AVALIAÇÃO DOS PROCEDIMENTOS DE ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO DE ROCHAS ORNAMENTAIS

José Lins Rolim Filho^1*, Júlio César de Souza^2*, Belarmino Barbosa Lira^3*, Márcio Luiz de S. C. Barros^4*, Felisbela Maria da C. Oliveira^5*

^1*,2*,3*,5*DSc. UFPE/DEMINAS

^4*MSc. UFPE/DEMINAS

^*Av. Prof. Moraes Rêgo, 1235 – Cidade Universitária – 50.670-901 – Recife – PE

Fone: (81) 3271-8245/3271-8246 – E-mail: mlbarros@npd.ufpe.br; jcsouza@npd.ufpe.br

RESUMO

No presente trabalho são apresentados e discutidos os principais procedimentos de ensaios de caracterização tecnológica de rochas ornamentais encontrados nas normas internacionais e na Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT. Também é apresentada uma avaliação dos valores limites dos ensaios contidos nas normas e uma sugestão de interpretação dos resultados adotada como padrão no Laboratório de Caracterização de Rochas Ornamentais do DEMINAS/CTG/UFPE.

São também apresentados sugestões de modificações nas normas atuais da ABNT referentes aos ensaios de determinação de índices físicos, desgaste por abrasão Amsler e ensaios de resistência mecânica, visando uma maior padronização das metodologias laboratoriais.

Por fim são apresentados novos procedimentos de ensaios de rochas ornamentais desenvolvidos no DEMINAS/CTG/UFPE para determinação da resistência ao impacto através da utilização do equipamento de duplo pêndulo, sugestão de procedimento para realização de ensaios de alterabilidade química e ensaio de resistência ao cisalhamento no ponto de aplicação dos inserts metálicos para fixação de placas em fachadas aeradas/ ventiladas

INTRODUÇÃO

No Brasil, as normas existentes para caracterização tecnológica de rochas ornamentais são baseadas nas normas americanas, principalmente normas da ASTM (American Standard of Testing and Materials). Isto tem gerado alguns desconfortos por parte dos pesquisadores que fazem parte do grupo de Rochas Ornamentais vinculado ao DEMINAS/CTG/UFPE. Algumas normas já existentes e padronizadas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) indicam valores padrão para alguns ensaios e também existem algumas sugestões do IPT (Instituto de Pesquisa Tecnológica). Mesmo assim os procedimentos na realização de alguns ensaios incorrem em algumas metodologias, que na visão do grupo, estariam inadequadas para a realização destes ensaios. Devido a isso o grupo vem sugerir algumas mudanças nestas metodologias e nos valores padrão para os ensaios tecnológicos de Rochas Ornamentais.

ÍNDICES FÍSICOS

Para a análise de Índices Físicos (Porosidade, Absorção e Massa específica (seca e saturada), as normas da ABNT sugerem o procedimento em que a rocha sofre aquecimento em estufa para a retirada de água para posteriormente ser submetida a uma saturação em água a temperatura ambiente. Em análises nos laboratórios do DEMINAS/CTG/UFPE, chegamos a conclusão de que não havia lógica neste procedimento, haja vista a saturação ser demorada e imperfeita. Além disso a ação de temperatura na secagem reabre as microfissuras naturais das rochas, o que leva a resultados falsos.

Sugerimos para tais análises (índices físicos): saturação da rocha no seu estado natural em água fervente a fim de extrair o ar aprisionado na porosidade e microfissuras. Posteriormente, ao esfriar estes espaços estão completamente preenchidos com água, dando desta forma uma maior confiabilidade nos resultados.

Na Tabela 1 são apresentados os valores para os índices físicos propostos pelas normas técnicas ASTM, IPT e pelo grupo de rochas ornamentais do DEMINAS/CTG/UFPE.

COMPRESSÃO SIMPLES E TRAÇÃO PARA FLEXÃO

Nestes ensaios, observamos que as normas não levam em consideração as dimensões dos cristais formados, ficando assim, as dimensões dos corpos de prova inflexíveis. Geram-se problemas quando existem, nos corpos de prova ensaiados, amostras que apresentam cristais com dimensões maiores do que 40% de uma das dimensões do corpo de prova, caracterizando amostras não homogêneas, isto é, corpos de provas anisotrópicos.

Nesses casos é interessante que sejam realizados ensaios com corpos de prova de maior tamanho e que os resultados sejam posteriormente tratados com fatores de correção para comparação com os resultados obtidos com a norma.

Na Tabela 1, observamos os valores sugeridos pelo grupo de rochas ornamentais para os ensaios de Compressão Simples e de Tração para Flexão.

IMPACTO DE CORPO DURO

Observamos nas normas existentes, equipamentos cuja proposta de fabricação não apresenta altura satisfatória. Em diversos testes realizados em rochas no DEMINAS/CTG/UFPE, a altura de queda, em experimentos reais, foi de até 0,85 metros. O equipamento dimensionado pela norma da ABNT para ensaio de corpo duro apresenta uma altura máxima de 0,40 metros, o que contradiz com a realidade da maioria das rochas existentes.

