Argilas utilizadas em tijolos cerâmicos

Argilas utilizadas em tijolos cerâmicos

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PRÓ-REITORIA ACADÊMICA - PRAC COORDENAÇÃO GERAL DE PESQUISA Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica - PIBIC

Professor Orientador JOAQUIM TEODORO ROMÃO DE OLIVEIRA

Título do Projeto de Pesquisa ENGENHARIA DE

Aluno Bolsista EUDES LIMA DA SILVA

Título do Plano de Trabalho CRIAÇÃO DE UM BANCO DE DADOS DE ARGILAS

RECIFE - 2007

PERÍODO DE VIGÊNCIA DA BOLSA 01 DE AGOSTO DE 2007 – 31 DE JULHO DE 2008

RECIFE - 2007

LISTA DE TABELAS03
LISTA DE FIGURAS03
RESUMO04
1. INTRODUÇÃO05
1.1 Relevância e Justificativa05
1.2 Composição Genérica da Classificação Argila06
1.3 Ensaios de Caracterização1
1.3.1 Análise Granulométrica07
1.3.2 Estudo da Plasticidade10
1.4 Ensaio de Resistência ao Cisalhamento16
1.5 Diagrama de Winckler18
2. OBJETIVOS2
2.1 Objetivo Geral ............................................................................................................. 2
2.2 Objetivos Específicos .................................................................................................. 2
3. MATERIAL E MÉTODOS23
3.1 Locais de Extração das de Argilas25
3.1.1 Argila Usada na Realização dos Ensaios da Presente Pesquisa25
3.1.2 Argilas Usadas para Cadastramento e Comparação dos Resultados23
3.2 Realização dos Ensaios16
3.3 Avaliação da Granulometria no Diagrama de Winckler16
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO27
REFERÊNCIAS31

Página

Página LISTA DE TABELAS

01. Classificação do Solo Segundo a Granulometria18
02. Série de Peneiras18
03. Classificação Plástica dos Solos. (CAPUTO, 1998)21
04. Atividade das Argilas. (CAPUTO, 1988 apud SKEMPTON, 1953)30
01. Gráfico para se encontrar o Limite de Liquidez07
02. Diagrama de Winckler. (PRACIDELLI e MELCHIADES, 1997)07
03. Posição Geográfica das Cidades de Extração das Argilas09
04. Resultado no Diagrama Granulométrico de Winckler10
05. Curva de Distribuição Granulométrica10

Conhecer uma argila e seus constituintes é de fundamental importância para o processo de fabricação. Neste relatório será mostrado um estudo comparativo feito numa amostra de argila adquirida de um bloco cerâmico (tijolo) mal cozido. Após a caracterização da matéria-prima, a composição granulométrica da massa e seu possível campo de aplicação são previstos no diagrama de Winckler que se constitui de um diagrama ternário cujos vértices representam diferentes faixas granulométricas (< 2 m; 2-20 m; > 20 m). O objetivo primário desta pesquisa é controlar as propriedades das matérias-primas, tanto por incentivar a melhora do processo de fabricação (cozimento) como por mudar a formulação das misturas comumente feitas. O resultado poderá ser refletido através da obtenção de tijolos e telhas de melhor qualidade.

1. INTRODUÇÃO

Além de oferecer suporte ao assentamento das obras de Engenharia Civil, o solo dum determinado terreno fornece, também, a matéria-prima necessária à fabricação de vários materiais utilizados nas diversas fases dessas construções. O tijolo cerâmico é um típico exemplo de tal versatilidade.

Cerâmica é o nome dado à pedra artificial obtida, basicamente, por meio da moldagem, secagem e cozedura de blocos que tenham como elemento principal a argila. (BAUER, 1994, p. 526).

