critérios para a identificação dos ensaios e equipamentos mais
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Critérios para a Identificação dos Ensaios e Equipamentos mais Utilizados na Indústria de Construção
Vitor Alexandre Castelo Gouveia Nunes Costa
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia de Materiais
Júri Presidente: Prof. Doutor Luís Manuel Guerra da Silva Rosa
Orientador: Prof. Doutor Luís Manuel Guerra da Silva Rosa
Vogais: Prof. Doutor Rogério Anacleto Cordeiro Colaço
Doutor Pedro Miguel Gomes Abrunhosa Amaral
Novembro de 2008
i
Agradecimentos
Este trabalho teve o apoio directo e indirecto de muitas pessoas. Gostaria de deixar o meu
agradecimento a algumas delas.
Gostaria de expressar o meu sincero agradecimento ao Professor Doutor Luís Manuel Guerra da
Silva Rosa, pela sua orientação e acompanhamento permanentes durante a execução deste trabalho.
Só o seu constante apoio e incentivo permitiu a concretização deste trabalho. Gostaria também de lhe
agradecer a disponibilidade e paciência que sempre demonstrou para a transmissão de
conhecimentos.
O meu sincero agradecimento ao Dr. José Eduardo Carvalho, por ter aceite o meu estágio,
permitindo-me integrar uma equipa técnica de excelência. Agradeço todos os ensinamentos que me
transmitiu durante o estágio, que me permitiram crescer não só profissionalmente, mas acima de tudo
como pessoa.
Agradeço ao Professor Doutor Rogério Colaço, os valiosos conselhos transmitidos ao longo da minha
formação, bem como, todas as acções levadas a cabo em prol dos alunos.
O meu agradecimento ao Doutor Pedro Amaral, pelas valiosas sugestões que ajudaram a enriquecer
este trabalho.
Agradeço a todos os meus colegas da equipa técnica, que sempre me apoiaram e incentivaram
durante o decorrer deste trabalho.
O meu agradecimento ao Filipe Nascimento, Vanda Tavares, Rodrigo Santos e Vera Pires pelas
importantes ideias desenvolvidas em conjunto.
Um agradecimento muito especial à minha esposa, aos nossos pais e avós, pela compreensão e
sacrifício demonstrados durante estes anos.
Por último, gostaria de dedicar este trabalho ao meu Pai, que infelizmente não pôde estar presente
durante a minha formação, não sendo possível partilhar comigo as alegrias e tristezas durante o
decorrer desta.
ii
Resumo
A indústria da construção civil utiliza um vasto leque de materiais, sendo que o mesmo
material pode ter diversas aplicações. Considerando que cada produto para ser comercializado tem
que ser submetido a vários ensaios, de forma a respeitar as normas a si associadas, constata-se que
existe um vasto universo de ensaios e equipamentos que podem ser utilizados na caracterização dos
materiais de construção civil. Assim, pretende-se com este trabalho identificar e justificar os ensaios e
equipamentos mais utilizados na indústria de construção.
A identificação dos ensaios e equipamentos teve por base as normas NP; ISO; EN; BS;
ASTM; ensaios efectuados por laboratórios acreditados, consulta de fornecedores de equipamentos,
normas de produto, bem como uma visita realizada ao LNEC. Contudo não deixa de ser uma escolha
pessoal, dado o vasto universo de ensaios existentes em cada uma das áreas.
Foram então seleccionados os ensaios de observação/caracterização da estrutura interna;
caracterização das propriedades mecânicas; caracterização da composição química; caracterização
das propriedades térmicas; e caracterização das propriedades acústicas, uma vez que estes
permitem caracterizar de uma forma geral as propriedades dos materiais utilizados na indústria de
construção civil.
Palavras-Chave Materiais de construção civil; observação/caracterização da estrutura interna; caracterização das
propriedades mecânicas; caracterização da composição química; caracterização das propriedades
térmicas; caracterização das propriedades acústicas.
iii
Abstract
The building industry uses a large variety of materials, taking in account that the same
material may be used in several applications. Considering that to commercialize a product it has to be
submitted to several tests, in order to fit the related standards, it is noticed that there are several tests
and equipments that can be applied in the characterization of building materials. Thus with this work it
is intended to identify and justify the most used equipments and tests in this area.
The identification of tests and equipments was based on the NP; ISO; EN; BS; ASTM
standards, tests performed by accredited laboratories, research of equipment suppliers, product
standards, as well as a visit to the LNEC installations. Although these selected tests are personal
choices due to the wide range of tests in each area.
Therefore it was selected tests for observation/characterization of the internal structure;
characterization of mechanical properties; characterization of the chemical composition;
characterization of thermal and acoustical properties, since these tests are able to characterize the
material properties used in the building industry.
Keywords Building materials; observation/characterization of the internal structure; characterization of
mechanical properties; characterization of the chemical composition; characterization of thermal
properties; characterization of acoustical properties.
iv
Índice
Agradecimentos.........................................................................................................................................i
Resumo ....................................................................................................................................................ii
Abstract.................................................................................................................................................... iii
Índice ....................................................................................................................................................... iv
Lista de Tabelas ..................................................................................................................................... vii
Lista de Figuras ..................................................................................................................................... viii
Lista de abreviaturas ................................................................................................................................x
Capítulo I ................................................................................................................................................. 1
1. INTRODUÇÃO E OBJECTIVOS ................................................................................................ 1
Capítulo II ................................................................................................................................................ 2
1. ÂMBITO DO CENTRO DE COMPETÊNCIAS EM MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO ............... 2
1.1. Enquadramento do Centro de Competências em Materiais de Construção ......................... 2
1.2. Missão do Centro de Competências em Materiais de Construção........................................ 3
1.3. Objectivos do Centro de Competências em Materiais de Construção .................................. 4
1.4. Tipo de serviços a prestar pelo Centro de Competências em Materiais de Construção ...... 5
Capítulo III ............................................................................................................................................... 6
1. OBSERVAÇÃO/CARACTERIZAÇÃO DA ESTRUTURA INTERNA.......................................... 6
1.1. Ensaios utilizados na observação/caracterização da estrutura interna................................. 6
1.1.1. Ensaio de determinação da fracção volúmica por contagem sistemática manual de
pontos……. ...................................................................................................................................... 7
1.1.2. Avaliação da microestrutura da grafite em aços vazados................................................. 8
1.1.3. Determinação do tamanho médio de grão ........................................................................ 9
1.2. Equipamentos necessários para a observação/caracterização da estrutura interna.......... 11
1.3. Princípio de funcionamento dos equipamentos para observação/caracterização da
estrutura interna................................................................................................................................. 11
1.3.1. Microscópio Óptico .......................................................................................................... 11
1.3.2. Microscópio Electrónico de Varrimento (SEM)................................................................ 12
1.4. Exemplo prático da observação/caracterização da estrutura interna.................................. 16
2. CARACTERIZAÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA................................................................ 19
2.1. Ensaios utilizados na caracterização da composição química............................................ 19
2.1.1. Ensaio de análise quantitativa por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS).......... 19
2.2. Equipamentos necessários para caracterização da composição química .......................... 20
2.3. Princípio de funcionamento dos equipamentos necessários para caracterização da
composição química .......................................................................................................................... 21
2.3.1. Difractómetro de raios-X.................................................................................................. 21
2.4. Exemplo prático da caracterização da composição química............................................... 23
v
3. CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS.................................................... 25
3.1. Ensaios utilizados na caracterização das propriedades mecânicas ................................... 25
3.1.1. Ensaio de tracção ............................................................................................................ 26
3.1.2. Ensaio de compressão .................................................................................................... 28
3.1.3. Ensaios de dureza ........................................................................................................... 29
3.1.4. Ensaios de dobragem e flexão ........................................................................................ 33
3.1.5. Ensaio de Tenacidade ..................................................................................................... 36
3.1.6. Fadiga .............................................................................................................................. 38
3.1.7. Fluência ........................................................................................................................... 42
3.1.8. Ensaio de resistência ao Gelo ......................................................................................... 45
3.2. Equipamentos necessários na determinação das propriedades mecânicas....................... 46
3.3. Exemplo prático da caracterização das propriedades mecânicas....................................... 47
4. CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES ACÚSTICAS .................................................... 49
4.1. Fundamentos teóricos.......................................................................................................... 49
4.2. Ensaios utilizados na caracterização das propriedades acústicas...................................... 51
4.2.1. Ensaio de isolamento sonoro a sons aéreos entre compartimentos............................... 53
4.2.2. Ensaio de isolamento sonoro a sons aéreos de fachadas e de elementos de fachada . 54
4.2.3. Ensaio de isolamento sonoro a sons de percussão de pavimentos ............................... 56
4.3. Exemplo prático da caracterização acústica........................................................................ 58
4.4. Equipamentos necessários na determinação das propriedades acústicas......................... 61
5. CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES TÉRMICAS ...................................................... 62
5.1. Ensaios utilizados na caracterização das propriedades térmicas ....................................... 62
5.1.1. Teste padrão para a determinação da expansão linear térmica de materiais sólidos
utilizando um dilatómetro ............................................................................................................... 63
5.1.2. Método para a determinação do calor específico através de calorimetria diferencial de
varrimento ...................................................................................................................................... 64
5.1.3. Ensaio Padrão para a Determinação da Condutividade Térmica e Difusividade Térmica
por Calorimetria Diferencial de Varrimento. ................................................................................... 65
5.2. Equipamentos necessários para caracterização das propriedades térmicas dos materiais67
5.3. Exemplo prático da caracterização térmica ......................................................................... 68
6. CONCLUSÕES ........................................................................................................................ 70
7. TRABALHO FUTURO .............................................................................................................. 71
8. BIBLIOGRAFIA......................................................................................................................... 72
Anexo I – Requisitos dos equipamentos necessários para a caracterização da estrutura interna ........A
Anexo I-A – Microscópio Óptico ..........................................................................................................A
Anexo I-B – Microscópio Electrónico de Varrimento ...........................................................................B
Anexo II - Requisitos dos equipamentos necessários para a caracterização da composição química .C
Anexo II-A – Difractómetro de raios-X .................................................................................................C
Anexo III – Listagem de normas de ensaios mecânicos consultadas ....................................................D
vi
Anexo IV – Parâmetros de ensaios de dureza Rockwell ........................................................................ F
Anexo V - Requisitos dos equipamentos necessários para a caracterização das propriedades
mecânicas................................................................................................................................................G
Anexo V-A – Máquina de ensaios mecânicos universal......................................................................G
Anexo V-B – Durómetro Rockwell .......................................................................................................G
Anexo V-C – Microdurómetro Vickers .................................................................................................H
Anexo V-D - Máquina de ensaio de impacto por batimento de pêndulo .............................................. I
Anexo V-E - Máquina de ensaio de fadiga de flexão rotativa............................................................... I
Anexo V-F - Máquina de ensaio de fadiga com sistema servo-hidraúlico ...........................................J
Anexo V-G - Câmara gelo-degelo .......................................................................................................K
Anexo V - H – Pêndulo Britânico .........................................................................................................K
Anexo V - I – Máquina de abrasão Los Angeles ................................................................................. L
Anexo VI – Laboratórios que possuem ensaios acústicos acreditados em Portugal ............................. L
Anexo VII - Requisitos dos equipamentos necessários para a caracterização das propriedades
acústicas..................................................................................................................................................O
Anexo VII-A – Analisador de Ruído .....................................................................................................O
Anexo VII-B – Calibrador Sonoro ........................................................................................................O
Anexo VII-C – Fonte Sonora Omnidireccional.....................................................................................P
Anexo VII - D – Máquina de Percussão...............................................................................................P
Anexo VII - E – Câmaras de Reverberação ........................................................................................Q
Anexo VIII – Listagem de normas de ensaios de caracterização térmica consultadas..........................R
Anexo IX - Requisitos dos equipamentos necessários para a caracterização das propriedades
térmicas ...................................................................................................................................................S
Anexo IX-A – DSC ...............................................................................................................................S
Anexo IX-B – Dilatómetro ....................................................................................................................S
vii
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Ensaios utilizados na observação/caracterização da estrutura interna [2-4] ........................ 7
Tabela 2- Ensaios utilizados na Caracterização da Composição Química [2] ..................................... 19
Tabela 3 - Ensaio de resistência ao gelo [31] ....................................................................................... 45
Tabela 4 – Condições de ensaio gelo/degelo [31] ................................................................................ 46
Tabela 5 – Principais exportadores mundiais de pedra [32] ................................................................. 47
Tabela 6 – Características essenciais (“CE”) e voluntárias (“V”) [33] ................................................... 48
Tabela 7 – Normas e anexos para a execução de ensaios [33] ........................................................... 48
Tabela 8 - Velocidade de propagação do som a 25°C em diferentes materiais [34]............................ 50
Tabela 9 - Ensaios acústicos mais utilizados na caracterização das propriedades acústicas dos
materiais de construção [3, 4] ............................................................................................................... 52
Tabela 10 - Resumo geral das variantes dos métodos de elementos e global [37]. ............................ 54
Tabela 11 – Ensaios para caracterização das propriedades térmicas [2] ............................................ 62
viii
Lista de Figuras
Figura 1- Método de contagem manual para determinação da percentagem de perlite na estrutura de
um ferro fundido cinzento - Adaptado de [6] ........................................................................................... 8
Figura 2 - Imagem de ferro fundido cinzento com grafite globular – Adaptado de [8] ............................ 9
Figura 3- Imagem do ensaio de determinação do tamanho de grão pelo método de intersecção linear
– Adaptado de [10] ................................................................................................................................ 10
Figura 4 - Esquema da estrutura do microscópio metalográfico e percurso da luz – Adaptado de [14]
............................................................................................................................................................... 12
Figura 5- Esquema representativo do SEM – Adaptado de [16]........................................................... 12
Figura 6- Proveniência dos diferentes sinais da superfície da amostra – Adaptado de [15]................ 13
Figura 7 - Processo de emissão de Raios-X – Adaptado de [17] ......................................................... 14
Figura 8 - Imagem de SEM de um cimento tipo Portland, obtida por electrões retrodifundidos –
Adaptado de [18] ................................................................................................................................... 15
Figura 9- Direcções de saída dos electrões das diferentes zonas da amostra – Adaptado de [17]..... 15
Figura 10 - Imagem SEM obtida por electrões retrodifundidos da secção transversal do caule de um
Juniperus [19] ........................................................................................................................................ 16
Figura 11 - Zonas de uma peça soldada em função da temperatura atingida – Adaptado de [20]...... 17
Figura 12 - Fenda ao longo da região de grão grosseiro [21]............................................................... 17
Figura 13 - Espectro de EDS [17] ......................................................................................................... 20
Figura 14 - Difracção de Raios-X – Adaptado de [23] .......................................................................... 22
Figura 15 - Circulo focal de um difractómetro de Raios-X – Adaptado de [11]..................................... 22
Figura 16 - Diferentes zonas de uma peça soldada e temperaturas relativas a cada uma delas [25] 23
Figura 17- Diferentes dimensões a considerar num provete [27]. ........................................................ 26
Figura 18 -Etapas decorrentes do ensaio de tracção de um material dúctil [27]................................. 27
Figura 19 - Provete com amarras colocadas – Adaptado de [27]......................................................... 27
Figura 20 - Ensaio de compressão de um cilindro entre pratos planos – Adaptado de [27] ................ 28
Figura 21 - Ensaio de compressão de um provete cilíndrico entre pratos planos, ocorrendo o efeito
Barril – Adaptado de [27]....................................................................................................................... 29
Figura 23 - Etapas do ensaio de dureza Rockwell – Adaptado de [28]. ............................................... 30
Figura 24 – Tipos de identadores utilizados no ensaio de dureza Rockwell – Adaptado de [29]......... 31
Figura 25 - Geometria da identação no ensaio Vickers [26] ................................................................. 31
Figura 26 - Variação da dureza Vickers com a carga [26]. ................................................................... 32
Figura 26 - Medição do ângulo de Dobragem [28]................................................................................ 34
Figura 27 -Ensaio de Dobragem livre [28]............................................................................................. 34
Figura 28 - Variantes do ensaio de dobragem semi-guiado [28] .......................................................... 34
Figura 29 - Ensaio de dobragem semi-guiado a um provete soldado – Adaptado de [28]................... 35
Figura 31 - Esquema de flexão de uma viga simplesmente apoiada [28] ............................................ 36
Figura 32- Ensaio de impacto com um provete Charpy [30]................................................................. 37
Figura 33 - Fases do processo de fadiga [26]....................................................................................... 38
ix
Figura 34 – Principais tipos de tensão de Fadiga [26] .......................................................................... 40
Figura 35 - Máquina de ensaio de fadiga, utilizando flexão rotativa [26]. ............................................. 41
Figura 36 – Equipamento de ensaio de fadiga com sistema servo-hidráulico [26]............................... 42
Figura 37 - Curva tipica de fluência [29]................................................................................................ 43
Figura 38- Corte transversal de uma máquina de ensaios de fluência [26].......................................... 44
Figura 39 - Sons sensíveis ao ouvido humano [34] .............................................................................. 50
Figura 40 – Nível sonoro em dB de sons comuns [35] ......................................................................... 51
Figura 41 - Posicionamento do altifalante para determinação do isolamento sonoro a sons aéreos de
elementos e de fachada. 1 – Plano normal à fachada; 2 – Plano vertical; 3 – Plano horizontal; 4 –
Altifalante [38] ........................................................................................................................................ 55
Figura 42 - Diferença de propagação do som aéreo e do som de percussão [39]............................... 57
Figura 43 - Metodologia de ensaio do ensaio de sons de percussão in situ, segundo a Norma NP EN
ISO 140/7 [39] ....................................................................................................................................... 58
Figura 44 – Aplicação correcta do isolamento acústico [35]................................................................. 59
Figura 45 – Sobreposição das camadas de isolamento acústico [35] .................................................. 60
Figura 46 – Perfuração do isolamento acústico com parafusos – Adaptado de [35] ........................... 60
Figura 47 – Máquina de percussão [41]................................................................................................ 61
Figura 48 – Desprendimento de revestimento de fachada [43] ............................................................ 68
Figura 49 – Efeito provocado pela ausência de juntas de dilatação [44].............................................. 68
Figura 50 – Causas do desprendimento do revestimento da fachada [47] .......................................... 69
x
Lista de abreviaturas
IPQ Instituto Português da Qualidade
IPAC Instituto Português da Acreditação
NP Normas Portuguesas
ISO International Organization for Standardization
EN European Norm
ASTM American Society for Test and Materials
BS British Standard
LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil
DL Decreto Lei
1
Capítulo I
1. INTRODUÇÃO E OBJECTIVOS
O Centro de Competências em Materiais de Construção localizar-se-á na região de Santarém,
pretendendo ser um espaço onde se realizarão ensaios de caracterização física, química e estrutural
de materiais, testes de comportamento e durabilidade de materiais e produtos, reproduzindo as
condições de utilização e as exigidas pelas normas de produto.
O espaço laboratorial do Centro de Competências em Materiais de Construção servirá também
para a realização de acções de divulgação e demonstração de tecnologias. A versatilidade do espaço
e as suas condições de acessibilidade facilitarão as operações de montagem dos equipamentos para
as experiências laboratoriais.
