Avaliação do Desgaste para Previsão da Durabilidade de
Cerâmicas Vermelhas
Bruno Magno Gomes Ramos e Paulo César de Almeida Maia
Laboratório de Engenharia Civil - LECIV, Centro de Ciência e Tecnologia - CCT, Universidade
Estadual do Norte Fluminense - UENF, Campos dos Goytacazes, Rio de Janeiro
RESUMO: Este trabalho tem por objetivo a determinação da influência da forma das partículas no desgaste
do material. Para isto, são utilizados corpos de prova cerâmicos fabricados a partir de massa argilosa e
calcinados a três diferentes temperaturas. Este procedimento permite a obtenção de corpos de prova com
diferentes formas e resistências. A determinação do desgaste é feita através do ensaio slake durability. São
avaliadas dez formas diferentes de partículas: esfera, cubo, três formas cilíndricas e cinco formas prismáticas.
Os resultados obtidos permitem mostram que a forma das partículas influencia significativamente no
desgaste do material. A dispersão do valor do desgaste gerada pela forma das partículas sugere a necessidade
da normalização dos resultados do ensaio slake durability a fim de uma previsão adequada da durabilidade
do material.
PALAVRAS-CHAVE: Cerâmica Vermelha, Durabilidade, Slake Durability, Alteração.
1
INTRODUÇÃO
Particularmente na construção civil, as
propriedades mecânicas de construção são
fundamentais nos projetos de obras. Neste
sentido, aspectos também importantes são as
características de alteração e alterabilidade
destes materais. A alteração é o processo de
modificação das propriedades devido a
exposição do material aos agentes de alteração
do meio ambiente exógeno. A alterabilidade é
definida
como
a
maior
ou
menor
susceptibilidade do material à alteração.
Os principais agentes de alteração são de
ordem climática, envolvendo processos físicos
e/ou processos químicos Maia (2001). Dentre
os processos de alteração, destaque especial
merece o desgaste do material, que se
caracteriza pela perda de material da superfície
externa e redução de resistência mecânica (2).
Deste modo, espera-se que o desgaste
provocado pela alteração dos materiais possa
afetar consideravelmente o custo das obras
civis.
As modificações das propriedades dos
materiais de construção ocorrem de modo
gradativo. No entanto, a literatura indica que
alterações rápidas podem provocar até mesmo a
ruptura de obras civis (3) (4) (5).
A quantificação da alteração pode ser feita
avaliando-se as modificações dos parâmetros
dos materiais com diferentes níveis de
alteração, tais como, resistência à tração e
compressão,
permeabilidade,
e
outros.
Alternativamente, a durabilidade de materais
pode ser feita através de ensaios de desgaste
(Salles 2006). Dentre os diferentes tipos de
ensaios de desgaste, desstaque especial merece
o slake durability test (6). Este ensaio permite
uma avaliação qualitativa utilizando-se
pequenos fragmentos do material. No entanto,
os fragmentos apresentam, normalmente,
formas irregulares que podem condicionar o
resultado de ensaio.
Neste sentido, o presente trabalho tem por
objetivo avaliar o efeito da forma das partículas
nos resultados dos ensaios de slake durability.
Para isto são utilizados corpos-de-prova com
dimesões e forma pre-estabelcidas, fabricados a
partir de massa argilosa calcinda em forno em
elevada temperatura. Os corpos de prova são
constituidos, deste modo, por peças cerâmicas.
A cerâmica é tradicionalmente definida como
uma classe de materiais não metálicos,
inorgânicos, cuja estrutura, após calcinação em
altas temperaturas, apresenta-se inteira ou
parcialmente cristalizada conferindo ao material
cerâmico importantes propriedades, tais como:
resistência ao ataque de produtos químicos,
resistência à tração e a compressão e dureza.
2
MATERIAIS
ESTUDO
E
MÉTODOS
DE
O material utilizado para moldagem dos corpos
de prova foi o solo argiloso passante na peneira
#10 (2mm). O solo é umedecido e
homogeneizado a fim de se obter uma massa
uniforme. A massa de solo é, inicialmente,
extrusada e conformada para se obter partículas
com diferentes formas (Tabela 1). As partículas
foram calcinados a três temperaturas diferentes,
350, 500 e 900ºC. Estas temperaturas de queima
permitem obter partículas com diferentes níveis
de resistência, branda, média e alta,
respectivamente. Destaca-se que o peso das
partículas foram iguais a 53,8±4,6; 52,4±4,8 e
49,0±4,2g para as temperaturas de calcinação
de 350, 500 e 900ºC, respectivamente.
