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Vitor Costa, engenheiro Cerâmico e do Vidro (Universidade de Aveiro, Portugal) e mestre em Engenharia de Materiais (Universidade de Aveiro e Instituto Superior Técnico de Lisboa, Portugal)

 

Objetivo

 

Com este trabalho pretende-se fazer uma comparação de propriedades, características e processos de fabricação dos tijolos e telhas cerâmicas com os respetivos produtos de concreto, usando inertes naturais de sílica. Este trabalho pretende ilustrar prós e contras de aplicação destes materiais no setor da Construção Civil. Finalmente em obra.

 

Com este trabalho pretende-se fazer uma comparação de propriedades, características e processos de fabricação dos tijolos e telhas cerâmicas com os respetivos produtos de concreto, usando inertes naturais de sílica. Este trabalho pretende ilustrar prós e contras de aplicação destes materiais no setor da Construção Civil. Finalmente concluir com alguns argumentos de beneficiação dos respetivos produtos com vista a uma mais eficaz utilização em obra.

 

Introdução

 

O conforto do lar é uma pretensão antiga da humanidade. Desde sempre o homem tentou abrigar-se e refugiar-se das intempéries da atmosfera. Não é pois de estranhar que a investigação e o desenvolvimento procurem incessantemente produtos e técnicas de construção de abrigos com maior qualidade e conforto. As crises energéticas fizeram com que os engenheiros trabalhas- sem no desenvolvimento de materiais e processos que racionalizem a construção com ganhos de características das edificações: isolamentos e durabilidades, bem como garantissem uma melhor gestão energética das condições térmicas no seu interior. O conforto higrotérmico dentro dos recintos habitados depende fundamentalmente da manutenção de condições estáveis de temperatura e umidade, pelo que todas as variações bruscas desses parâmetros prejudicam a obtenção de tal conforto.

 

Dada a incidência que as propriedades de tais materiais têm nas características mais importantes dos edifícios, particularmente sobre o conforto que podem proporcionar, é interessante compará-los a partir do estudo das suas propriedades e processos de fabricação, de forma a evidenciar que uma correta escolha e utilização dos materiais habitualmente utilizados em envolventes e divisórias de edifícios permita a concretização dos seguintes objetivos:
• Racionalização energética;
• Habitabilidade;
• Qualidade da Construção;
• Preservação ambiental.

 

A fim de evitar confusões entre os termos utilizados designar-se-á por tijolos os produtos elementares de cerâmica e por blocos os produtos elementares de concreto com inertes naturais (sílica). No que diz respeito às telhas terá quê ser usado o termo; telha de cerâmica e telha de concreto. Sem fazer apelo a normas e requisitos específicos de construção é do senso comum que: • as exigências de conforto térmico de uma casa deve ser concretizado sem excessiva dependência de energia; • os elementos de construção devem ser devidamente protegidos quanto a efeitos patológicos derivados de condensações. O grupo dos materiais cerâmicos de barro vermelho apresentam uma característica especifica que é a plasticidade, que lhes advém de serem constituídos por partículas microscópicas que ao misturados com quantidades determinadas de água, são facilmente conformados. No caso dos tijolos é usada a extrusão onde a pasta cerâmica é obrigada a passar através de uma cavidade cujas paredes dão forma à superfície exterior das peças e cujo interior pode ser perfurado, durante a operação de extrusão, podendo estes orifícios ter dimensões e formatos variados. Este processo é simples e facilmente automatizado. A plasticidade das pastas cerâmicas permite ainda a prensagem (no caso das telhas cerâmicas), fazendo com que estas adotem formas variadas, que facilitam uma boa adaptação e uma cobertura eficaz. Pelo efeito do calor, cozedura, as formas são consolidadas adquirindo as propriedades finais dos ele- mentos de construção, particularmente características de reforço mecânico.

 

No caso dos produtos á base de cimento Portland, a transformação que se processa na sua produção é a hidratação do referido cimento. O desenvolvimento de suas propriedades decorre fundamentalmente de reações químicas dos componentes constituintes do ci- mento com a água, com formação de fases geralmente hidratadas. O crescimento de tais fases em geral em formato alongado (agulhas), é a responsável pelas características apresentadas por estes materiais.

 

O processo de conformação dos blocos e telhas de concreto é a moldação, mais complexa para automatização. Por outro lado a largura dos septos (paredes que separam os orifícios dos blocos) está condicionada pelo granulometria dos inertes utilizados.