O conhecimento desta técnica, contudo, é tão antigo que, segundo a Bíblia, ao ser iniciada pela primeira vez a construção duma cidade após o Dilúvio, os construtores da famosa Torre de Babel já esquematizavam: “Vamos! Façamos tijolos e cozamo-los por um processo de queima.” (TRADUÇÃO DO NOVO MUNDO, 1986, p. 27). Pretendia-se que a torre fosse a estrutura mais alta daquele tempo e, pelo visto, a rica planície aluvial constituída de sedimentos provenientes dos transbordantes rios Eufrates e Tigre, municiava o material natural indispensável.

Na atualidade, apesar dos avanços feitos com concreto armado e metais, o emprego do tijolo cerâmico ainda ocupa uma posição importante. De fato, é um dos componentes básicos de qualquer construção de alvenaria, seja ela de vedação ou estrutural, possuindo dimensões e formatos variados. Os tijolos são, assim, blocos de construção antigos a serviço do homem moderno.

O presente relatório tem por finalidade integralizar uma seleta de resultados dos índices físicos e parâmetros geotécnicos dessas argilas empregadas na fabricação dos tijolos cerâmicos, a fim de orientar ou alertar as indústrias cerâmicas, a importância de um adequado processo de fabricação. Como complemento, ensaios de caracterização, deformação e resistência serão realizados em outras novas amostras de argila, também utilizadas na produção de tijolos. Por fim, será incluída uma comparação entre os valores da literatura e os dos resultados obtidos na presente pesquisa.

1.1 Relevância e Justificativa

Como fora exposto na introdução, a matéria-prima utilizada na confecção de tijolos cerâmicos é a argila. Assim, a produção destes tijolos é bastante afetada pelas características granulométricas e plásticas que o principal elemento neles utilizado pode apresentar.

Por exemplo, sabe-se que algumas cerâmicas porosas aquecidas a temperaturas inferiores a 1000° C, são propensas a expandirem, ocorrendo três tipos de fenômenos: absorção de água nos poros maiores; adsorção nas superfícies internas e externas dos corpos cerâmicos com redução da energia superficial que os torna mais deformáveis, resultando em expansão e perda da resistência mecânica e; combinação química irreversível da água em condições ambientais, resultando em expansão e perda das propriedades mecânicas. (CAMPOS, 2002; RAPOSO, 2003).

O fenômeno que surge, então, é chamado de Expansão por Umidade (EPU) e, é claro, pode acarretar graves acidentes em obras construídas com tijolos cerâmicos. Um caso muito interessante foi observado em Jaboatão dos Guararapes - PE. O histórico de desabamentos nesta cidade começou com o Edifício Aquarela, em 1997. No exato dia 2 de maio, 16 famílias deixaram o prédio tipo caixão antes que a estrutura ruísse. Neste momento as portas não fechavam mais e os azulejos caiam. Não demorou nem 20 minutos depois da saída dos moradores para que o prédio afundasse. O edifício precisou, então, ser demolido. O resultado é que a maioria dos antigos proprietários, hoje, mora de aluguel.

Conforme Oliveira (1997) o colapso se deu em virtude da ruptura brusca dos embasamentos das fundações. De fato, o laudo do Conselho Regional de Engenharia e Arquitetura (CREA) apontou que o incidente foi causado por utilização inadequada de alvenaria e de tijolos de resistência inferior à que era necessária. O conjunto destas paredes de fundações definia muros sobre os quais se apoiavam as lajes de piso. No espaço delimitado entre essas lajes e o solo natural, passou a existir um porão que é geralmente designado como “caixão perdido”. O constante contato das paredes com a água do subsolo e suas flutuações desenvolveu, justamente, o fenômeno da EPU, reduzindo a capacidade resistente à compressão ao longo do tempo, resultando no colapso do conjunto após onze anos de construído. Por esses e outros motivos, é de máxima importância o estudo das propriedades das argilas plásticas para uso cerâmico a partir de amostras ensaiadas em laboratório contando, evidentemente, com os ensaios de caracterização, deformação e resistência — recursos mecânicos ainda indispensáveis à identificação e descrição desse tipo de solo.

