriedades corta-fogo e isolantes. Também se pode usar como aditivo de cimento como retardador de presa. Considere as seguintes cais de construção: CL90 e NHL5. Identifique-as e distinga-as em termos de matérias-primas, características e processos de endurecimento. CL90 – Cal aérea com um teor mínimo de 90% de CaO+MgO NHL5 – Cal hidráulica que aos 28 dias apresenta uma tensão de compressão inferior a 50 MPa. Ambas as cais têm como base o calcário (na cal hidráulica também existe argila e margas). A cal aérea não faz presa em água, endurece ao ar e tem pouca resistência. A cal hidráulica faz presa ao ar e na água, tem efeito hidráulico e maior resistência. Especifique um cimento para a produção de betão a aplicar na construção de uma barragem. Justifique. Para aplicação numa barragem deve-se usar um cimento com um teor elevado de pozolanas, pois este agregado é pouco reactivo e permite baixar substancialmente o calor de hidratação do cimento. Também retrai pouco.

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Relativamente aos principais ligantes aéreos e hidráulicos que conhece, estabeleça uma relação entre o tipo de matéria-prima, temperaturas de processamento no forno, e grau de finura do produto final, com as seguintes propriedades das pastas que os mesmos ligantes podem formar (i – Tempo de presa; ii – Resistência mecânica).

Ligante Matéria-prima Temperatura de processamento

Grau de finura

Gesso Pedra de gesso 160 ºC Menos fino Cal aérea Calcário 900ºC Fino

Cal hidráulica Calcário+Argila 1200ºC a 1300ºC Muito fino Cimento Calcário+Argila+Margas 1450ºC Muito fino

Tempo de presa – O gesso é o ligante que apresenta um menor tempo de presa, seguindo-se respectivamente o cimento, cal hidráulica e cal aérea. Resistência mecânica: Gesso -5 a 15 MPa (compressão). Cal aérea – só se obtém a muito longo prazo. Cal hidráulica – aos 28 dias 1,5 < σ < 5 MPa. Cimento – aos 28 dias 30 < σ < 42,5 MPa. Descreva sucintamente qual é a relação existente entre o processo de endurecimento de uma cal aérea e o fenómeno da carbonatação dos betões. A presa de cal aérea é em simultâneo uma carbonatação e evaporação de agua, pois neste processo, expõe-se a cal aérea aos óxidos de carbonato da atmosfera, libertando vapor de agua e é formado CaCO3. A carbonatação do betão consiste também na reacção de cal livre presente no betão (mais especificamente na sua superfície) aquando da entrada em contacto com o CO2 da atmosfera gerando CaCO3. Ou seja, a relação é a formação em ambos os casos de CaCo3 a partir da reacção de cal livre com o dióxido de carbono da atmosfera. Entre as diferentes propriedades do gesso como material, existem algumas tão distintas, mas também tão importantes como o seu comportamento ao fogo e a sua incorporação no processo de fabrico de cimento. Comente-as resumidamente. O gesso apresenta um bom comportamento ao fogo, visto este ser incombustível. É termicamente regulador pois liberta vapor de água que possuir no seu interior, aquando do contacto com o fogo. Para situações pouco gravosas, impede a passagem do fogo entre divisões, sem um bom corta-fogo. A sua inclusão no processo de fabrico do cimento é útil para retardar a presa do cimento (o gesso faz presa rapidamente ao ar, mas juntamente com o betão, provoca um aumento de tempo em presa, pois consume agua). Considere os resultados registados nos ensaios de compressão e flexão das argamassas produzidas nas aulas de laboratório, presentes no quadro que se segue. Sabendo que os valores foram obtidos com base em provetes de argamassas, conservados ao ar e em e agua, de um só ligante: cimento, cal hidráulica e cal aérea: Argamassa Ligante Condições de

cura Tensão de rotura [MPa] Compressão Flexão

A 1 1 3,3 +/- 0,1 0,9 +/- 0,1 2 5,4 +/- 0,1 1,7 +/- 0,1

B 2 3 5,9 +/- 1,3 1,3 +/- 0,4 4 21,6 +/- 0,8 4,0 +/- 0,3

C 3 5 0,7 +/- 0,2 0,3 +/- 0,2 2.1) Proceda à identificação dos ligantes associados a cada uma das argamassas. Justifique. Ligante 1: Cal hidráulica (porque valores de tensão são da ordem dos 4,5MPa. Ligante 2: Cimento Ligante 3: Cal aérea

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2.2) Proceda à indicação das condições de cura associadas a cada uma das situações em análise. Justifique a importância e influencia dessas condições nas características mecânicas das argamassas. Cura 1: Ar livre/ Ambiente normal Cura 2: Em água Cura 3: Ambiente normal Cura 4: Ambiente húmido Cura 5: Deixado ao ar (humidade do ambiente) As condições de cura são extremamente importantes para o desempenho de uma argamassa, pois é graças a ela que uma argamassa curada em condições diferentes apresenta melhor ou pior desempenho consoante a cura. Por exemplo, uma argamassa de cal aérea, num ambiente muito húmido não faz presa. No caso dos cimentos, se a cura for feita num ambiente muito seco ou com vento, a superfície externa fendilhará e provocará a desagregação do betão e uma menor resistência. Diga qual é o significado e o motivo da “extinção” das caisa. Assinale quais são as consequências da aplicação em estuques, de uma cal que não foi extinta A extinção das cais é a adição de agua à cal viva, CaO, com o intuito de obter um ligante que possa ser comercializado obtendo-se a cal apagada, Ca(OH)2. As consequências da aplicação em estuques, de uma cal que não foi extinta, são a expansão do material, com a humidade do ar que também vai provocar pequenas depressões no estuque, que fendilha. Pretende-se rebocar os paramentos interiores das paredes de um compartimento de um edifício antigo, com uma argamassa de cal aérea. Indique, resumidamente, de que forma as matérias primas e o estado do tempo podem condicionar o comportamento da argamassa. Uma vez que a cal é aérea, se existir uma elevada humidade no ambiente ela não vai formar presa. Esta cal, aquando da recepção e posterior utilização não pode ter cal por apagar nos inertes. Caracterize o desempenho dos seguintes tipos de cimento face à velocidade de endurecimento, à resistência mecânica a curto prazo e à acção da carbonatação: CEM I 32,5 N; CEM II /A-L 42,5 R; CEM I 52,5 R A diferença essencial entre a pozolana e a escoria é que a 1ª não tem só por si propriedades hidráulicas, enquanto que a escoria as possui. A 1ª combina-se com a cal do cimento e a 2ª apenas necessita de um ambiente alcalino para provocar o aparecimento das suas propriedades hidráulicas. CEM I 32,5 N – Endurecimento normal – R.media 28 dias =32,5 MPa (menor) CEM II/A-L R – Endurecimento rápido – Melhora a resistência à carbonatação CEM I 52,5 N – Endurecimento normal – R.media 28 dias =52,5 MPa (maior) Relativamente aos seguintes 3 tipos de adições: cinzas volantes, filer calcário, e escoria de alto forno, assinale quais as que têm propriedades hidráulicas latentes, ou efeito pozolânico. Justifique Efeito pozolânico: Cinzas volantes – Não tem propriedades hidráulicas latentes – Só combinando com outras substâncias (CaOH) e ao fim de algum tempo se obtêm resistências significativas. Filer calcário – Aumenta a compacidade. Não altera a resistência betão. Propriedades hidráulicas latentes – Escoria de alto forno

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Argamassas e Betões

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11 – Argamassas e Betões Programa: Argamassas e betões: constituintes, caracterização e aplicações. Conceitos básicos

- Dmáx. Menor abertura do peneiro, através do qual passa 90% ou mais de massa do agregado. - Dmin. Maior abertura do peneiro, através do qual passa 5% ou menos da massa do agregado.

A granulometria da mistura dos agregados a utilizar é o factor mais importante para a obtenção de uma boa compacidade.

- Módulo de finura É a soma das percentagens totais que ficam retidas em cada peneiro (da série normalizada), dividida por 100: MF = ∑% retido peneiros /100 Ex: se MF = 5,35 então a dimensão média das partículas corresponde à do 5º peneiro da série normalizar. (contagem começa a partir da menor abertura) - Esfericidade ou coef. volumétrico γ = V particula(real) / Vesfera envolvente. Define-se para o inerte grosso, e não para a areia. São definidos valores mínimos do coef. volumétrico, para betões, em função da resistência pretendida.

- Resistência a tensão de rotura do inerte influi na tensão de rotura do betão ou argamassa.

À medida que cresce a dosagem de cimento do betão, o σu tende para uma valor constante, que depende do σu do inerte.

Como geralmente σu (inerte) > 60 a 70 MPa (rochas calcárias), a resistência do betão depende essencialmente do cimento.

Problemas podem surgir em betões leves. A tensão de rotura do inerte deve ser o dobro da do betão (as tensões na fronteira do inerte são muito mais elevadas que o σu médio).

- Ensaios Rocha mãe Ensaio de Los angeles

Relaciona o desgaste com a resistência; Convém que o desgaste seja < 50%.

- Dmáx. condiciona: Geometria da peça a betonar

Dmáx. tem de ser escolhido de modo a que o betão Pelo ENV206 => Dmáx. ≤ 1/4 da menor dimensão da peça

≤ Distância entre armaduras – 5 mm ≤ 1/3 do recobrimento das armaduras

Volume de vazios na argamassa É função de 1/ 5√Dmáx. => ↑ Dmáx => ↓ vazios

Dosagem mínima de ligante (pelo REBAP) Dosagem mínima é função de 1/ 5√Dmáx. => ↑ Dmáx => ↓ dosagem ligante

(menos cimento e menos água também). Geralmente % de ligante ≤ 20%.

- Coef. volumétrico condiciona a distribuição de tensão no inerte.

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Agregados muito alongados concentram as tensões nas extremidades e podem partir => o inerte ideal seria:

Esférico; Rugoso; Poroso (aumenta a superfície).

- Densidade do ligante Determina as condições acústicas e estruturais

Inertes leves isolam acusticamente; Inertes pesados isolam radiação; Inertes leves sobrecarregam menos as estruturas (80% do peso do betão é inerte).

- Britado Vs. Rolado Inerte britado tem maior aderência ao cimento, pois tem uma maior superfície esférica e, logo, a interface cimento–inerte é mais extensa. - Dimensão dos grãos Grãos mais finos implica:

Maior consumo de cimento (maior superfície esférica;

Maior calor de hidratação; Maior fendilhação.

- Compacidade É máxima para: 2/3 G + 1/3 F, em que G = grãos mais grossos e F = grãos mais finos. % compacidade z = (C’+A’) / (C’+A’+a’+V’) com C = cimento, A = areia, a = água e V = volume de vazios + volume de ar. Ou seja, é a relação entre o volume de cimento mais areia e o volume total. Logo:

↑ C+A => ↑ z ↓ a => ↑ z

Em média: zmáx. ≈ 75% => a + v ≈ 25% A simples adição de cimento não aumenta a compacidade.

- Baridade A massa volúmica refere-se ao volume de uma partícula individual e, no conjunto do agregado, à soma dos volumes das partículas. Como, fisicamente, não é possível arranjar estas partículas de modo a que não haja vazios entre elas, este número não serve para determinar o volume do agregado para uma argamassa, por exemplo. Para isso define-se o conceito de baridade que corresponde à massa do agregado que enche uma medida ou recipiente com um volume unitário. A baridade é usada para converter massas de agregado em volume de agregado e vice-versa. Massa volúmica ρ = M / Vr Baridade (δ) = M / Va

A baridade de um dado agregrado depende do modo como as suas partículas estão arranjadas no recipiente, isto é, do seu grau de compactação, da percentagem com que ocorrem as diversas dimensões das partículas (granulometria) e ainda da forma destas. Efectivamente, se as partículas tiverem dimensões uniformes podem ser arranjadas de determinada maneira, mas adicionando partículas de menores dimensões aos vazios existentes sobre elas, a baridade aumentará bastante.