 

O ciclo de produção desenvolve-se à temperatura ambiente, sem necessidade de grandes potências elétricas e criação de atmosferas quentes. A chama- da “preza” do concreto dá-se ao longo do tempo com um primeiro patamar até ao 3 dia após conformação.

 

O processo de produção cerâmico permite uma intervenção técnica sobre as características intrínsecas a criar no material. Seja na preparação com misturas granulométricas criteriosas, seja na conformação com a otimização de parâmetros operacionais e de formatos exterior e furação interiores seja sobretudo na cozedura onde se consegue modelar as características físicas e químicas dos materiais a produzir, com vista a obter um produto mais eficiente para os fins da construção. Nos blocos de concreto os graus de liberdade são menos com enfase sobretudo para o seu processamento apenas à temperatura ambiente com desenvolvimento de estruturas em espinha que são controladas pelo conteúdo de unidade e atmosfera de conformação e maturação. O ciclo de produção é curto, com o material a ficar pronto para venda em apenas três dias e com sete já podendo ser aplicado com segurança. A produção de blocos e telhas é energeticamente mais favorável, mesmo tendo maiores quantidades de rejeição. Para fazer a avaliação elementar de cada grupo de produtos cerâmicos e de concreto, amostras foram recolhidas em diversas fontes de produção e sub- metidos a diferentes ensaios e análises de modo que se pudessem tirar valores comparativos bem como traçar paralelos de características. Entre os vários ensaios que foram feitos podemos citar:
• Resistência mecânica;
• Resistência ao gelo;
• Unidade de equilíbrio;
• Resistência ao fogo;
• Absorção de água;
• Densidade aparente.

 

O acesso a estes dados foi feito através da consulta a trabalhos prévios e respetivos resultados (1).

 

Discussão e resultados

1. Tijolos e blocos
1.1. Unidade de equilíbrio

 

A unidade de equilíbrio define-se como sendo a que existe nos materiais porosos em equilíbrio com a unidade do ar ambiente, para determinada temperatura e humidade relativa deste, é muito importante no que diz respeito ao conforto higrotérmico que os materiais de construção, e em particular os blocos e tijolos para alvenaria, podem proporcionar aos utentes dos edifícios onde são aplicados. Recorde-se que através da humidade pode ser conduzido mais rapidamente o calor além de outros fatores de ordem sanitária, como sejam a formação de fungos e micro-organismos.

 

Esta análise está interligada com a dimensão e formato dos poros que estão presentes nos tijolos e blocos, desenvolvendo as- sim diferentes pressões de vapor no seu interior e em contacto com o meio ambiente. Da análise de resultados pode concluir-se que os tijolos cerâmicos tem menores teores de umidade de equilibrio e por isso um comportamento melhor que os respetivos blocos de concreto.

 

1.2. Resistência ao fogo

 

Os materiais de construção devem, pelo menos durante um certo tempo, resistir às temperaturas habituais em incêndios, (os quais são em geral superiores a 600oC), quando projetados para serem usados em locais estratégicos de um edifício.
O tijolo cerâmico pode ser considerado a melhor barreira térmica e ao fogo, em situações de construção civil, no que se refere ao comportamento estrutural em caso de incêndio.
Os materiais cerâmicos de barro vermelho (tijolo, telha) sendo cozidos em geral a temperaturas que rondam os 900oC, se aquecidos a 1.000 a 1.100 oC, terão uma melhoria da sua resistência mecânica e não degradação.

 

Na construção moderna é usual a utilização de barreiras antifogo, usando proteções cerâmicas nos pilares estruturais de edifícios. Estas barreiras são feitas de placas perfuradas de barro vermelho e montadas em volta dos pilares a envolvê-los deixando ainda uma caixa de ar como precaução a dificultar a transmissão do calor ao pilar de concreto armado.
As argamassas/concretos, sendo produzidos a partir da reação quimica de determinadas substâncias com a água, contém compostos hidratados, cuja decomposição ocorre abaixo de 800oC, não oferecendo propriedades de resistência, ao fogo, suficientemente credíveis pois numa situação de exposição ao fogo sofrerão enfraquecimento das suas propriedades mecânicas. O bloco de cimento à temperatura de 800oC fendilha em curto espaço de tempo. Não são portanto aconselháveis em situação de construção de barreiras térmicas ou corta fogos, onde se espera uma maior resistência ao fogo.