Tendo como universo os materiais utilizados em engenharia de construção de edifícios e de
habitats (vulgo “materiais de construção”), esta dissertação identifica e justifica quais os tipos de
ensaios e equipamentos mais úteis e necessários para: a observação/caracterização da estrutura
interna; caracterização das propriedades mecânicas; caracterização da composição química;
caracterização das propriedades acústicas; e caracterização das propriedades térmicas.
2
Capítulo II
1. ÂMBITO DO CENTRO DE COMPETÊNCIAS EM
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
1.1. Enquadramento do Centro de Competências em Materiais de
Construção
O Centro de Competências em Materiais de Construção será localizado na MACTÓNICA –
Parque Tecnológico de Materiais de Construção, a instalar na Fátiparques - Parque de Negócios de
Ourém /Fátima, no Concelho de Ourém. A Fátiparques encontra-se integrada nos Parques de
Negócios do Vale do Tejo, sendo estes espaços para instalação de empresas que oferecem
condições qualificadas e de exigente qualidade no desenvolvimento de actividades empresariais de
natureza industrial, logística, comercial e de serviços. Os Parques de Negócios do Vale do Tejo
encontram-se situados em Rio Maior (1ª Área de Localização Empresarial do País), Cartaxo,
Santarém, Torres Novas e Ourém/Fátima, apresentando um conceito inovador em Portugal, dado
serem Áreas de Localização Empresarial. As Áreas de Localização Empresarial distinguirem-se das
tradicionais Zonas Industriais devido à sua elevada qualidade urbanística, mas não só, dado existirem
um conjunto de características que as tornam únicas, sendo estas:
� Área delimitada e vedada
� Portaria / Recepção geral dos parques
� Restauração
� Hotel
� Estacionamento
� Posto de abastecimento de combustíveis
� Centro Empresarial:
o Salas de formação
o Salas de reuniões
o Salas para instalação de empresas
o Auditório
o Centro de computadores;
o Sala de vídeo-conferência
� Escolas Profissionais
� Health Club
3
� Campos Desportivos
� Percursos pedonais e ciclovias
� Agência bancária
� Colégio/Creche
� Gás natural
� Elevada área de espaços verdes
� Segurança comum
� Parque de Ciência e Tecnologia
� Zona residencial
O Centro de Competências em Materiais de Construção localizar-se-á na zona centro do País,
entre os Distritos de Santarém e Leiria, junto à auto-estrada A1, onde é bem visível o peso económico
e o dinamismo das empresas ligadas à construção, com especial destaque para os fabricantes e
fornecedores de materiais, quer endógenos, quer provenientes de outras zonas de Portugal e do
exterior.
Apesar de vir a acumular perdas de actividade nos últimos cinco anos, o sector da construção
representa, actualmente, cerca de 6% do PIB, 10% do emprego e quase 40% do investimento feito no
País.
Para além do peso que o sector da construção representa nos indicadores e que o afirmam como
um dos motores da actividade económica, o grande desafio dos próximos anos prende-se com a
inovação dos materiais, nas técnicas de construção, na gestão das obras, na eficiência energética, na
utilização massiva das novas tecnologias e na qualificação dos recursos humanos.
São estes os desafios que têm de ser ganhos e para cujo resultado o Centro de Competências de
Materiais de Construção quer ter um papel muito activo e relevante.
1.2. Missão do Centro de Competências em Materiais de Construção
A Missão primordial do Centro de Competências em Materiais de Construção será a de servir
como plataforma facilitadora de contactos entre os protagonistas/agentes económicos e os centros de
saber tecnológico (universidades, laboratórios, organismos de I&D).
Para se criar um ambiente propício ao desenvolvimento e à transferência de tecnologias e de
conhecimento para o sector produtivo é necessário aproximar “o saber” (conhecimento científico
geralmente detido pelas instituições de investigação e de ensino superior, por vezes não valorizado
em termos económicos), “o saber fazer” (conhecimento tecnológico e de concepção/projecto), “o
poder fazer” (capacidade de produção, acesso a recursos humanos e a recursos financeiros) e “o
poder vender” (capacidade competitiva e de acesso a mercados).
O Centro de Competências em Materiais de Construção terá âmbito nacional e procurará reunir
competências a partir da transferência de conhecimentos e de tecnologias, nomeadamente de
Instituições Universitárias e dos seus organismos de I&D, e de outras instituições do Sistema
Científico e Tecnológico Nacional ou estrangeiras a ele associadas, para apoio aos agentes
4
económico-sociais das áreas ligadas à construção, nomeadamente as ligadas ao fabrico e
comercialização de materiais e equipamentos para a edificação e recuperação imobiliária.
As áreas de actuação do Centro de Competências em Materiais de Construção visam cobrir
todos os tipos de materiais e produtos para a construção, envolvendo desde as matérias-primas até
aos produtos finais.
1.3. Objectivos do Centro de Competências em Materiais de
Construção
O Centro de Competências em Materiais de Construção terá como principais objectivos:
� A valorização do potencial da Região e do País,
� A criação de condições para uma maior inovação e competitividade das empresas,
� O fomento da internacionalização das empresas,
� O desenvolvimento de redes de cooperação,
� O apoio à inserção no tecido empresarial de jovens à procura do 1º emprego e de
desempregados qualificados,
� A promoção e execução de projectos de ciência e tecnologia, a partir do levantamento das
necessidades das empresas da região e do País, com base em trabalhos de I&D
desenvolvidas por universidades portuguesas e outras entidades associadas ou cooperantes
com estas,
� A promoção, execução e divulgação de I&D relativos ao estudo e valorização de materiais,
recursos endógenos e técnicas locais ligadas à construção,
� Desenvolver e alargar a criação de estágios profissionalizantes nas empresas,
nomeadamente no que respeita à concepção e desenvolvimento de novos produtos e
adopção de novas tecnologias pelas empresas do sector,
� Criar condições para a integração de elementos formados pela universidade em empresas do
sector de modo a reforçar as competências tecnológicas destas, aumentar a sua
competitividade e acelerar o seu grau de internacionalização,
� Incentivar a cooperação entre as empresas do sector e entre estas e os promotores do
Centro de Competências em Materiais de Construção,
� Incentivar a criação de fóruns de debate sub-sectoriais para articulação de estratégias
conjuntas de captação de oportunidades de negócios e partilha de recursos,
5
� Promover iniciativas conjuntas para apresentação de produtos inovadores e de base
tecnológica do sector em feiras nacionais e internacionais,
� Criar uma Plataforma na Internet para apoio a iniciativas de I&D.
1.4. Tipo de serviços a prestar pelo Centro de Competências em
Materiais de Construção
Os principais tipos de serviços a prestar pelo Centro de Competências em Materiais de Construção
serão:
� Apoio às empresas para a resolução de problemas tecnológicos,
� Apoio à participação de empresas em projectos de investigação, desenvolvimento e
inovação, de carácter nacional ou internacional,
� Apoio à selecção e inserção de técnicos qualificados nas actividades das empresas (estágios
curriculares ou de fim de curso, estágios profissionalizantes),
� Acções de divulgação de resultados de projectos de investigação / desenvolvimento industrial
/ desenvolvimento técnico / demonstração de tecnologias (realização de conferências,
seminários, cursos e outros eventos).
6
Capítulo III
Dado o objectivo deste trabalho ser a identificação dos ensaios e equipamentos mais utilizados
na indústria de construção, este capítulo irá justificar a selecção dos mesmos.
A selecção dos ensaios e equipamentos teve por base as normas NP; ISO; EN; BS; ASTM;
ensaios efectuados por laboratórios acreditados, consulta de fornecedores de equipamentos, bem
como uma visita realizada ao LNEC. Contudo não deixa de ser uma escolha pessoal, dado o vasto
universo de ensaios existentes em cada uma das áreas. Os ensaios foram seleccionados de forma a
abranger 5 áreas principais, sendo estas a observação/caracterização da estrutura interna;
caracterização das propriedades mecânicas; caracterização da composição química; caracterização
das propriedades térmicas; e caracterização das propriedades acústicas. Os equipamentos foram
escolhidos de acordo com os ensaios normalizados seleccionados, bem como com a versatilidade
dos mesmos, permitindo assim caracterizar o maior número de propriedades dentro das áreas acima
referidas.
1. OBSERVAÇÃO/CARACTERIZAÇÃO DA ESTRUTURA
INTERNA
A microestrutura dos materiais resulta da composição, processo de solidificação e possíveis
tratamentos termo-mecânicos. Como tal, estas variáveis determinam as respostas dos materiais quer
em laboratório quer nas condições de serviço. Devido à relação Estrutura - Propriedades a
caracterização dos materiais é utilizada para a especificação dos materiais, controlo de qualidade,
certificação de produtos, controlo de processos e análise de falha [1].
1.1. Ensaios utilizados na observação/caracterização da estrutura
interna
De entre os ensaios existentes para observação/caracterização da estrutura interna,
seleccionaram-se os que estão enumerados na Tabela 1, dado estes cobrirem de uma forma geral a
caracterização da estrutura interna, bem com, terem uma aplicabilidade que engloba a generalidade
dos materiais utilizados na indústria de construção.
7
Tabela 1 - Ensaios utilizados na observação/caracterização da estrutura interna [2-4]
Produto Ensaio Método Categoria
Todos os materiais
sólidos
Ensaio de Determinação da
Fracção Volúmica por Contagem
Sistemática Manual de Pontos
ASTM E 562 – 02 0
Aços, ferros
fundidos
Avaliação da Microestrutura da
Grafite em Aços Vazados
EN ISO 945:1994
ASTM A 247 – 67 0
Todos os materiais
cristalinos e
celulares sólidos
Determinação do Tamanho Médio
de Grão
ASTM E 112 – 96
DIN 50601 0
Metais e Ligas Preparação de amostras para
exame metalográfico
NP 1467: 1977 (*)
ASTM E 3: 2001
ASTM E 340: 2006
ASTM E 407: 1999
0
Categoria 0: Ensaio realizado em laboratório
(*) A Norma NP 1467:1977 não descreve um ensaio, mas sim um método de preparação das amostras para a
execução dos ensaios de observação/caracterização da estrutura interna. Contudo, esta norma reveste-se de
uma enorme importância, dado a preparação das amostras poder condicionar a boa execução dos ensaios.
1.1.1. Ensaio de determinação da fracção volúmica por contagem
sistemática manual de pontos
O procedimento manual de contagem de pontos, para estimar a fracção volúmica de um
constituinte ou fase identificável na secção da amostra, utiliza uma grelha de pontos sobreposta sobre
a microestrutura do material.
Neste ensaio, sobrepõe-se uma grelha transparente com uma disposição regular de pontos
sobre a imagem, ou sobre a projecção da imagem, produzida pelo microscópio óptico ou microscópio
electrónico de varrimento, sendo que o número de pontos que caem dentro da fase ou constituinte de
interesse é contado e dividido pelo número total de pontos da grelha, obtendo-se uma fracção de
pontos, geralmente expressa em percentagem para a área observada. A fracção média de pontos
para as medições de n áreas, dá a estimativa da fracção volúmica do constituinte.
Este método é baseado no princípio da estereologia, onde uma grelha com um número
regular de pontos, quando colocada sistematicamente sobre uma imagem de uma secção
bidimensional com a microestrutura, pode fornecer, após um número representativo de colocações
em diferentes áreas da imagem, uma estimativa fiável da fracção volúmica da fase ou constituinte
identificável.
8
Qualquer número de constituintes claramente distinguíveis, ou fases dentro de uma
microestrutura (ou macroestrutura), pode ser contabilizado utilizando este método. Assim este
método pode ser aplicado a qualquer tipo de materiais sólidos a partir de secções bidimensionais,
desde que estes sejam adequadamente preparados. A Figura 1 ilustra o método de contagem manual
para determinação da percentagem de perlite na estrutura de um ferro fundido cinzento [5].
Figura 1- Método de contagem manual para determinação da percentagem de perlite na estrutura de um ferro fundido cinzento - Adaptado de [6]
1.1.1.1. Requisitos das amostras
� A amostra seleccionada para medição da fase ou constituinte, deve ser representativa da
microestrutura geral, ou da microestrutura dentro de uma localização específica.
� Qualquer orientação da secção preparada (isto é, longitudinal ou transversal) pode ser
utilizada. Contudo deverá ser identificada a orientação, dado poder surtir efeito na precisão
obtida
� Caso a microestrutura da amostra contiver gradientes ou heterogeneidades (por exemplo,
zonamento), então a secção deverá conter ou mostrar o gradiente ou as heterogeneidades
[5].
1.1.2. Avaliação da microestrutura da grafite em aços vazados
A norma EN ISO 945:1994 cobre a classificação da grafite em aço vazados em termos de
tipo, distribuição e tamanho. Este ensaio é aplicável a todas as ligas Ferro-Carbono contendo
partículas de grafite, podendo também ser aplicado a ferros fundidos cinzentos, ferros fundidos
dúcteis e ferros fundidos nodulares.
As características das partículas da grafite são designadas numericamente e por letras. O
tipo, distribuição e tamanho da grafite, são comparados com as microestruturas idealizadas nas
100 µm
9
cartas padrão e avaliadas, em conformidade tão próxima quanto possível com as microestruturas
iguais ou similares das cartas.
A comparação entre as partículas de grafite observadas e as estruturas representadas nas
cartas, apenas dá uma informação meramente descritiva no tipo, distribuição e tamanho da grafite da
amostra que está a ser avaliada.
A amostra deverá ser preferencialmente obtida através do corte seccional do vazamento (por
exemplo de uma peça) que irá ser analisado. Caso isso seja impraticável, é frequente anexar-se ao
vazamento um provete de teste, sendo este posteriormente seccionado e utilizado como amostra [7].
A Figura 2 ilustra a imagem de um ferro fundido com grafite globular.
Figura 2 - Imagem de ferro fundido cinzento com grafite globular – Adaptado de [8]
1.1.3. Determinação do tamanho médio de grão
Os ensaios de determinação do tamanho médio de grão em materiais metálicos são um
procedimento de medição baseado numa análise puramente geométrica. Este procedimento também
pode ser utilizado em materiais não metálicos, para a estimar o tamanho médio de grão, cristais ou
tamanho das células (no caso de materiais celulares). O método de comparação pode ser utilizado
caso a estrutura do material tenha uma aparência semelhante a uma das cartas-padrão de
comparação. Os métodos planimétrico e de intersecção podem ser sempre aplicados para
determinação do tamanho médio de grão. Estes ensaios aplicam-se principalmente a estruturas
monofásicas, podendo também ser aplicados na determinação do tamanho médio de grão a amostras
com tipos particulares de estruturas de grão com multifases ou multiconstituintes,
Os procedimentos mais utilizados na determinação do tamanho médio de grão são a
intersecção linear e circular [9].
10
1.1.3.1. Método de intersecção linear
A estimativa do tamanho médio de grão é obtida pela contagem do número de grãos
intersectados por uma ou mais linhas rectas suficientemente longas até perfazer a intersecção de
pelo menos 50 grãos. É desejável seleccionar-se a combinação entre o comprimento da linha de
teste e a ampliação, para que com um único campo de visualização da amostra se obtenha o número
de intersecções requeridas. Este ensaio permite estimar o tamanho de grão ao número inteiro mais
próximo do tamanho ASTM, na área de teste. A precisão da estimativa do tamanho de grão pelo
método da intersecção é função do número de contagens de grãos intersectados. Como as
extremidades das linhas de teste terminam geralmente dentro dos grãos, a precisão será reduzida
caso a contagem por linha de teste for baixa. Sempre que possível, deverá ser utilizada uma linha de
teste maior ou uma ampliação mais baixa. As contagens devem ser realizadas em 3 a 5 locais
seleccionados aleatoriamente e devidamente separados, de forma a obter-se uma média razoável
para a amostra. Caso a precisão aparente desta média não seja adequada, deverá ser realizada a
contagem em campos adicionais suficientes, de forma a obter-se a precisão requerida para a média
das contagens.
Uma intersecção é o ponto onde a linha de teste é cortada pelo limite de grão. Ao contar-se
as intersecções, a extremidade da linha de teste que penetra dentro do grão é contado como meia
intersecção. A intersecção tangencial da linha de teste com um limite de grão deverá ser
contabilizada como uma intersecção. Quando uma intersecção aparentemente coincide com a junção
de três grãos, deverá ser contabilizada com uma intersecção e meia. Com grãos de formas
irregulares, a linha de teste poderá gerar duas intersecções em duas partes diferentes do mesmo
grão, junto com uma terceira intersecção do grão penetrado. As duas intersecções adicionais devem
ser contadas [9].
A Figura 3 representa uma imagem do ensaio de determinação do tamanho de grão pelo
método de intersecção linear.
Figura 3- Imagem do ensaio de determinação do tamanho de grão pelo método de intersecção linear –
Adaptado de [10]
200µm
11
1.2. Equipamentos necessários para a observação/caracterização da
estrutura interna
Para a realização dos ensaios acima referidos são necessários dois equipamentos, o Microscópio
Óptico Metalográfico e o Microscópio Electrónico de Varrimento. É de referir que estes equipamentos
permitem a realização de um vasto leque de ensaios, para além dos acima mencionados.
Como processo auxiliar para a realização dos ensaios, temos a preparação das amostras para a
qual são necessários os seguintes equipamentos:
� Hotte – Para manipulação (preparação de soluções para contrastar as amostras) e
armazenamentos reagentes químicos
� Máquina de corte
� Máquina de corte fino
� Prensa Metalográfica
� Polideira
� Banho de ultra-sons
� Torno manual
� Secador
� Balança digital
� Outros materiais
Os requisitos dos equipamentos necessários para observação/caracterização da estrutura interna
encontram-se descritos no Anexo I.
1.3. Princípio de funcionamento dos equipamentos para
observação/caracterização da estrutura interna
1.3.1. Microscópio Óptico
Os componentes ópticos de um microscópio (óptico) são duas lentes de imagem (ocular e
objectiva), a fonte luminosa e as lentes condensadoras . A ocular e a objectiva são responsáveis pela
ampliação da imagem da amostra e projecção da mesma até à retina do utilizador ou câmara
fotográfica. As lentes condensadoras são um conjunto de duas ou mais lentes convergentes que
focam o cone de luz incidente sobre a amostra. O sistema de iluminação é composto por uma
lâmpada de tungsténio ou de halogéneo que passa através das lentes condensadoras. O microscópio
óptico permite obter ampliações até ~2000X e uma resolução de 200nm. A Figura 4 ilustra
esquematicamente a estrutura do microscópio metalográfico, bem como o percurso da luz [11-13].
12
Figura 4 - Esquema da estrutura do microscópio metalográfico e percurso da luz – Adaptado de [14]
1.3.2. Microscópio Electrónico de Varrimento (SEM)
O SEM possui um canhão de electrões que produz um feixe (de electrões) com uma energia
resultante de uma diferença de potencial que pode atingir os 40KV. As várias lentes
electromagnéticas focam o feixe sobre a amostra num diâmetro de aproximadamente 2 nm. O feixe
de electrões varre a amostra, sendo que os vários detectores recolhem a radiação e os electrões
provenientes da amostra. Ao mesmo tempo que ocorre o varrimento, a imagem é transmitida pelo
ecrã, sendo que o brilho da zona da amostra varrida é modelado por corrente amplificada através do
detector, sendo a imagem produzida através da variação do sinal do detector. A Figura 5 ilustra
esquematicamente o princípio de funcionamento do SEM [11, 15].