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Massa volúmica (ton/m3) Baridade (ton/m3) Cimento 3,1 1,2 Cal hidráulica 2,6 0,8 Cal aérea 2,2 0,6 Cinzas volantes 2,4 1,0 Gesso 2,3 a 2,4 0,6 Areia seca 2,6 1,2 a 1,6 Britas 2,6 1,3 a 15

Agregados / inertes: materiais granulados que são aglomerados por uma ligante constituindo o esqueleto das argamassas e dos betões. Trata-se de todo o material sólido sem propriedades aglutinantes, que não participa de forma significativa na resistência das argamassas ou betões, a não ser pela compacidade que lhes conferem. Ex: - Areia (Dmáx. < 4,76 mm); - Brita; - Argila expandida (leca).

Classificação Origem – natural / artificial Modo de obtenção

- Rolados natural - Britados artificial

Dimensão - Grosso Dmáx. ≥ 4,76 mm Dmin. ≤ 4,76 mm

Massa volúmica - Leve ρ < 2000 Kg/m3 - Normal 2000 < ρ < 3000 Kg/m3 - Pesada ρ > 3000 Kg/m3

Forma - Arredondada - Alongada

Aderência entre a pasta e o ligante É função de:

Composição mineralógica – ex: granitos, por terem silicatos, aderem melhor no cimento.

Porosidade – aumenta a aderência. Estado da superfície

- Rugosidade; - Angulosidade; - Estado da superfície.

Tipos de ligação inerte–ligante Ligação mecânica Escala microscópica;

Cristais do ligante envolvem as rugosidades do inerte.

Ligação por absorção O inerte absorve a água contendo ligante dissolvido, potenciando a cristalização nos poros do inrete.

Ligação física Por atracção do tipo Van der Waals entre o

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ligante e a superfície do inerte. Ligação química Por reacção entre os produtos da hidratação do ligante e a superfície do inerte;

A reacção entre o cimento e o calcário ou quartzo é extensa.

Ligação epitáxica os cristais das componentes hidratadas do cimento prolongam os do inerte, com as quais têm em comum a rede cristalina (crescimento epitáxico). Ex: Calcite (inertes calcários são os mais frequentes) => em cimento ricos em C3A, há um aumento significativo da resistência, se se utilizar um inerte calcário (face a uma silicato, por exemplo).

Importância da porosidade: Facilita a ligação por absorção Absorve água em excesso na parte de cimento na vizinhança do grão do inerte, tornando essa parte mais rica em ligante e, portanto, mais resistente.

Argamassas Definição: material formado por uma mistura de ligante + água + agregado fino (Dmáx. < 5 mm). Betonilha – argamassa destinada a pavimentos. Reboco – argamassa destinada a paredes e tectos. Argamassa bastarda – argamassa formada por mais de um ligante. Todos os factores que têm interferência no comportamento das argamassas têm-no também no betão. Temos três factores a considerar na qualidade de uma argamassa (ou de um betão):

Qualidade dos inertes; Qualidade dos inertes; Qualidade da ligação entre os inertes e o ligante.

Resistência (à compressão) das argamassas - Depende de:

Compacidade Inerte

Porosidade; Forma; Dimensão.

Relação água – cimento Condições de cura Ligante em causa

- Feret estabeleceu que: R28 = K [1/(1+a/C)]2 = K [C/(1-A)]2 em que, R28 – resistência ao esmagamento de uma argamassa aos 28 dias C – cimento a – água A – areia a/C – factor água–cimento => ↑ Água => ↓ resistência

=> Para obter resistências iguais, quando se aumenta a água

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tem de se aumentar o cimento na mesma proporção de peso - Valores do coeficiente K:

o K = 1,5 -------------------- portland normal o K = 2,2 -------------------- portland escórias o K = 2,96 ------------------- aluminosos

- Condições de cura: Não se deve rebocar zonas viradas ao sol no verão; Deve humedecer-se a parede (ou chão) se necessário; Pode aplicar-se membrana de cura; Deve sombrear-se as empenas, para evitar exposição directa ao sol.

Tudo isto porque, se a evaporação da água for mais rápida que a reacção de hidratação => a argamassa não tem coesão e desfaz-se com a mão. Argamassas bastardas (argamassas com mais do que um ligante) Os edifícios sofrem deformações ao longo da sua vida:

Argamassas bastardas são as mais indicadas para se adaptarem às deformações, com a menor fissuração. Cal aérea => menor resistência => muitas fissuras pequenas Cal hidráulica => maior resistência => menos fissuras mas maiores

Vantagens da argamassa bastarda (cimento + cal aérea, cimento + cal hidráulica): a) Contracção por secagem a contracção aumenta com a dosagem do cimento e com a

substituir parte do cimento por cal aérea permite diminuir as contracções (perde-se alguma resistência, que no reboco de paredes pode não ser muito importante. b) Trabalhabilidade antes, recorria-se a areias argilosas para melhorar a trabalhabilidade => tinham enormes retracções. A cal aérea oferece uma maior coesão e plasticidade. c) Aderência às superfícies a aderência aumenta com a dosagem de cal aérea A cal retém a água de amassadura e reduz a possibilidade de absorção pelo suporte, o que reduziria a aderência.

d) Resistência mecânica a argamassa bastarda tem menos resistência nas primeiras horas, pois a cal endurece por carbonatação, ao longo de bastante tempo. No entanto, nas aplicações correntes de argamassas, este facto não é relevante. e) Impermeabilidade a compacidade de uma argamassa aumenta com o cimento. Mas se a retracção for grande, a impermeabilidade perde-se. => a adição de cal aérea permite reduzir a fendilhação por retracção e aumentar a impermeabilidade efectiva do reboco. f) Durabilidade dosagens elevadas de cimento conduzem a maiores resistências. No entanto, a fendilhação daí resultante contribui para uma maior exposição dos rebocos aos agentes nocivos. => Só em zonas de contacto com o solo ou em regiões de intenso gelo se deve evitar o uso de argamassas bastardas. Por estes motivos, a cal aérea serve ainda para fábricas betões fracos (para regularização de fundações, ou betão de enchimento ou para muros de vedação não armados) e ainda betonilhas de regularização. Uma boa trabalhabilidade é obtida por via da substituição de 20% a 25% do cimento por cal aérea.

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Adjuvantes: substâncias adicionadas a uma argamassa ou a um betão que modificam as suas propriedades, em quantidades inferiores a 5% de cimento. Objectivos: - Melhor trabalhabilidade - Retardar/acelerar presa - Acelerar endurecimento - Aumentar a resistência aos ciclos - Diminui a permeabilidade gelo-degelo - Compensar a retracção do cimento (expansivos) - Dar cor (corantes) - Impedir a segregação e a exsudação - Produzir argamassas leves - Inibir a corrosão - Reduzir a quantidade de água Tipos:

o Plastificantes; o Aceleradores de presa ou de endurecimento; o Retardadores de presa; o Impermeabilizantes; o Introdutores de ar; o Expansivos.

a) Plastificantes (redutores de água)

Permitem reduzir até 15% da água (plastificantes) ou 35% (superplastificantes), mantendo a mesma trabalhabilidade. É empregue no betão com as seguintes finalidades:

Aumentar a tensão de rotura (até 150 MPa); Reduzir a dosagem do cimento, mantendo σu; Aumentar a trabalhabilidade, não alterando as quantidades de cimento e

água; Aumentar a impermeabilidade; Reduzir a quantidade de água.

Acção plastificante Promove o afastamento das partículas de cimento e água

=> Expõe uma maior área de superfície do cimento à hidratação. => Permite reduzir a água, para a mesma trabalhabilidade.

A acção do plastificante aumenta muito σu em betões de baixo teor em C3A, que se deve diminuir para evitar elevados calores de hidratação e fendilhação. b) Introdutores de ar (estes adjuvantes formam gases que ao libertarem-se, aumentam a porosidade do betão, deixando-o mais leve)

Transformam os vazios em bolhas esféricas, que ligam os capilares entre si. Têm os seguintes efeitos:

Aumentam a duração do betão a ciclos de gelo-degelo, por criar locais para onde a água capilar pode expandir, sem romper o betão (diminui o efeito da fadiga).

Reduz a capilaridade, pois interrompe os capilares => reduz a permeabilidade por capilaridade.

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Baixa a tensão de rotura, por redução da compacidade (perde 4% da resistência, por cada 1% de ar introduzido). No entanto, o aumento de trabalhabilidade permite reduzir a água e repor a resistência. Teor óptimo = 13% ar, com ɸ = 50 e espaçamento = 120

Substitui parte da areia fina, com a vantagem de ter um melhor coeficiente de forma, ser deformável, elástico e desliza sem atrito.

Ajuda à composição, ao facilitar a deslocação dos intertes durante a aplicação.

Minimiza os efeitos da retracção. Diminui os fenómenos de exsudação durante a aplicação – o ar impede os

inertes de descer e a água de subir => quando se usam introdutores de ar, têm de se fazer ensaios preliminares.

e) Impermeabilizantes – pouco eficazes. f) Expansivos – criam efeitos de expansão, que minimizam os efeitos da retracção. 6.5.5 – Ensaios em argamassas Na aula de laboratório ensaiamos: - Trabalhabilidade; - Resistência das argamassas à compressão e à flexão. Trabalhabilidade – avalia-se pelo espalhamento.

Espalhamento (%) = (ɸfinal - ɸinicial) / ɸinicial x 100 Resistência à compressão

Betões Composição: ligante + inerte grosso + inerte fino + água Tipos de betão - De cimento; - De resinas (usa-se em trabalhos de reparação);

- Betuminosas (ligante de hidrocarbonetos, pavimentos rodoviários). Betão de cimento Portland (classificação) o Vantagens:

- Economia; - Fácil de moldar; - Durável; - Resistente à compressão; - Quimicamente estável, face a muitos agentes agressivos; - Permite vencer vãos e crescer em altura.

o Desvantagens: - Baixa resistência à tracção; - Fraco isolamento térmico; - Problemas de fluência e retracção; - Muito pesado, o que implica limitações estruturais; - Elevado custo do demolição (não reciclável); - Mau comportamento (dificuldade de presa) em climas frios (ciclos gelo-degelo).

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o Tipos de betão: Pré-fabrico – melhor controlo de qualidade Betonado “in situ”

o Estado: Fresco (moldável) Endurecido (presa já iniciada)

o Preparação: Pronto Fabricado no local

o Densidade: Normal – 20 < γ < 28 kN/m3 Pesado – γ > 28 kN/m3 Leve – γ < 20 kN/m3 – constituído por agregados leves (argila, cortiça, esferovite,

etc) o Resistência ao fogo:

- Betão normal Para T > 300ºC => começa a perder resistência Para T > 500ºC => perda de resistência

- Betão refractário Com cimento aluminoso pode aguentar temperatura de 5000ºC

o Quanto ao Dmáx.: - Normal - Ciclópica · mistura de betão com pedras de dimensão considerável, engloba calhau de ɸ ≥ 50 cm 1ª camada de betão, 2ª camada de calhaus, enchimento final com betão normal Aplica-se em barragens: - Ao introduzir os calhaus, não se perde em resistência e consegue-se diminuir a fendilhação (menos cimento => menos calor de hidratação). Aplica-se em fundações por pegões

o Quanto à armadura - Simples (sem armadura) - Armado a presença das armaduras faz com que o betão rompa à tracção por uma série de microfissuras, e não por uma única fenda, que implicaria o colapso. Secção à tracção fendilha e perde a capacidade resistente => transfere a carga para o aço.