 

O objetivo de proteger determinados locais da construção com materiais resistentes ao fogo, cinge-se à retardação da degradação e colapso que a edificação vai sofrer, permitindo uma possível evacuação mais eficaz.
A resistência ao choque térmico, naturalmente varia em função do respetivo coeficiente de expansão térmica, que é função da constituição morfológica dos materiais misturados seja no concreto seja nas massas cerâmicas vermelhas. A sílica (areia), que tem uma variação alotrópica, com uma enérgica expansão de volume, ao passar de uma fase alfa a beta por volta dos 575oC, quando em aquecimento e inverso em arrefecimento influência muito esta característica dos materiais. A granulometria também influência a resistência ao choque térmico. Quanto maiores os grãos de sílica mais notória esta anomalia. A análise do comportamento dos tijolos e blocos ao choque térmico é também influenciada pelas fases e substâncias que os constituem.
No caso do concreto com inertes dolomíticos, tem ainda que se contar com a decomposição dos carbonatos a 700 – 800oC, o que pro- move elevados danos na sua resistência mecânica.
Um exemplo de um bom comportamento de resistência ao fogo são as panelas de barro usadas antigamente nas fornalhas domésticas. A pensar num modo de quantificar um parâmetro que pudesse servir de referência numérica e comparativa para a, resistência ao fogo, foi proposto por vários investigadores do setor um ensaio simples mas que permite classificar os materiais quanto à sua característica de resistir ao fogo. O corpo de prova é colocado num forno a uma temperatura máxima de 800oC, com uma velocidade de aquecimento de 10oC/min., com um patamar de 30 minutos, à temperatura mais elevada. O arrefecimento deve ser natural para evitar o risco de choque térmico. O corpo de prova deverá ser a seguir submetido a um ensaio de resistência à compressão, que avalie a degradação provocada pela exposição á temperatura. No caso de concretos à base de cimento Portland, verifica-se uma degradação superior a 25%, já nos cerâmicos não há degradação mas sim reforço de resistência mecânica. O ensaio de compressão foi escolhido pois é à compressão que em geral os materiais ficam sujeitos em ambiente de incêndio.
Pode pois concluir-se que os produtos de cerâmica de barro verme- lho são bastante mais resistentes ao fogo que os de concreto, tornando a sua utilização mais interessante em edificações em particular em tuneis de proteção contra incêndio.

 

 

1.3. Resietência à compressão

A resistência mecânica à compressão deum material, depende particularmente da furação e formato dos tijolos e blocos. A possibilidade de desenvolver formatos e furações otimizadas nos tijolos cerâmicos (face ao seu processo produtivo: extrusão), permite a melhoria das suas propriedades mecânicas, além de fatores ergonômicos que os blocos de concreto não apresentam (manuseio em obra).

 

A resistência à compressão é uma propriedade importantíssima dos matérias de construção no que diz respeito à estabilidade estrutural das divisórias e envolventes dos edifícios.

 

 

Pela análise de resultados obtidos conclui-se que os tijolos cerâmicos tem maior resistência que os seus congéneres em concreto.

1.4. Massa volumica aparente

A massa volumica aparente, é a relação entre a massa e o volume aparente , sendo este o que é limitado pela sua superfície. Esta característica varia também em função da densidade aparente dos seus matérias constituintes e da sua porosidade.
Tal como pode ser seguido pela tabela abaixo, os matérias cerâmicos apresentam um valor mais baixo, que os de concreto. Os tijolos cerâmicos apresentam por isso melhor ergonomia de aplicação uma vez que este trabalho é essencialmente manual. Esta característica está diretamente relacionada com isolamento térmico e também acústico.

 

 

 

1.5. Isolamento térmico

O conforto térmico nas edificações, pode ser traduzido na não ocorrência de amplitudes térmicas elevadas no seu interior. Ainda que o aquecimento e arrefecimento dos edifícios sejam prática comum, têm custos elevados que importa racionalizar.
Um material é tanto mais isolador do calor, quanto mais poroso for. Isto fica a dever-se à menor condutividade térmica no ar do que na matriz sólida cujo material é constituído. O efeito da porosidade é especialmente eficaz quando os poros são de pequena dimensão e fechados, uma vez que se minimiza a transferência de calor por convecção no seu interior.
A condutividade térmica dos tijolos de barro vermelho pode ser modelada, seja no processo de fabrico, na maromba, quer na preparação (distribuição granulométrica). É possível produzir blocos de concreto e tijolos de cerâmica, com furações internas variáveis. A densidade e disposição de tais furações influenciará também a condutividade térmica respetiva.
A furação interna do tijlo/bloco influencia muito o seu desempenho em termos de isolamento. Este aspecto é traduzido na maior riqueza da furação mostrada pelos tijolos cerâmicos em relação aos blocos de cimento:

 

 

 

No processo de produção cerâmica, é possível variar a forma e a dimensão do poro, seja ao nível da cozedura seja ao nível do arranjo granulométrico das várias matérias primas. A introdução de grãos combustíveis (serragem, polímeros, carvão etc .) na sua massa, oferece imensas possibilidades de intervenção sob a porosidade e consequentemente sobre a condutividade térmicas dos tijolos cerâmicos enquanto que no caso da produção de blocos de concreto isso não é conseguido.