Figura 5- Esquema representativo do SEM – Adaptado de [16].
13
Os sinais que derivam da interacção electrão-amostra revelam informação sobre a amostra,
incluindo a morfologia externa, composição química, estrutura cristalina e a orientação dos cristais
dos materiais que compõem a amostra.
Os dados são recolhidos a partir da zona varrida da amostra, sendo gerados dois tipos de
imagens, uma com informação qualitativa de composição formada a partir dos electrões
retrodifundidos, e outra com informação topográfica quando é obtida através dos electrões
secundários. As imagens variam entre 1 a 5 µm de largura, podendo ser obtidas ampliações de 10X a
1,000,000X; o poder de resolução pode atingir 0,5 nm.
O SEM também permite a realização de análises em zonas seleccionadas da amostra, o que
é extremamente útil na análise qualitativa e semi-quantitativa da composição química, utilizando a
espectroscopia de dispersão de energia (EDS).
Os electrões acelerados no SEM têm uma elevada energia cinética, sendo esta dissipada
através de uma variedade de sinais produzidos pelas interacções electrão-amostra, quando os
electrões são desacelerados na superfície da amostra. Estes sinais incluem os electrões secundários,
os electrões retrodifundidos e os fotões (raios-X característicos que são utilizados para análises
elementares e raios-X contínuos) [11, 15].
A Figura 6 ilustra a proveniências dos diferentes sinais da superfície da amostra. Os electrões
secundários e retrodifundidos são normalmente utilizados para formar a imagem da amostra.
Os vários processos que ocorrem são complexos, mas geralmente de fácil compreensão,
existindo pouca ambiguidade na interpretação das imagens obtidas por SEM.
Mais detalhadamente, descrevem-se a seguir os diferentes sinais gerados pela incidência do
feixe de electrões.
Figura 6- Proveniência dos diferentes sinais da superfície da amostra – Adaptado de [15]
14
1.3.2.1. Excitação de raios-X pela emissão de electrões
A produção de raios-X deve-se às colisões inelásticas dos electrões incidentes com os
electrões da nuvem electrónica dos átomos da amostra. Caso a energia do electrão incidente seja a
necessária para ocorrer a ejecção de um electrão do átomo da amostra, então existe uma
probabilidade finita da ocorrência de ionização, ou seja, excitação do electrão para um nível superior.
Quando o electrão decai para um nível energético mais baixo (através de uma transição electrónica
para o estado livre), esta transição é acompanhada pela emissão de um fotão. Caso o electrão
excitado seja proveniente das camadas interiores do átomo, com o decaimento deste obtêm-se um
fotão com a energia dentro do espectro de raios-X. Geralmente o decaimento de um electrão do
estado excitado dá-se em mais do que um estágio, com a emissão de vários fotões em diferentes
comprimentos de onda, cada um correspondendo à transição do átomo de volta ao estado
fundamental. Os comprimentos de onda dos picos característicos que são emitidos constituem uma
“impressão digital” dos elementos presentes no sólido e disponibilizam um bom método para
identificação de elementos químicos e a sua distribuição. A Figura 7 ilustra esquematicamente o
processo de emissão de raios-X [11, 15].
Figura 7 - Processo de emissão de Raios-X – Adaptado de [17]
1.3.2.2. Electrões Retrodifundidos
Para além das colisões inelásticas, a interacção do feixe de electrões com a amostra produz
também colisões elásticas entre os electrões e átomos da amostra. A dispersão elástica altera a
trajectória dos electrões incidentes que interactuam com a amostra, sem alteração significativa da sua
energia cinética. Neste caso pode-se pensar na dispersão elástica como um modelo de partículas
pequenas (electrões) a colidirem com partículas grandes (átomos). Átomos grandes (com maior
número atómico Z) têm maior probabilidade de produzir colisões elásticas, devido ao tamanho da sua
nuvem electrónica. Consequentemente, o número de electrões retrodifundidos, detectados pelo
detector é proporcional ao número atómico da amostra. Assim, as zonas da amostra com maior
número atómico produzem uma intensidade de corrente maior, aparecendo na imagem como uma
15
zona clara, as zonas com número atómico baixo geram uma intensidade de corrente baixa e como tal
produzem uma imagem escura. A Figura 8 ilustra uma imagem de SEM de um cimento tipo Portland
obtida por electrões retrodifundidos.
Figura 8 - Imagem de SEM de um cimento tipo Portland, obtida por electrões retrodifundidos – Adaptado de [18]
1.3.2.3. Emissão de Electrões Secundários
A maior parte da corrente gerada na amostra deve-se ao impacto do feixe de electrões com a
superfície da amostra, que através colisões elásticas transferem a sua energia para os electrões da
amostra, excitando-os e ejectando os electrões secundários. De facto, o coeficiente de emissão de
electrões secundários i.e. o número de electrões secundários emitidos por electrão do feixe incidente,
é sempre superior a 1 podendo atingir várias centenas. Com este tipo de electrões obtêm-se um
contraste topográfico sendo que nas zonas mais altas (saliências) tem-se uma melhor captação do
sinal dado existirem 5 direcções de saída, enquanto as zonas mais baixas (reentrâncias) são zonas
com um sinal mais fraco, dado apenas existir 1 direcção de saída.
A Figura 9 ilustra as direcções de saída das diferentes zonas da amostra.
Figura 9- Direcções de saída dos electrões das diferentes zonas da amostra – Adaptado de [17]
16
A Figura 10 mostra uma imagem de SEM produzida por electrões secundários da secção transversal
do caule de um Juniperus.
Figura 10 - Imagem SEM obtida por electrões retrodifundidos da secção transversal do caule de um Juniperus [19]
1.4. Exemplo prático da observação/caracterização da estrutura
interna
Dada a predominância da indústria metalomecânica na região de Santarém, este exemplo
pretende ilustrar de que forma a observação/caracterização da estrutura interna pode responder na
resolução de alguns problemas que surgem durante o processo de soldadura.
Durante o processo de soldadura por fusão, os ciclos térmicos produzidos pelo fluxo de calor
podem conduzir a alterações do estado físico, transformações de fase e tensões devidas ao gradiente
térmico. Após a conclusão de um ciclo térmico, formam-se três zonas na zona soldada:
� Zona do Metal Fundido (ZMF)
� Zona Afectada pelo Calor (ZAC)
� Material de Base.
17
A Figura 11 mostra as 3 diferentes zonas de uma peça soldada em função da temperatura atingida.
Figura 11 - Zonas de uma peça soldada em função da temperatura atingida – Adaptado de [20]
O pico de temperatura e a subsequente taxa de arrefecimento determinam a estrutura da
ZAC, sendo que quanto maior o pico de temperatura e menor a taxa de arrefecimento, maior será a
largura ZAC. Uma elevada taxa de arrefecimento traduz-se numa ZAC menor, contudo esta (elevada
taxa de arrefecimento) pode conduzir ao aparecimento de uma estrutura frágil, levando
subsequentemente ao aparecimento de fendas ou à criação de locais de iniciação de fendas por
fadiga. A estrutura do metal fundido é determinada pelo gradiente térmico, taxa de solidificação e taxa
de arrefecimento líquido-sólido.
A ZAC, é a zona onde a microestrutura sofreu uma alteração por efeito do calor durante o
processo de soldadura, estando compreendida entre a estrutura original e o metal fundido. As
fissuras originadas na ZAC são geralmente associadas a regiões de grão grosseiro tal como ilustra a
Figura 12. As fendas podem ser intergranulares, transgranulares ou mistas.
Figura 12 - Fenda ao longo da região de grão grosseiro [21]
18
Existem três factores que levam ao aparecimento de fendas na soldadura:
� Hidrogénio gerado no processo de soldadura
� O aparecimento de uma estrutura dura e frágil susceptível a fissuração
� Tensões de tracção na junta soldada.
A fissuração, que ocorre normalmente à temperatura ambiente, pode ser causada pela difusão do
Hidrogénio para as zonas de elevada tensão e dureza da soldadura. Nos aços Carbono-Manganês,
como existe o risco de formação de microestruturas frágeis na ZAC, a maioria das fendas causadas
pelo hidrogénio encontram-se no metal base. Em aços de baixa liga, como a estrutura do material de
adição é mais susceptível de fissuração que a ZAC, a fissura ocorre no cordão de soldadura.
No caso dos aços Carbono-Manganês, pode ocorrer o aparecimento de estruturas martensíticas
na ZAC, sendo estas estruturas frágeis. Esta situação é extremamente problemática, visto poder
colocar em risco a integridade da peça soldada [21]. No caso de se estar a considerar a estrutura em
aço de um edifício, obtida por soldadura (em vez do usual betão armado), a formação de estruturas
martensíticas na ZAC pode levar à fractura das juntas soldadas e subsequente colapso da estrutura.
No caso de ocorrer coalescência de grão na ZAC, esta irá traduzir-se numa menor resistência
mecânica (tensão de cedência) nesta zona, podendo também colocar em risco a integridade da
estrutura.
Para aferir se a técnica utilizada, material de adição, bem com os parâmetros do equipamento
são os indicados para o componente/estrutura em questão, é necessário recorrer-se à metalografia
óptica.
O primeiro passo é cortar uma amostra contendo a zona soldada, sendo esta posteriormente
preparada, ou seja, lixada, polida e contrastada. Para se observar se a amostra está bem contrastada
recorre-se ao microscópio óptico, dada este ser mais prático. A observação e a recolha de imagens
da microestrutura podem ser feitas no microscópio óptico. Caso se necessite uma maior resolução
poder-se-á recorrer ao SEM.
Em suma, a utilidade de um microscópio óptico não invalida a utilidade do SEM, dado estes
equipamentos se complementarem, apesar de terem alguns pontos em comum.
19
2. CARACTERIZAÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA
A composição química dos materiais é um dos factores que determina a sua microestrutura, que
por sua vez determina as suas propriedades. As propriedades pretendidas para os materiais devem
ser levadas em conta na definição do seu processo de fabrico.
A caracterização química dos materiais reveste-se de uma enorme importância, não só por
condicionar o processo de fabrico dos componentes, bem como a aplicação dos mesmos.
2.1. Ensaios utilizados na caracterização da composição química
Na caracterização da composição química dos materiais utilizados na indústria de construção,
existe um vasto leque de ensaios que são tipicamente utilizados, sendo que poucos estão
normalizados. Em muitos casos os laboratórios têm procedimentos internos (ensaios) acreditados.
Optou-se por apresentar o ensaio normalizado de análise química quantitativa por espectroscopia de
energia dispersiva (EDS), referido na Tabela 2, como único ensaio normalizado a realizar na
caracterização da composição química, por dois motivos: - o primeiro motivo prende-se com o facto
de este ensaio permitir uma análise qualitativa e quantitativa de grande parte dos elementos químicos
da tabela periódica; o segundo motivo deve-se ao facto do microscópio electrónico de varrimento já
se encontrar contemplado nos equipamentos referidos no ponto 1 deste capítulo
(observação/caracterização da estrutura interna), e como tal, o EDS ser apenas mais um detector a
acoplar ao SEM, o que permite uma optimização de espaço no laboratório, bem como uma economia
financeira.
Tabela 2- Ensaios utilizados na Caracterização da Composição Química [2]
Produto Ensaio Método Categoria
Materiais Sólidos Ensaio de Análise Quantitativa por
Espectroscopia de Energia Dispersiva ASTM E 1508-98 0
Categoria 0 – Ensaio realizado em laboratório
2.1.1. Ensaio de análise quantitativa por Espectroscopia de Energia
Dispersiva (EDS)
Os electrões produzidos pelo canhão de electrões do SEM, ao interagirem com os átomos da
superfície da amostra, dão origem a vários sinais, sendo os raios-X um dos sinais produzidos. Os
electrões mais exteriores dos átomos da amostra são excitados, mudando de nível energético sendo
20
que ao decaírem para sua posição inicial, libertam um fotão característico do átomo que são
provenientes. O EDS mede a energia associada ao decaimento de cada um dos electrões, através
dos fotões emitidos. Como os electrões de cada átomo possuem energias distintas, é possível, no
ponto de incidência do feixe, determinar quais os elementos químicos presentes naquele local da
amostra. A intensidade dos raios-X é proporcional à percentagem ponderal do elemento presente na
amostra. No EDS os raios-X da amostra são detectados por um espectrómetro convertendo-os em
impulsos eléctricos, proporcionais às energias características dos raios-X, sendo os espectros de
EDS construídos a partir dos mesmos.
As amostras devem ser planas na zona a analisar, sendo que caso hajam riscos, estes
devem ocupar a menor percentagem da área, de forma a não interferir com os resultados obtidos. As
amostras não devem ser contrastadas, ou pouco contrastadas, de forma a não alterar a composição
na zona a analisar.
As amostras não condutoras devem ter um revestimento condutor, como por exemplo
carbono, de forma a prevenir um aumento da carga no material [3]. A Figura 13 ilustra um espectro de
EDS, onde se verifica que a composição química da zona da amostra analisada apresenta um
elevado teor de Níquel e Crómio [11, 22].
Figura 13 - Espectro de EDS [17]
2.2. Equipamentos necessários para caracterização da composição
química
Para realização do ensaio acima referido é necessário um EDS para acoplar ao SEM. O princípio
de funcionamento do SEM já se encontra descrito no ponto 1 deste capítulo. O princípio de
funcionamento do EDS encontra-se descrito no ensaio acima referido.
Contudo para a caracterização da composição química é necessário outro equipamento, dado o
SEM/EDS não permitir a determinação da estrutura cristalina dos materiais, mas apenas a
21
θλ sin2dn =
determinação dos elementos presentes na amostra. O outro equipamento necessário para a
identificação das fases cristalinas presentes na amostra é o difractómetro de raios-X.
Os requisitos dos equipamentos necessários para caracterização da composição química encontram-
se descritos no Anexo II.
2.3. Princípio de funcionamento dos equipamentos necessários para
caracterização da composição química
2.3.1. Difractómetro de raios-X
A radiação ao atingir um objecto pode ser dispersada. Quando a dispersão é inteiramente
elástica, não há energia perdida no processo e o comprimento de onda da radiação dispersa
mantém-se igual. Os átomos da rede cristalina interagem elasticamente com os raios-X, de modo a
formar um espectro de difracção no qual a radiação é dispersa. Tanto os ângulos de difracção como
as intensidades dos vários feixes difractados são sensíveis à estrutura cristalina. Os ângulos de
difracção dependem da estrutura cristalina e da distância entre planos atómicos.
A fase cristalina pode ser identificada a partir do seu espectro de difracção por comparação
dos ângulos de difracção, entre os picos do espectro e as suas intensidades relativas com um
espectro padrão.
A comparação entre o espectro calculado e as medições realizadas, define o grau de
correlação, determinando o grau de confiança com que o modelo é julgado para representar a
estrutura cristalina.
Geralmente, o espectro calculado é inicialmente comparado com a informação existente, mas
se existir sérias discrepâncias com o espectro base conhecido, pode então ser necessário procurar
um novo modelo da rede cristalina que explique melhor os resultados.
A principal condição para se obter um padrão de difracção é que o comprimento de onda da radiação
deve ser igual ao menor à distância interatómica da rede.
A lei de Bragg permite determinar a distribuição angular dos picos de intensidades num espectro de
difracção de uma rede cristalina. A lei de Bragg é dada pela seguinte equação [11]:
Eq. 1
em que:
n: Número inteiro
λ: Comprimento de onda da radiação incidente
d: Espaçamento dos planos da rede cristalina responsáveis pelo feixe difractado
θ: Ãngulo que o feixe incidente faz com os planos da rede.
22
A Figura 14 ilustra a difracção de raios-X.
Figura 14 - Difracção de Raios-X – Adaptado de [23]
Um difractómetro de raios-X é essencialmente constituído por fonte de raios-X, detector de
raios-X e sistema de análise de dados. A Figura 15 ilustra o círculo focal de um difractómetro de
raios-X.
Figura 15 - Circulo focal de um difractómetro de Raios-X – Adaptado de [11]
Um espectro de raios-X é obtido pela rotação de um detector de raios-X na amostra, estando esta
montada num goniómetro. O goniómetro permite que a amostra rode num ou mais eixos. Para utilizar
todo o potencial do método, o difractómetro deve estar alinhado correctamente e calibrado, de
preferência para um ângulo inferior a 0.01º. O posicionamento correcto da amostra é bastante
importante, especialmente num difractómetro com focagem, visto que o mais pequeno desvio no
plano a amostra resultará numa alteração do ângulo de Bragg aparente [11].
23
2.4. Exemplo prático da caracterização da composição química
Como referido no ponto 1.4 deste capítulo, uma das actividades ligadas à indústria de construção
de maior relevância na região de Santarém é a metalomecânica, nomeadamente a construção de
estruturas metálicas soldadas. Um dos problemas que ocorre durante o processo de soldadura dos
aços inoxidáveis é a sensitização (também conhecida como sensibilização). A sensitização consiste
na combinação do carbono provenientes dos grãos com o crómio proveniente das regiões periféricas
dos limites de grão, levando à formação de carbonetos de crómio nos limites de grão. A formação dos
carbonetos de crómio deixa as zonas vizinhas dos limites de grão empobrecidas em crómio, o que se
traduz numa diminuição da resistência à corrosão, levando muitas vezes à ocorrência de corrosão
intergranular. Quando se realiza a soldadura, as diferentes zonas da estrutura são aquecidas a
temperaturas diferentes, em função da distância ao cordão de soldadura.
Nas zonas submetidas a temperaturas entre 450ºC e 800ºC, é possível que parte do Crómio
situado nas proximidades dos limites de grão se combine com o carbono, formando Cr23C6 nas zonas
em redor dos limites de grão, ficando estas empobrecidas em crómio. Quanto maior for o tempo de
permanência nesta gama de temperaturas, e quanto maior for a entrega calorífica, maior será a
probabilidade de formação de Cr23C6. Dado que é o crómio que torna o aço inoxidável (para teores
acima de 13%), a sua diminuição junto dos limites de grão poderá levar à ocorrência de corrosão
intergranular [24, 25].
Figura 16 - Diferentes zonas de uma peça soldada e temperaturas relativas a cada uma delas [25]
A Figura 16 ilustra as diferentes zonas de uma peça soldada, bem como as temperaturas
relativas a cada uma delas.
A sensitização reveste-se de uma enorme importância, dado a corrosão intergranular
(originada a partir da sensitização) poder levar à falha dos elementos estruturais.
24
Uma das formas de se aferir relativamente à existência ou não de precipitados de carbonetos
de Crómio durante o processo de soldadura, consiste na observação de uma amostra (corte
transversal da zona soldada), no SEM utilizando o EDS, a fim de se determinar a composição
química na zona adjacente à soldadura.
Numa primeira fase pode-se verificar a existência de precipitados através do contraste
químico (Electrões Retrodifundidos), sendo que ao se analisar os raios-X característicos provenientes
da amostra (com EDS), será obtida a composição química dos precipitados e desfeitas todas as
dúvidas relativamente à sua composição. Desta forma pode adoptar-se um conjunto de medidas de
forma a evitar a sensitização, e assim evitar a falha dos componentes (estruturas).