Secção à compressão – é o betão que resiste - Pré-esforçado

Água de amassadura Quantidade: - Influência na

Porosidade Trabalhabilidade Resistência - Água de hidratação ≈ 20 % da massa de cimento - Com superplastificantes consegue-se quantidade de água ≈ 25 %

Composição: - Teor em cloretos < 0,4 % - Deve evitar-se muito puras -> absorvem parte dos sais do cimento, diminuindo a sua capacidade ligante - Não deve conter

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Matéria orgânica Argilas dissolvidas pH ácido(pH > 4) -> baixa a alcalinidade do betão -> corrosão das armaduras

Inertes Dimensão:

- Granulometria deve maximizar a compacidade da pasta (curva de referência de Faury) - Dmáx ≤ 1/4 da menor dimensão do elemento a betonar ≤ Distância entre armaduras – 5 mm ≤ 1,3 vezes o recobrimento das armaduras - Resistência a tensão de rotura dos inertes deve ser o dobro da tensão de rotura do betão a fabricar - Composição ausência de argilas (aumentam a retracção e prejudicam a adesão cimento-inertes) Ausência de cloretos -> areias marinhas devem ser muito bem lavadas

Ausência de matéria orgânica Transporte do betão

Medidas a tomar: Tempo de transporte Perigo de inicio de presa -> utilizam-se retardadores

de presa Perigo de segregação e/ou exsudação

Resolve-se mantendo a rotação do eixo do camião

Colocação em obra Trabalhabilidade: Tem de ser tal que permita

O preenchimento das peças, com um teor máximo de vazios entre 3 e 4 % (dependendo da dimensão dos inertes)

Bombagem, se necessário A trabalhabilidade de um betão pode ser verificada realizando o ensaio do cone de Abrams, onde se mede o abaixamento (mm), ou através do ensaio vêbê (s).

Cone de Abrams – coloca-se o betão num tronco de cone e ao se tirar o tronco de cone mede-se o abaixamento da base superior e assim se classifica a trabalhabilidade consultando umas tabelas.

Se o abaixamento for inferior a 2 cm usa-se o grau vêbê.

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Grau vêbê: tempo que o cone de betão (com menos de 2 cm de abaixamento no cone de Abrams) demora, em cima de uma mesa vibratória, até ficar com a forma do molde do teste do grau vêbê.

Efeito de parede: corresponde a uma chamada de inertes finos, para junto da parede da peça

(cofragem). Depende do raio médio R do molde. perda de resistência no contorno (perigoso em peças esbeltas) perda de compacidade em toda a peça

Prevenção -> aumento da proporção de finos no betão

Segregação: - Fenómeno de separação de finos (por cima) e grossos (por baixo) - Pode ocorrer Durante o transporte

Durante a vibração Se se deixar cair o betão de muito alto - Ocorre preferencialmente em Betões muito plásticos Betões com muito finos Exsudação:

- Fenómeno em que a água de amassadura se concentra próximo da superfície livre da peça de betão (a água migra para a superfície e depois falta onde é necessária) - Acontece quando se deixa cair o betão de alturas superiores a 1 m ou se vibra excessivamente - Ocorre preferencialmente em betões muito plásticos

Prevenção -> Aplicar o betão junto ao chão -> Evitar vibrar excessivamente

_

_ _ _ _ _

_Volume a preencherR

Área total de cofragem área de varões

2 2 4

bh áreaR

b h perímetro

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Condições de cura Pretende-se:

Evitar a evaporação rápida da água da amassadura (Vevaporação < Vhidratação => maior adesão)

Minorar os efeitos do calor de hidratação o Manter a superfície molhada (baixa a temperatura da superfície de betão) o Usar membrana de cura (impede a libertação de vapor de água)

As peças com grande superfície (como as lajes) são as mais vulneráveis. Evitar a retracção plástica -> retracção da camada superficial, devida a calor

excessivo. o Evitar betonar lajes em períodos muito quentes

As cofragens metálicas oferecem melhores condições de cura que as de madeira convencional: - Elevada condutibilidade => dissipam calor de hidratação - Baixa porosidade => não absorvem água Factores que afectam a resistência do betão

a) Compacidade - Granulometria dos inertes - Qualidade da vibração em obra - Relação a/c (adição de adjuvantes)

b) Relação a/c => a água que não participa na hidratação vai criar vazios

c) Quantidade de cimento -> quanto maior a quantidade do cimento:

- Maior a resistência - Maior o calor de hidratação e fendilhação (o que afecta a resistência)

d) Resistência dos inertes -> só pode levantar problemas em:

- Betões leves (agregados menos resistentes mas também menos solicitados) - Betões de alto desempenho – fc > 60 Mpa (os inertes devem ter resistência à compressão de cerca do dobro)

e) Qualidade do cimento -> resistência do cimento utilizado f) Dmáx dos inertes -> quanto maior Dmáx, menor o cimento e menor, por norma, a

resistência 6.6.10 – Ensaios e classes de resistência

Efeito de confinamento

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Exemplo de classe de resistência: C 25/30 C – densidade do betão (?) 25 – Resistência mínima à compressão (para os 28 dias) em cilindros normalizados 30 – Resistência mínima à compressão (para os 28 dias) em cubos normalizados A resistência à compressão nos cubos é maior do que nos cilindros porque os efeitos de confinamento da base no cubo são mais preponderantes que no cilindro. Algumas notas sobre a geometria das peças de betão - Quanto maior for a secção, maior a probabilidade de encontrar defeitos na peça - Quanto maior for a altura da peça, menor a tensão de flexão que provoca a rotura

Controle de qualidade e conformidade (faz-se em betão fresco e endurecido) Betão fresco

o Consistência: Abaixamento (cone de Abrams) Ensaio de vibração e compactação

Ensaio de espalhamento o Peso volúmico o Grau de compactabilidade: tem como objectivo verificar o

volume de betão não compactado que é necessário parta a obra. O teste consiste em preencher um molde com betão (sem compactar) e medir o abaixamento depois do betão ter sido vibrado.

Betão endurecido

o Resistência à compressão

Efeitos diferidos Retracção

Fluência Com consequências para a estrutura:

Aumento de deformação Fendilhação Perda de pré-esforço Alterações no esquema de distribuição de esforços

Retracção o Plástica

- Antes da presa - Dá-se por evaporação de água

o Antógena - Por perda de água, devido à hidratação do cimento

o Secagem - Por perdas

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De água por evaporação De calor de hidratação (contracção por abaixamento da temperatura)

A retracção é influenciada por: - Composição do betão Quantidade de água Quantidade de cimento Relação a/c - Humidade relativa e velocidade das trocas de água - Forma e dimensão da peça Em grandes massas (como barragens), deve colocar-se uma armadura de pele, que faça com que as fendas de retracção sejam pequenas e bem distribuídas, e não grandes e concentradas. (predomina a influencia do calor de hidratação) Em massas betonadas mais finas, predomina a influências das trocas de humidade (deve manter-se a peça sempre húmida) As peças retraem quase toda a sua vida útil, no entanto, em peças finas, a retracção estabiliza ao fim de 3 anos, enquanto que grandes volumes demoram mais de 20 anos a estabilizar a retracção. Fluência

o φ = coef. de fluência - nº de vezes que a deformação instantânea aumenta, ao fim de t = 10 000 dias

A fluência depende da: - Idade do carregamento - Humidade relativa - Composição do betão

+ Cimento => + fluência (?)

Ensaios não destrutivos a) Esclerómetro:

- Relaciona o recuo do ponteiro que embate contra o betão com a sua resistência - O ensaio é muito sensível a defeitos de superfície -> usa-se um conjunto de tiras numa mesma área, para depois se fazer a respectiva média. - O ensaio fornece o índice esclerométrico, que se correlacionada depois com a resistência => erros de 60 a 70 %

b) Propagação de ultra-som - Baseia-se no facto de a velocidade de propagação das ondas ser directamente

proporcional ao módulo de elasticidade - Usa-se para detectar defeitos, como chochos ou fissuras, particularmente difíceis de

detectar em grandes massas, como barragens. Consegue-se, inclusivamente, detectar a profundidade de uma fenda.

- Tem vantagens sobre esclerómetro, pois não considera apenas pontas isoladas da peça, mas a sua globalidade.

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Perguntas de exame: Determine o peso de areia necessária para o fabrico de 10 m3 de argamassa de cal hidráulica ao traço (em volume aparente) de 1:4 e com uma relação a/c = 0,5. Dados: Massa volúmica real do cimento – 3,1 Kg/dm3; massa volúmica real da areia – 2,6kg/dm3; massa volúmica aparente do cimento – 1,1 kg/dm3; massa volúmica aparente da areia – 1,5 kg/dm3. Traço volumétrico = 1:4 Traço em peso: 1,1 x 1 : 1,5 x 4 = 1: 6/1,1 Vareia + Vlig + VH20 + Vv = 1 1= 1xPlig / 3100 + 6 xPlig/ (1,1x 2600) + 0,5 x Plig / 1000 + 0,04 Plig = 328,7 Kg P areia = 1792,9 Kg/m3 => 10m3 => 17929 Kg de areia Considere as curvas granulométricas presentes no gráfico ao lado apresentado. Determine a máxima dimensão do agregado que apresenta uma granulometria descontínua, e o módulo de finura do agregado mais grosso. Dmáx = 12,7 mm Dmin = 1,19 mm D (mm) % agreg. acum.

Retido (%) 38,1 0 19,1 8 9,52 80 4,76 100 2,38 100 1,19 100 0,59 100 0,297 100 0,149 100 Σ 688 Módulo de finura = 6,88 O significado de uma curva de referência. É a curva que garante a maior compacidade do betão, atendendo por um lado à trabalhabilidade desejada e por outro à máxima dimensão do agregado disponível. Pretende-se construir um edifício de pequeno porte com estrutura em betão armado. Quais as classes de resistência que prescreveria para o aço e para o betão. Qual o significado dos valores que indicou. Para o aço poderia usar o A400NR ou o A500NR dado ser um dos aços com maior resistência, e cujo preço não é muito mais elevado que o A400, permitindo poupar algum material. Escolho o aço endurecido a frio pois é mais barato com prejuízo de menos 2% de extensão até à rotura. Para o betão, escolhia o C30/37 pois este betão aos 28 dias possui uma resistência à compressão de 30 MPa num cilindro de diâmetro 0,15 metros e altura 0,30 metros. Considere os resultados abaixo apresentados correspondentes à análise granulométrica de um agregado e proceda ao traçado da curva granulométrica do agregado, e à determinação da máxima e mínima dimensão do agregado.

Massa da amostra (g) = 3017 Malha Resíduo Resíduo acum. passado [mm] [g] [%] [%]

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38,1 0 0 100 25,4 0 0 100 19,1 481 15,94 84,06 12,7 1831 60,69 23,37 9,52 536 17,77 5,6 6,35 146 4,84 0,76% 4,76 3 0,1% 0,66% 2,38 0 0 0,66 1,19 0 0 0,66 0,59 0 0 0,66 0,297 0 0 0,66 0,149 0 0 0,66 0,074 0 0 0,66 20 0,66 0 Totais 3017 100

Para os betões referidos no quadro seguinte, indique qual o que considera mais dispendioso, e qual o mais económico, atendendo a que o ligante é sempre um cimento do tipo II/ A-L 42,5N e que os agregados são sempre do mesmo tipo. Justifique a resposta.