A criação de um banco de dados descrevendo alguns resultados já alcançados neste respeito é, deveras, necessário quando se deseja divulgar e alertar a comunidade técnica e as próprias indústrias cerâmicas, o quão adequado, ou não, está o material coletado para fabricação.

1.2 Composição Genérica da Classificação Argila

Os solos de natureza argilosa apresentam características de plasticidade, ou seja, ao ser misturado à água adquirem a forma desejada, a qual se mantém após secagem e cozimento. Assim, a primeira característica usada na Engenharia para se diferenciar os solos é o tamanho das partículas que o compõem. Isto pode ser visto claramente na Tabela 01.

Tabela 01. Classificação do Solo Segundo a Granulometria. FRAÇÃO DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS (m)

Areia Silte Argila de 0,05 a 4,8 de 0,005 a 0,05 inferior a 0,005

Assim, de acordo com a ABNT, as argilas são compostas de partículas coloidais de diâmetro inferior a 0,005 m. Do ponto de vista químico, porém, durante muito tempo se conceituou que argilas eram substâncias originárias da caulinita (Al2O3 2SiO2 2H2O), e o resto era impureza amorfa. Hoje se sabe que as argilas são constituídas essencialmente de partículas cristalinas extremamente pequenas, formadas por um número restrito de substâncias. Essas substâncias são chamadas argilo-minerais que, por sua vez, são silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, comumente com alguma porcentagem de álcalis e de alcalino-terrosos. Junto com esses elementos básicos vem a sílica, alumina, mica, ferro, cálcio, magnésio, matéria orgânica e etc. Eles são a mistura de substâncias minerais resultante da desagregação do feldspato das rochas ígneas, por ação da água e gás carbônico. Como as rochas ígneas e os feldspatos são de diversos tipos, há também diversos tipos de argilo-minerais. Ocorrem, então, depósitos de natureza extremamente variada. Não existem duas jazidas de argila rigorosamente iguais. Às vezes há diferenças acentuadas até numa mesma jazida. (BAUER, 1994, p. 527).

Dessa forma, acabamos por entrar no aspecto geológico das argilas. Essa grande quantidade de rochas que podem originá-las nos proporciona materiais argilosos dotados de diferentes características, tais como: o Cerâmica branca (caulim residual e sedimentar); o Cerâmica refratária (caulim sedimentar e argila refratária); o Cerâmica vermelha (argila de baixa plasticidade, contendo fundentes); o Cerâmica de louça (argila plástica, com fundentes e vitrificantes).

Há, ainda, outro constituinte da argila que merece considerável atenção. A montmorilonita representa um dos principais grupos dos argilo-minerais e é caracterizada por partículas extremamente finas. Sua principal característica é a capacidade para absorver moléculas de água entre as camadas, devido a isto, argilas ricas neste argilo-mineral apresentam uma forte tendência a causar trincas de secagem, além de apresentar elevada plasticidade.

1.3 Ensaios de Caracterização

Algumas propriedades dos solos são especialmente úteis para sua caracterização.

Os procedimentos usualmente empregados para se analisar a granulometria de um solo, estudar seus Limites de Consistência (também chamados de Limites de Atterberg) e determinar o Índice de Plasticidade, serão brevemente descritos nos itens seguintes.

1.3.1 Análise Granulométrica

A análise da distribuição das dimensões dos grãos objetiva determinar uma curva granulométrica. Para tal realização, uma amostra de material granular é submetida a peneiramento em uma série-padrão de peneiras, cuja abertura de malhas tem a seqüência apresentada na Tabela 02.

Tabela 02. Série de Peneiras.

ABERTURA DA MALHA (m) 4,8 2,0 0,6 0,42 0,25 0,075

Em seguida, determina-se a massa de material retido em cada peneira e os resultados são plotados em um gráfico, onde o eixo das abscissas corresponde à abertura de malha, em escala logarítmica, e as ordenadas, à percentagem do material que passa. Esse ensaio é padronizado no Brasil pela ABNT (Procedimento NBR 7181).

