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DESIGN Materiais e Processos Prof. a M.S. Camila Sieburger Tessmann 2012 6 Pedras 6.1 Histórico Os materiais naturais são os mais antigos utilizados pelo Homem, pelo fato de poderem ser empregados praticamente sem alteração do seu estado natural. O primeiro uso de pedras trabalhadas deu-se com a confecção de armas de caça e rudimentares ferramentas de corte, geralmente de sílex. A cerca de 3000 A.C. aparecem os primeiros monumentos de pedra, megalitos, menires, túmulos, etc. A utilização de pedras como adorno segue a mesma datação, porém as técnicas de lapidação foram desenvolvidas mais tarde. Figura 1 - Ferramenta cortante de sílex 6.2 Definição Do ponto de vista da Geologia pura, denominam-se rochas todos os elementos constituintes da crosta terrestre, quaisquer que sejam suas origens, composição e estrutura. Para a Geologia aplicada a palavra tem significado mais restrito, condicionado à resistência e durabilidade do material. Segundo a ABNT (TB-3/1945), “Rochas são materiais constituintes essenciais da crosta terrestre, provenientes da solidificação do magma ou de lavas vulcânicas, ou da consolidação de depósitos sedimentares, tendo ou não sofrido transformações metamórficas. Esses materiais apresentam elevada resistência mecânica, somente modificável por contatos com ar e água em casos muito especiais”. 6.3 Classificação das rochas 6.3.1 Classificação geológica

Pedras - 2012

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DESIGN

Materiais e Processos

Prof.a M.S. Camila Sieburger Tessmann

2012

6 Pedras

6.1 Histórico Os materiais naturais são os mais antigos utilizados pelo Homem, pelo fato de poderem ser empregados praticamente sem alteração do seu estado natural. O primeiro uso de pedras trabalhadas deu-se com a confecção de armas de caça e rudimentares ferramentas de corte, geralmente de sílex. A cerca de 3000 A.C. aparecem os primeiros monumentos de pedra, megalitos, menires, túmulos, etc. A utilização de pedras como adorno segue a mesma datação, porém as técnicas de lapidação foram desenvolvidas mais tarde.

Figura 1 - Ferramenta cortante de sílex

6.2 Definição Do ponto de vista da Geologia pura, denominam-se rochas todos os elementos constituintes da crosta terrestre, quaisquer que sejam suas origens, composição e estrutura. Para a Geologia aplicada a palavra tem significado mais restrito, condicionado à resistência e durabilidade do material. Segundo a ABNT (TB-3/1945), “Rochas são materiais constituintes essenciais da crosta terrestre, provenientes da solidificação do magma ou de lavas vulcânicas, ou da consolidação de depósitos sedimentares, tendo ou não sofrido transformações metamórficas. Esses materiais apresentam elevada resistência mecânica, somente modificável por contatos com ar e água em casos muito especiais”. 6.3 Classificação das rochas 6.3.1 Classificação geológica

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6.3.1.1 Rochas eruptivas ou ígneas Formadas pela consolidação do material proveniente de uma fusão total ou parcial:

- Eruptivas de profundidade ou plutônicas. Ex. Granito - Eruptivas filoneanas. Ex. Pórfiro - Eruptivas efusivas ou vulcânicas. Ex. Basalto

Figura 2 - Esquema de formação das rochas eruptivas

6.3.1.2 Rochas sedimentares Formadas pela consolidação do material transportado e depositado pelo vento ou pela água.

- Sedimentares clásticas ou detríticas, da deposição de detritos. Ex. Arenito - Sedimentares químicas, de precipitação química. Ex. Rochas calcárias - Sedimentares organógenas, da acumulação de substâncias orgânicas. Ex. Turfa.

Figura 3 - Esquema das rochas sedimentares

6.3.1.3 Rochas metamórficas Formadas pela alteração gradual na estrutura das rochas anteriores, pela ação do calor, da pressão ou da água. Como exemplo, os gnaisses da alteração dos granitos, os quartzitos da alteração de arenitos, os mármores da alteração de calcários e os esquistos cristalinos da alteração das argilas.