Uma das medidas que pode ser tomada é o tratamento a quente da peça após soldadura,
sendo esta sujeita a um aquecimento acima das temperaturas de sensitização, seguido de um
arrefecimento rápido (têmpera). Com o aquecimento pretende-se dissolver os carbonetos de crómio
formados, sendo que com o arrefecimento rápido (têmpera) pretende-se não dar tempo para nova
formação de carbonetos de Crómio. Este procedimento apresenta-se como uma possível solução,
contudo existe a limitação relativamente ao tamanho das muflas/fornos (aquecimento) o que coloca
restrições ao tamanho das peças. Outro factor é o acréscimo de energia e tempo (mão de obra),
levando a um aumento do valor do produto final. Outra medida que pode ser tomada, consiste na
utilização de aços inoxidáveis com teor de carbono inferior a 0,02% (extra low steel ), visto a
percentagem de Carbono disponível para formação de carbonetos de Crómio ser extremamente
baixa, e assim se diminuir a susceptibilidade à corrosão intergranular (utilização do AISI 304L E
316L). Outra medida é adicionar ao aço (durante o fabrico) elementos com maior afinidade para o
Carbono que o Crómio (estabilizadores), como por exemplo Titânio ou Nióbio (AISI 347 E 321) [24].
25
3. CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS
Os ensaios mecânicos permitem dar conhecimento de como os materiais se comportam quando
lhes são aplicados esforços de tracção, compressão, flexão, torção ou corte. Geralmente provocam a
inutilização do material ensaiado, e por isso são classificados como ensaios destrutivos. Estes
ensaios podem ser realizados em peças ou em provetes que reproduzam com fidelidade as
características das peças. Os ensaios mecânicos são utilizados para certificação de produtos, bem
como na indústria como controlo de qualidade e na investigação para estudo, comparação ou
selecção de materiais.
A gama de ensaios mecânicos é vasta e a sua escolha em determinada situação, é função da
propriedade mecânica que se deseja conhecer, do tipo de solicitação a que a peça ou componente
vai estar sujeita e das especificações a que o produto fabricado deve obedecer. O procedimento a ser
seguido na sua execução está, na maioria dos casos, normalizado [26].
3.1. Ensaios utilizados na caracterização das propriedades mecânicas
Após consulta dos laboratórios acreditados em Portugal, onde se realizam ensaios para
caracterização das propriedades mecânicas dos materiais de construção (Anexo III), bem como a
marcação CE de pedras naturais, constatou-se que os ensaios mais utilizados nesta área são:
� Ensaio de tracção
� Ensaio de compressão
� Ensaio de dureza
� Ensaios de dobragem e flexão
� Ensaio de tenacidade
� Ensaio de fadiga (**)
� Ensaio de fluência (**)
� Ensaio de resistência gelo-degelo
� Ensaio de desgaste por abrasão
� Ensaio de resistência ao escorregamento/derrapagem (*)
(**) Estes ensaios são englobados nesta secção, devido à sua importância na caracterização das
propriedades mecânicas.
Contudo, a realização dos ensaios de fadiga e fluência deve ser analisada mais aprofundadamente,
dado a realização destes obrigar à aquisição de vários equipamentos, bem como os mesmos
necessitarem de longos períodos de tempo, dado serem ensaios morosos, ou seja, para estes ensaios
terem validade é necessário que a amostra seja representativa e as condições de ensaio sejam as
26
mesmas para todos os provetes. Geralmente, isto obriga a que todos os provetes sejam ensaiados ao
mesmo tempo, para as condições de ensaio serem as mesmas para todos eles.
(*) Este ensaio não se encontra mencionado no anexo III, contudo é obrigatório para a marcação CE
das pedras naturais.
3.1.1. Ensaio de tracção
O ensaio de tracção pode ser classificado como um ensaio mecânico de utilização universal.
É usado tanto para determinar as propriedades mecânicas essenciais ao projecto, como no controlo
de qualidade dos materiais.
O ensaio de tracção consiste em solicitar um provete de geometria adequada com uma força
uniaxial, continuamente crescente, efectuando-se em simultâneo o registo da força e do alongamento
sofrido pelo comprimento de referência do provete, por intermédio de instrumentação apropriada. A
Figura 17 mostra as diferentes dimensões a considerar num provete [27].
Figura 17- Diferentes dimensões a considerar num provete [27].
Onde:
lt: Comprimento total
lc: Comprimento da zona calibrada
l0: Comprimento da zona de referência
Tipicamente o ensaio é realizado à temperatura ambiente entre os 10ºC e 35ºC, sendo que
os seus resultados são apresentados através de um gráfico tensão versus extensão.
27
Os provetes utilizados neste ensaio, têm geralmente secção transversal circular ou
rectangular, podendo, no entanto, serem usadas outras geometrias. As dimensões do provete, devem
obedecer a determinadas proporções geométricas, bem como ao próprio procedimento de ensaio que
se encontram normalizados por instituições especializadas de cada país.
Figura 18 -Etapas decorrentes do ensaio de tracção de um material dúctil [27].
A Figura 19 ilustra um provete com as amarras colocadas pronto a ser ensaiado.
Figura 19 - Provete com amarras colocadas – Adaptado de [27]. 1 – Amarras; 2 - Provete
O ensaio de tracção permite obter muitas informações úteis para a caracterização mecânica
dos materiais, nomeadamente: a tensão limite de elasticidade, o módulo de Young, a extensão limite
de elasticidade, a tensão de ruptura, a extensão de ruptura e a extensão final. Outras informações
que se podem retirar deste tipo de ensaio são a transição do regime elástico para o regime plástico
1
2
28
(no caso de materiais dúcteis) e a transição da plasticidade uniforme para a plasticidade não
uniforme. A Figura 18 ilustra as diversas etapas que ocorrem durante o ensaio de tracção de um
material dúctil.
Nas máquinas de ensaio de tracção, a carga é aplicada mediante o deslocamento de um
travessão, onde o provete e a amarra se encontram fixos. O travessão móvel desloca-se a uma
velocidade, que pode ser constante ou ajustada manualmente durante o ensaio, dependendo do tipo
de máquina utilizada. As máquinas de ensaios de tracção podem ser de vários tipos, onde o
travessão se desloca por um sistema mecânico hidráulico ou servo-hidráulico. A carga desenvolvida é
medida utilizando um registo analógico ou digital. Nos equipamentos mais recentes as cargas são
medidas utilizando células de carga providas de extensómetros eléctricos e previamente calibrados.
Contudo a montagem de extensómetros directamente ao provete é um processo mais rigoroso.
3.1.2. Ensaio de compressão
Embora o ensaio de tracção uniaxial seja o mais utilizado na caracterização mecânica dos
materiais, convém referir que existem algumas limitações na aplicação dos seus resultados aos
processos de deformação plástica. Devido à instabilidade plástica que surge no ensaio de tracção
uniaxial a curva tensão/extensão só se consegue definir para valores de extensão verdadeira muito
inferiores à unidade. Porém, na maioria dos processos de deformação plástica as extensões efectivas
alcançadas superam largamente a unidade, levando a que as propriedades mecânicas do material
nessas gamas tenham que ser obtidas por extrapolação, o que pode ser manifestamente
insatisfatório.
Uma solução aparente que evita a formação da estricção será a de realizar ensaios de
compressão, tendo como vantagem adicional, o facto das tensões envolvidas nos ensaios e nos
processos tecnológicos terem, no essencial, a mesma natureza (estados de tensão basicamente
compressivos) [26].
De entre os ensaios de compressão refere-se como mais importante o ensaio de compressão
de um cilindro ou cubo entre pratos planos, como ilustra a Figura 20.
Figura 20 - Ensaio de compressão de um cilindro entre pratos planos – Adaptado de [27]
Neste tipo de ensaio, o provete é comprimido axialmente entre dois pratos planos de elevada
dureza, polidos e muito bem lubrificados. A lubrificação dos pratos tem como objectivo a diminuição
Provete
Pratos
29
do atrito entre os pratos e o provete, evitando assim o efeito barril. A Figura 21 ilustra o efeito barril
durante um ensaio de compressão.
Figura 21 - Ensaio de compressão de um provete cilíndrico entre pratos planos, ocorrendo o efeito Barril
– Adaptado de [27].
Estes ensaios são conduzidos de modo incremental, registando-se em cada paragem os
valores da carga e do deslocamento.
3.1.3. Ensaios de dureza
Os ensaios de dureza são os mais utilizados na indústria, especialmente na indústria
metalomecânica, sendo empregues no controlo de qualidade em materiais e peças acabadas. A
simplicidade de execução e o baixo custo dos equipamentos justificam a sua utilização generalizada.
As aplicações dos ensaios de dureza incluem: a determinação aproximada das características de
ductilidade e resistência de materiais; controlo de qualidade em tratamentos térmicos e mecânicos;
controlo de qualidade em processos de conformação e em etapas de fabricação, etc.
A dureza de um material pode definir-se como a resistência do mesmo à identação ou
penetração. A determinação da dureza permite obter uma aproximação grosseira à determinação do
valor de tensão de cedência [26].
3.1.3.1. Ensaio de dureza Rockwell
Este método foi introduzido por Rockwell em 1924, sendo ainda hoje o processo mais
utilizado no mundo inteiro devido a: rapidez; facilidade de execução; elevada resolução; identação
reduzida.
No ensaio Rockwell o número da dureza está relacionado de forma directa com a
profundidade identação. Neste ensaio cada unidade de variação corresponde a um deslocamento
perpendicular à superfície do identador, de 0,002 mm. O ensaio de Rockwell apresenta várias escalas
de medida, obtidas pela combinação de diferentes cargas com diferentes identadores [26]. O Anexo
IV ilustra as diferentes escalas e cargas utilizadas no ensaio Rockwell, indicando-se as características
e aplicações.
O método de Rockwell difere dos outros, pelo facto de utilizar duas cargas durante o ensaio.
Uma carga inicial (F0) que é aplicada sobre a amostra, garantindo um contacto firme do identador
30
com a superfície da amostra, eliminando a interferência de pequenos defeitos de superfície e defeitos
mecânicos do próprio equipamento. Considera-se que neste momento a penetração é zero. A
segunda carga (F1) maior que a inicial é aplicada, originando uma força total F. Na terceira e última
fase do ensaio, após manter a força total (F) durante um determinado intervalo de tempo, retira-se a
carga F1, verificando-se uma recuperação elástica do material, levando a uma subida do indentador.
No final da recuperação elástica (instantânea) lê-se o valor de dureza na escala Rockwell apropriada.
A Figura 22 representa as quatro etapas do ensaio Rockwell [28].
Figura 22 - Etapas do ensaio de dureza Rockwell – Adaptado de [28].
As quatro etapas do ensaio Rockwell são:
1 – Equipamento antes do ensaio
2 – Aplicação da pré-carga (F0)
3 – Aplicação da carga F1
4 – Carga F1 retirada
No ensaio de dureza Rockwell são utilizados dois tipos de indentadores: esferas de aço com os
seguintes diâmetros:
� 1,5875 mm (1/16”);
� 3,175mm (1/8”),
� 6,35mm (1/4”)
� 12,7mm (1/2”)
31
ou um cone de diamante de ângulo 120º, terminando numa calote esférica tangente ao cone, de raio
0,2mm [28].
A Figura 23 ilustra os dois tipos de indentadores utilizados no ensaio de dureza Rockwell.
Figura 23 – Tipos de identadores utilizados no ensaio de dureza Rockwell – Adaptado de [29]
Sendo:
1 – Identador de esfera de aço
2 – Identador com cone de diamante
3.1.3.2. Ensaio de dureza e microdureza Vickers
O ensaio Rockwell apresenta algumas limitações, como por exemplo, as suas escalas que
não terem continuidade, como tal, materiais que apresentem dureza no limite de uma escala e no
início de outra não podem ser comparados entre si quanto à dureza.
Figura 24 - Geometria da identação no ensaio Vickers [26]
O ensaio Vickers utiliza uma pirâmide quadrangular de diamante como indentador, tal como
ilustra a Figura 24, sendo o ângulo entre as faces opostas da pirâmide de 136º.
1 2
32
2858,1
l
PHV =
No ensaio de dureza Vickers (HV), o número de dureza é definida pela fórmula carga/área de
contacto da impressão, sendo l o comprimento médio da diagonal do losango da impressão, pelo que
a dureza Vickers é dada pela equação [26]:
Eq. 2
Este ensaio oferece duas vantagens face a outros ensaios de dureza. O primeiro é o facto de
existir semelhança geométrica entre as impressões provocadas por diferentes cargas, o que torna a
dureza praticamente independente da carga. A Figura 25 mostra que a dureza Vickers é praticamente
constante com a variação de carga aplicada, excepto para cargas muito baixas em que normalmente
se observa o efeito “pele” na amostra. As cargas recomendadas para este ensaio são 1; 2,5; 5; 10;
20; 30; 50; 100 Kg”
Figura 25 - Variação da dureza Vickers com a carga [26].
A segunda vantagem do ensaio Vickers, consiste na possibilidade de obter valores de dureza
para materiais muito duros (até 1500 HV).
O tamanho extremamente reduzido da impressão obriga a que a peça tenha um bom
acabamento superficial, sendo que o facto de a impressão ser pequena, é vantajoso para a
realização deste ensaio em peças acabadas.
O ensaio Vickers é também útil no controlo de qualidade de peças que apresentam variações
de dureza na secção transversal, como é o caso de peças que tenham sofrido tratamento de
endurecimento superficial (cementação, nitruração e outros), em que a dureza diminui
exponencialmente da superfície para o interior. O pequeno tamanho da impressão permite determinar
a dureza em vários pontos da secção transversal e assim estabelecer a variação da dureza em
função da secção.
No ensaio Vickers, a carga é aplicada automaticamente durante 15 segundos, sendo o
tamanho das diagonais medidas com um microscópio incorporado no durómetro ou separado.
Para a realização de um ensaio de dureza Vickers, é aconselhável que se adoptem certas medidas, a
fim de se obterem valores de dureza o mais exacto possível. As medidas mais importantes são:
33
� A superfície do material deve estar polida;
� Ausência absoluta de vibrações;
� Peças solidamente fixas;
� A distância entre o centro da impressão e o bordo da peça deve ser superior a duas vezes a
diagonal;
� A distância entre centros de duas impressões deve ser superior a três vezes a diagonal da
base da diagonal impressa;
� Os raios de superfícies curvas não devem ser inferiores a 5 mm.
A microdureza Vickers envolve o mesmo procedimento prático que o ensaio Vickers, diferindo
apenas na carga aplicada, dado esta ser inferior a 1 kg, podendo atingir valores de 10 gramas. Na
microdureza Vickers como a carga aplicada é pequena, a impressão produzida é microscópica.
3.1.4. Ensaios de dobragem e flexão
Existem vários tipos de ensaios de ductilidade, que se destinam fundamentalmente a obter
dados adicionais sobre a ductilidade do material, para além da informação fornecida pelo ensaio de
tracção. Dos ensaios de ductilidade, o mais importante é o ensaio de dobragem no qual um provete
de secção transversal regular ou circular é deformada plasticamente segundo um grande ângulo e
numa direcção apenas.
Este tipo de ensaio permite uma análise qualitativa da ductilidade do material ensaiado, não
sendo possível a obtenção de informação de carácter quantitativo. Contudo, o ensaio de dobragem é
utilizado quer na indústria quer em laboratório, para avaliação de certos produtos, tais como: barras
de aço para construção civil; juntas soldadas; tubos; arames [26-29].
3.1.4.1. Ensaio de dobragem
O ensaio de dobragem consiste em dobrar um provete de secção transversal regular ou
circular (maciça ou tubular) por intermédio de um punção. O provete é assente em dois apoios
afastados, de modo a que o eixo deste fique normal ao eixo dos apoios, sendo a distância de
afastamento dos apoios função da secção do provete. O punção aplica uma carga sobre o provete
até se atingir o ângulo desejado [29].
O resultado do ensaio de dobragem exprime-se pelo ângulo de dobragem, tipicamente 90º,
120º ou 180º, e pelo aparecimento ou ausência de fissuras na zona convexa do provete. O ângulo de
dobragem (α) é definido, através do ângulo formado após ensaio pelos segmentos rectilíneos do eixo
do provete [28]. A Figura 26 mostra a forma de medição do ângulo de dobragem.
34
Figura 26 - Medição do ângulo de Dobragem [28]
Relativamente ao ensaio de dobragem, podem ser consideradas duas variantes: a dobragem
livre e a dobragem semi-guiada. A dobragem livre pressupõe que a aplicação da força se realiza nas
extremidades do provete, tal como ilustra a Figura 27.
Figura 27 -Ensaio de Dobragem livre [28]
Figura 28 - Variantes do ensaio de dobragem semi-guiado [28]
No caso da dobragem semi-guiada, o provete pode ser encastrado numa das extremidades,
sendo que a dobragem ocorre numa região determinada pelo punção [30]. A Figura 28 ilustra as
várias variantes da dobragem semi-guiada.
Punção
Punção
Punção
35
O ensaio de dobragem semi-guiado é muito utilizado em provetes soldados, a fim de se
avaliar a ductilidade do cordão de soldadura e apreciar a sua execução. Para a realização deste
ensaio, os provetes são recolhidos de uma chapa soldada, de forma a que o seu eixo longitudinal
seja perpendicular ao cordão de soldadura. São admissíveis operações de acabamento de superfície
de acordo com a norma respectiva, com o objectivo de evitar a formação de estrias transversais na
face do provete sujeita a tracção. Os resultados são avaliados pelo aparecimento, ou não, de fissuras
na face do provete traccionada, quando o provete é dobrado até 180º [26]. A Figura 29 ilustra o
ensaio de dobragem semi-guiado de um provete soldado.
Figura 29 - Ensaio de dobragem semi-guiado a um provete soldado – Adaptado de [28]
Sendo:
1 – Provete antes de ser ensaiado;
2 – Provete após ensaio
L0 – Largura do cordão de soldadura antes do provete ser ensaiado
L – Largura do cordão de soldadura após o provete ser ensaiado
3.1.4.2. Ensaio de flexão
O ensaio de flexão é mais utilizado em materiais frágeis, dado permitir determinar a tensão de
flecha de ruptura, para além de permitir avaliar outras propriedades mecânicas como o módulo de
elasticidade à flexão. A grande vantagem deste ensaio, reside no facto de se poder utilizar provetes
mais fáceis de maquinar que os provetes utilizados no ensaio de tracção. No entanto, para materiais
muito frágeis, os resultados obtidos apresentam uma grande dispersão de valores (até 25%), de
modo que, nestes casos devem ser realizados diversos ensaios de forma a estabelecer um valor
médio com maior exactidão.
A técnica deste ensaio consiste em apoiar o provete em dois apoios distanciados de um
comprimento L (sendo este tipo de montagem muito semelhante ao ensaio de dobragem), sendo
posteriormente aplicada uma força de flexão. Neste tipo de ensaio são colocados extensómetros na
1
2
36
zona sujeita à tracção, ou seja, na zona inferior do provete, para medir a deformação. A Figura 30
ilustra um ensaio de flexão em três pontos, de uma viga simplesmente apoiada [26].