Tipo
Tabela 1. Tipos e variações da forma dos corpos de
prova.
regulares
Variações da forma
cubo
cilindro
prisma
prismas
planas
esfera
concorrente
esconso
regular
concorrente
esconso
cilindros
regular
A extrusora, equipamento utilizado para
confecção dos corpos de prova, é apresentado
na Figura 1.
Figura 1. Extrusora para conformação de peças cerâmicas
de pequenas dimensões.
O desgaste é avaliado através do ensaio slake
durability, freqüentemente, utilizado na
determinação da durabilidade de rochas
brandas. Neste ensaio, a amostra é composta de
10 corpos de prova que são introduzidos dentro
de um cilindro metálico e vazado, malha com
abertura de 2mm, no qual é colocado dentro de
um recipiente com água. O nível d’água deve
permanecer 2cm abaixo do eixo do cilindro. O
conjunto é submetido a 200 revoluções durante
10 minutos, o que corresponde a uma baixa
rotação em um curto intervalo de tempo. Este
procedimento constitui um ciclo de ensaio.
No ensaio slake durability a avaliação do
desgaste é feito através da perda de massa
observada em cada ciclo do ensaio. Considerase material perdido aquele que passa pela malha
do cilindro metálico. Nesta pesquisa
consideram-se os desgastes obtidos no primeiro
e segundo ciclos de ensaio.
O equipamento slake durability utilizado
neste trabalho é apresentado na Figura 2.
Os resultados indicam o aumento do
desgaste com a redução da temperatura de
queima (resistência) das partículas.
Nota-se uma significativa influencia da
forma
das
partículas
no
desgaste,
independentemente do numero de ciclos de
ensaio.
As partículas esféricas apresentaram as
menores taxas de desgaste. Isto se justifica pela
ausência de arestas, que são mais facilmente
desgastadas durante o ensaio.
Nota-se que o efeito da forma no desgaste é
influenciado pela temperatura de queima
(resistência) das partículas.
Figura 2. Equipamento Slake Durability.
50
3
primeiro ciclo
segundo ciclo
45
RESULTADOS E ANÁLISES
40
35
Desgaste (%)
A Figura 3 ilustra a variação do desgaste com a
temperatura de queima das partículas esféricas.
Destaca-se que o modo de variação do desgaste
com a temperatura observado nas partículas
esféricas dói similar ao das partículas com
outras formas.
30
25
20
15
10
100.0
Cilindro esconso
Cilindro plano
Cilindro regular
Prisma esconso
Cilindro concorrente
0.1
Prisma concorrente
2º ciclo
Prisma plano
Esfera
Desgaste (%)
1.0
Cubo
0
10.0
Prisma regular
5
1º ciclo
Figura 4. Desgaste das partículas calcinadas a 350ºC
0.0
300
450
600
750
900
Temperatura (ºC)
Figura 3. Variação do desgaste com a temperatura de
queima das partículas esféricas.
As Figuras 4 a 6 mostram, para cada forma
de partícula, as perdas de massa do material
calcinado a 350ºC, 500ºC e 900ºC,
respectivamente, em função do número de
ciclos de ensaio slake durability.
As figuras 7 e 8 apresentam a variação do
valor médio e a dispersão dos desgaste
provocada pela forma das partículas no
primeiro e segundo ciclo de ensaio,
respectivamente.
Nota-se uma significativa influência da
forma das partículas no desgaste. Este efeito é
melhor verificado pela variação da variância
gerada pela forma das partículas para as
diferentes temperaturas de queima (Figura 9).
3.0
primeiro ciclo
segundo ciclo
100.0
2.5
Desgaste (%)
10.0
1.5
1.0
1.0
0.1
0.5
0.0
300
450
600
750
900
Cilindro esconso
Cilindro concorrente
Cilindro plano
Cilindro regular
Prisma esconso
Prisma concorrente
Prisma plano
Esfera
Prisma regular
Temperatura (ºC)
0.0
Cubo
Desgaste (%)
2.0
Desgaste (%)
segundo ciclo
primeiro ciclo
0.6
100.0
10.0
Figura 5. Desgaste das partículas calcinadas a 700ºC
0.7
Figura 7. Desgaste médio e desvio no segundo ciclo de
ensaio slake durability
1.0
0.1
Desgaste (%)
0.5
0.0
300
0.4
450
600
750
900
Temperatura (ºC)
0.3
Figura 8. Desgaste médio e desvio no primeiro ciclo de
ensaio slake durability
0.2
Figura 6. Desgaste das partículas calcinadas a 900ºC
Cilindro esconso
Cilindro concorrente
Cilindro plano
Cilindro regular
Prisma esconso
Prisma concorrente
Prisma plano
Cubo
Esfera
0.0
Prisma regular
0.1
Da Figura 9 observa-se inicialmente a
redução da variância no segundo ciclo de
ensaio. Isto se justifica pelo menor efeito das
arestas das partículas no segundo ciclo de
ensaio.