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6.3.2 Classificação tecnológica Baseadas no mineral simples predominante na constituição das rochas e determinante das suas características. 6.3.2.1 Pedras silicosas Nas quais predomina a sílica (SiO2). De maneira geral tem a maior resistência mecânica e a maior durabilidade de todas. 6.3.2.2 Pedras calcárias As propriedades são governadas pelo carbonato de cálcio (CaCO3), tem boa resistência mecânica e média durabilidade. 6.3.2.3 Pedras argilosas A argila (silicato hidratado de alumínio) é preponderante. Apresentam menor resistência mecânica e durabilidade. 6.3.3 Classificação combinada É a combinação das duas classificações anteriores. Dá mais subsídios à classificação. 6.4 Descrição das rochas mais importantes 6.4.1 Rochas silicosas eruptivas Granitos - Constituídos por quartzo, feldspato e mica, podendo apresentar outros elementos acessórios que não influenciam suas propriedades, tais como: apatita, zirconita, magnetita e outros. São comuns duas variedades: o granito rosa e o azul. A resistência e durabilidade é uma das maiores entre as pedras de construção. Sua dureza, entretanto, dificulta o trabalho da pedra. Sienitos, Sienitos nefelínicos, Dioritos, Gabros, Riolitos, Traquitos, Fonolitos, Andesitos, Diabásios, Bbasaltos e Meláfiros

Figura 4 - Composição do granito

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6.4.2 Rochas silicosas sedimentares Arenitos – Constituídos por grãos de sílica ou quartzo, ligados por cimento silicoso, argiloso ou calcário. A durabilidade depende não só da natureza dos grãos de sílica, mas principalmente do material cimentante.

Figura 5 - Formação de arenito em Vila Velha - PR

6.4.3 Rochas silicosas metamórficas Gnaisses – Caracterizam-se pela xistosidade particular, que consittui a estrutura gnáissica. Micaxistos – Semelhantes aos gnaisses, porém de estrutura mais fina. Quartzitos – Resultam do metamorfismo dos arenitos. São compactos, resistentes e duros. Apresentam textura granitóide ou porfiróide e são usados em calçamento.

Figura 6 - Gnaisse

6.4.4 Rochas calcárias sedimentares e metamórficas Conhecidas vulgarmente por calcários, grandemente empregadas nos revestimentos, devido à resistência às intempéries. São de fácil trabalho por serem estratificadas. Brechas e conglomerados – Tufos calcários – Alabastros – Travertinos – Calcários lacustres compactos Mármores – São os calcários metamórficos mais importantes. A cor é uma das características mais importantes, sendo muito apreciados os de coloração branca.

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Figura 7 - Variedade de mármores

6.3.5 Rochas argilosas Margas – Matéria prima para a cerâmica Filitos – Geralmente são chamados de xistos, acompanhados da expressão que indica o silicato dominante.

Figura 8 - Afloramento de Filitos

6.4 Propriedades ensaiadas 6.4.1 Cor 6.4.2 Fratura 6.4.3 Homogeneidade 6.4.4 Massa específica e compacidade 6.4.5 Porosidade 6.4.6 Permeabilidade 6.4.7 Higroscopicidade 6.4.7 Gelividade 6.4.8 Condutibilidade térmica e elétrica 6.4.9 Dureza 6.4.10 Aderência 6.4.11 Propriedades mecânicas 6.4.11.1 Compressão, tração, flexão e cisalhamento 6.4.11.2 Desgaste 6.4.11.3 Choque 6.5 Composição mineralógica

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As propriedades das pedras resultam das propriedades dos minerais constituintes. Esta relação, no entanto, não é absoluta, depende ainda da estrutura da pedra resultante da formação geológica: vulcânica, sedimentar, metamórfica; da textura da pedra, ou seja, do arranjo, forma e dimensões dos elementos mineralógicos e, finalmente, do estado de alteração dos mesmos. As pedras que resultam da associação de minerais da mesma espécie denominam-se pedras simples (Ex. Mármore de Carrara); aquelas em cuja constituição entram vários minerais denominam-se pedras compostas (Ex. Granito). 6.5.1 Quartzo A sílica (SiO2) livre ou constituindo silicatos com óxidos básicos é o componente mais abundante da crosta terrestre. O quartzo é sílica cristalina. Usualmente é opaco, muitas vezes de coloração branco-leitosa.