Betão Classe de resistência (MPa) Trabalhabilidade (cm) Dmáx (mm) A 20 8 50 B 30 16 12,5 C 30 16 25 D 25 16 37,5 E 25 16 37,5

O cimento será mais caro que os agregados, sendo o betão mais económico aquele que tiver menos cimento. Tem menos cimento um betão que: -Tenha menos resistencia - Para a mesma resistencia seja menos trabalhavel (a trabalhabilidade consegue-se adicionando agua, que diminui a resistencia, que tem que ser compensada com mais cimento) Quanto maior o diâmetro máximo menor a quantidade de cimento. Quanto maior A/C menor a quantidade de cimento. O Betão A é o mais económico porque é o que vai ter menor quantidade de cimento pois é o que tem menor trabalhabilidade e Dmax maior. O betão B é o que vai ser o mais dispendioso pois tem menos compacidade pois tem os agregados mais finos, levando por isso a mais cimento. Numa unidade de pré-fabricação pretende-se fabricar vigotas de betão pré-esforçado para lajes aligeiradas, cuja secção é de 12 por 10 cm2, sendo o betão da classe C35/45 e com elevado teor de finos. Considerando que o produtor dispõe de 6 tipos de agregados britados, dos quais pretende escolher 3, assinale qual seria a sua escolha perante um conjunto de agregados com os seguintes módulos de finura: A-8,6 B-1,5 C-6,3 D-2,4 F-9,7. Justifique. Como teria de ter um elevado teor de finos escolhia os agregados B, uma areia D pois são os que têm menor módulo de finura. Como a secção é de 10x12 cm2, para ter mais compacidade, o 3º agregado seria o C. O que significa um C30/37. A sigla C30/37 significa que se trata de um betão com valores mínimos de resistência aos 28 dias de 30MPa quando o esforço é obtido num cilindro normalizado de diâmetro 15 cm e altura 30 cm, e 37 MPa

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num cubo normalizado de 15 cm de aresta. Trata-se de um símbolo que designa a classe de resistência de um betão. Como se avalia a trabalhabilidade de um betão? Quais as consequências de uma deficiente vibração. A trabalhabilidade de um betão pode ser verificada experimentalmente fazendo o ensaio do cone de Abrams, para media o abaixamento. Também se pode fazer o ensaio de grau vêbê, mas no caso do betão para pré fabricação. Uma deficiente vibração vai provocar uma diminuição na compacidade do betão, havendo um volume maior de vazios, o que provoca uma diminuição na resistência desse betão. Isto no caso de ser uma vibração em falta. No caso de ser uma vibração excessiva poderão ocorrer problemas de segregação ou exsudação. Refira o que entende por máxima dimensão de um agregado. Máxima dimensão do agregado – Menor abertura do peneiro de uma serie de peneiros de referência, através da qual passa, pelo menos 90 % da massa do agregado. Distinga uma granulometria contínua de uma descontínua, indicando os condicionalismos associados. Numa granulometria contínua existe material retido em todos os peneiros desde a primeira vez que fica algum material retido num deles. Numa granulometria descontínua existem peneiros nos quais não há material retido.

As granulometrias descontinuas

tem a desvantagem de serem menos similares às curvas de referencia que as continuas, dificultando o seu ajuste às composições do betão.

Quais são os principais mecanismos através dos quais se manifesta a degradação de um elemento de betão armado. Descreva-os sucintamente. A degradação de um betão armado dá-se por: - Exposição das armaduras: a cal livre vai reagir com o CO2 da atmosfera originando carbonatação agressiva para as armaduras. - Perda de coesão: devido às aguas que desagregam o betão - Fendilhação e expansão: Devido à cristalização provocada pelas aguas saturadas e marinhas que levam a um aumento de volume. Pretende-se rebocar a face aparente de um muro com 25 m de comprimento e 4 m de altura, com argamassa de cimento com o traço volumétrico 1:3. Sabendo que a espessura média do reboco é de 0,02 m, calcule as quantidades de areia, cimento e água necessárias para fabricar a argamassa do reboco. Admita que A/C = 0,6 e tome em consideração os dados indicados no quadro.

Matéria-prima Baridade (Kg/dm3) Massa volúmica (Kg/dm3) Cimento 1,2 3,1

Areia 1,6 2,6

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1:3 = Vcim/Vagua= (Mc/Barc)/(Mareia/Barareia) Pcim = Vcim x Barcim Pagua = Vagua x Bar agua P cim/ P agua = 1/3 x 1,2/1,6 = ¼ 1 m3 = Vlig + V agua + Vvazios + Vareia Vv = 0,04 m3 1 = P cim/ρcim + 0,6 P cim/ ρH2O + 0,04 6+ 4Pcim/ ρareia 0,096 = Pcim / 3100 + 0,6Pcim/1000 + 4Pcim/ 2600 Pcim = 390,1 kG Para 1m3, para V=25x4x0,02 = 2 m3 => P cim = 780,2 Kg => Vcim = 251,7 l Pareia = 4 x 780,2 = 3120,8 => Vareia = 1200,3 l Pagua = 0,6 x 780,2 = 468,12 Kg => Vagua = 468,12 l Considere os seguintes agregados e valores de módulo de finura. Complete o quadro com a identificação dos agregados. Justifique a resposta. A.F. Areia fina A.G. Areia grossa B.F. Brita fina B.G. Brita grossa

Agregado Módulo de finura B.F 5,22 A.F 1,53 B.G 7,10 A.G 2,34

Com base nos resultados da análise granulométrica que se apresenta, determina a máxima dimensão do agregado. Massa da amostra: 3000g Mallha[mm] 19,1 12,7 9,52 4,76 2,38 1,19 0,59 0,297 0,149 0,074 refugo Resíduo [g] 0 33 637 2213 87 15 15 Mallha[mm] 19,1 12,7 9,52 4,76 2,38 1,19 refugo Resíduo [g] 0 33 637 2213 87 15 15 Residuo (%) 0 1,1 21,23 73,77 2,9 0,5 0,5% Res.Ac. pesado (%) 100 98,9 77,67 3,9 1 0,5 0 Dmax = 12,7 mm Determine as quantidades de matérias-primas necessárias para o fabrico de 1m3 de argamassa bastarda de cimento e cal aérea, com traço volumétrico 1:1:2 e razão A/L = 0,8 (L – quantidade de ligante). As características das matérias-primas estão indicadas no quadro.

Matéria-prima Baridade (Kg/dm3) Massa volúmica (Kg/dm3) Cimento 1,2 3,1 Cal aérea 0,5 2,6

Areia 1,6 2,6

Agregado Módulo de finura 5,22 1,53 7,10 2,34

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Vcim = Vcal Vcim = 0,5 Vareia Vv = 40l/m3

Pcim = 1,2 Vcim P cal = 0,5 Vcal Pcim/Pcal = 1,2/0,5 x 1/1 = 1/ 0,417 Vcim/Vareia = ½ P cim/Pareia = 1,2/1,6 x ½ = ½,67 Traço ponderado: 1:0,417:2,67 1 m3 = Vlig + V agua + Vvazios + Vareia 1 = P cim/ρcim + 0,417 P cim/ ρcal + 2,67 P cim/ ρareia + 1,1336 P cim/ ρagua P cim = 363,2 Kg/m3 A/L = 0,8 => P agua = 0,8 (Pcim + Pcal) = 1,1336 Pcim Para 1m3 Pcim = 362,2 Kg Pcal = 151,45 Kg Pareia = 969,74 Kg Pagua = 411,72 Kg Dadas as seguintes argamassas, com os traços indicados, em volume aparente: - argamassa A: cimento + areia do rio 1:3 - argamassa B: cimento + cal + areia do rio 1:1:6 Indique:

a) Qual das argamassas apresenta maior massa volúmica? Massa volúmica Baridade Π cimento = 3,1 t/m3 b cim = 1,4 t/m3 Π cal = 2,4 t/m3 B cal = 0,6 t/m3 Argamassa A Vc / Va = (mc/Bc) / (ma/Ba) = 1/3 => (mc Ba)/ (ma Bc) = 1/3 => ma = 3(Ba/Bc)mc Argamassa B - O cimento e a cal têm menor massa volúmica para a mesma quantidade de areia do que se fosse só cimento.

b) Que aplicações entenderia como ajustadas para cada uma das argamassas. A – argamassa de preenchimento (+ rico) B – argamassa de revestimento (+ pobre) Compare o comportamento das duas argamassas relativamente à seguintes propriedades: tempo de presa, resistência à compressão, aderência ao suporte e deformabilidade. Argamassa bastarda – 1:2:10 (cimento: cal aérea: areia) Argamassa – 1:4 (cimento: areia) Tempo de presa maior a que tem cal. Menor resistência a que tem cal. Maior deformabilidade a que tem cal. Aderência ao suporte maior na que tem mais cimento.

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Metais Ferrosos

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12 - Metais Ferrosos Programa: Materiais metálicos ferrosos: aço. Principais tipos de aço na construção. Definição: Desde a sua descoberta, os metais ferrosos tornaram-se de grande importância na construção mecânica. Os metais ferrosos mais importantes são o aço: material tenaz, de excelentes propriedades e de fácil trabalho e o ferro fundido: material amplamente empregado na construção mecânica; pode substituir o aço em diversas aplicações, muitas vezes com grande vantagem, embora não possua resistência igual.

Aços

Definição: Os aços são ligas metálicas de ferro e carbono, com percentagens deste último variáveis entre 0,008 e 2,11%. Distinguem-se dos ferros fundidos, que também são ligas de ferro e carbono, mas com teor de carbono entre 2,06% e 6,67%. A diferença fundamental entre ambos é que os aços, pela sua ductilidade, são facilmente deformáveis por forja, laminação e extrusão, enquanto que as peças em ferros fundidos são fabricadas pelo processo de fundição. Propriedades: Propriedades médias de um aço com 0,2% de carbono em peso geram em torno de: → Densidade média do aço': 7860 kg/m³ (ou 7,86 g/cm³) → Coeficiente de Expansão Térmica: 11,7 10-6 (C°)-1 → Condutividade Térmica:52,9 W/m-K → Calor Específico: 486 J/kg-K → Resistividade Eléctrica: 1,6 10-7Ω → Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Longitudinal: 210GPa → Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Transversal:80 GPa → Coeficiente de Poisson: 0,3 → Limite de escoamento: 210 MPa → Limite de Resistência a Tração: 380 MPa → Alongamento: 25% Matérias-primas → minério de ferro (magnetite, hematite, limonite) → carvão coque → pedra calcária Processo de fabrico → O carvão é transformado em coque na coqueria (coque = carvão sem impurezas) Nota: as impurezas tornam o carvão quebradiço → Crivagem do minério de ferro: o minério fino é misturado com calcário (tem como objectivo baixar o ponto de fusão) → Colocam-se camadas alternadas de carvão, minério e calcário; o calcário destina-se a libertar o minério da sua ganga, formando a escória. → Pela parte mais baixa do forno sai a gusa, que é uma “sopa” incandescente de ferro que contém cerca de 4% de carbono Nota: o aço de pré-esforço contém cerca de 0,8% de carbono