Figura 30 - Esquema de flexão de uma viga simplesmente apoiada [28]
Os resultados dos ensaios de flexão são afectados, sobretudo em materiais frágeis, por
vários factores tais como: velocidade de aplicação da força de ensaio; a distância entre apoios;
dimensão transversal do provete. Em provetes com a mesma secção e dimensão, quanto menor for a
distância entre apoios, mais elevado é o módulo de ruptura obtido, quanto maior a velocidade de
aplicação da força, mais elevada é a resistência à flexão [29].
3.1.5. Ensaio de Tenacidade
A tenacidade define a aptidão do material para absorver energia no domínio plástico até à
ruptura. O valor da tenacidade varia com alguns factores que influenciam a energia de fractura, como
sejam: as condições de tensão; a geometria do material; a velocidade de aplicação da carga; e a
temperatura. A fractura de um material submetido a solicitações estáticas ou monotonamente
aplicadas pode ser frágil ou dúctil.
A fractura frágil é caracterizada pela libertação, num pequeno intervalo de tempo, de uma
elevada quantidade de energia de deformação, que faz progredir a grande velocidade uma fenda
existente no material. Na fractura frágil, a deformação plástica é reduzida, o que não permite, por
exemplo, que, numa estrutura, certos elementos suportem um certo grau de plastificação antes da
ruptura. Portanto a fractura frágil é, de um modo geral, catastrófica, visto que a resistência residual
existente numa estrutura em processo de fractura frágil é bastante baixa [26].
No caso da fractura dúctil, esta caracteriza-se pela elevada deformação plástica antes da
ocorrência de fractura. A elevada deformação plástica, traduz-se numa elevada quantidade de
energia absorvida pelo material antes da ocorrência de fractura.
Os mecanismos de fractura estão relacionados com os planos cristalográficos, e designam-se
por corte e clivagem. O mecanismo de corte é provocado pelo escorregamento de certos planos
cristalográficos (em especial aqueles em que a tensão de corte é máxima), correspondendo a uma
quantidade apreciável de deformação plástica local, como acontece na fractura dúctil. A clivagem
verifica-se em planos cristalográficos diferentes, sendo provocada por uma tensão normal de tracção
envolvendo pouca deformação plástica localizada (fractura frágil) [29].
37
Sob o ponto da morfologia da fractura, uma peça que fracturou por corte apresenta um
aspecto fibroso, enquanto uma peça que fracturou por clivagem, revela uma superfície de fractura
brilhante e regular.
3.1.5.1. Ensaios de impacto Charpy e IZOD
Da variedade de ensaios de impacto existentes, destacam-se dois tipos fundamentais: o de
impacto por batimento de pêndulo tipo martelo, e o de impacto por queda de um peso calibrado sobre
o provete. Contudo existem outro tipo de ensaios muito pouco utilizados. Dos dois tipos de ensaios
atrás indicados, o pêndulo de impacto é o mais utilizado.
O ensaio de impacto ideal seria aquele em que toda a energia de impacto fosse transmitida ao
sistema de ensaio. Porém, este facto não se verifica, dado que uma parte da energia se perde por
atrito, nas deformações dos apoios e da massa que incide sobre o provete. O ensaio
instrumentalizado permite determinar com rigor, apenas a energia absorvida pelo provete na ruptura.
Nos ensaios de impacto por pêndulo, submete-se um provete, que contém um entalhe em “V”
ou “U” na sua secção, a uma carga de impacto aplicada por um martelo ou pêndulo, com uma energia
potencial conhecida. O provete flecte até à fractura, e a resiliência oferecida ao impacto é a medida
da energia absorvida pelo provete. Este tipo de ensaio é simples, rápido e pode indicar diferenças de
tenacidade entre materiais que não é possível detectar com o ensaio de tracção. Encontram-se
normalizados dois tipos de provetes, constituindo estes os ensaios de Charpy e IZOD [26].
Uma das formas de utilizar este tipo de equipamentos consiste em colocar um provete Charpy
com entalhe em V (representado na parte superior da Figura 31) transversalmente aos apoios
paralelos (ou amarras) na máquina. A Figura 31 ilustra um ensaio de impacto com um provete
Charpy.
Figura 31- Ensaio de impacto com um provete Charpy [30]
38
O pêndulo pode atingir uma energia de 500 J, embatendo no provete com uma velocidade
que pode alcançar 5 m/s na zona de entalhe, flectindo o provete e provocando a fractura. Estes
valores de energia e velocidade de impacto, são frequentes para aços de construção com elevada
tenacidade.
Uma escala calibrada no aparelho indica a energia absorvida na fractura, que depende da
altura atingida pelo pêndulo após fractura do provete. Quanto maior for a energia absorvida na
fractura, menor será a altura atingida pelo pêndulo.
Os equipamentos mais modernos, são instrumentadas com equipamento electrónico (pêndulo
de impacto instrumentado). Neste caso utilizam-se células de carga com extensómetros electrónicos,
que medem a carga durante o impacto que dura, normalmente, 0,1 a 0,4 ms. Os dados são
recolhidos num sistema de aquisição de dados. Os dados dos ensaios ficam armazenados neste
sistema, e podem ser posteriormente, tratados e analisados.
No ensaio IZOD o provete está suportado verticalmente, sendo que o martelo tem uma
energia inicial de 166 J, e incide no provete com uma velocidade de 2 – 3 m/s. Para maior precisão
de leituras, as perdas por atrito (que normalmente não excedem 1%) podem ser determinadas antes
dos ensaios. Com a instrumentação electrónica dos pêndulos, obtêm-se curvas carga-tempo ou
energia-tempo, que permitem um estudo cronológico do comportamento do impacto [26].
3.1.6. Fadiga
A ruptura por fadiga é provocada pela nucleação e propagação, mais ou menos lenta de
fendas que aparecem numa peça submetida a tensões dinâmicas. O processo de fadiga pode
considerar-se dividido em quatro fases, tal como ilustra a Figura 32.
Figura 32 - Fases do processo de fadiga [26]
As duas primeiras fases constituem o período de iniciação da fenda. A propagação
macroscópica (visível à vista desarmada) constitui o período de propagação da fenda. Para que se
verifique fadiga é, portanto, necessário que haja a nucleação de uma fenda numa determinada região
do material e que haja propagação dessa mesma fenda, podendo conduzir a uma ruptura final. A
ASTM definiu de maneira muito clara o que se entende por fadiga, sendo a sua tradução:
“Fadiga é um processo de alteração estrutural permanente, progressivo e localizado, que ocorre num
material sujeito a condições que produzem tensões ou extensões dinâmicas, num ponto ou em vários
39
pir NNN +=
pontos, e que pode culminar em fendas ou numa fractura completa após um número suficiente de
variações de carga”.
As palavras-chave do processo de fadiga encontram-se em Itálico. Assim a palavra
“progressivo” indica que o processo de fadiga se verificou durante um certo período de tempo ou uso.
Uma ruptura por fadiga é muitas vezes súbita e inesperada, dado a fenda não ser visível ou estar
inacessível. Contudo, os mecanismos envolvidos na ruptura podem ter estado a funcionar desde o
início de funcionamento da peça ou estrutura.
A palavra “localizado” significa que o processo de fadiga se dá em pequenos locais e não em
toda a peça ou estrutura. Estes locais podem ter tensões e extensões elevadas, devido a:
transferências externas de carga; variações bruscas de geometria (concentração de tensões);
tensões residuais; diferenciais de temperatura; e imperfeições do material.
As palavras “fenda” e “fractura” significam que numa zona critica do material um fenda cresceu até
um ponto em que o material restante na secção transversal não foi capaz de suportar as tensões
aplicadas, dando-se a fractura súbita.
A duração de uma peça à fadiga define-se geralmente pelo número de ciclos de aplicação de
carga até à ruptura. O número de ciclos de ruptura Nr, será, portanto, a soma do número de ciclos de
nucleação + iniciação da fenda, Ni, com o número de ciclos de propagação, Np. Portanto no caso
geral pode-se escrever [26]:
Eq. 3
3.1.6.1. Ciclos de tensão de fadiga
Como referido anteriormente, a fadiga só se manifesta numa peça se a tensão aplicada for
dinâmica, isto é, variar com o tempo. Um ciclo de tensão de fadiga traduz, assim, a variação da
tensão aplicada com o tempo ou com o número de ciclos de aplicação de carga. A Figura 33 ilustra
os principais tipos de ciclos de tensão de fadiga, sendo estes se podem dividir-se em dois grandes
grupos.
Ciclos (solicitações) a amplitude de tensão constante
Ciclos (solicitações) a amplitude de tensão variável
Alternado (Figura 33 a)
Repetido (Figura 33 b)
Pulsante (σ min = 0)
Blocos (Figura 33 c)
Irregular ou aleatório (Figura 33 d)
40
t
Nf =
Figura 33 – Principais tipos de tensão de Fadiga [26]
Os gráficos representados na Figura 33 têm no eixo das ordenadas a tensão aplicada, e no
eixo das abcissas ciclos ou tempo. O ciclo de tensão é a menor parte da função tensão, que é
periódica e repetida. Uma solicitação, a amplitude de tensão constante é constituída por N ciclos com
a mesma onda (Figura 33 a), o que não sucede nas solicitações a amplitude de tensão variável
(Figura 33 c, d). A relação entre o tempo e o número de ciclos é dada pela Eq. 4 [26]:
Eq. 4
Onde:
f: frequência de aplicação da carga em ciclos/segundo ou ciclos/minuto,
N: número de ciclos
t: tempo correspondente a esse número de ciclos em segundos ou minutos.
A função que descreve o ciclo de tensões, denominada onda de tensões, pode assumir várias
formas (sinusoidal, linear ou triangular, trapezoidal, exponencial, parabólica, etc).
41
3.1.6.2. Ensaios de Fadiga
Os ensaios de fadiga podem ser realizados em: provetes; nas próprias peças; estruturas; ou
detalhes. Os ensaios de fadiga em provetes destinam-se quase exclusivamente a fazer: selecção de
materiais; tratamentos térmicos; tratamentos mecânicos; tratamentos químicos; condições de
processamento; etc. Na maior parte dos casos, os ensaios em provetes só têm interesse
comparativo, visto raramente o provete a ensaiar ter uma geometria idêntica ou semelhante à da
peça em serviço. Contudo, os ensaios em provetes são mais usuais, dado serem os de mais fácil
execução e menor custo de realização, encontrando-se normalizado em alguns países. As dimensões
dos provetes são pequenas, permitindo ensaios em laboratório com máquinas de pequena ou média
capacidade.
Os ensaios em componentes, pode também ter fins comparativos em termos de materiais,
sendo mais utilizados para optimização de formas geométricas e estabelecimento de tensões
admissíveis. Os ensaios em estruturas ou parte da estrutura, têm a mesma finalidade que os ensaios
em componentes, sendo no entanto ensaios geralmente dispendiosos, que só se justificam caso a
informação a retirar seja de grande importância para a optimização do projecto. Este tipo de ensaio
também é utilizado na fase de projecto e desenvolvimento de protótipo. Nos protótipos, reproduzem-
se em laboratório as solicitações obtidas em serviço por intermédio da análise experimental de
tensões.
O ensaio mais habitual, e também o mais simples e económico de realizar, é o ensaio de
flexão rotativo, que simula o estado de tensão num veio rotativo submetido a cargas transversais.
Este ensaio encontra-se normalizado e consiste em submeter a um esforço de flexão simples ou puro
um provete de secção circular que roda a velocidade constante. O provete encontra-se encastrado
numa das extremidades com a outra extremidade livre, em que se aplica a carga estática que
provoca flexão. Em algumas máquinas essa carga é aplicada por intermédio de uma alavanca, tendo
a vantagem de permitir variar a carga apenas por deslocação de peso. A Figura 34 ilustra
esquematicamente o funcionamento de uma máquina deste tipo.
Figura 34 - Máquina de ensaio de fadiga, utilizando flexão rotativa [26].
42
Para cargas elevadas, as dimensões dos excêntricos e as forças de inércia criadas na
rotação são grandes, sendo mais conveniente aplicar as cargas com cilindros hidráulicos ou servo-
hidráulicos. As máquinas de tracção com capacidade de carga superior a 20 kN utilizam sistemas
servo-hidráulicos que trabalham em circuito fechado com controlo de forças, deslocamentos e
extensões. Este princípio de funcionamento está representado esquematicamente na Figura 35. A
posição e o curso do cilindro, são controlados ou pela carga medida na célula de carga com
extensómetros eléctricos, ou por um transdutor de deslocamentos ou por extensómetro directamente
acoplado ao provete, consoante se pretenda impor uma força, um deslocamento ou uma extensão,
respectivamente.
Figura 35 – Equipamento de ensaio de fadiga com sistema servo-hidráulico [26]
3.1.7. Fluência
A fluência é definida como a variação da extensão de um material quando solicitado a tensão
constante. Neste fenómeno, o tempo e a temperatura têm um papel muito importante. Em condições
reais os materiais sofrem diversas solicitações durante longos períodos de tempo, verificando-se
deformações permanentes, mesmo quando estes são sujeitos a tensões abaixo do seu limite elástico.
A velocidade de deformação é tanto maior, quanto maior for a temperatura. Neste tipo de ensaio o
controle da temperatura é muito importante, dado que pequenas variações de temperatura podem
causar significativas alterações na velocidade de fluência.
A evolução da deformação (ε) de uma amostra em função do tempo (t), a uma temperatura
(T) fixa e sujeita a uma carga constante, é tradicionalmente apresentado, sob a forma de uma curva
de deformação versus tempo, conforme apresenta a Figura 36.
.
43
33/1ctbtattsp ++=++= εεεε
Figura 36 - Curva tipica de fluência [29]
Nesta curva são visíveis três zonas distintas:
� Uma primeira zona conhecida como fluência primária ou transitória (εp) que é caracterizada
por uma velocidade de deformação dε/dt que diminui ao longo do tempo.
� Uma zona posterior de fluência secundária ou estacionária (εs) caracterizada por uma
velocidade de deformação sensivelmente constante
� Uma zona final (fluência terciária - εt) em que a velocidade aumenta ao longo do tempo até à
ocorrência da ruptura.
A deformação por fluência é a soma das deformações primária (εp), secundária (εs) e terciária (εt),
podendo ser representada por uma equação do tipo:
Eq. 5
A evolução da velocidade de deformação ao longo do tempo é traduzida pelo declive da
curva de fluência em qualquer ponto. A primeira fase apresenta uma velocidade de deformação dε/dt
decrescente na qual a resistência à fluência do material aumenta por efeito do encruamento. A
fluência primária é preponderante a baixas temperaturas (0,3 Tf – 0,5 Tf), sendo Tf a temperatura de
fusão do material. Na zona de fluência secundária ou estacionária (εs) a velocidade de deformação
resulta de um equilíbrio entre os processos de encruamento e os de restauração, traduzindo-se numa
velocidade de deformação sensivelmente constante. A terceira fase, corresponde a um fenómeno de
instabilidade por estricção idêntico ao observado no ensaio de tracção de materiais dúcteis [26].
44
3.1.7.1. Ensaios de Fluência
Nos ensaios de fluência utilizam-se dispositivos relativamente simples de aplicação de
cargas, onde se instalam fornalhas, podendo operar a altas temperaturas. Uma das solicitações mais
frequentes do ensaio de fluência é a de tracção (também sendo comum a compressão e flexão).
Como é necessário aplicar uma carga constante durante largos períodos de tempo, pode-se utilizar
um sistema de carga com pesos, do tipo balança estática.
A Figura 37 representa um esquema simplificado de, uma máquina de ensaio de fluência. A parte
superior do provete está ligada a uma alavanca articulada que num dos extremos recebe um prato
onde se colocam os pesos calibrados. A carga aplicada ao provete é simplesmente o produto dos
pesos colocados no prato, pela relação entre os braços da alavanca. A extremidade inferior do
provete está ligada a um parafuso de posicionamento axial. Por baixo da placa de colocação dos
pesos situa-se normalmente, um interruptor que é accionado quando o provete parte ou atinge uma
determinada extensão pré-ajustada. O interruptor faz então parar o contador de horas, registando o
número de horas correspondente.
O provete é colocado na zona central da estrutura da máquina, sendo a extensão axial do provete
medida com um extensómetro ligado a um registador de tempo [26].
Figura 37- Corte transversal de uma máquina de ensaios de fluência [26]
45
3.1.8. Ensaio de resistência ao Gelo
Este tipo de ensaios permite realizar dois tipos de testes, um relativo a testes tecnológicos
(Teste A), para estudar os ciclos gelo/degelo, e outro relativo a testes de identificação (Teste B).
A determinação da resistência ao gelo, baseia-se num teste com ciclos, onde a amostra gela ao ar e
degela dentro de água.
Para testes de identificação deverão ser utilizadas no mínimo sete amostras que sejam
consideradas representativas do material em estudo.
No caso dos testes tecnológicos, o número de amostras utilizadas deverá estar de acordo
com a norma em vigor. Neste caso é necessário utilizar dois conjuntos de amostras, um conjunto
para teste após este ter sido submetido aos ciclos gelo/degelo, e outro para teste sem ter sido
submetido a estes ciclos, sendo cada conjunto escolhido aleatoriamente. A Tabela 3 mostra os
ensaios que são realizados para verificar a influência dos ciclos gelo/degelo.
Tabela 3 - Ensaio de resistência ao gelo [31] Teste tecnológico (Teste A)
Flexão Carga na
inserção Choque Térmico Compressão
Teste de identificação
(Teste B)
Dimensão da amostra em
mm (ver Nota 1)
200x 200 x t1 ou
300 x 300 x t2 (ver Nota 2)
200 x 200 x 20 (ver Nota 4) 50 x 50 x 300
Número mínimo de amostras
21 5 ou 7 (ver Nota 3) 15 13 13
Nota 1 Dimensão da amostra de conforme EN 12372 ou prEN 13161. Nota 2 30 mm ≤ t1 ≤ 65 mm; 65 mm ≤ t2 ≤ 80 mm. Nota 3 O número de amostras depende da presença de características anisotrópicas. Nota 4 Dimensão da amostra conforme EN 1926
O teste tecnológico é utilizado para observação da influência dos ciclos gelo/degelo nas
propriedades mecânicas das rochas, sendo a forma dos provetes relacionada com a norma em vigor
para esse ensaio. No caso do teste de identificação, são utilizados provetes com a forma de prismas
rectangulares com as dimensões de 50x50x300mm em que o eixo mais longo deve ser paralelo aos
planos de anisotropia.
São colocados pontos de referência na amostra, servindo estes para realizar a medição do
coeficiente elástico dinâmico antes e após o teste.
Quer no teste tecnológico, como no teste de identificação é utilizada uma amostra de
monitorização de temperatura, onde é colocado um dispositivo de medição de temperatura (como um
termopar) durante os ciclos gelo/degelo. O diâmetro do furo deve ser o apropriado, de forma a se
poder colocar o termopar no interior. O centro do furo deve ser equidistante dos limites da amostra,
tendo uma profundidade de pelo menos 50mm em provetes rectangulares, no caso de se utilizar
cubos a profundidade do furo deve ser 25±5mm.