6.5.2 Aluminossilicatos Depois da sílica, é a alumina ou óxido de alumínio (Al2O3) o mais abundante constituinte da crosta terrestre. Na natureza, a alumina livre ocorre sob a forma de coríndon. O coríndon é um dos mais duros minerais existentes, na escala Mohs de dureza, de grande emprego como abrasivo.

6.5.2.1 Feldspato Este silicato de alumínio forma 50% em peso da litosfera.

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6.5.2.2 Micas São silicatos de alumínio de variada e complexa composição química 6.5.2.3 Caulinita A caulinita, que ocorre como terra frouxa branca ou colorida, ou sob a forma de lâminas, é o principal componente das argilas. 6.5.3 Silicatos de magnésio e ferro Quando em grande quantidade, estes minerais conferem às pedras uma coloração escura e grande resistência ao impacto. 6.5.4 Anfibólios A hornblenda é encontrada nas rochas vulcânicas 6.5.5 Piroxênios Tem a augita como mineral mais encontrado 6.5.6 Olivinas

Minerais esverdeados, caracterizados pela baixa estabilidade.

6.5.7 Carbonatos e sulfatos Os carbonatos e sulfatos formadores de rochas são encontrados principalmente em rochas sedimentares. Dos carbonatos minerais a calcita, a magnesita e a dolomita são os mais importantes, assim como o gesso e a anidrita entre os sulfatos minerais. 6.5.7.1 Calcita

Carbonato de cálcio cristalino (CaCo3), é um mineral muito abundante.

6.5.7.2 Magnesita De características semelhantes às da calcita, emprega-se como material refratário para revestimento de forros. 6.5.7.3 Dolomita As propriedades da dolomita são idênticas às da calcita. É porém, mais dura, mais resistente e menos solúvel na água.

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6.5.7.4 Gesso Mineral sedimentar (CaSO4.2H2O), tem estrutura cristalina, algumas vezes finamente granulada. O gesso apresenta-se com cor branca ou sob várias colorações conferidas por diferentes misturas; algumas vezes são encontrados gessos transparentes. 6.5.7.5 Anidrita Transforma-se por hidratação em gesso. 6.6 Pedras preciosas Mineral raro que se emprega, depois de polido e adaptado, na confecção de jóias e objetos de arte 6.6.1 Gemologia Estudo físico, químico e genético das pedras preciosas, bem como de outras substâncias de origens diferentes e com o mesmo fim (pérolas, âmbar, coral, marfim). 6.6.2 Critérios de identificação Propriedades de coesão.

Clivagem, fratura, dureza Peso específico.

Balanças hidrostáticas, líquidos pesados, balanças de leitura direta. Propriedades óticas.

Índice de refração por refractômeros ou pelo método de imersão. Filtros de Cor Radiações Ultravioleta – fenômenos de fluorescência.

Imperfeições Inclusões cristalinas. Ex.: Rubi (incl. de zircão, mica, hematita, rutilo, etc.)

Inclusões vesiculares. Podem ser preenchidas com líquidos e/ou gases, ou então serem formadas por grânulos radioativos de zircão.

Fraturas internas. 6.6.3 Pedras sintéticas Obtidas artificialmente utilizando os mesmos elementos químicos encontrados nas pedras naturais. Ex.: Rubis, safiras, esmeraldas, diamantes, etc. 6.6.4 Combinações 6.6.4.1 Pedras duplas União de duas pedras por meio de um cimento incolor. 6.6.4.2 Pedras triplas União de duas pedras com cimento que da coloração. 6.6.4.3 Duplas ou triplas genuínas As duas pedras unidas são naturais 6.6.4.4 Duplas e triplas semigenuinas Somente uma das partes é de material idêntico ao que se deseja imitar.

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6.6.4.5 Duplas e triplas falsas Parte de material genuino e parte constituida de vidro colorido. 6.6.5 Imitações Procuram igualar a aparência das pedras naturais. Os materiais mais usados são vidros, vidros espelhados, plásticos e imitações de pérolas. Imitações de vidro são reconhecidas:

- Pelo brilho vítreo na superfície das fraturas - Calor ao tato; - Arredondamento das arestas inferiores por fusão; - Pequena dispersão; - Comportamento de gota d’água na superfície da gema; - Presença de bolhas esféricas ou alongadas, etc.