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→ A gusa é purificada através da injecção de oxigénio, que vai oxidar os elementos indesejáveis contidos nesta. Os elementos oxidados escapam da gusa sob a forma de gases ou separam-se por diferença de densidades → Quando a gusa se pode considerar aço em fusão, este é moldado sob a forma de lingotes ou biletes → Os lingotes e os biletes são depois moldados em diferentes perfis ou tubos por laminagem a quente ou frio, por extrusão, estiramento, fundição ou forja. Ligas de ferro e carbono Tipos de materiais que se pode obter da Gusa de alto forno: → % carbono < 0.025 – ferro macio → 0.1 < % carbono < 1.7 – aço → 1.7 < % carbono < 5 a 6 – ferro fundido Nota: a estrutura metálica é demasiado plástica; o carbono limita essa deformação, aumentando assim a resistência Processo de solidificação: - Os cristais vão crescendo a partir de núcleos iniciais, com orientação casual - Os cristais encontram-se mas não prolongam a estrutura uns dos outros - O metal é constituído por cristais unidos entre si – grãos - Dimensão dos cristais é função de: - Velocidade de arrefecimento (lenta – grão grosso; rápida – grão fino) - Impurezas - Processos mecânicos - Grão fino – Maior ductilidade e maior resistência. Tratamentos térmicos Acção da temperatura: Alteração da fase ou redistribuição cristalina ou entrada ou saída de um constituinte para a solução sólida. → Têmpera: Obtém-se provocando um arrefecimento brusco em água, óleo ou em soluções com salmoura. O material resultante é muito quebradiço. Processo que impede completamente a difusão de átomos de C que ficam presos em condições instáveis numa rede CCC. Obtêm-se provocando um arrefecimento brusco em agua, óleo ou soluções de salmoura. O material resultante, denominado martensite, é muito duro e quebradiço, não deformando plasticamente, por isso é normal revenir os aços temperados para lhes aumentar a ductilidade e tenacidade. Para isso aquece-se a martensite (200 a 400ºC) para permitir alguma difusão de carbono. Têmpera- Átomos de carbono ficam presos instavelmente em estruturas CCC – ferrite – sobressaturada em carbono: resulta martensite (dura, frágil, sem deformação plástica). Para aumentar a ductilidade aplica-se revenido (aquecimento a 200 ou 400ºC, seguido de arrefecimento lento – Permite formar alguma cementite e aumentar a ductilidade, conferindo capacidade de deformação plástica e com perda insignificante da resistência fase à martensite pura. Aquecimento a temperaturas superiores seguido de arrefecimento lento – começa a formar-se ferrite. → Normalização: Processo de arrefecimento ao ar; tem propriedades intermédias entre os aços temperados e recozidos. Permite alguma difusão de átomos de C para formar cementite, mas não há tempo para formar grandes cristais de ferrite. Normalização: Aquecimento ate 900ºC, seguido de arrefecimento ao ar (estrutura de pequenos cristais de perlite e ferrite). Permite a difusão de carbono, para formar alguma cementite, mas não há tempo para formar cristais de ferrite muito grandes (grande numero de pequenos cristais de ferrite e perlite, no meio da cementite). → Recozimento: Processo de arrefecimento muito lento, no forno; é muitas vezes utilizado após soldadura, quando o arrefecimento inicial foi demasiadamente rápido, provocando uma junta frágil. Recozimento: Aquecimento ate 900ºC + arrefecimento muito lento em forno. Muito usado em soldaduras feitas com temperaturas muito altas e seguidas de arrefecimento rápido, que deixam junta frágil.

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→ Aços Tempcore: Espécie de têmpera (arrefecimento rápido do exterior). Coroa frágil e dura (martensite). Núcleo dúctil (ferrite + +perlite). Mantém um patamar de cedência e considera-se um aço natural. (Só armaduras) Tratamentos mecânicos Permite agir sobre: Tensões limite, tensões de cedência, alongamento de rotura. Maior compactação da estrutura cristalina, maior resistência, maior ductilidade, maior extensão de resposta elástica. Pouco usado. Qualquer tratamento térmico termina na recristianização (aquecimento 200º a 400ºC, dissipa tensões internas, reduz substancialmente as relaxações. Se realizado sob tensão aumenta ainda mais o limite elástico e extensão de rotura). → Laminagem a frio: Deformação longitudinal permanente por compressão transversal; não tem vantagens sobre outros tratamentos → Estiragem: Aplicação de tracção às barras ou fios. O inconveniente deste tratamento é que os fios ou barras não ficam homogéneos, tanto em dimensão como no alongamento → Trefilagem: Estiragem através de fieiras (máquinas que transformam os elementos em fios), que reduz consideravelmente os inconvenientes anteriores. Resultado homogéneo. A trefilagem é precedida pela patentagem e tratamento químico (Aquecimento até à austenite – Obtêm-se estrutura sorbitica – estrutura perlitica muito fina, elevada elasticidade e resistência, para a máxima ductilidade. Tratamento com acido sulfúrico inibe a corrosão, pois os aços terfilados estão muito expostos à corrosão). Um aço terfilado não pode ser soldado e é muito sensível ao calor. → Torção: Tem as vantagens da estiragem, mas só melhora a aderência quando a base é nervurada ou não é de secção circular. Usos do aço na construção → Infra-estruturas de edifícios → Caminhos de Ferro → Pontes → Tubagens → Equipamento pesado (Bulldozers) → Reforço de estruturas de betão Comportamento do aço Rotura - fenómenos moleculares Imperfeições da rede cristalina: - Lacunas - Imperfeições intersticiais - Impurezas – intersticiais ou de substituição - Deslocações – Resulta de um dado plano atómico não ter continuidade, por faltar um átomo numa das filas. É através deste tipo de movimento que se explica deformações plásticas, relaxação e fluência. Deformação elástica: - Alongamento das ligações intercristalinas na direcção solicitada Módulo de elasticidade: - Relaciona σ e ε na fase elástica - Não varia com o teor de carbono. Mais de 98% das ligações são Fe-Fe, por isso o carbono não tem grande influência. Deformação plástica: - A tracção pode ser decomposta em componentes de corte – Os metais são menos resistentes ao corte que à tracção ou compressão (devido às deslocações). Os metais deformam-se por corte plástico (escorregamento de um plano cristalino sobre outros).

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- A deformação inelástica (plástica) de um aço a nível microscópico é o resultado do deslizamento de camadas atómicas, ou de rearranjo intersticial em zonas onde falta um átomo provocando estruturas não regulares. Temperatura de fragilização: - Para T <-5ºC Diagramas σ – ε dos aços - Se o metal fosse um cristal perfeito, teria uma relação σ – ε:

- Se o metal fosse policristalino perfeito, seria:

(as deslocações não se movem livremente – param no limite do grão)

- Extensão de cedência em metais puros: - Depende essencialmente da dimensão do grão e da quantidade de átomos intersticiais que dificultam as deslocações

P → limite de proporcionalidade (relação linear entre σ e ε) E → limite de elasticidade (não há deformação permanente) S → limite superior de cedência

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I → limite inferior de cedência Nota: O módulo de elasticidade não varia significativamente com o teor em carbono. O diagrama do aço endurecido a frio é o que se representa, mas só no final de alguns dias de descanso (tempo necessário ao re-arranjo das estruturas cristalinas) Patamar de cedência – Distintivo das ligas intersticiais (deve-se às impurezas nos interstícios oporem uma “ultima” resistência à deformação) Designação de aços Exemplo: A400ER A → aço ou armadura 235, 400, 500 → valor característico da tensão de cedência ou tensão limite de proporcionalidade a 0,2 % N, E → aço natural ou endurecido L, R → superfície lisa ou rugosa A400 NRSD – Ductilidade especial (ainda tem uma maior capacidade de deformação antes de romper que o A400NR). A500NE - Endurecido a frio – Retirou o patamar de cedência e aumentou a resistência de 400 para 500MPa. Aço endurecido a frio é usado muitas vezes em redes electrossoldadas. Aços de construção → S235 → S275 → S355 Aços de pré-esforço Exemplo: P 1770 5 I 1770 → Tensão característica de rotura à tracção (MPa) 5 → Diâmetro (mm) I → superfície (E → lisa; I → indentada)

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Aços endurecidos vs Aços naturais Um aço endurecido não tem patamar de cedência (define-se uma tensão limite de proporcionalidade, que corresponde, por exemplo, a 0,2% da extensão)

Tensão limite de proporcionalidade a 0,1% e a 0,2%.

Aço de pré-esforço não é endurecido (tem maior teor de carbono, não tem patamar de

cedência e é caracterizado por tensões limite de proporcionalidade ou pela tensão de rotura) Processo de endurecimento mecânico:

Aço endurecido – Se após a descarga, o material for

aquecido ou deixado em repouso, os átomos de carbono difundem-se para os locais das deslocações e dá-se nova queda no ponto de cedência. Armaduras para betão armado e pré-esforçado Armaduras para betão caracterizadas por: - Processo de fabrico e composição química - Propriedades mecânicas - Geometria (aderência) Armaduras para pré-esforço são caracterizadas por: - Processo de fabrico e composição química - Propriedades mecânicas

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- Geometria (aderência) - Características de relaxação Armaduras para Betão armado L – Lisa – aderência inferior (não é usada em armaduras) Composição química: - 0,15% ≤ %C ≤ 0,25 % - Impõe-se limites às impurezas Formas de endurecimento – mecânicas Caracteristicas mecanicas – Fabricante fornece (σ-ε, σrot, εrot, σ0,2, E) Configuração geométrica – Diametros de 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32 (mm) Observações: - Aços lisos já quase não se usam

- Aço 235 pouco usado – quase so armaduras de espera - Compensa usar A500 face a A400 – Pouco mais caro e poupa-se material - Todos os aços de armadura são, hoje em dia, tempcore Armaduras de pré-esforço Composição química: - Maior teor de carbono: 0,6% ≤ %C ≤ 0,9 % - Maior teor de manganês - Menor teor de impurezas Características mecânicas: - σ-ε - σrot e εrot - σ0,2 - E - queda de tensão por relaxação às 1000 horas Configuração geométrica: - Barras (aço estirado -endurecido por torção. A 800/1000. A 900/1100 – 800, 900 – σ0,2; 1000, 1100 - σrot) - Cabos ( fios de 2 a 4 mm de diâmetro. 7 fios = 1 cordão. Cabo = 7,12,19,22,31 cordões. Obtidos por trefilagem. Quanto menor o diâmetro dos fios maior a resistência. A1600/1800 é mais vulgar)

Designação Processo de fabrico

Superfície Aderência Tensão de cedência

Tensão de rotura

Extensão após rotura

A235NL Lam. a q. quente

Lisa Normal 235 360 24 % A235NR Rugosa Alta 235 460 24 % A400NR Lam. a q. Rugosa Alta 400 460 14 % A400ER End. a frio Rugosa Alta 400 460 12 % A400EL End.a.frio Lista Normal 400 460 12 % A500NR Lam. a q. Rugosa Alta 500 550 12 % A500ER Endurecido

a frio Rugosa Alta 500 550 10 %

A500EL Lisa Normal 500 550 10 %

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Observações: -Não são soldáveis -São muito sensíveis à temperatura e corrosão Condições de aderência aço-betão Aderência deve-se a 3 causas: - Origem química - Origem física (configuração geométrica) - Aderência por corte Aderência: - Diminui com a/c - Diminui com a plasticidade - Diminui com ciclos de gelo-degelo ou molhagem-secagem Ensaios – O comprimento de amarração deve ser tal que o varão, quando puxado, seja arrancado por rotura e não se solte. Origem química (colagem) - Combinação de ferro da armadura com o Ca(OH)2 do cimento = ferrato de cálcio – ligação fraca Origem física (atrito) - Atrito entre armadura e betão - Contracção do betão exerce pressão sobre a armadura (diminui com a relaxação do betão) - Nos aços de pré-esforço a adesão é facilitada - Depende essencialmente da grandeza e uniformidade das pressões lateriais exercidas pelo betão Aderência por corte (embricamento) - Á custa de nervuras, que só permitem o deslocamento da armadura quando o betão circundante ceder por corte Aços para construção Designação σced σrot εrot (%) S235 235 360 26 S275 275 430 22 S355 355 510 20 (Aços naturais – não tempcore, sequer) Diz-se que um aço tem boa soldabilidade quando, na execução da solda, a fusão do material não causa transformação considerável da sua estrutura cristalina. Quanto maior a percentagem de carbono menor a soldabilidade. Alguns conceitos relacionados com aços → Relaxação: consiste na diminuição da tensão aplicada a um sólido mantido a deformação constante. Só é relevante em aços de alta resistência e para tensões maiores que 0,5 σrot. Depende do tempo, carga aplicada, tratamento do endurecimento (aços deformados a frio apresentam maiores relaxações – a recristalização resolve o problema, desde que a tensão aplicada não excede 0,75 σrot). O mínimo de relaxação é obtido para aços recristalizados durante a sujeição a uma tracção, após trefilagem (procura-se que a estrutura de aço se identifique com a tensão a que vai estar sujeita) Valores: Geralmente, para σo=0,7σrot, t = 1000h → γsr = 2%. → Fadiga: acção de cargas e descargas repetidas ou de inversão repetida do sinal da tensão. A rotura dos materiais sob a acção da fadiga pode dar-se muito abaixo do limite elástico.