 

 

NOTA: K é o coeficiente de transmissão térmica de paredes de alvenaria simples com 20 cm de espessura executadas com os materiais que se indicam. Pode assim concluir-se que tijolos de barro vermelho de furação normal apresentam melhor característica de isolamento térmico que os seus congéneres de concreto.

 

1.6. Isolamento acústico

Um nível elevado de ruido constitui um dos aspetos que mais desvaloriza a qualidade de vida, pelo que os sistemas de isolamento acústico dos edifícios, particularmente das habitações, são de primordial importância.
Um tijolo deverá ter uma massa elevada, ser rígido, denso e não poroso, além de apresentar uma superfície lisa e continua para possuir uma boa capacidade de isolamento acústico. A transmissão das ondas sonoras varia também com a frequência da onda emissora, porém o índice de redução sonora varia com a densidade do material que será atravessado pela onda sonora. A propagação do som em meio sólido não é percetível pelo ouvido humano, o qual apenas reconhece o som no ar, este é devido às vibrações das partículas do ar num determinado intervalo de frequências as quais o ouvido humano é sensível. Quando uma determinada potência acústica atinge uma parede, parte dela é refletida, causada pela vibração da parede, outra parte é absorvida pela parede e outra atravessa-a, sendo transmitida pela face oposta. No caso do bloco perfurado de concreto o isolamento é superior, ainda que no tijolo maciço cerâmico a redução da onda sonora é maior. Isto fica a dever-se a maior grossura das paredes dos tijolos de concreto. Porém nos tijolos maciços de cerâmica o isolamento torna a ser superior ao de concreto. Os septos dos blocos em comparação com os dos tijolos cerâmicos é muito grande. Muito maior ainda caso os blocos sejam fabricados com inertes mais grosseiros ou mesmo usando argila expandida como inerte.

 

 

NOTA: “e”, espessura do tijolo ou bloco a ser atravessado pela onda sonora. Valores apresentados em dB (decibéis).

2. Telhas de cerâmica e de concreto

 

As telhas encontram-se entre os materiais de construção manufaturados mais específicos uma vez cuja sua utilização é expressamente destinados para aplicações concretas as quais consistem na proteção contra agentes atmosféricos desfavoráveis. São fabricados com dimensões estáveis por forma a constituírem um modo coerente de coberturas descontinuas de edifícios. As telhas devem apresentar resistência mecânica à flexão, resistência ao fogo, formato que garanta fácil colocação em obra e aplicação, durabilidade impermeabilidade devendo ainda proporcionar conforto térmico, para o que é decisiva a capacidade de rápida libertação de umidade por parte dos produtos.

 

 