6.6.6 Minerais usados em gemologia Adulária (feldspato), ágata (quartzo), água-marinha (berilo), albitaoligoclásio (feldspato), alexandrita (crisoberilo), almandina (granada), amazonita (feldspato), âmbar, ametista (quartzo), andaluzita, andradita (granada), apatita, aragonita, aventurina (feldspato), aventurina (quartzo), axinita, azurita, benitoíta, berilo, berilonita, brasilianita, cairngorm (quartzo), calcedônia (quartzo), calcita, cassiterita, clorastrolita, cianita, citrino (quartzo), copal, coral, cordierita, coríndon, cornerupina, crisoberilo, crisoprásio (quartzo), danburita, demantóide (granada), diops~idio, enstatita, ep~idoto, escapolita, esfalerita, esmeralda (berilo), espinélio, espodumênio, espessartita (granada), euclásio, feldspatos, fenacita, fluorita, gipso, granadas, grossulária (granada), hematita, hemetina, hessonita (granada), hiddenita (espodumênio), idocrásio, iolita, jacinto (zircão), jade, jadeíta, jaspe (quartzo), jet, kunzita (espodumênio), lápis-lazúli (lazurita), lazulita, lazurita, malaquita, marfim, marcassita, melanita (granada), microclínio (feldspato), moldavita, morganita (berilo), nefrita, obsidiana, olivina, opala, pedra-da-lua (feldspato), padpardsha (coríndon), peridoto, pirita, piropo (granada), prehnita, quartzo, rodizita, rodocrosita, rodonita, rubelita (turmalina), rubi (coríndon), rutílio, safira (coríndon), sárdio (calcedônia), serpentina, silimanita, sinhalita, smithsonita, sodalita, taaffeíta, titanita, topázio, turmalina, turquesa, variscita, willemita, zircão, zoisita.

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6.7 Fundamentos de Lapidação 6.7.1 Tamboreamento Existem muitos estilos de lapidação. O tamboreamento é o mais barato de todos os métodos. Ele se dá pela colocação do material em bruto juntamente com abrasivos em um barril que é rotacionado. Abrasivos mais finos são utilizados progressivamente até se obter o polimento. Este processo é semelhante ao que acontece com as rochas expostas ao vento ou na praia, exceto que o nível de polimento ao natural é bem menor.

6.7.2 Cabochão O corte de cobochões é provavelmente a forma mais comum de corte de gemas. Os cabochões são gemas com uma base plana e o topo em forma de curva ou domo. Se você observar uma opala ou um olho-de-tigre estará olhando para um corte em formato cabochão. Os cabochões tem o seu valor de mercado baseado na pedra utilizada e no aproveitamento do corte.

6.7.3 Facetamento O facetamento é o estilo de corte com maior potencial de lucro. O preço da pedra bruta e a mão-de-obra são muitas vezes menor que o valor de mercado da gema acabada. Aqui, mais do que em outros estilos, a qualidade do equipamento utilizado poderá afetar a qualidade final da pedra.

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6.7.4 Gravação A gravação é a mais desafiadora das artes da lapidação. Há falta de ferramentas específicas para a função. Os especialistas precisam uma boa dose de senso artístico, além de entender os princípios da lapidação. São poucas as pessoas reconhecidas nesta área.

6.7.5 Outros estilos Tamboreamento, cabochões, facetamento e gravação representam as formas mais comuns de trabalho de lapidação, porém existe uma grande lista de coisas que podem ser feitas com as pedras. Intarsia é o método de colar fragmentos de gemas coloridas e depois dar um acabamento semelhante ao cabochão. As pedras podem ser utilizadas como uma tela e pintadas e também podem ser marchetadas em madeira. 6.7.6 Fazendo pequenas peças Uma das questões que é comum a todas as formas de lapidação é como fazer grandes pedaços de pedra serem reduzidos a peças trabalháveis. A simples quebra de uma pedra provoca um desperdício muito grande além de gerar fragmentos sem controle quanto ao seu tamanho. A maneira mais rápida de reduzir uma grande pedra em pequenos pedaços é com um martelo de rocha. O martelamento porém não dá um controle preciso sobre o tamanho das peças. Se a pedra a ser trabalhada possui uma fratura ela pode ser quebrada ao longo desta linha. ... Fazendo uma incisão na pedra pode-se ter um grande controle. Uma incisão é um corte raso feito com serra, geralmente com menos de 25mm de profundidade. Em seguida é colocado um formão no rasgo e este é percutido com um martelo. A pedra irá se partir em duas ao longo da incisão. Embora esta técnica não dê um corte limpo e reto ela dá agilidade ao processo. O método acima é usual para pedras que serão transformadas em cabochão. Nunca se deve utilizar o martelo em peças brutas caras onde qualquer perda é significativa. Também deve-se evitar em materiais frágeis como opalas e calcita. A expansão das fraturas pode reduzir a área útil do material, nestes casos a serra e a alicate são os mais indicados.