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Regulamentação sobre os aços - Tipos de armaduras (ordinárias; pré-esforço) - Processo de fabrico (% de carbono) - Aços:

- Naturais - Endurecidos (aço natural que sofre tratamento térmico e mecânico

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Liga Ferro-Carbono

As ligas ferro-carbono ainda hoje representam os materiais de maior utilização prática. Isto se deve ao fato de que estas ligas podem apresentar uma grande variação nas suas propriedades pela simples variação na quantidade de carbono e ainda possibilitam que se tenha uma gama maior de propriedades se considerarmos a possibilidade de deformação plástica e os tratamentos térmicos. A base para que este material tenha estas características está principalmente relacionado ao facto de que o ferro puro apresenta transformação alotrópica e que o carbono forma uma solução sólida intersticial com o ferro. Isto conduz a uma série de possibilidades de transformações, cada uma com suas microestruturas típicas, resultando na grande variação das propriedades. As transformações em uma liga ferro-carbono são influenciadas basicamente pela temperatura e pelo teor de carbono. Se considerarmos apenas este dois factores poderemos montar um mapa das transformações que irão ocorrer, o qual será chamado de diagrama de equilíbrio. Nesta representação podemos ver as fases que estarão presentes para cada temperatura e composição e também os pontos que são fundamentais para a compreensão das transformações.

Em primeiro lugar deve ser observado que o diagrama vai somente até 6,67% de carbono. Isto se deve ao facto de que as ligas acima deste teor não têm qualquer importância comercial. Em segundo lugar deve ficar claro que as ligas comerciais não são constituídas apenas por ferro e carbono, mas podem ter em sua composição outros elementos de liga além de pequenas quantidades de impurezas que são inerentes ao processo de obtenção do material. Assim sendo, o diagrama não representa fielmente o que sucede na prática, mas como pequenas quantidades de outros elementos não produzem grandes alterações, podemos utilizá-lo como base para o nosso estudo.

O diagrama ferro-carbono utilizado na prática na realidade é um falso diagrama de equilíbrio, isto é, ele representa o equilíbrio metaestável entre ferro e um carboneto de ferro chamado cementite que tem fórmula estequiométrica Fe3C. A forma mais estável da liga ferro carbono seria ferro e grafita mas como a grafita pode levar até mesmo anos para se formar, o diagrama estável não possui aplicação prática. No diagrama estável ferro-grafita está representado pelas linhas tracejadas e o diagrama metaestável ferro-cementita está representado por linhas contínuas.

Num diagrama de equilíbrio as fases são sempre representadas por letras gregas mas no caso das ligas ferro carbono estas fases além de serem identificadas por letras gregas também receberam um nome. Desta forma teremos as fases denominadas ferrite, austenite e cementite, que podem ou não estar presentes na microestrutura do material, dependendo do teor de carbono e da temperatura.

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Observando-se o diagrama nota-se que este apresenta vários pontos que merecem ser destacados. O primeiro deles é o que corresponde a uma composição de 1,7% de carbono a 1148 ºC. Este ponto representa uma fronteira entre as ligas ferro-carbono que são caracterizadas como aços e as ligas que são caracterizadas como ferro fundido. Assim, aço é uma liga com menos de 1,7% de carbono e ferro fundido é uma liga com mais de 1,7% de carbono. A escolha deste ponto deve-se ao facto de que, quando resfriamos um aço desde o estado líquido, este sempre passará por uma faixa de temperaturas em que a sua microestrutura será composta de uma única fase chamada austenite, o que não acontece para os ferros fundidos que possuem teores de carbono acima deste valor.

A austenite, também chamada fase-γ, é uma fase derivada do ferro-γ que como se sabe é formado por uma estrutura cúbica de faces centradas. Quando combinamos o ferro com o carbono forma-se uma solução sólida intersticial em que é mantida a estrutura cristalina original do ferro.

Para temperaturas inferiores, produz o aparecimento de uma nova fase chamada fase -α ou ferrite. A ferrite também é uma solução sólida intersticial de ferro e carbono e é mantida a estrutura cristalina cúbica de corpo centrado do ferro.

Devido ao facto de que as duas fases citadas acima possuem diferenças em sua estrutura cristalina, existe também uma grande diferença de solubilidade do carbono entre elas. Os interstícios da estrutura CFC são maiores do que os interstícios da estrutura CCC. Isto conduz a uma solubilidade do carbono que pode chegar a 1,7% (aproximadamente 9% em átomos) na temperatura de 1148 ºC para a austenite e somente 0,025 % (aproximadamente 0,1% em átomos) a 727 ºC para a ferrite.

Como pode ser observado no diagrama, a solubilidade do carbono não é fixa para estas fases, podendo variar com a temperatura. Desta maneira a austenite e a ferrite só apresentarão a sua solubilidade máxima nas temperaturas indicadas acima, variando tanto para temperaturas superiores como para temperaturas inferiores. Além disso, o carbono é um elemento estabilizador da austenite, e como podemos ver no diagrama, quando tivermos ferro puro a temperatura mínima em que a austenite é estável é de 912 ºC mas à medida que o teor de carbono cresce esta temperatura vai diminuindo até que, para 0,83% de carbono chegamos ao mínimo de 727 ºC. A partir daí a temperatura aumenta novamente até atingirmos o máximo de 1,7% para 1148 C. No caso da ferrite ela é estável até 912 ºC na ausência de carbono e à medida que aumenta o teor a temperatura diminui até que se atinja a solubilidade máxima de 0,025% C a 727 ºC. Abaixo desta temperatura a solubilidade diminui novamente chegando praticamente a zero na temperatura ambiente.

Como existe um limite de solubilidade do carbono tanto na austenite quanto na ferrite, o excesso de carbono poderá propiciar a formação de uma terceira fase que é chamada de cementite e que possui estrutura cristalina ortorrômbica, ainda em solução sólida intersticial com 6,67% de carbono. Isto acontece para teores de carbono maiores do que 0,77% acima de 727 C e abaixo de 1148 C e, para teores maiores do que 0,025%, abaixo de 727 C. Desta maneira teremos no diagrama regiões em que o aço é monofásico e regiões em que é bifásico. As regiões monofásicas podem ser formadas por austenite ou por ferrite e as regiões bifásicas podem ser formadas por austenite e ferrite, austenite e cementite ou ferrite e cementite. Outro ponto importante que deve ser observado é o que ocorre para a composição de 0,83% de carbono a 727 C. Este ponto, chamado ponto eutetóide, é o lugar do diagrama em que temos a convivência simultânea das três fases citadas acima, isto é, quando resfriamos o aço teremos a transformação da austenite em ferrite e cementite. Especificamente para esta composição a temperatura permanece constante enquanto a transformação não se completar totalmente. Adiante esta transformação será tratada com mais detalhes. Quando tivermos outros elementos fazendo parte da composição do aço, o teor de carbono correspondente ao ponto eutetóide será deslocado mais para a esquerda ou para a direita e a temperatura em que ocorre esta reacção irá aumentar ou diminuir. Esta é uma das influências dos elementos de liga dos aços. Aço – 3 fases: Ferrite, Austenite, Cementite. Ferro apresenta alatropia (capacidade de se organizar em estruturas cristalinas diferentes segundo a temperatura): Ferrite dissolve 0,025% de carbono a 700ºC, mas baixa para 0,007 de C à temperatura ambiente – Se o arrefecimento for lento o carbono abandona a ferrite e acomoda-se na cementite, que tem uma estrutura cristalina ainda capaz de o receber. Velocidade de arrefecimento: - Arrefecimento rápido: - Estruturas comportam-se como se estivessem congeladas desde a temperatura aquecida até à temperatura final

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- A austenite arrefecida rapidamente fica com estrutura martensitica (dura e frágil) acomoda mais carbono do que a sua estrutura permite - Conforme a velocidade de arrefecimento, assim se doseia a quantidade de ferrite, cementite, perlite e martensite.

Nota: Quando a temperatura está mais elevada, a rede cristalina dilata e acomoda mais carbono nos interstícios. Quando a temperatura baixa, a percentagem de carbono tende a baixar igualmente. Por isso, quando se arrefece a austenite rapidamente, ela fica quebradiça, pois tem carbono em excesso. Fases sólidas do aço → Ferrite: macia, maleável e tem tensão de rotura baixa (σrot≈320MPa); pouco interesse como material para estruturas. Corresponde ao ferro-α (Temperatura ambiente), com uma baixa % de carbono – C = 0,025%. → Perlite: ao microscópio lembra o brilho da pérola; mistura caracteristicamente lamelar, em camadas alternadas de ferrite (88%) e de cementite (12$) . Propriedades variam com o espaçamento entre lamelas que varia muito com as condições de arrefecimento. Mais resistente mas menos dúctil que a ferrite. → Cementite: dura e frágil, assemelhando-se a um material cerâmico; a sua presença junto à ferrite aumenta muito a resistência. Carboneto de ferro – Fe3C. → Austenite: é mole e dúctil tal como a ferrite (distinguem-se pela gama de temperaturas onde apresentam estas características), prestando-se bem para a laminagem. Componente de maior deformabilidade (CFC – 12 planos de escorregamento). Corresponde ao ferro-. → Martensite: Ferrite sobressaturada em carbono e com rede cristalina altamente deformada. CCC sobressaturada. Muito dura. Baixa ductilidade. Resistência quase nula. Propriedades de um aço, em função das fases presentes - Características mecânicas de um aço correspondem sensivelmente à média dos valores dos constituintes presentes - Pode expressar-se a resistência em função do teor de carbono

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Perguntas de exame: No quadro seguinte indicam-se algumas das características de dois tipos de aço utilizados em obras de engenharia civil. Estabeleça as principais diferenças entre os aços A e B, no que se refere a: composição da liga, comportamento mecânico, campo de aplicação e soldabilidade. Tipo de aço Proc. de fabrico fsuk (MPA) fsyk ou fs0,2k

(MPA) εsuk(%) E (GPa)