Na Tabela 1, estão expostos os valores sugeridos pelo grupo de rochas ornamentais para o ensaio de Impacto de Corpo Duro.

DESGASTE AMSLER

Neste item foi observado que a especificação do material abrasivo (areia silicosa), não é precisa, haja vista, tratar-se de um material natural e que apresenta abrasividade variável e depende da sua composição mineralógica.

Sugerimos que tal ensaio seja realizado e normatizado com cristais de quartzo, ou vidro branco transparente com resistências e dureza precisa. Os materiais utilizados como abrasivo quando normatizados tendem a apresentar uma maior representatividade e conseqüentemente uma maior repetitividade nos ensaios.

Na Tabela 1, estão representados os valores sugeridos pelo grupo de rochas ornamentais para o ensaio de Desgaste por Abrasão Amsler.

RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO PARA APLICAÇÃO DE INSERT METÁLICO

Sugere-se a aplicação de mais um tipo de ensaio tecnológico que refere-se à resistência ao cisalhamento no ponto de fixação na placa (furação), quando utilizado o sistema de aplicação de placas em fachadas aeradas/ventiladas através de inserts metálicos. O objetivo deste ensaio é determinar a capacidade de suporte da placa nos locais de aplicação dos elementos de fixação metálicos em fachadas aeradas/ventiladas, através de ensaio de cisalhamento direto com quatro pontos, Figura 1.

Figura 1 - Esquema do ensaio de determinação da resistência ao cisalhamento

A ruptura ocorre nos pontos de aplicação dos pinos na placa, por mecanismo de cisalhamento. A tensão de ruptura é indicada pela força “P”, tensão máxima de suporte da placa. Através desse valor pode-se determinar o tamanho máximo da placa que poderá ser utilizada em uma fachada ventilada/aerada, levando em consideração a pressão do vento determinada para o local onde será executada a obra, função do sistema de vento predominante na área.

ALTERABILIDADE QUÍMICA

Este ensaio, que talvez seja o principal para a utilização de rochas ornamentais em ambientes domésticos, é realizado de uma maneira até agora bastante simples e sem parâmetros técnicos eficientes, sendo mais avaliado subjetiva do que objetivamente. Nele são requeridos quatro placas de rochas ornamentais prontas para a utilização, de dimensões 30 x 30 x 3 cm.

A primeira placa é a placa de referência, pois nenhuma substância química é colocada sobre ela. Nas outras três placas são colocados reagentes de utilização domésticas como: detergentes líquidos, sabões, desinfetantes, vinagres, etc. Após determinado tempo de reação, as placas são limpas e comparadas com a primeira placa de forma subjetiva em função do seu aspecto estético. Os tempos usuais de reação são: a segunda placa com 24 horas, a terceira com 48 horas e quarta com 72 horas.

Propõem-se a utilização de colorimetria como forma de leitura destas comparações, o que determinará o grau de alterabilidade face a cada substância química em função das diferenças cromáticas observadas no colorímetro para as cores primárias. Além do colorímetro sugere-se a utilização de gloss-meter (reflectômetro) para avaliação das possíveis alterações superficiais que pode-se determinar através de mudanças na reflectância da amostra.

RESISTÊNCIA AO IMPACTO UTILIZANDO O DUPLO PÊNDULO

A determinação da resistência ao impacto é fundamental na especificação dos materiais para sua aplicação na engenharia. A normatização de ensaio tecnológico para esta determinação nas rochas que se destinam ao uso como matérias de pavimentação de edificações, tais como, o granito, utiliza o método de queda livre, para definir a resistência ao impacto. O dispositivo para ensaios é padronizado pela ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Neste teste apenas parte da energia é absorvida pelo granito e parte passa para o substrato de suporte do granito. Esta energia que passa para o substrato deve ser determinada para obter a energia real correspondente a resistência ao impacto da peça. Entretanto o ensaio de queda livre não permite a determinação da energia absorvida pelo substrato.

O duplo pendulo pode ser utilizado para determinação da energia absorvida pelo substrato no ensaio de resistência ao impacto. Desta forma a energia especifica absorvida pelo corpo de prova, pode ser estabelecida e como conseqüência a resistência ao impacto pode ser definida com maior precisão.

Este artigo propõe uma técnica simples e operacional para se determinar a resistência ao impacto de granitos e cerâmicas através de um duplo pêndulo, conforme se ilustra na Figura II. A quantidade de energia transferida no impacto dos pêndulos pode ser calculada, medindo-se a velocidade com que o “ïnput”-pêndulo recua após o impacto nos choques elásticos e a energia cinética inicial pós-impacto do “rebound”-pêndulo, que corresponde à maior parte da energia transferida. A proposta deste trabalho é apresentar uma solução que se utilize deste fato para a medição das energias envolvida no processo para estabelecer a resistência das rochas ao impacto.