Nota-se, também, elevados valores da
variância do desgaste devido a forma das
partículas, sugerindo que o desgaste obtido pelo
ensaio slake durability seja normalizado em
função da forma das partículas para uma
avaliação mais concreto da durabilidade do
material.
REFERÊNCIAS
80
70
1º ciclo
Variância (%)
60
50
40
30
2º ciclo
20
10
0
300
450
600
750
900
Temperatura (ºC)
Figura 9. Variância nos resultados dos ensaios de
desgaste devido à forma das partículas
4
CONCLUSÕES
O presente trabalho procura atingir o objetivo
da avaliação da influência da forma das
amostras no ensaio slake durability.
Os procedimentos de ensaios foram
adequados para a análise quantitativa da
influência da forma dos materiais. A partir dos
ensaios realizados, observou-se que o desgaste
das amostras com diferentes formas é
significativamente afetada pela resistência das
peças cerâmicas.
A
forma
das
partículas
afeta
significativamente os valores de desgaste
obtidos no ensaio slake durability. Os elevados
valores da variância provocados pela forma das
partículas
indicam
a
necessidade
da
normalização do desgaste para uma avaliação
adequada da durabilidade dos materiais.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Laboratório de
Engenharia Civil (Leciv) pelo apoio
laboratorial, ao Departamento de Engenharia
Civil da PUC-Rio pelo empréstimo do
equipamento de ensaio Slake Durability, à
Cerâmica Primeira pelo fornecimento do
material de estudo e à Tecnorte pelo apoio
financeiro.
Alexandre, J. - Análise de matéria-prima e composições
de massa utilizada em cerâmicas vermelhas, Tese de
Doutorado, fevereiro (2000).
Amorim, L. V.; Neves, G. A.; Oliveira, R. A.; Ferreira,
H. C. Estudo da Expansão por Umidade (EPU) em
Tijolos Cerâmicos Provenientes de Edifícios em
Alvenaria com Falência Estrutura. Florianópolis,
(2001).
ASTM - American Society for Testing Materials. Slake
Durability of Shales and Similar Weak Rocks.
Reaproved1992. ASTM Test Designation: D 464487, (1987).
Fookes, P. G.;
Gourley, C. S.;
Ohikere, C.
Rock
Weathering in Engineering Time. Quarterly Journal
of Engineering Geology, London, vol. 21, (1988), p.
33-57.
Frazão, E. B.; Caruso, L. G. Síntese do Conhecimento
sobre Alterabilidade de Rochas Basálticas como
Material de Construção em Algumas Barragens da
Bacia do Alto Paraná. Simpósio sobre a Geotecnia da
Bacia do Alto Paraná, vol. II A, São Paulo, SP,
(1983), p. 21-33.
Goodman, R. E. Introduction to Rock Mechanics. John
Wiley & Sons, second edition, New YorK, (1989).
Gamble, J. C. Durability-Plasticity Classification of
Shales and Other Argillaceous Rocks. Ph.D. Thesis,
University of Illinois, (1971).
Maia, P. C. A.
Avaliação
do
Comportamento
Geomecânico e de Alterabilidade de Enrocamentos.
Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia
Civil da Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, (2001), 351 p.
Maia, P. C. A.; Sayão, A. S. F. J.; Nunes, A. L. L. S;
Antunes, F. S. Alterabilidade de Rochas Basálticas Caracterização Petrográfica. Solos e Rochas, vol.25,
no. 3, (2002), pp. 207-220.
Maia, P. C. A.; Sayão, A. S. F. J.; Nunes, A. L. L. S;
Antunes, F. S. Avaliação Experimental de Alteração
de Enrocamentos - Caracterização Petrográfica. Solos
e Rochas, vol.24, no. 2, (2001), pp. 129-139.
Maia, P. C. a.; Alexandre, J. Ramos, B.M.G. Avaliação
do Desgaste para Previsão da Durabilidade de
Cerâmicas Vermelhas. 47º Congresso Brasileiro de
Cerâmica. Proceedings of the 47th Annual Meeting of
the Brazilian Ceramic Society. João Pessoa - PB –
Brasil, (2003).