A Lam. a quente 460 400 14 200 B Trefilado 1770 1600 3,5 209 Aço Composição da liga Comportamento mecânico Campo de aplicação Soldabilidade A Menos carbono Boa rest. à tracção Armaduras de betão Fraca – a evitar B Mais carbono Excelente rest. à tracção Cabos de pré-esforço Não é soldável Para a construção de um edifício de serviços em Lisboa, prevê-se a concepção de uma estrutura mista (betão armado e metálica), recorrendo aos seguintes aços: S235 e A500NR. Indique qual o tipo de aço que utilizaria para os elementos de betão armado e para os elementos constituintes da estrutura metálica, e compare os dois aços referidos sob o ponto de vista de composição da liga, de resistência à tracção e de deformabilidade. Para os elementos de betão armado usaria o aço A500NR pois o aço “A” é adequado para a construção de armaduras pois também é rugoso e apresenta uma elevada resistência. Para os elementos constituintes da estrutura metálica usaria o aço S235, pois estes aços “S” são os aços usados para os perfis metálicos, pois é um aço natural, que nem sequer é temperado, podendo ser soldado. O aço A500NR é mais resistente à tracção e menos deformável que o S235. O aço A500NR tem mais % de carbono na sua composição. Considere um aço A400NR e um aço A400ER. Qual dos dois apresenta maior teor de carbono? Justifique. O aço A400NR apresenta maior teor de carbono que o aço A400ER. O aço A400ER é endurecido a frio a partir de um aço de menor resistência (A235NR), deste modo apresenta menos carbono que o aço A400NR. Relacione, justificando, o módulo de elasticidade de uma barra de aço A400ER, com o de uma barra de aço inoxidável. O aço inoxidável tem apenas um tratamento com crómio que lhe confere resistência à oxidação, não lhe alterando o módulo de elasticidade. Deste modo, quer o aço A400ER quer o aço inoxidável terão o mesmo módulo de elasticidade (E = 200GPa) Como explica a nível microscópico a deformação inelástica de um aço? A deformação inelástica (plástica) de um aço a nível microscópico é o resultado do deslizamento de camadas atómicas ou de rearranjo intersticial em zonas onde falta um átomo provocando estruturas não regulares. Relacione o comportamento de um aço com o seu teor de carbono. Refira-se aos seguintes aspectos: resistência, dureza, ductilidade e soldabilidade. Quanto maior for em carbono maior a sua dureza e a sua resistência. Por outro lado, a ductilidade e a soldabilidade diminuem com o aumento de carbono

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Compare do ponto de vista do comportamento à tracção simples os seguintes dois aços: A400NR e A400ER e trace esquematicamente os diagramas de tensão-extensão dos dois tipos de aço acima referidos. O aço A400NR apresenta a mesma tensão de cedência que o aço A400ER. A tensão última é diferente para os dois. O aço A400ER têm menor extensão que o outro. A 400 NR A400ER

Como se justifica a nível microscópico o comportamento de um aço à tracção. Relacione o módulo de elasticidade dos seguintes aços: de construção, varão para betão armado, inoxidável e cordões de pré-esforço. Indique a ordem de grandeza da tensão de cedência desses aços. A nível microscópico, quando sujeito a tracção, o aço apresenta plasticidade fruto do rearranjo dos átomos e o escorregamento de um plano cristalino sobre outros. Quanto mais pequenos são os grãos maior é a ductilidade. Aço de construção: E=206 GPa Tensão de compressão = 235 a 375 MPa Varão para betão armado: E=206 GPa Tensão de compressão = 235 a 500 MPa Aço inoxidável: E=206 GPa Tensão de compressão = 235 a 375 MPa Cordões de pré-esforço: E=1906 GPa Tensão de compressão = 1000 a 1800 MPa

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VIDRO

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13 - VIDRO Programa: Vidros: matérias-primas; fabrico e tratamento, principais tipos de produtos, suas características e aplicações. Matérias-primas e fabrico

Areia (sílica – SiO2) vitrificante; Óxido de sódio (Na2O) fundente, faz descer a temperatura de fusão da sílica; Calcário e dolomite estabilizadores, impedem a alteração do material;

- Óxido de cálcio (CaO) - Óxido de magnésio

Outros: casco até 20% (vidro moído, facilita a fusão do vidro). Processo de fabrico:

Mistura das matérias-primas; Forno até 1550ºC; Arrefecimento até 1000ºC; Vertido sobre estanho fundido, seguido de arrefecimento até 600ºC; Forno de recozimento, onde se dá arrefecimento até 250ºC; Arrefecimento ao ar; Corte.

Propriedades do vidro:

Densidade ≈ 2500 Kg/m3 = 25 kN/m3; Dureza – 6,5 na escala de Mohs; Resistência química – só é atacado pelo ácido fluorídrico, enorme durabilidade =>

ausência de manutenção; Propriedades mecânicas:

Material elástico quase perfeito (gráfico ε-σ linear); E = 700 GPa, α = 1x10-5 , = 0,2, γ = 25 kN/m3; Resistência mecânica do vidro em chapa; - Flexão = 40 a 50 MPa (recozido) - Flexão = 120 a 200 MPa (temperado) - Compressão = 1000 MPa

A resistência à tracção das fibras de vidro atinge os 7000 MPa. O vidro não é um bom condutor térmico;

Condições de rotura:

- Fractura frágil Dá-se quando a tensão aplicada excede a resistência do ponto mais frágil; Resistência não depende de nenhuma constante do material, mas do defeito mais crítico; Quanto maior a extensão da superfície, maior a probabilidade de haver defeitos e menor a resistência.

- Vidro rompe sempre por tracção; - Rotura tem sempre origem num ponto da superfície; - Os ensaios apresentam grande dispersão de resultados (típico em materiais frágeis); - Fractura diferida Deve-se à presença da água que dissolve os iões alcalinis da superfície do vidro e destrói os silicatos => alargamento progressivo das microfissuras até ao ponto crítico, de propagação rápida e rotura da peça. Como prevenção deve-se usar vidros com baixo teor de alcalanis (menos óxidos alcalinos) e com mais sílica, cal e magnésio. - Propagação da rotura

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Defeitos do vidro:

Tensões permanentes (mau recozimento ou aperto excessivo do caixilho); Variações bruscas de espessura (facilita a quebra por gradiente térmico);

Bolhas e pedras; Estado da superfície (riscos ou fissuras). Propriedades térmicas - Dilatação linear αvidro = 9x10-6 αalumínio = 23x10-6 - Choque térmico – o vidro é mau condutor de calor => a temperatura não se distribui uniformemente na peça => pode haver rotua por tensões devidas à deformação diferencial da peça

o Prevenção: Vidros com baixo α (termoresistentes); Cuidado ao utilizar vidros de alta absorção energética (vidros de cor); Caixilharias que permitam dilatação; Ventilação interior-exterior; Polir as arestas que vão estar sujeitas a grandes tensões de modo a diminuir os defeitos.

Resistência ao fogo

Classificação: EF – estavéis ao fogo (resistem mecanicamente);

PC – pára-chamas (resistem, são estanques ao fogo e não libertam fogo; CF – corta-fogo (resistem, são estanques ao fogo, não libertam gases e isolamento térmico);

Vidro recozido parte imediatamente por choque térmico; O temperado resiste mais; Aramados mantêm a coesão; Vidro corta-fogo gel especial entre dois vidros armados.

Tipos de vidro - Vidro de sílica Sílica = 99,5 %; Elevada temperatura de fusão. - Vidro de sílica – soda – cálcio (vidro normal). - Vidro de chumbo SiO2 = 30 a 70 % (óptica e cristal); PbO = 18 a 65 %; Na2O = 5 a 20 %. - Vidro de borosilicatos SiO2 = 60 a 80 % (resiste a temperaturas altas – “pirex”); B2O3 = 10 a 25 %; Al2O3 = 1 a 4 %. - Vidro de aluminosilicatos SiO2 = 5 a 60% (óptica);

Al2O3 = 20 a 40% (elevada resistência – fins militares);

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CaO = 5 a 50%; B2O3 = 0 a10 %.

Produtos de vidro

Recozido: - Normal; - Com óxidos metálicos.

Estratificado (laminado): - Várias chapas coladas através de uma película de plástico; - Em caso de quebra, a pelícla plástica mantém o vidro estilhaçado no

respectivo lugar. Aramados:

- Tem incorporado uma malha metálica (arame); - Não aumenta a resistência mecânica; - Em caso de rotura, retém os pedaços de vidro e opõe-se à penetração do corpo que provocou a quebra; - Torna o vidro coeso contra o fogo.

Temperados: têmpera = aquecimento 650 ºC da chapa de vidro + arrefecimento rápido com jactos de ar. Não pode ser alterado, logo a sua fixação faz-se por função pré-definida antes da têmpera.

- Obtém-se a partir do vidro recozido através de um tratamento térmico que tem por efeito introduzir um regime de tensões no vidro que pode ser comparado ao pré-esforço aplicado em outros materiais (as faces da chapa ficam submetidas a tensões de compressão enquanto que a zona central fica à tracção; - Melhoria da resistência da chapa de vidro a tensões mecânicas (flexão e choque); - Melhoria de resistência térmica (diferenças bruscas de temperatura produzidas por choque térmico); - Quando parte estilhaça-se em fragmentos sem arestas cortantes ao contrário do vidro recozido.

Impressos: usados em janelas de casa de banho, etc. Moldados: perfis em U ou blocos (tijolos, telhas, etc). Atérmicos:

- Reflectantes aumentam a parcela de luz absorvida; - Coloridas aumentam a parcela de luz absorvida.

Fibras de vidro: isolamento térmico e acústico. Vidros especiais: laboratórios, óptica, etc.

Vidro duplo: duas chapas de vidro com um gás inerte entre elas (geralmente) água, cuja vantagem sobre um vidro simples com a mesma massa é proporcionar maior isolamento térmico e acústico. Segurança No caso de quebra de vidros, tem de se garantir a segurança das pessoas e bens. Não se entra só em consideração com a resistência mecânica como em outros materiais. Do ponto de vista da segurança existem 3 tipos de vidros:

Temperados; Armados (tem incorporada uma malha metálica); Estratificados.

Escolha do vidro face às acções a que está sujeito.

- Vidros simples recozidos Devem apenas suportar o peso próprio e acção do vento;

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As dimensões máximas são função da espessura.

- Tensões acidentais mecânicas Pode usar-se vidros temperados ou estratificados;

Depende se se deseja proteger pessoas impedir a passagem ou ambos.

- Tensões térmicas acidentais Vidros resistentes ao fogo. - Tensões térmicas normais Não existem significativamente em vidros

incolores, com baixa absorção energética; Vidros com elevado coeficiente da

absorção e exposto ao sol devem ser temperados.

Factor solar / luz do dia

Condições de conforto:

Elevado factor de luz do dia; Baixo factor solar; Reduzida transmissão U.V.

Controlo solar Orientação das fachadas - Sul e oeste (mais calor); - Norte e este (luz uniforme). Altura e dimensão dos vãos;

Protecção solar

Coeficientes de condução térmica

- Vidro simples (4 mm) U = 5,8 W/(m2ºC); - Vidro duplo (4 – 12 – 4 mm) U = 2,9 W/(m2ºC).

Factor solar = Energia que passa para o interior Energia que incide no vidro

Factor luz = Luz transmitida do dia Luz incidente

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Transmissão acústica Vidros duplos de espessuras diferentes melhoram o isolamento acústico.

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Perguntas de exame: Esquematize o diagrama força-deslocamento de um vidro submetido à flexão, indicando a ordem de grandeza da sua resistência.