46
As amostras são secas a uma temperatura de 70±5ºC para se obter uma massa constante.
Assume-se que se obteve uma massa constante quando nas medições do peso se observa uma
diferença de massas menor 0.1% da primeira massa medida num intervalo de 24±2h. A medida da
amostra seca, é o valor inicial Md0. Caso as amostras sejam utilizadas para testes de identificação,
deverá ser obtido o valor do módulo de elasticidade, sendo este registado como o valor inicial, E0.
Para o teste tecnológico, o número de ciclos é dado na norma específica apropriada (variando
conforme o tipo de aplicação final ou o requisito do cliente).
No caso do teste de identificação, o número máximo de ciclos é dado pelo cliente. Caso não
seja especificado o número de ciclos pelo cliente, deverá continuar-se o teste até à fractura, ou até
um máximo de 240 ciclos.
As amostras são colocadas dentro do tanque de forma a não estarem em contacto umas com
as outras, nem com as paredes do tanque. Após 14 ciclos (ou menos se for conveniente) devem-se
virar as amostras 180º segundo o eixo horizontal.
Cada ciclo consiste num período de 6 horas de arrefecimento (gelo) ao ar, seguido de um
período de 6 horas, em que as amostras estão imersas em água. Os ciclos devem ser repetidos até
as amostras fissurarem, ou até um dado número máximo de ciclos.
Durante o ciclo, as alterações de temperatura no centro da amostra monitorizada, devem
estar dentro dos limites descritos pela Tabela 4. A escala de temperaturas permitidas é o resultado
das diferentes velocidades de arrefecimento, de congelamento e de descongelamento, estando estas
relacionadas com a densidade aparente, porosidade e absorção de água da rocha testada.
Tabela 4 – Condições de ensaio gelo/degelo [31] Temperatura no centro da amostra monitorizada Tempo
Início do ciclo ≥ +5ºC ≤ +20ºC T0
Etapa 1 ≤ 0ºC ≥ -8ºC T0 + 2,0 h Etapa 2 ≤ -8ºC ≥ -12ºC T0 + 6,0 h Etapa 3 Imersão total T0 + 6,5 h Etapa 4 ≥ +5ºC ≤ +20ºC T0 + 9,0 h Etapa 5 ≥ +5ºC ≤ +20ºC T0 + 12,0 h
3.2. Equipamentos necessários na determinação das propriedades
mecânicas
Para determinar as propriedades mecânicas acima mencionados, são necessários diversos
equipamentos, sendo que, em alguns casos o mesmo equipamento permite realizar mais do que um
ensaio. Os equipamentos necessários na determinação das propriedades mecânicas são:
� Máquina com sistema mecânico servo-hidraúlico biaxial
� Durómetro Rockwell digital
� Microdurómetro Vickers digital
47
� Máquina de ensaio de impacto por batimento de pêndulo
� Máquina de ensaio de fadiga de flexão rotativa
� Máquina de ensaio de fadiga com sistema servo-hidraúlico
� Câmara gelo-degelo
� Máquina de desgaste abrasivo – Los Angeles
� Pêndulo Britânico
Como processo auxiliar para a realização dos ensaios, temos a preparação dos provetes para a
qual são necessários os seguintes equipamentos:
� Fresadora
� Torno mecânico
Os requisitos dos equipamentos necessários para caracterização das propriedades mecânicas
encontram-se descritos no Anexo V.
3.3. Exemplo prático da caracterização das propriedades mecânicas
Dada a elevada predominância do sector extractivo e transformação de pedra na região, este
exemplo prático pretende demonstrar de que forma os ensaios mecânicos podem promover o
aumento de exportação de pedras naturais.
O sector extractivo de rochas ornamentais em Portugal apresenta um elevado peso
económico, exemplo disso, é o facto de Portugal em 2004 ocupar o 7º lugar no Ranking Mundial de
exportadores de Rochas Ornamentais. A Tabela 5 apresenta a evolução de 2001 a 2004 dos maiores
exportadores mundiais de rochas ornamentais, onde se constata que Portugal tem vindo a perder
peso nas exportações ao longo deste período, dado em 2001 representar 5% das exportações
mundiais e em 2004 representar 3,5% das exportações mundiais.
Tabela 5 – Principais exportadores mundiais de pedra [32]
48
O mercado da pedra natural é cada vez mais exigente ao nível da qualidade e, como se trata
de um subsector de exportação/importação, a certificação dos seus produtos constitui uma mais-valia
tornada quase imprescindível.
Um dos factores que poderá levar ao aumento de competitividade da exportação de rochas
naturais é a marcação CE. Esta medida acaba por constituir uma inegável mais-valia para os
produtos nacionais, uma vez que, para além de facilitar a comercialização no seio da União Europeia,
por outro lado induz a procura dos produtos com a marcação CE em detrimento dos que não
possuem esta marcação.
Nas Tabela 6 e Tabela 7 enumera-se os ensaios necessários para a marcação CE das
pedras naturais. Convém referir que os ensaios têm como objectivo determinar as características
físico-mecânicas da pedra natural. Estas características são úteis porque reflectem o comportamento
que determinada pedra natural exibe face a solicitações de natureza físico-mecânica, simulam
situações reais a que a pedra natural está sujeita quando aplicada em obra, e avaliam a aptidão de
uma pedra natural para uma determinada aplicação.
Tabela 6 – Características essenciais (“CE”) e voluntárias (“V”) [33]
Tabela 7 – Normas e anexos para a execução de ensaios [33]
Recorrendo aos ensaios identificados anteriormente, como mais úteis na caracterização das
propriedades mecânicas, é possível realizar a marcação CE das pedras naturais.
49
4. CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES ACÚSTICAS
A área da acústica esteve ligada, desde muito cedo ao sector da edificação urbana, em especial
aos requisitos de qualidade da construção. Um dos aspectos mais importantes que o consumidor final
releva, relaciona-se com as condições de conforto interior que a habitação lhe pode proporcionar, em
função dos seguintes domínios de exigências: isolamento térmico; eficiência energética; ventilação;
iluminação natural; exposição solar; e conforto acústico. A maior parte das pessoas ao adquirir
habitação, elege o conforto acústico como uma das valências mais importantes na qualidade da
habitação.
Efectivamente, a protecção relativamente ao ruído produzido pelos vizinhos, no seu usufruto
normal, ou pela circulação rodoviária exterior, é substancialmente realçada pelos adquirentes. Na
realidade, os utilizadores não gostam de ser incomodados pela descarga de um autoclismo pertença
de outra fracção autónoma, por conversas intrusivas provindas dos fogos adjacentes, pelo arrastar de
móveis nos pisos superiores (ou mesmo inferiores), pelo funcionamento de maquinaria de apoio, pela
passagem próxima de aviões ou comboios, pelo buzinar dos automóveis ou pela estridência das
motorizadas.
Nos casos de edifícios com utilização mista, o problema é ainda mais gravoso, dada a
coexistência entre zonas de comércio e serviços (padarias, cabeleireiros, cafés, talhos, etc.) com
espaços de repouso e lazer, as quais são potenciadoras de queixas devidas ao ruído.
O DL 129/2002 de 11 de Maio (Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios) define
claramente um conjunto de exigências legais, cuja verificação permite assegurar condições médias
de conforto acústico consentâneas com o bem-estar e os padrões de qualidade de vida dos tempos
modernos. É nos edifícios onde a população passa a maior parte do seu tempo, seja em actividades
de lazer, trabalho ou simples repouso, não sendo um mero aspecto circunstancial, sendo uma
necessidade intrínseca dos tempos modernos e da evolução da qualidade de vida.
Assim sendo, a caracterização das propriedades acústicas dos materiais utilizados na indústria
de construção, reveste-se de uma importância vital nos dias de hoje, não só por imposições legais,
bem como pelo conforto e bem-estar dos utilizadores dos edifícios.
4.1. Fundamentos teóricos
A ocorrência de vibrações em edifícios pode ter origens diversas, sendo normalmente
provenientes do funcionamento de equipamentos electromecânicos ou estruturas viárias instaladas
nas proximidades. Estas vibrações propagam-se pelo solo e pelos edifícios.
A percepção, por parte dos ocupantes dos edifícios solicitados por vibrações, ocorre,
normalmente, em relação ao ruído emitido pelos elementos de construção, dado o ouvido apresentar
50
sensibilidade mais elevada que os terminais nervosos que proporcionam a percepção táctil das
vibrações.
As ondas sonoras propagam-se com diversas frequências, contudo o ouvido humano apenas é
sensível a ondas com frequência entre 20 Hz e 20 000 Hz, aproximadamente. A Figura 38 ilustra os
sons sensíveis ao ouvido humano.
Figura 38 - Sons sensíveis ao ouvido humano [34]
A maioria dos sons chega ao ouvido transmitida pelo ar, que age como meio de transmissão.
Nas pequenas altitudes, os sons são bem audíveis, o que não ocorre em altitudes maiores, onde o ar
é menos denso. O ar denso é melhor transmissor do som que o ar rarefeito, pois as moléculas
gasosas estão mais próximas e transmitem a energia cinética da onda de umas para outras com
maior facilidade. Os sons não se transmitem no vácuo, porque exigem um meio material para sua
propagação. De uma maneira geral, os sólidos transmitem o som melhor que os líquidos, e estes,
melhor do que os gases. A Tabela 8 ilustra a velocidade de propagação do som em diferentes
materiais.
Tabela 8 - Velocidade de propagação do som a 25°C em diferentes materiais [34]
Meio Velocidade (m/s) Ar 340
Água 1498 Ferro 5200 Vidro 4540
A energia elementar de um som é conhecida como o seu nível de pressão de som, sendo
medida em decibéis (dB). O valor de 1 dB corresponde à menor alteração do nível de som que
normalmente pode ser detectada pelo ouvido humano. Para a generalidade das pessoas, um nível de
10 dB representa o limiar da audição e 120 dB o limiar da dor.
Os resultados em decibéis de alguns sons comuns são apresentados na Figura 39.
51
Figura 39 – Nível sonoro em dB de sons comuns [35]
4.2. Ensaios utilizados na caracterização das propriedades acústicas
Dos ensaios passíveis de serem utilizados na caracterização das propriedades acústicas dos
materiais de construção, existem três que se destacam devido à sua ampla utilização.
Estes três ensaios são realizados In-Situ, não sendo caracterizadas por isso as propriedades
acústicas dos materiais, mas sim dos sistemas (compostos por diversos materiais). Contudo é de
salientar, que estes ensaios também podem ser realizados em laboratório. Após levantamento dos
laboratórios que realizam ensaios acústicos acreditados (Anexo VI), constatou-se que em Portugal
não existe nenhum laboratório acreditado que realize os mesmos sem ser In-Situ. Este facto deve-se
essencialmente a dois factores, o primeiro prende-se com o facto de não existir em Portugal
empresas que se dediquem ao desenvolvimento de materiais para isolamento acústico. O segundo
deve-se ao facto de para se realizar estes ensaios em laboratório ser necessário a aquisição de duas
52
câmaras reverberantes (ligadas entre si), sendo que a aquisição destas obriga a um elevado
investimento.
Deverá por isso ser ponderada a necessidade das câmaras reverberantes, devido ao avultado
investimento. As câmaras reverberantes permitem a caracterização das propriedades acústicas dos
materiais, bem como a caracterização das propriedades acústicas dos sistemas, sendo por isso, uma
ferramenta essencial na certificação de sistemas e materiais.
Dado que alguns dos objectivos do Centro de Competências de Materiais de Construção são: a
valorização do potencial da Região e do País; criação de condições para uma maior inovação e
competitividade das empresas; e o fomento da internacionalização das empresas, isto passa
obrigatoriamente pelo desenvolvimento de produtos de valor acrescentado. Para o desenvolvimento
dos mesmos, é necessário a realização destes ensaios em laboratório, recorrendo-se por isso a
câmaras reverberantes.
É de salientar que os restantes equipamentos utilizados para a realização das medições In-Situ,
são os mesmos que são utilizados em laboratório, havendo por isso a possibilidade de prestação de
serviços nesta área.
A Tabela 9 ilustra os ensaios acústicos mais utilizados na caracterização das propriedades
acústicas dos materiais de construção.
Tabela 9 - Ensaios acústicos mais utilizados na caracterização das propriedades acústicas dos materiais de construção [3, 4]
Produto Ensaio Método Categoria
Elementos de
construção
Medição do isolamento sonoro de edifícios
e de elementos de construção. Parte 4:
Medição in situ do isolamento sonoro a
sons aéreos entre compartimentos
NP EN ISO 140-4:2000 1
Elementos de
construção
Medição do isolamento sonoro de edifícios
e de elementos de construção. Parte 5:
Medição, in situ, do isolamento sonoro a
sons aéreos de fachadas e de elementos
de fachada
NP EN ISO 140-5:2000 1
Elementos de
construção
Medição do isolamento sonoro de edifícios
e de elementos de construção. Parte 7:
Medição do Isolamento Sonoro a Sons de
Percussão de Pavimentos
NP EN ISO 140-7:1998 1
Categoria 1 – Ensaio realizado In situ
53
4.2.1. Ensaio de isolamento sonoro a sons aéreos entre compartimentos
Este ensaio permite determinar os valores do isolamento sonoro a sons aéreos entre
compartimentos. Os resultados obtidos podem servir para comparar o isolamento sonoro entre
compartimentos e avaliar esse isolamento em conformidade com especificações preconizadas na
legislação vigente.
As medições, in situ, do isolamento a sons aéreos devem ser efectuadas por bandas de
terços de oitava, podendo também ser realizadas as medições por bandas de oitava.
A fonte sonora deve ter potência suficiente, para que o nível de pressão sonora no
compartimento receptor seja, no mínimo, 10 dB mais elevados que o nível do ruído de fundo em
qualquer banda de frequências. Caso a fonte sonora seja constituída por vários altifalantes, operando
simultaneamente, estes devem estar em fase, ou então deve ser garantido que a sua radiação sonora
seja uniforme e omnidireccional. Quando se utiliza apenas uma única fonte sonora, esta deve ser
usada, no mínimo em duas posições. Se os compartimentos tiverem volumes diferentes, deve-se
escolher o maior como emissor, para medição do isolamento sonoro normalizado. A fonte sonora
deve encontrar-se a uma certa distância do elemento separador, e dos elementos marginais que
influenciem a transmissão sonora, para que a radiação sonora sobre estes elementos não seja
predominante. Pode obter-se o nível médio de pressão sonora usando um único microfone,
deslocando-o para várias posições, ou utilizando um conjunto de microfones fixos.
As distâncias mínimas de separação entre posições dos microfones são as seguintes:
� 0,7 m entre microfones
� 0,5 m entre uma posição do microfone e os limites do compartimento ou dos elementos
difusores
� 1,0 m entre uma posição do microfone e a fonte sonora
Devem ser utilizadas, no mínimo 5 posições de medição para o microfone fixo, devendo a
distribuição deste ser de forma uniforme.
Caso se utilize uma única fonte sonora, o número mínimo de medições com a utilização de um
microfone fixo é de 10 (uma medição em cada posição do microfone correspondente a cada posição
do altifalante).
Para cada posição individual do microfone, o intervalo médio de tempo de medição deve ser, pelo
menos de 6 segundos para cada uma das bandas de frequência, cujas frequências centrais sejam
inferiores a 400 Hz. Para bandas de frequências centrais superiores este intervalo pode ser reduzido
até um valor não inferior a 4 segundos. O nível de pressão sonora deve ser medido, utilizando filtros
de banda de um terço de oitava, tendo as seguintes frequências centrais, em Hertz: [36]
100 125 160 200 250 315 400 500
630 800 1000 1250 1600 1600 2500 3150
54
4.2.2. Ensaio de isolamento sonoro a sons aéreos de fachadas e de
elementos de fachada
Existem dois métodos para medição do isolamento sonoro a sons aéreos de fachadas e de
elementos de fachada, sendo estes, o método de elementos e o método global. O método de
elementos, destina-se a avaliar a redução sonora de um elemento de fachada, por exemplo uma
janela. O método de elementos considerado mais rigoroso, utiliza um altifalante como fonte sonora.
Os outros métodos de elementos menos rigorosos, consideram a utilização do ruído de tráfego
existente.
Os métodos globais destinam-se, por outro lado, a avaliar a diferença entre o nível sonoro
exterior/interior nas condições reais de tráfego. Pode no entanto ser utilizado um altifalante como
fonte sonora.
É recomendada a utilização do método de elementos com altifalante, quando o objectivo da
medição, é a avaliação do comportamento de um dado elemento de fachada, relativamente ao seu
comportamento em laboratório. O método de elementos com tráfego rodoviário tem a mesma
finalidade que o método de elementos com altifalante, sendo particularmente útil, quando por
qualquer razão prática, o método de elementos com altifalante não pode ser utilizado. Estes dois
métodos produzem, muitas vezes, resultados não muito diferentes entre si. O método de tráfego
rodoviário tende a originar resultados, do valor da redução sonora, mais baixos que o método com
altifalante.
O método global com tráfego rodoviário conduz à determinação da redução sonora, real da
fachada, relativamente a um ponto de medição exterior colocado a 2 m da fachada. Este método é
recomendado quando o objectivo da medição é a avaliação do comportamento global da fachada,
incluindo as transmissões marginais. Os resultados obtidos não podem ser comparados com as
medições obtidas em laboratório [37].
Tabela 10 representa um resumo geral das variantes dos métodos de elementos e Global.
Tabela 10 - Resumo geral das variantes dos métodos de elementos e global [37].
Número Método Campo de Aplicação
De Elementos
1 Com Altifalante Método recomendado para avaliar a redução sonora
aparente de elementos de fachada
2 Com Tráfego
Rodoviário
Método alternativo ao número 1 quando se dispõe de ruído
de tráfego rodoviário adequado
3 Com Tráfego
Ferroviário
Método alternativo ao número 1 quando se dispõe de ruído
de tráfego ferroviário adequado
4 Com Tráfego Aéreo Método alternativo ao número 1 quando se dispõe de ruído
de tráfego aéreo adequado
55
Número Método Campo de Aplicação
Global
5 Com Altifalante Alternativa aos métodos números 6, 7 e 8
6 Com Tráfego
Rodoviário
Método recomendado para avaliar o isolamento sonoro
global de uma fachada exposta ao ruído de tráfego
rodoviário
7 Com Tráfego
Ferroviário
Método recomendado para avaliar o isolamento sonoro
global de uma fachada exposta ao ruído de tráfego
ferroviário
8 Com Tráfego Aéreo Método recomendado para avaliar o isolamento sonoro
global de uma fachada exposta ao ruído de tráfego aéreo
4.2.2.1. Método global e elementos com altifalante
Neste método o altifalante é colocado numa ou mais posições, fora do edifício, a uma
distância d da fachada, com o ângulo de incidência das ondas sonoras igual a (45 ± 5)º, tal como
ilustra a Figura 40. O nível médio de pressão sonora é medido, quer directamente sobre o provete de
ensaio (método de elementos) ou a 2 m de distância da fachada (método global), bem como no local
receptor.