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6.7.7 Serras Lapidários utilizam serras grossas e finas. A diferença é o tamanho da lâmina usada. As serras finas são menores, as lâminas finas removem o mínimo de material e utilizam lâminas de 100 a 150 mm com espessuras de 0,1 a 0,3 mm. Serras grossas são mais espêssas e são desenhadas para executar cortes pesados. Elas tem de 150 a 900 mm de comprimento, com espessuras de 0,6 a 5 mm. Serras de diamante não possuem fio. O corte é realizado por pequenas partículas de diamante encravadas no bordo e laterais. Elas são fáceis de entortar ou abaular razão pela qual são utilizadas apenas em materiais mais caros. 6.7.8 Serras de abrasivo Nem todas as serras fatiadoras utilizam lâminas de diamante. Outro estilo é chamado de serra de abrasivo. Esta serra não tem o abrasivo engastado na lâmina. A lâmina roda através de um recipiente com abrasivo, geralmente carbeto de silício. Assim a lâmina carrega partículas de abrasivo em cada passada. A vantagem desta serra é a economia, ela custa muito menos que uma serra de diamante. A desvantagem é que requer mais manutenção. O abrasivo se fragmenta e se perde com o uso e por isso precisa ser trocado e realimentado periodicamente. 6.7.9 Alimentação Deve-se ter sempre a certeza de que as pedras encontram-se alinhadas com a lâmina. Se a serra for alimentada em ângulo provavelmente ocorrerá a dobra, arruinando assim uma lâmina cara. A pedra deve estar sempre apoiada na mesa de corte e quando a geometria não permite deve-se utilizar meios auxiliares como um molde em plástico ou cera. 6.7.10 Lubrificação Serras finas não requerem lubrificação, porém a água pode ser utilizada. Serras paralelas utilizam óleos específicos que são excelentes, porém muito caros. Os lapidários costumam utilizar uma variedade de outras soluções, uma das mais populares é uma combinação de querosene e óleo de motor. Também pode ser utilizada uma solução solúvel em água específica para usinagem mecânica. Outros fazem uso de líquido anti-congelante automotivo. Deve-se ter em mente. que algumas dessas substâncias são inflamáveis e outras tóxicas. 6.7.11 Limpeza Antes de trocar uma serra que não corta como desejado, deve-se providenciar uma limpeza para remover resíduos de rocha acumulados entre os diamantes. Já pedras duras como a ágata não necessitam o mesmo tratamento. Os resíduos de rocha devem ser periodicamente colocados no lixo. Deve-se evitar fazer o mesmo com resíduos contaminados com lubrificante. Estes resíduos devem ser filtrados ou centrifugados. Deve-se evitar também a introdução de resíduos no ralo pois estes causam o entupimento da canalização.

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6.7.12 Alicates As alicates são utilizadas quase que exclusivamente para remover pequenas quantidades de material de faces em bruto ou arestas de cabochões. Isto é usualmente mais rápido e mais eficiente que o uso de uma serra. Em gemas com fratura, a alicate pode pressionar a zona da fratura e obter uma partição da pedra melhor do que com a serra, uma vez que esta permite apenas o corte reto.