Quando os solos apresentam granulometria muito fina, menor que 0,075 m, essa porcentagem é tratada de forma diferenciada através do ensaio de sedimentação, cujos detalhes podem ser vistos na mesma NBR 7181. Essa operação visa determinar a distribuição granulométrica dos finos através da velocidade de queda das partículas do solo em um meio líquido, tomando como base a Lei de Stokes, que correlaciona a velocidade de queda das partículas esféricas com o seu diâmetro.

1.3.2 Estudo da Plasticidade

Outra forma de se caracterizar o comportamento dos solos argilosos sob o ponto de vista da Engenharia é por meio de análises indiretas, baseada no comportamento do solo na presença de água. Deste modo, o teor de umidade (W) de uma amostra constitui-se um fator determinante nos cálculos que serão realizados. A umidade é a relação, em percentagem, entre o peso da água e do solo seco. Para determiná-la, pesa-se o solo no seu estado natural, seca-se em estufa a 105° C até a constância de peso e pesa-se novamente. Tendo-se o peso das duas fases, a umidade é calculada. Esta operação é muito freqüente num laboratório. (PINTO, 2000, p. 18).

Há mais de noventa anos, o sueco Atterberg, engenheiro químico, pesquisador do comportamento dos solos sob o aspecto agrônomo, (ORTIGÃO, 1993, p. 16; PINTO, 2000, p. 13) dividiu os valores de umidade que uma argila pode apresentar em limites correspondentes ao estado aparente do material. Esses são: Limite de Liquidez (L) e Limite de Plasticidade (LP).

Figura 01. Gráfico para se encontrar o Limite de Liquidez.

Esse assunto foi adaptado e padronizado mais tarde pelo professor de Mecânica dos Solos chamado Arthur Casagrande, que projetou um aparelho para realização do ensaio a fim de determinar o Limite de Liquidez (L). O equipamento consiste em um prato de latão, em forma de concha, sobre um suporte de ebonite. Quanto ao ensaio, esse consta, primeiramente, do destorroar e homogeneizar a amostra do solo (no caso, argila). Em seguida, a amostra umidificada é colocada no recipiente do aparelho, faz-se um sulco longitudinal com a ajuda de um cinzel e, por meio de um excêntrico, imprime-se ao prato, repetidamente, quedas de altura de 1 cm e intensidade constante. Repete-se a operação com outros graus de umidade. Os números de golpes necessários para provocar o fechamento do sulco são registrados. Os resultados são plotados num gráfico (Figura 01). Ao determinar o teor de umidade correspondente a 25 golpes, encontra-se, automaticamente, o L. Este procedimento é empregado em todo o mundo e normatizado pela ABNT. (Método NBR 6459).

Já o Limite de Plasticidade (LP) — com o ensaio padronizado pela ABNT

(Método NBR 7180) — é definido como o menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um cilindro de 3 m de diâmetro e cerca de 10 cm de comprimento. A amostra é rolada com a mão em um movimento de vai-e-vem, então, procura-se determinar a umidade na qual ela começa a partir. (CAPUTO, 1988, p. 56).

O Índice de Plasticidade de um solo (IP) é definido pela diferença entre os Limites de Liquidez e Plasticidade: IP = L – LP

Ele determina a zona em que certo terreno se encontra no estado plástico, fornecendo um critério para se ajuizar do caráter argiloso de um solo, ou seja, quanto maior o IP, mais plástica será a mostra. Sabe-se que uma pequena porcentagem de matéria orgânica eleva o valor de LP, sem elevar simultaneamente o do L. Tais solos apresentam, pois, baixos valores para IP. Conhece-se, também, que as argilas são tanto mais compressíveis quanto maior for o IP. Segundo Caputo (1998), citando Jenkins, os solos poderão ser classificados em:

Tabela 03. Classificação Plástica dos Solos. (CAPUTO, 1998). CLASSIFICAÇÃO INTERVALO DO IP

Fracamente Plásticos 1 < IP < 7

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