Figura 40 - Posicionamento do altifalante para determinação do isolamento sonoro a sons aéreos de
elementos e de fachada. 1 – Plano normal à fachada; 2 – Plano vertical; 3 – Plano horizontal; 4 – Altifalante [38]
A distância r da fonte sonora ao centro do provete de ensaio deve ser pelo menos 5 m (d› 3,5
m) para o método de elementos com altifalante, e pelo menos 7m (d› 5 m) para o método global com
altifalantes. O ângulo de incidência das ondas sonoras deve ser de 45 ± 5º.
56
O nível médio de pressão sonora é obtido no local receptor, utilizando um único microfone
que é deslocado de posição em posição, ou com um conjunto de microfones fixos. Para todas as
posições da fonte sonora, deve ser feita a média energética dos níveis de pressão sonora associados
às diferentes posições do microfone. Complementarmente, deve-se determinar o nível de ruído de
fundo.
Devem ser utilizadas, no mínimo, cinco posições do microfone em cada local de medição a
fim de se obter o nível médio de pressão sonora do campo sonoro estabelecido. Estas posições
devem ser distribuídas uniformemente dentro do espaço máximo disponível em cada local. A duração
de cada medição não deve ser inferior a 15 segundos.
De seguida enumera-se as distâncias mínimas exigidas, sendo que estes devem ser aumentados
sempre que possível.
� 0,7 m entre posições de microfones
� 0,5 m entre qualquer posição de microfone e as fronteiras do local ou objectos no local
� 1,0 m entre qualquer posição do microfone e a fonte sonora
Caso o objectivo da medição seja a obtenção de resultados tão comparáveis quanto possível com
os das medições em laboratório, devem ser adoptados os seguintes procedimentos.
� Verificar se o elemento de fachada sujeito a ensaio está de acordo com as especificações de
construção e se encontra adequadamente montado de acordo com as instruções do
fabricante;
� Estimar o valor da redução sonora da fachada, para assegurar que a transmissão sonora
através da parede que circunscreve o provete de ensaio não contribui significativamente, para
o nível de pressão sonora estabelecido no local receptor [38];
4.2.3. Ensaio de isolamento sonoro a sons de percussão de pavimentos
Os sons de percussão resultam da excitação directa de um elemento de compartimentação,
sendo que a sua propagação se deve à rigidez das ligações existentes ao longo do edifício. A
propagação é feita através de toda a malha de definidora dos espaços de utilização, estabelecendo
campos sonoros, eventualmente intensos, em compartimentos razoavelmente distantes do local de
origem da excitação. Como tal, os sons de percussão têm um carácter mais “incomodativo” no
comportamento acústico de um edifício, do que os sons aéreos. A Figura 41 ilustra a diferença de
propagação do som aéreo e do som de percussão.
57
Figura 41 - Diferença de propagação do som aéreo e do som de percussão [39]
Qualquer acção de choque (deslocação de pessoas, queda de objectos), exercida num
compartimento de um edifício, produz a propagação de ondas elásticas a todo esse elemento,
convertendo-o numa fonte de radiação de energia sonora para os elementos a que se encontra
ligado. A propagação é fortemente condicionada/influenciada pelas propriedades elásticas dos
elementos em presença.
O amortecimento da propagação das ondas elásticas dos meios mais usualmente utilizados
na indústria de construção (paredes de alvenaria de tijolo e pavimentos de betão armado) é reduzido
(da ordem de 0,5 a 1%). Na maior parte dos casos, as acções de impacto ocorrem com maior
probabilidade nos pavimentos, do que nas paredes. O espaço definido pelo compartimento situado
imediatamente por debaixo do pavimento percutido/excitado irá apresentar um campo sonoro com
intensidade mais elevada.
È de salientar o facto de também se estabelecerem sons de percussão devido às vibrações
introduzidas pelo funcionamento de equipamentos e instalações.
Para a medição do isolamento sonoro dos sons de percussão, a máquina de percussão deve
ser colocada, no mínimo em 4 posições diferentes, distribuídas aleatoriamente sobre o pavimento. A
distância entre a máquina de percussão e os limites do pavimento deve se de, pelo menos, 0,5 m.
Deve medir-se o nível de pressão sonora devido à acção de percussão, utilizando um único
microfone, movendo-se de posição em posição, ou um conjunto microfones fixos. No caso de se
utilizar um microfone fixo, devem ser utilizadas 5 posições, devendo estas ser distribuídas
uniformemente no espaço.
As distâncias mínimas de afastamento são as seguintes:
• 0,7 m entre posições de microfones
• 0,7 m entre qualquer posição do microfone e o limite do pavimento
O intervalo de tempo de medição para cada posição de microfone deve ser, pelo menos de 6
segundos em cada uma das bandas de frequência, cuja frequência central seja inferior a 400 Hz.
Para as bandas de frequências superiores é possível reduzir esse tempo até um valor não inferior a 4
segundos.
58
O nível de pressão sonora deve ser medido com o auxílio de filtros de bandas de um terço de
oitava tendo, pelo menos, as frequências centrais seguintes, em Hertz:
100 125 160 200 250 315 400 500 630
800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000
A Figura 42 ilustra a metodologia de ensaio do isolamento sonoro a sons de percussão in situ,
segundo a norma NP EN ISO 140/7.
Figura 42 - Metodologia de ensaio do ensaio de sons de percussão in situ, segundo a Norma NP EN ISO
140/7 [39]
A designação de câmara de emissão, é referente ao local onde se introduz a acção de
percussão. A situação esquematizada não necessita de obedecer estritamente à presente
configuração, sendo que os compartimentos podem não estar na mesma vertical, podendo o local de
emissão ser o pavimento do compartimento subjacente e o de recepção o compartimento
sobrejacente. Esta situação pode ser razoavelmente ilustrada em estabelecimentos de natureza
comercial ou de serviços, quando integrados em edifícios habitacionais, os quais são frequentemente
considerados como focos potenciais de incomodidade devido ao ruído.
4.3. Exemplo prático da caracterização acústica
Um estudo realizado pela DECO entre Maio e Julho de 2004, constatou que 14 das 27 habitações
avaliadas não cumpriam os requisitos legais impostos pelo DL 129/2002 de 11 de Maio (Regulamento
dos Requisitos Acústicos dos Edifícios). Das habitações avaliadas constatou que 14 não cumpriam os
valores mínimos exigidos para o índice de isolamento sonoro a sons de percussão, 9 não cumpriam
59
os valores mínimos exigidos para o índice de isolamento sonoro a sons de condução aérea e 4 não
cumpriam os valores mínimos exigidos para o índice de isolamento sonoro a sons de condução aérea
entre o exterior e o interior do edifício [40]. É de salientar que a amostragem é pequena, quando
comparada com o número de edifícios construídos por ano. A partir dos valores acima mencionados,
constata-se que o índice de isolamento acústico dos edifícios é um dos problemas com que
utilizadores e empresas construtoras se deparam, com especial ênfase para o índice de isolamento
sonoro a sons de percussão. A génese destes problemas deve-se à má aplicação dos isolamentos
acústicos, dado todos os edifícios serem obrigados a apresentar projecto acústico, aquando do
processo de licenciamento dos mesmos, bem como o mesmo ser aprovado.
Um das situações que leva ao isolamento ineficaz deste tipo de sons, prende-se com a existência de
pontes acústica e com a perfuração do isolamento acústico. As pontes acústicas são criadas quando
se aplica o isolamento acústico apenas sobre a laje/betoninha, não sendo aplicado este nos
encontros com as paredes, bem como nos elementos que atravessam a laje. A Figura 43 ilustra de
que forma se deve aplicar o isolamento acústico nos encontros com as paredes e nos elementos que
atravessam a laje.
Figura 43 – Aplicação correcta do isolamento acústico [35]
Outra forma de se criar pontes acústicas, deve-se à não sobreposição do isolamento acústico nas
juntas. A Figura 44 mostra de que forma deve ser sobreposto o isolamento acústico nas juntas.
60
Figura 44 – Sobreposição das camadas de isolamento acústico [35]
Uma situação em que ocorre a perfuração do isolamento acústico, advém da aplicação dos
pavimentos com parafusos (pavimentos tipo Deck). Os parafusos ao serem fixados sobre a laje,
transmitem a energia associada ao choque directamente a esta, sendo que, o isolamento acústico
apesar de aplicado, não é eficaz. O estudo do sistema utilizado, reveste-se de uma enorme
importância, dado a má aplicação de um material comprometer todo o isolamento acústico. A Figura
45 representa a perfuração do isolamento acústico com parafusos.
Figura 45 – Perfuração do isolamento acústico com parafusos. 1- Parafuso, 2- Pavimento, 3- Betonilha, 4- Isolamento acústico, 5- Laje - Adaptado de [35]
A realização do ensaio de isolamento sonoro a sons de percussão de pavimentos, permite determinar
se o isolamento acústico foi bem ou mal aplicado (existência de pontes acústicas), por comparação
com os valores do fabricante. Este ensaio permite ainda determinar se o isolamento acústico foi
perfurado pelos elementos fixadores (tipicamente parafusos). A realização deste ensaio em
laboratório (utilizando câmaras reverberantes), permite a certificação de sistemas e de produtos. A
Figura 46 ilustra a a medição do isolamento sonoro a sons de percussão in situ.
61
Figura 46 – Máquina de percussão [41]
4.4. Equipamentos necessários na determinação das propriedades
acústicas
Para realizar os ensaios acústicos acima mencionados, são necessários os seguintes equipamentos:
� Analisador de Ruído
� Software interno do analisador de ruído
� Tripé de extensão
� Calibrador Sonoro
� Fonte sonora omnidireccional
� Máquina de percussão
� Câmara de reverberação
Os requisitos dos equipamentos necessários para caracterização das propriedades acústicas
encontram-se descritos no Anexo VII
62
5. CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES TÉRMICAS
Devido ao actual contexto social, económico e energético, pretende-se cada vez mais
desenvolver um acréscimo de qualidade térmica dos edifícios, reduzindo assim os seus consumos
energéticos e as correspondentes emissões de gases, que contribuem para o aquecimento global ou
efeito de estufa.
A caracterização das propriedades térmicas dos materiais utilizados na indústria de construção,
revestem-se de uma enorme importância, na certificação de produtos, no desenvolvimento de novos
materiais, na selecção dos mesmos para as mais diversas aplicações, bem como no cumprimento
dos requisitos legais impostos pelo Decreto-Lei nº 80/2006 de 4 de Abril O Regulamento das
Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE).
5.1. Ensaios utilizados na caracterização das propriedades térmicas
De entre os ensaios existentes para caracterização das propriedades térmicas, seleccionaram-se
os que estão enumerados na Tabela 11, dado estes serem utilizados no controlo de qualidade, na
investigação, bem como na certificação de produtos. Os equipamentos utilizados nestes ensaios
permitem ainda determinar um conjunto de propriedades, que possibilitam a caracterização térmica
de uma grande variedade de materiais.
Tabela 11 – Ensaios para caracterização das propriedades térmicas [2]
Produto Ensaio Método Categoria
Materiais Sólidos
Ensaio Padrão para a Determinação da
Expansão Linear Térmica de Materiais
Sólidos Utilizando um Dilatómetro
ASTM E 228 - 06 0
Sólidos e Líquidos
Método para a Determinação do Calor
Específico através de Calorimetria
Diferencial de Varrimento
ISO 11357-4
ASTM E1269-05 0
Polímeros, Vidros
e Cerâmicos
Ensaio Padrão para a Determinação da
Condutividade Térmica e Difusividade
Térmica por Calorimetria Diferencial de
Varrimento.
ASTM E1952-06 0
63
5.1.1. Teste padrão para a determinação da expansão linear térmica de
materiais sólidos utilizando um dilatómetro
A norma ASTM E 228 – 06 permite determinar a expansão térmica linear de materiais sólidos
utilizando um dilatómetro. Um material sólido é definido como um material, que à temperatura de
ensaio e sob as condições impostas pelo instrumento, apresenta uma fluência, que não afecta
significativamente as medições realizadas. Exemplo disso são os metais, cerâmicos, refractários,
rochas e minerais, grafites, plásticos, cimentos, madeiras e uma grande variedade de compósitos.
Este método é geralmente aplicado em materiais que tenham um coeficiente de expansão
térmica linear superior a 0,5 µm/(m.ºC) num intervalo de 1000ºC. É aplicado também em situações
especiais para materiais com coeficientes de expansão inferiores, onde se tomam precauções
especiais para garantir que a expansão produzida na amostra se situa dentro dos limites do sistema
de medição. Nestes casos, devem-se utilizar amostras com comprimentos suficientemente elevados,
de forma a que a variação dimensional, esteja dentro do limite de medição do equipamento.
Podem-se utilizar sistemas computorizados ou electrónicos e sistemas de análise de dados,
em conjunto com este método, desde que estes sistemas estejam de acordo com os princípios e
esquemas computacionais estabelecidos pelo mesmo.
Este ensaio utiliza um dilatómetro, como instrumento de determinação da variação do
comprimento da amostra em relação ao suporte e em função da temperatura. Uma variante especial
deste método utiliza duas varetas, em que a expansão de um material desconhecido é determinada
relativamente a uma vareta de referência. A temperatura pode ser controlada por passos ou através
de um aquecimento ou arrefecimento lento a uma velocidade constante em todo o intervalo de
temperatura.
A expansão térmica linear e os seus coeficientes são calculados a partir dos dados
recolhidos.
Os coeficientes de expansão térmica são necessários por razões de design, dado permitirem
determinar o comportamento dimensional de estruturas sujeitas a variações de temperatura, ou
tensões térmicas que possam ocorrer e causar a fractura de uma estrutura composta por diferentes
materiais.
Este ensaio é um método fiável para determinar os coeficientes de expansão térmica, sendo,
no entanto, necessário calibrar o equipamento com um material de referência que apresente uma
expansão térmica reprodutível.
5.1.1.1. Requisitos das Amostras
As amostras devem ter entre 25 a 60 mm de comprimento e entre 5 e 10 mm de diâmetro (ou
equivalente caso não seja cilíndrica). No entanto não existem limitações fundamentais nas suas
dimensões, desde que o dilatómetro consiga acomodar a amostra.
A forma da secção transversal da amostra, a uniformidade da sua secção longitudinal ou o
estado da superfície ao longo do seu comprimento não têm qualquer interferência no ensaio, no
64
entanto as suas extremidades devem ser planas e perfeitamente paralelas entre si. A secção
transversal deve ser suficientemente robusta para evitar a flexão ou fluência da amostra durante o
ensaio.
Nas situações em que a amostra não puder ser obtida na forma de cilindro ou de
paralelepípedo, poder-se-á ensaiar a amostra com formas irregulares, tendo o cuidado de não haver
contacto entre a amostra e o dilatómetro apenas num ponto, o que pode levar a deformações durante
o ensaio.
Podem ser ensaiadas chapas de materiais, moldando-as de modo a obter amostras em forma
de tubo ou dobrando-as em forma de “V”.
Podem ainda ser empilhadas pequenas peças de forma a obter amostras de maiores
comprimentos, desde que as interfaces sejam mantidas planas e paralelas entre si e que não ocorra
o balançar da amostra quando a vareta entra em contacto com a mesma.
Amostras ocas, como tubos, ou irregulares podem necessitar de uma placa de cobertura para
promover um contacto mais bem definido entre a amostra e a vareta. Esta placa deverá, de
preferência, ser feita do mesmo material do dilatómetro, de modo a desprezar a sua contribuição nos
cálculos. Alternativamente, pode ser utilizada uma chapa muito fina de um material rígido, sem ser o
mesmo material do dilatómetro, desde que a sua contribuição para o ensaio seja contabilizada.
5.1.1.2. Procedimento
Deve-se medir o comprimento inicial da amostra à temperatura ambiente L0. Colocar a
amostra no dilatómetro após verificar que todas as superfícies em contacto estão limpas. Garantir a
estabilidade no posicionamento da amostra, bem como um contacto estável entre a amostra e a
vareta.
Registar a leitura inicial do sensor de temperatura, T0, e colocar o transdutor a zeros.
Seleccionar o programa térmico que melhor se adequa à aplicação do material a ser testado.
A forma mais precisa de realizar a medição, é aquecendo ou arrefecendo sucessivamente a
amostra de forma incremental, num número de temperaturas constantes, permitindo ao sistema
equilibrar-se até que a leitura do transdutor atinja um valor constante.
5.1.2. Método para a determinação do calor específico através de
calorimetria diferencial de varrimento
A norma ASTM E1269-05, permite determinar o calor específico através de calorimetria
diferencial de varrimento, sendo geralmente aplicado a sólidos e líquidos termicamente estáveis. A
gama de temperaturas deste ensaio situa-se entre os 100 e 600ºC, sendo que este intervalo pode ser
ampliado, dependendo da instrumentação e do recipiente da amostra.
65
Este teste consiste no aquecimento controlado do material de teste numa atmosfera
controlada na gama de temperaturas de interesse. A diferença do fluxo de calor entre a amostra de
teste e a amostra de referência ou vazio, devido a variações de energia no material, deve ser
monitorizada e registada.
As medições por calorimetria diferencial de varrimento, permitem uma determinação rápida
do calor específico dos materiais. A determinação do calor específico é importante para o controlo de
qualidade, investigação e desenvolvimento.
5.1.2.1. Requisitos das amostras
Utilizam-se amostras em pó ou grânulos que devem ser previamente misturadas, devendo ser
feita a amostragem através da remoção de pequenas porções de várias regiões do misturador. Estas
porções, por sua vez, devem ser novamente misturadas de forma a garantir a representatividade da
amostra.
As amostras líquidas podem ser recolhidas directamente após agitação.
As amostras sólidas devem ser obtidas através do corte com uma lâmina. A uniformidade da
amostra deve ser determinada, uma vez que poderá ocorrer segregação dentro do sólido.
5.1.3. Ensaio Padrão para a Determinação da Condutividade Térmica e
Difusividade Térmica por Calorimetria Diferencial de Varrimento.
A norma ASTM E1952-06, descreve a determinação da condutividade térmica de materiais
sólidos, homogéneos, não porosos numa escala de 0.10 a 1.0 W/(K.m), por calorimetria diferencial de
varrimento. Esta escala inclui vários materiais poliméricos, cerâmicos e vidros.
A difusividade térmica, relaciona-se com a condutividade térmica, através da capacidade
calorífica específica e da densidade, podendo ser determinada através deste método. A
condutividade e difusividade térmica podem ser determinadas a uma ou mais temperaturas num
intervalo de 0-90ºC
A capacidade calorífica da amostra pode ser determinada usando a aproximação de
temperatura modelada, na qual um programa de temperatura de repetição periódica e oscilatória
(perto da temperatura média) é imposto sobre a amostra produzindo um fluxo de calor oscilatório
(periódico) para a amostra ou vindo da mesma. A capacidade calorífica específica é obtida através da
normalização da capacidade calorífica à massa da amostra.
Quando é utilizada uma amostra fina e encapsulada num cadinho, de elevada condutividade
térmica e tratada com uma temperatura oscilatória de baixa frequência, por um longo período,
assume-se que a amostra atinge uma distribuição de temperatura uniforme e a capacidade calorífica
resultante, será comparável à dos outros métodos de teste não oscilatórios.