6.7.13 Rebolos Rodas com grana maior auxiliam a reduzir a rugosidade para um tamanho aceitável para se passar para outros processos. Uma serra é rápida para remover grandes quantidades de material, porém uma roda de abrasivo permite mais controle. Pode-se cortar curvas com o rebolo, enquanto que a serra restringe o corte a linhas retas. É preciso Ter cuidado ao desgastar materiais delicados. Um abrasivo grosso é ideal para jaspe porém irá fragmentar uma opala. Ele também pode abrir várias fraturas em pedras com clivagem perfeita. Deve-se sempre fazer um teste em uma amostra para determinar a granulometria correta. 6.7.14 Facetamento. O facetamento é uma fusão entre engenharia e arte. Através de um processo mecânico de corte de faces de uma peça de cristal, uma gema é criada. O procedimento é o mesmo para qualquer pedra, seja ela uma ametista, esmeralda ou outra pedra. Há muitos passos a seguir, mas nenhum é complicado. 6.7.14.1 Controles Básicos Existem três elementos básicos para executar o facetamento em uma gema: 1) o ângulo de corte; 2) a rotação da gema; 3) a profundidade de corte. Estes três ajustes precisam estar corretos em cada face da gema. Praticamente todas as máquinas trabalham com os mesmos princípios e há somente pequenas variações nos ajustes. Ao cortar uma gema o desenho de instrução dará o índice e o ângulo de cada face. A profundidade de corte ficará obvia durante o corte. Se as faces não ficarem juntas será necessário cortá-las mais fundo. Por isso é importante cortar um pouco e observar a profundidade. 6.7.14.2 Ajuste de ângulo O ângulo do corte é ajustado em um nônio ou lido em um display digital. O ajuste de ângulo varia pouco com diferentes máquinas, na maioria dos casos é através do afrouxamento ou aperto de um parafuso. Em outras máquinas isto envolve a torção de uma manivela até alcançar o ângulo desejado.

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6.7.14.3 Engrenagens Graduadas As engrenagens graduadas controlam a rotação da gema. Encontram-se em uma variedade de tamanhos, mas as de 64 e 96 são as mais comuns. Para acertar a rotação solta-se um pino, rotaciona-se a engrenagem até o número apropriado e então deixa-se o pino retornar à posição de travamento.

6.7.14.4 Controle de profundidade Este é atualmente chamado “ajuste de altura”, mas ele serve ao propósito de determinar como a profundidade de cada face é cortada. Enquanto há variações em como isto é feito em diferentes máquinas, o princípio ainda é o mesmo. Um controle de ajuste grosseiro faz a aproximação, então um controle de ajuste fino realiza o corte. 6.7.14.5 Controle de planicidade Dependendo da precisão do equipamento poderá ocasionalmente existir uma face que não saiu plana sobre a pista de polimento. Este controle faz um ajuste preciso da planicidade. 6.7.14.6 Lubrificação A água, algumas vezes com aditivos, é usada como lubrificante. Cada maquina tem um método de molhar a pista de corte. O mais comum é um simples tanque com gotejador. Abre-se um registro onde pode-se regular a vazão de algumas gotas por segundo. É preciso manter a umidade sem molhar em excesso.

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6.7.14.7 Controle de velocidade Cada máquina tem um método de controle da velocidade da pista. Algumas permitem também reverter o sentido de rotação. Como regra usam-se altas velocidades para cortes grosseiros e baixas velocidades no polimento. 6.7.14.8 Pista de rotação As pistas são discos com abrasivos na superfície. Eles são feitos normalmente de metal carregado com diamante, mas outros materiais e abrasivos são usados. Eles são colocados sobre uma plataforma rotativa e trocados quando necessário. Os processos de corte e polimento são feitos em estágios. Eles iniciam removendo o excesso de material com um disco grosseiro. Em seguida as imperfeições são eliminadas com um disco fino. Finalmente, um disco de polimento é colocado na máquina para acabamento. 6.7.14.9 Procedimentos Conhecendo os controles pode-se efetuar o procedimento para o padrão de corte brilhante. Primeiro, inspeciona-se a gema para ter certeza de que não há fraturas que possam causar problemas. Em seguida coloca-se a gema colada em um bastão que é inserido na máquina de facetamento. O bastão (dope) é livre para ser trocado de lado durante o corte ou carregado para inspeção. Porém o ajuste do ângulo limita a movimentação. É importante entender isto porque o corte de uma face superior ou inferior poderá sair ângulo adequado.

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Bibliografia

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