DESCRIÇÃO DO DUPLO PÊNDULO

O duplo pêndulo é composto por dois pêndulos suspensos por cordão de algodão, a saber:

· “Input”-pêndulo constituído por uma bola pesando 2.919,00 g e com diâmetro de 87,1mm;

· “Rebound”-pêndulo composto de uma parte cilíndrica de 100mm de diâmetro e 85,4mm de comprimento, pesando 5.374,9g.

Sob o “Rebound”-pêndulo há dois anteparos, cuja distância entre eles é fixa e conhecida. O fotodetector e o emissor de radiação infravermelho, são posicionados ao lado destes anteparos, de modo que este esteja impedindo a passagem da radiação. Neste ponto inicial, o detector terá um sinal nulo na sua saída (vide figura a). Ao ser liberado, o “Input”-pêndulo, com altura inicial conhecida, irá colidir com o “Rebound”-pêndulo. Imediatamente após o impacto, o anteparo não mais irá impedir a radiação (figura b) e o detector irá sinalizar para o circuito contador, iniciando a cronometragem da passagem do pêndulo Rebound, até a luz seja obstruída pelo segundo anteparo, parando a contagem de tempo (figura c). temos então armazenado nos contadores o tempo que o “rebound”-pêndulo levou para percorrer a distância entre os anteparos. Este dado é coletado pela interface paralela e lido pela porta paralela do computador.

a

b

c

FIGURA 2 – Ilustração da seqüência do teste de impacto no duplo pendulo

a – Posição inicial; b – Impacto; c - Monitoramento do “rebound”- pêndulo

Os testes no duplo pêndulo são ilustrados na Figura 2 e conduzidos do seguinte modo:

1. Posicionamento da partícula teste no “rebound”-pêndulo;

2. Lançamento do input pêndulo de alturas diferenciadas e conhecidas, permitindo a colisão com o “rebound”-pêndulo e fragmentação do granito;

3. Interrupção do movimento do input pêndulo manualmente após o impacto;

4. Monitoramento do ”rebound”-pendulo através do sistema computacional após o impacto

5. Coleta do minério para análise granulométrica após a fragmentação.

A determinação das alturas de lançamento do input pêndulo permite determinar a energia especifica disponível para o ensaio. Por aplicação dos princípios da conservação do momento na colisão do pêndulo, a velocidade do input pêndulo no momento imediatamente anterior ao impacto e conseqüentemente sua energia residual pode ser calculada.

O balanço energético durante a colisão do input pêndulo com rocha é dado pela seguinte expressão:

(1)

Onde:

E_i = Energia disponível (energia potencial)

E_t = Energia transmitida ao “rebound”-pêndulo

E_r = Energia residual no “input”-pêndulo após a colisão (calculada pelo princípio da conservação do momento)

E_c = Energia consumida na fragmentação das partículas, no qual inclui energia dissipada, térmica, acústica, etc.

O circuito de monitoramento do rebound-pendulo pode ser sumarizado em três módulos principais, associado a um microcomputador, conforme diagrama abaixo:

FIGURA 3 – Circuito de monitoramento do pêndulo

Ensaios com granito foram realizados para determinação da resistência a fragmentação no pendulo e no de queda livre padronizado pela ABNT. Os níveis de especifica de cominuição utilizado no pendulo são apresentados na Tabela 2.

Níveis de energia	Energia disponível (Joules)	Energia específica de fragmentação (Joules/ton)
1	50	37,24
2	54,7	40,74
3	58,7	43,7

Os testes de queda livre em uma placa de granito com as dimensões de 20 cm x 20 cm x 2,0 cm, pesando 2,10 kilogramas, apresentou uma resistência a fragmentação de 3.270,0 Joules/ton. Este dado é na realidade a energia específica disponível. Entretanto, a energia específica de fragmentação pode ser determinada a partir da equação (2), que foi determinada a partir dos ensaios de fragmentação no duplo-pendulo para os níveis de energia apresentados na Tabela 2:

Ecs = 1,19 + 0,723 Eis (2)

Onde, Ecs é a energia específica de fragmentação e Eis a energia específica disponível.

CONCLUSÕES

Existe uma clara necessidade de revisão dos procedimentos e alteração das normas técnicas para caracterização de rochas ornamentais da ABNT, devendo-se ter o cuidado de adequá-las a realidade nacional e procedimentos de especificação do setor.

São apresentadas duas propostas de normatização novas para o ensaio de placas que serão utilizadas em aplicações através de inserts metálicos em fachadas de edificações e ensaio complementar para avaliação da resistência ao impacto de corpos duros sobre placas de rochas ornamentais através do aparelho de duplo pêndulo.

Apresentam-se também diversos parâmetros para interpretação dos ensaios tecnológicos para rochas com fins ornamentais, comparando-os com as indicações da ASTM e com os valores sugeridos pelo IPT.

BIBLIOGRAFIA

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Medeiros, T.J.L; Oliveira, F.M.C.; Melo, E.B; Barros, M.L.S.C e Rolim Filho, J.L. Propriedades físico-mecânicas das rochas ornamentais comercializadas no estado de Pernambuco. XVII Simpósio de Geologia do Nordeste, 2000. p 165.