Indique dois tipos de vidros que sejam habitualmente

considerados como “vidros de segurança”. Justifique. Vidros estratificados e vidros aramados. Os vidros aramados como têm uma rede de arame, não permitem a passagem mesmo que fracturem. Os vidros estratificados (utilizado quase exclusivamente nos pára-brisas) também podem fracturar, porém, como no seu interior têm películas de plástico, não se desagregam em pedaços mesmo que estilhace. O que entende por um “vidro duplo”? Qual a sua principal vantagem quando comparado com um vidro simples com igual massa. Um vidro duplo é um vidro composto por duas placas de vidro com um gás, inerte entre elas (geralmente agua) cuja vantagem sobre um vidro simples com a mesma massa é proporcionar maior isolamento térmico e acústico. Maior isolamento térmico pois entre os vidros dá-se dissipação por convecção, e maior isolamento acústico ao som ambiente dada a possibilidade dos dois panos de vidro não terem igual espessura. Quais as vantagens de um vidro temperado em relação a uma vidro recozido. Descreva brevemente o processo de têmpera. O vidro temperado, relativamente ao vidro recozido é que resiste a maiores esforços, principalmente de flexão e tracção. Alem de que quando parte, formam pedaços não cortantes. A têmpera consiste no aquecimento do vidro a 650ºC, seguido de um rápido arrefecimento a jacto de ar, de forma a criar tensões internas. As superfícies arrefecem mais rápido e gera-se um campo de tensões do tipo: O que entende por “efeito de estufa” num compartimento de um edifício com uma grande área envidraçada voltada a sul. Indique as causas deste efeito. Efeito estufa deve-se ao excesso de calor no interior da sala. Isto é, entra muito calor pelo vidro por radiação e só pouco por convecção. Tem a ver com o factor solar (Qt energia para o interior/ Qt de energia incidente)

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Indique as técnicas que podem ser utilizadas para aumentar a resistência mecânica de um vidro recozido, referindo os princípios em que se fundamentam. Tempera – Aumentar e diminuir a temperatura bruscamente originando tensões diferenciais. Estratificação – Colar 2 vidros com uma resina especial, mantendo a sua coesão se for partido. Abrasão – Desgastar a camada superficial do vidro (onde se localizam as micro-fissuras). Químico – Colocar cola (resina) na superfície do vidro para colar a zona fendilhada. Suponha que para a realização de uma estrutura de betão armado dispões, pelo mesmo preço de dois tipos de aço – A500NR e A500ER. Indique justificando que tipo de aço escolheria. Num mesmo gráfico, trace para cada um deles, de forma aproximada, assinalando os pontos notáveis, o diagrama tensão-extensão em tracção simples. A500NR – Escolhia o A500NR, pois ambos têm a mesma resistência e este foi laminado a quente enquanto que o outro provem de aços de resistência inferior mas endurecidos. Para alem disso o A500NR possui uma maior ductibilidade que o outro, fornecendo assim uma maior margem de segurança ás estruturas em caso de sobre cargas, enquanto no A500ER poderia ocorrer logo o colapso (rotura frágil).

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Metais não ferrosos

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14 – Metais não ferrosos Programa: Materiais metálicos não ferrosos: alumínio para caixilharias. Alumínio O alumínio é um elemento químico de símbolo Al. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Matéria-prima: Bauxite (extracção por ataque a quente com soda cáustica) Alumina (electrólise da alumina) Alumínio Composição química:

Mn Si Mg

Fabrico:

o Ligas Lingotes fundição peças moldadas Placas de laminagem laminagem chapas Biletes extrusão perfis/tubos Fios fieiras fios

o Extrusão

- Geralmente, por extrusão de biletes, através de matrizes Aquecimento do bilete (450 a 480 ºC) Compressão do bilete de encontro à matriz, com têmpera no final Tratamento térmico-mecânico - Produz-se em diferentes perfis ligotes, placas, biletes e fios. Características gerais

o Densidade = 2,7 o Elevado poder reflector (brilhante) o Não magnético o Funde a 658ºC o Elevada condutibilidade térmica o Elevado coeficiente de dilatação linear o Baixo módulo de elasticidade

Contacto com outros materiais Metais:

a) Aço - O aço oxida e a ferrugem ataca o alumínio - O aço tem de ser tratado (zincado ou pintado) - Parafusos em aço devem ser galvanizados -> deve usar-se aço inoxidável, mesmo assim

b) Aço inoxidável – não tem problemas c) Cobre – o cobre e as suas ligas (bronze e latão) são muito corrosivos para o alumínio d) Chumbo – desaconselhável usar pituras com óxidos de chumbo ou contactos entre

chumbo e alumínio Cimento e gesso:

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- Atacam superficialmente o alumínio e deixam marcas brancas, mesmo após limpeza e sobre tratamento anodizado - Manchas não interferem na resistência (mas são inestéticas) - Pode usar-se verniz de protecção

Madeira - As madeiras secas não oferecem problemas - Carvalho e castanheiro produzem reacção ácida, quando há humidade => a madeira deve ser protegida antes de contactar com o alumínio

Protecção dos alumínios

Anodização Objectivo:

- Criar uma camada de alumina 200 a 2000 vezes mais espessa que a que se cria naturalmente - Espessura mínima = 15 m

Alumina: - Transparente - Impermeável - Boa resistência mecânica - Aceita coloração - Conserva as características metálicas do alumínio

Processo: 1 – Desengorduramento (limpeza da superfície) 2 – Decapagem (alisagem(?) química da superfície) 3 – Acetinagem - Não se aplica a perfis polidos - Confere aspecto mole 4 – Neutralização - Neutraliza a acção da soda cáustica - Branqueia - Torna a peça receptiva à con(?) 5 – Anodização - Em banho de água - Cria a camada de alumina (reacção de electrólise) -> no alumínio, ao contrário do aço, a oxidação pode aumentar a durabilidade do alumínio, se à camada de alumina se juntar uma pintura que dotará o alumínio de protecção à corrosão. - Anodização dura (espessuras de 25 a 250 m)

A oxidação por electrólise é parte fulcral do processo de anodização, pois a alumina é depositada na superfície do perfil através deste processo. A espessura da camada de alumina vai depender do tempo de anodização. 6 – Colmatagem - Eliminação dos poros da camada anódica - Hidratação da alumina => aumento do volume e colmatação dos poros Espessura da camada anódica:

Poluição atmosférica mínima ----------------------- 10 m Poluição atmosférica média (indústrias)---------- 15 m Poluição atmosférica agressiva (mar)-------------- 20 m

Controlo de qualidade: - Espessura de anodização - Grau de colmatagem - Controlo da coloração

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Termolacagem Permite uma variada gama de cores e uma textura mais agradável que a anodização, que tem um aspecto metálico, cor cinzenta, mas possui uma protecção mais resistente e menos espessa para o mesmo nível de protecção contra a corrosão.

Objectivo: - Depositar, sob o material previamente tratado, resina pulverizada, a qual adere à superfície por forças electro-estáticas. - Tanto o alumínio como o pó estão carregados contrariamente - Espessura = 70 m

Processo:

1 – Decapagem - Eliminação da alumina superficial, numa solução alcalina 2 – Lavagem 3 – cromatização - Protege a superfície com a corrosão - Prepara uma boa aderência para a tinta 4 – Lavagem 5 - Pintura - Projecção da tinta em pó 6 – Polimerização

– a 220 ºC, durante 10 min Controlo de qualidade: - Raiado - Impado - Dobragem (película tem de ser elástica para poder acolher impactos) - Corte e mecanização - Medição da espessura Controlo da qualidade dos perfis: - Dureza - Controlo dimensional - Geometria dos perfis - Ensaios de ligas OUTROS METAIS Ferro fundido O ferro fundido é uma liga de ferro em mistura eutética com elementos à base de carbono e silício. Forma uma liga metálica de ferro, carbono (entre 2,11 e 6,67%), silício (entre 1 e 3%), podendo conter outros elementos químicos. É usado em estruturas antigas, tampas de esgotos e condutas de adução. Zinco O zinco (do alemão Zink) é um elemento químico de símbolo Zn, número atômico 30 (30 prótons e 30 elétrons) com massa atómica 65,4 uma. À temperatura ambiente, o zinco encontra-se no estado sólido. Está situado no grupo 12 (2 B) da Classificação Periódica dos Elementos. As ligas metálicas de zinco têm sido utilizadas durante séculos - peças de latão datadas de 1000-1400 a.C. foram encontrados na Palestina , e outros objetos com até 87% de zinco foram achados na antiga região da Transilvânia. A principal aplicação do zinco - cerca de 50% do consumo anual - é na galvanização do aço ou ferro para protegê-los da corrosão, isto é, o zinco é utilizado como metal de de sacrifício (tornando-se o ânodo de uma célula, ou seja, somente ele se oxidará). Ele também pode ser usado em protetores solares, em forma de óxido, pois tem a capacidade de barrar a radiação solar.

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Cobre O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim cuprum. À temperatura ambiente, o cobre encontra-se no estado sólido. Classificado como metal de transição, pertence ao grupo 11 (1B) da Classificação Periódica dos Elementos. É um dos metais mais importantes industrialmente, de coloração avermelhada, dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade. Conhecido desde a antiguidade é utilizado, atualmente, para a produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos ), e em ligas metálicas como latão e bronze. Latão O latão é uma liga metálica de cobre e zinco com percentagens deste último entre 3% e 45%. Ocasionalmente se adicionam pequenas quantidades de outros elementos como (Al, Sn, Pb ou As) para potenciar algumas das características da liga. As aplicações do latão abrangem os campos mais diversos, desde armamento, passando pela ornamentação, até tubos de condensador e terminais eléctricos. São utilizados na fabricação de objetos de uso doméstico, como tachos e bacias, de instrumentos musicais de sopro e de jóias. Bronze O bronze (do persa biring, cobre) é o nome com o qual se denomina toda uma série de ligas metálicas que tem como base o cobre e liga principal o estanho e proporções variáveis de outros elementos como zinco, alumínio, antimônio, níquel, fósforo, chumbo entre outros com o objectivo de obter características superiores a do cobre. O estanho tem a característica de aumentar a resistência mecânica e a dureza do cobre sem alterar a sua ductilidade. De bronze foram as primeiras armas e ferramentas metálicas, também utilizado para a produção de estátuas. Material que, polido, chega ao amarelo ouro, o mais usado no campo da escultura. Sua grande popularidade se deve à sua enorme resistência estrutural, à não corrosão atmosférica, à facilidade de fundição e uma capacidade de acabamento que permite excelente polimento ou o uso de diversas cores e tipos. O bronze possui características acústicas e de geração de ondas sinusoidais bastante puras e apresentando um timbre bem distinto, tornando-se assim um metal excelente para a fabricação de instrumentos musicais de percussão como é o caso dos sinos e sinetas ou secções de instrumentos de sopro, onde o som é originado, como são os bocais para saxofones, trompetes e trombones, entre outros. Titânio O Titânio é um elemento químico de símbolo Ti. Trata-se de um metal de transição leve, forte, cor branca metálica, lustroso e resistente à corrosão, sólido na temperatura ambiente. O titânio é muito utilizado em ligas leves e em pigmentos brancos. É um elemento que ocorre em vários minerais, sendo as principais fontes o rutilo e a Ilmenita. Apresenta inúmeras aplicações como metal de ligas leves na indústria aeronáutica, aeroespacial e outras.

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Perguntas de exame: Relativamente aos alumínios utilizados na construção civil, refira as vantagens e os inconvenientes da termolacagem relativamente à anodização. A termolacagem permite uma variada gama de cores e uma textura mais agradável que a anodização que tem um aspecto metálico cor cinzenta, mas uma protecção mais resistente e menos espessa para o mesmo nível de protecção à corrosão. Explique de que forma a oxidação superficial do alumínio, ao contrário do que acontece com o aço, pode aumentar a sua durabilidade. No alumínio ao contrário do ferro e do aço, a oxidação por forma de electrólise é parte fulcral do processo de anodização deste, o que lhe criará na superfície uma camada, mais ou menos espessa de alumínio, que juntamente com uma pintura dotará o alumínio de uma protecção à corrosão. Em que se distinguem os processos de oxidação do aço e do alumínio. O processo de oxidação do aço ocorre devido ao facto de este ser um material ferroso. A oxidação do aço é lhe prejudicial pois vai deteriora-lo o que provoca a diminuição da sua resistência. Tal processo ocorre pois o aço tem uma elevada condutibilidade eléctrica, o que facilita o processo de oxidação-redução. No alumínio, a oxidação vai criar uma camada de alumina superficial que vai servir como protector para o alumínio evitando a sua decomposição. Justifique a importância da operação de colmatagem no processo de anodização do alumínio. A anodização do alumínio é um processo que visa proteger os alumínios criando uma camada de alumina 200 a 2000 vezes mais espessa que a que se cria naturalmente. Dentro da anodização a colmatagem serve para eliminar os poros da camada anódica e hidratar a alumina => aumento de volume e colmatação dos poros.