Glossário: P-Permeabilidade (I-Impermeável); R.F.-Resistência à Flexão (Newtons); A.A.-Absorção de Água (%); R.G.-Resistência ao Gelo (S-satisfatória); U.E.-Umidade de Equilíbrio (%); Da-Densidade aparente; M-Massa (g).
As telhas devem apresentar boa resistência mecânica à flexão, assim como elevada resistência ao fogo. Além disso devem ter estabilidade dimensional para facilitar a sua montagem em obra, durabilidade e sobretudo impermeabilidade. Uma vez que as coberturas são feitas para servirem de barreiras térmicas, devem dar bom conforto térmico para o que é decisiva a capacidade de rápida libertação de umidade por parte destes componentes.
A resistência mecânica das telhas deve ser alta pois muitas vezes estão sujeitas a esforços elevados (pisadas quando o telha- do está em manutenção). Há muita disparidade de valores de resistência no que diz respeito ás telhas cerâmicas em função da composição argilosa, porém os valores obtidos são em geral superiores aos encontrados para as congéneres de concreto. Também apresentam menor peso e por isso mais fáceis de aplicar em obra. As telhas são materiais que estão sempre expostos ao ar livre e às intempéries. Verificam-se frequentes penetrações de água através dos seus poros abertos. A água contaminada com sais solúveis pode provocar ataque químico, ou promover a cristalização dos cristais dissolvidos nela, dentro dos poros abertos, desenvolvendo tensões de tração, destrutivas, especialmente nas zonas de beira mar. Um outro efeito nefasto, nas telhas é o gelo/degelo, nas zonas mais frias, que promove a degradação da superfície da telha. A porosidade aberta nas telhas é um fator importante a ter em conta. Ambos os tipos de telha (cerâmica e concreto) apresentam boas características face a este tipo de solicitações (ver tabela). Porém uma vez que o processo cerâmico, na cozedura, permite intervenção nas características superficiais da telha torna-se mais interessante este tipo de telha. A impermeabilidade é uma característica essencial para as telhas. No geral os valores encontrados são satisfatórios tanto para as telhas cerâmicas como para as de concreto. Para a impermeabilidade jogam ainda outros fatores importantes; a possibilidade de ventilação da face oposta á molhada e a inclinação do telhado, para evitar refluxos com a ação combinada de vento e chuva.
No que diz respeito à resistência ao fogo a telha cerâmica é melhor uma vez que a temperaturas que rondam os 700 -800oC há uma degradação da estrutura do concreto (inicio da decomposição de carbonatos) enquanto que as telhas a essa temperatura estão inertes pois foram cozidas a temperaturas superiores. A densidade aparente das telhas cerâmicas é menor do que as de concreto tornando-se uma vantagem para a montagem dos telhados (ergonomia), além de não necessitar de estruturas tão fortes para suportar o telhado. A unidade de equilíbrio das telhas cerâmicas é muito menor que das telhas de concreto o que dificulta a procriação de micro-organismos no seu seio. Fenômenos que no caso das telhas de concreto são comuns em zonas de maior unidade. Esta potencial maior atividade orgânica nas telhas de concreto provoca o seu envelhecimento precoce.

 

A menor unidade de equilíbrio das telhas cerâmicas torna-as me- nos permeáveis às perdas de calor pela cobertura dos edifícios. As telhas de concreto além de terem uma maior condutividade térmica e por isso maior facilidade em perder calor, necessitam de maior quantidade de calor para que a umidade residual se evapore.

 

Conclusões

 

Em função dos resultados apresentados e dos paralelos aqui traçados fica demonstrada a maior eficácia dos produtos cerâmicos face aos congêneres de concreto.
Na maioria dos pontos característicos analisados foram determina- dos ganhos específicos dos artigos fabricados em barro vermelho.
Como desvantagem do processo cerâmico, pode citar-se o fator energético uma vez que o concreto não necessita de um processo de cozedura para ter os produtos consolidados, além de ser um processo produtivo relativamente mais curto e rápido. No entanto, o processo cerâmico proporciona um maior controle de características físicas ao longo da sua produção.

 

Há ainda aspetos ambientais a utilizar uma vez que os desperdícios do processo de fabrico bem como as quebras de produção de blocos e telhas de concreto, são mais agressivas em termos ambientais que os respetivos de barro vermelho (inertes à temperatura ambiente).

 

Podem ainda ser utilizados argumentos estéticos, onde os produtos cerâmicos ao poderem ser modelados, durante o seu ciclo de produção, podem facilmente apresentar várias cores, formas e modificações em função do gosto arquitetónico.
Referências bibliográficas
(1)Estudo comparativo de materiais de construção, CTCV & APICC, Junho 1993 (2)Regulamento das características de comportamento térmico dos edifícios, D.R. Fevereiro 1990; (3)Caracterização Térmica de Paredes de Alvenaria; LNEC, 1986; (4)Coeficiente de Transmissão Térmica de Elementos Opacos da Envolvente de Edifícios, LNEC, 1988; (5)Sigg J. Les Produits de terre cuite, Ed. Septima, Paris (6)Bailey, J.E. & Stewart, H.R. – Relationsships between micros- tructural development and physico-chimical nature of OPC pas- tes, BCP, 1984 (7)Smidt H. –Relationships between the equilibrium moisture content and the material properties of masonry bricks. Ziegelin- dustrie International, no5, 1985; (8)Ravaglioli, A. – Evaluation os frost resistance of pressed cera- mic products based on dimentional distributiuon of pores. Tran- sactions of the British Ceramic Society, 75, 1976; (9)Silva, P.M. – Acústica de Edificios, LNEC, 1987; (10)Manuel Pratique du Génie Climatique, Recknagel, Sprenger, Honman, PYC Édition; (11)Ângelo Farina, Roberto Pompoli – Considerazoni sui resultati di prove di laboratório per la misura del potere fonoisolante di divi- sori e solai in laterizio. L’industria dei Laterizi, no15, 1992

 

Fonte: Revista Anicer, edição 82