66
)/()8(22
0 PmdCLC p=λ
Quando a extremidade de uma amostra espessa é exposta a oscilações de temperatura de
elevada frequência e curto período, a amostra atinge uma distribuição de temperatura ao longo do
seu comprimento que depende da sua difusividade térmica. O valor da capacidade calorífica obtida
nesta situação é inferior à do caso da distribuição uniforme de temperatura descrito acima, e
proporcional à raiz quadrada da condutividade térmica das amostras ensaiadas.
Caso a condutividade térmica da amostra seja tão baixa, que se aproxima á do gás de purga,
é necessário efectuar uma correcção na medição da condutividade térmica para compensar as
perdas de calor da amostra.
O valor da condutividade térmica pode ser obtido a partir da fórmula [42]:
Eq. 6
Onde:
λ0 – Condutividade térmica (W/K.m)
L – Comprimento da amostra (mm)
C – Capacidade calorífica aparente (mJ/K)
Cp – Capacidade calorífica específica (J/g.K)
m – Massa da amostra (mg)
d – Diâmetro da amostra (mm)
P – Período (s)
67
5.2. Equipamentos necessários para caracterização das propriedades
térmicas dos materiais
Para a caracterização das propriedades térmicas dos materiais são necessários os seguintes
equipamentos:
� DSC
� Dilatómetro
È de salientar que a aquisição destes equipamentos, permitem realizar uma série de ensaios
além dos acima descritos. Os ensaios passíveis de serem realizados com estes equipamentos
encontram-se descritos no Anexo VIII
As especificações destes equipamentos encontram-se descritas no Anexo IX
68
5.3. Exemplo prático da caracterização térmica
Em Portugal a técnica mais utilizada na aplicação de revestimentos de fachadas, é a fixação
directa, devido ao seu baixo custo. O desconhecimento das propriedades dos cimentos-cola, das
propriedades dos revestimentos (tipicamente pedras naturais e materiais cerâmicos), conjugados com
uma deficiente formação da mão-de-obra, origina diversos defeitos em edifícios ainda jovens, com
idades inferiores a 5 anos. Dos defeitos, destaca-se o desprendimento dos revestimentos de
fachadas, visto colocar em risco pessoas e bens. A Figura 47 ilustra um edifício onde ocorreu
desprendimento do revestimento da fachada.
Figura 47 – Desprendimento de revestimento de fachada [43]
O desprendimento dos revestimentos das fachadas deve-se a vários factores, sendo um
deles o coeficiente de expansão térmica do revestimento aplicado. Com o aumento de temperatura,
ocorre a expansão térmica do revestimento, sendo por isso necessário deixar uma junta de dilatação
à volta do mesmo. Esta junta deve ser dimensionada em função do tipo de revestimento utilizado,
dado revestimentos diferentes, apresentarem expansões térmicas diferentes. A Figura 48 ilustra uma
fachada onde não foram previstas juntas de dilatação.
Figura 48 – Efeito provocado pela ausência de juntas de dilatação [44]
69
Outro factor que contribui para o desprendimento dos revestimentos das fachadas é a
escolha desadequada do adesivo, sendo os revestimentos aplicados (em alguns casos) com cimento-
cola à base de cimento. A utilização deste tipo de adesivos em revestimentos como a ardósia, origina
um problema grave, dado que a ardósia apresenta um coeficiente de expansão elevado (8,0 Χ 10-
6/ºC) [45], quando comparado com o adesivo (3,2 Χ 10-6 /ºC) [46]. Esta diferença entre os valores de
expansão térmica da ardósia e do adesivo, gera tensões de compressão na pedra e tracção no
adesivo. Um factor que acresce ao anterior, é o facto de toda a área do revestimento não se
encontrar em contacto com o adesivo (assentamento incorrecto). A Figura 49 ilustra uma fachada
após queda do revestimento, onde se constata que o revestimento não se encontrava bem aplicado,
devido ao não esmagamento dos cordões de adesivo. Constata-se ainda que não existia uma boa
coesão da argamassa (substrato).
Figura 49 – Causas do desprendimento do revestimento da fachada [47]
Os pontos que estabelecem a ligação ao revestimento, são pontos de acumulação de tensão,
dado serem estes que fixam o revestimento. Quando a tensão gerada na interface
revestimento/adesivo (devido à expansão térmica), ultrapassa a força de adesão, dá-se a ruptura na
ligação revestimento/adesivo, ou seja, dá-se o desprendimento.
A caracterização das propriedades térmicas pode contribuir na resolução deste tipo de
problemas, permitindo determinar o coeficiente de expansão térmica dos materiais. Determinado o
coeficiente de expansão térmica, é possível indicar qual o tipo de adesivo mais indicado para o tipo
de revestimento em questão (tipicamente adesivos de base epoxi para materiais com elevada
expansão térmica, como o caso da ardósia). A partir da determinação do coeficiente de expansão
térmica, também é possível determinar a dimensão das juntas de dilatação.
70
6. CONCLUSÕES
Com este trabalho foi possível estabelecer critérios para a identificação dos ensaios e equipamentos mais utilizados na indústria de construção, sendo estes
� Normas NP, EN, ISO, BS, ASTM
� Consulta de ensaios realizados por laboratórios acreditados em Portugal
� Consulta de fornecedores de equipamentos
� Normas de produto
Após realização deste trabalho, conclui-se que dado o vasto universo de ensaios e
equipamento existentes, para a observação/caracterização da estrutura interna, caracterização das
propriedades químicas; mecânicas; acústicas e térmicas, a escolha dos ensaios e respectivos
equipamentos, passa também por uma escolha pessoal.
O universo de ensaios e equipamentos utilizados na indústria de construção, é de tal forma
vasto, que nem o próprio LNEC, possui equipamentos para realizar todos os ensaios requeridos
nesta área, recorrendo ao outsourcing sempre que necessita.
Dada a elevada predominância na região da indústria metalomecânica, extractiva de pedra
natural e de construção, os ensaios e equipamentos identificados neste trabalho permitem responder
na resolução de inúmeros problemas que ocorrem no dia a dia.
71
7. TRABALHO FUTURO
Como trabalho futuro, será necessário elaborar o Lay-Out do laboratório, tendo por base os
equipamentos identificados neste trabalho. Tendo em conta as exigências para a certificação de
alguns produtos utilizados na indústria de construção, seria útil fazer o levantamento dos ensaios e
equipamentos para caracterização da resistência ao fogo.
72
8. BIBLIOGRAFIA
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Systematic Manual Point Count [6] www.bam.de. [cited 2008 Setembro]. [7] Norma ASTM A 247 – 67 Standard Test Method for Evaluating the Microstructure of Graphite
in Iron Castings [8] www.metprep.co.uk. [cited 2008 Setembro]. [9] Norma ASTM E 112 – 96 Standard Test Methods for Determining Average Grain Size [10] www.smallprecisiontools.com. [cited 2008 Julho]. [11] Brandon, D. and W. Kaplan, Microstructural Characterization of Materials. 1ª Edição ed. 1999:
Wiley & Sons Ltd. [12] www.microscopyu.com. [cited 2008 Julho]. [13] www.olympusmicro.com. [cited 2008 Agosto]. [14] http://micro.magnet.fsu.edu/primer/pdfs/microscopy.pdf. [cited 2008 Agosto]. [15] http://serc.carleton.edu. [cited 2008 Agosto]. [16] www.chm.bris.ac.uk. [cited 2008 Agosto]. [17] Colaço, R., Apresentação aula Materiais Nanoestruturados e Nanotecnologias. 2007. [18] Rimmele, G., et al., Heterogeneous porosity distribution in Portland cement exposed to CO2-
rich fluids. Cement and Concrete Research, 2008. 38(8-9): p. 1038-1048. [19] Adriano-Morán, C.C. and E.M.d. Tapia, Trees and shrubs: the use of wood in prehispanic
Teotihuacan Journal of Archaeological Science, 2008. vol. 35: p. 2927–2936. [20] Rafael Nunes et al., Welding, Brazing and Soldering. Metals Handbook. Vol. vol. 6. 1993. [21] www.twi.co.uk. [cited 2008 Julho]. [22] Norma ASTM E 1508-98 Standard Guide for Quantitative Analysis by Energy-Dispersive Spectroscopy [23] www.microscopy.ethz.ch. [cited 2008 Agosto]. [24] Salvador, J., Apresentação aula Corrosão e Protecção. 2007. [25] Pedro Vilaça et al., Apresentação aula Soldadura e Técnicas Afins. 2007.
73
[26] Branco, C., Mecânica dos Materiais 4ªEdição ed. 2006: Fundação Calouste Gulbenkian. [27] Rodrigues, J. and P. Martins, Tecnologia Mecânica. Vol. vol. 1. 2005: Escolar Editora. [28] www.bibvirt.futuro.usp.br. [cited 2008 Agosto]. [29] Davim, J.P. and A.G. Magalhães, Ensaios mecânicos e Tecnológicos 1992: Estante Editora. [30] Smith, W.F., Princípios de ciência e engenharia de materiais 3ª Edição ed. 1998: McGraw-
Hill. [31] Norma BS EN 12371:2001 Natural stone test methods - Determination of frost resistance [32] www.ivolution.com.br. [cited 2008 Setembro]. [33] Velho, J., M.Q. Ferreira, and B. Castro, Marcação CE em Produtos de Pedra Natural. Dois
Exemplos de Aplicação. 2005. [34] ww2.unime.it. [cited 2008 Julho]. [35] www.dow.com [cited 2008 Setembro]. [36] Norma NP EN ISO 140-4:2000 Medição do isolamento sonoro de edifícios e de elementos de
construção. Parte 4: Medição in situ do isolamento sonoro a sons aéreos entre compartimentos
[37] Norma NP EN ISO 140-5:2000 Medição do isolamento sonoro de edifícios e de elementos de
construção. Parte 5: Medição, in situ, do isolamento sonoro a sons aéreos de fachadas e de elementos de fachada
[38] Norma NP EN ISO 140-7:1998 Medição do isolamento sonoro de edifícios e de elementos de
construção. Parte 7: Medição do Isolamento Sonoro a Sons de Percussão de Pavimentos [39] www.sea-acustica.es. [cited 2008 Julho]. [40] www.deco.proteste.pt. [cited 2008 Setembro]. [41] www.itecons.uc.pt. [cited 2008 Agosto]. [42] Norma ASTM E 1952-06 Standard Test Method for Thermal Conductivity and Thermal
Diffusivity by Modulated Temperature Differential Scanning Calorimetry [43] Veiga, M.d.R., Revestimentos de paredes de edifícios recentes. 2007, LNEC. [44] www.upav-valuation.org. [cited 2008 Setembro]. [45] www.ineti.pt. [cited 2008 Setembro]. [46] www.weber.com.pt. [cited 2008 Setembro]. [47] Correia, C., Patologias identificadas e caracterizadas em revestimentos exteriores de pedra
natural com fixação directa: algumas recomendações para a sua aplicação.
A
Anexo I – Requisitos dos equipamentos necessários para a
caracterização da estrutura interna
Anexo I-A – Microscópio Óptico
O microscópio óptico deve ter as seguintes especificações técnicas:
� Sistema de análise do tamanho, forma e posição de partículas, permitindo análises gráficas e
estatísticas, com sistema de aquisição de dados
� Sistema de análise do tamanho e orientação do tamanho de grão, de acordo com os padrões
utilizados na indústria
� Determinação da percentagem de fases, produzindo um relatório onde seja revelado a área,
o perímetro, a anisotropia e as intercepções
� Sistema de captação de imagem (câmara fotográfica)
� Sistema de recolha de dados (computador)
A figura seguinte ilustra um modelo de Microscópio Óptico Metalográfico
B
Anexo I-B – Microscópio Electrónico de Varrimento
O Microscópio Electrónico de Varrimento deve ter as seguintes especificações técnicas:
� Diferença de potencial de 0,2 a 30 KV
� Ampliaçõs entre 50 e 1,000,000 X
� Resolução de imagem de: 1,2 nm para uma diferença de potencial de 30KV
3,0 nm para uma diferença de potencial de 1 KV
� Corrente máxima de feixe de 200 nA
� Porta amostras com movimentos de: X: 50mm; Y: 50mm; Z: 1,5 a 40mm; T: -5 a 70º; R: 360º
� Detector de Electrões Retrodifundidos
� Detector de Electrões Secundários
� Espectroscopia de Energia Dispersiva
Requisitos da Sala
� A temperatura no interior da sala deve ser de 20ºC± 5ºC
� A humidade relativa deve ser inferior a 60%
� A sala deve ser isenta de vibrações.
A figura seguinte ilustra um modelo de Microscópio Electrónico de Varrimento.
C
Anexo II - Requisitos dos equipamentos necessários para a
caracterização da composição química
Anexo II-A – Difractómetro de raios-X
O difractómetro de raios-X a adquirir deverá ter as seguintes especificações técnicas.
� Fonte de raios-X:
� Tubos de cobre 2,2kW, até 60kV
� Filtros de impurezas para Ni, Mn, V, Fe
� Fonte de energia com parâmetros mínimos de 9kW e 2.0mA
� Detector:
� Germânio no estado sólido
� Área activa de 80mm2
� Resolução: 195 eV
� Goniómetro:
� Análise de 0.1 a 120 2θ/min
� Resolução de passo: 0.000315 graus/passo
� Resolução Máxima: 0.025 2θ
� Raio do Goniómetro: 160 – 300 mm
� Caixa que envolve a fonte de raios-X, detector e goniómetro de construção pesada e uma
janela de pexiglass com chumbo
� Sistema de segurança que desliga o tubo de raios-X quando o porta-amostras é aberto
� Sistema de aquisição de dados
A figura seguinte ilustra um modelo de difractómetro de raios-X
D
Anexo III – Listagem de normas de ensaios mecânicos
consultadas
Ensaios Mecânicos Produto Ensaio Método Categoria
Metais e Ligas Ensaio de tracção Parte 1: Método de ensaio à temperatura ambiente
NP EN 10002-1 2006 ISO 6892: 1998
ASTM E 8M: 2004 0
Metais e Ligas Ensaios Destrutivos de Soldadura em Materiais Metálicos. Ensaios de Fractura NP EN 1320 0
Metais e Ligas Ensaio de arranque ASME IX secções
QW-196.2.2, QB-170 a 172: 2004
0
Metais e Ligas
Ensaios Destrutivos de Soldadura em Materiais Metálicos. Ensaio de Dureza. Parte 2 Ensaio de Microdureza em juntas soldadas
NP EN 1043-2 EN ISO 6507-1: 2005 0
Metais e Ligas Ensaio de dobragem. ASTM E190-92: 2003 NP EN 910: 1999 0
Metais e Ligas Ensaio Padrão para Determinação da Dureza Vickers de Materiais Metálicos
EN ISO 6507-1: 2005 ASTM E92-82(2003) 0
Metais e Ligas Ensaio Padrão para Determinação da Dureza Rockwell em Materiais Metálicos (Escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
EN ISO 6508-1: 2005 ASTM E 18: 2005 0
Metais e Ligas Ensaio de choque em provete entalhado Charpy. 1a. Parte: Método de ensaio.
NP EN 10045-1: 1990 ISO 148: 2006
ASTM E 23: 2006 0
Metais e Ligas Ensaio de dobragem. NP 173: 1996
EN ISO 7438: 2005 NP EN 910: 1999
0
Tubos Metálicos Materiais metálicos. Tubos (secção completa). Ensaio de dobragem NP EN ISO 8491:2007 0
Tubos Metálicos Ensaio de Achatamento EN ISO 8492: 2004 0
Tubos Metálicos Ensaio de abocardamento EN ISO 8493:2004 0
Azulejos e Ladrilhos Cerâmicos Determinação da resistência ao gelo NP EN ISO 10545-12:
2004 0
Azulejos e Ladrilhos Cerâmicos
Determinação do módulo de ruptura e da resistência à flexão
NP EN ISO 10545-4: 2004
0
Telhas cerâmicas Ensaio de resistência ao gelo NP EN 539-2: 1999 0
Polímeros Determinação das propriedades de tracção ISO 527-3:1995 0
Tubos Termoplásticos Rigidez circunferencial ISO 9969:1994 0
Polímeros Ensaio Padrão para Identificação da Dureza de Elastómeros – Tipo Selantes, por meio de um Durómetro
ASTM C661-06 0
Polímeros Ensaio Padrão para Determinação da Tensão de Cedência de selantes ASTM C908-00(2006) 0
Rochas Ornamentais
Ensaio Padrão de Pedra Natural – Determinação de Resistência ao Gelo BS EN 12371:2001 0
E
Rochas Ornamentais
Determinação da resistência à compressão NP EN 1926:2000 0
Rochas ornamentais
Determinação da resistência à flexão sob carga centrada NP EN 12372:2001 0
Rochas ornamentais
Determinação da resistência ao choque NP EN 14158:2005 0
Rochas ornamentais
Determinação do módulo de elasticidade dinâmico EN 14146:2004 0
Rochas ornamentais
Determinação da resistência à flexão em carga centrada EN 14146:2004 0
Rochas ornamentais Determinação da energia de ruptura EN 14158:2004 0
Rochas ornamentais
Determinação da resistência ao desgaste por abrasão (CAPON)
EN 14157:2004 0
Betão Consistência do betão. Ensaio de abaixamento NP 87: 1964 0
Betão endurecido Execução e cura dos provetes para ensaios de resistência mecânica NP EN 12390-2: 2003 0
Betão endurecido Resistência à compressão de provetes de ensaio NP EN 12390-3: 2003 0
Betão fresco Ensaio de abaixamento NP EN 12350-2: 2002 0
Blocos de cimento Determinação da resistência à compressão NP EN 772-1: 2002 0
Canaletes de betão Resistência à flexão EN 1433: 2002 0
Lajetas em betão Resistência à flexão EN 1339:2003 0
Lancis Determinação da resistência à flexão EN 1340: 2003 0
Pavés Determinação da resistência à compressão EN 1338: 2003 0
Telhas de cimento Determinação da resistência à flexão NP EN 491: 2000 0
Telhas de cimento Determinação da resistência ao gelo NP EN 491: 2000 0
F
Anexo IV – Parâmetros de ensaios de dureza Rockwell
Escala Classe Elemento penetrador
Carga inicial (Kg)
Carga total (Kg)
Materiais para que se recomenda o ensaio
A Normal Cone de diamante 10 60 Aços nitrurados, Carbonetos
metálicos
B Normal Esfera de
1/16" 10 100 Aços carbono recozidos de baixo
teor de carbono
C Normal Cone de diamante 10 150 Aços duros. Com dureza
superior a 20 Rockwell
D Normal Cone de diamante 10 100 Aços cementados
E Normal Esfera de 1/8" 10 100 Metais macios, como antifricção
e peças fundidas
F Normal Esfera de 1/16"
10 60 Bronze recozido
G Normal Esfera de 1/16" 10 150 Bronze fosforoso e outros metais
H Normal Esfera de 1/8" 10 60 Metais macios, com pouco
homogeneidade, ferro fundido
K Normal Esfera de 1/8" 10 150 Metais duros com pouca
homogeneidade, ferro fundido
L Normal Esfera de
1/4" 10 60 Metais duros com pouca
homogeneidade, ferro fundido
M Normal Esfera de 1/4" 10 100 Metais duros com pouca
homogeneidade, ferro fundido
P Normal Esfera de 1/4" 10 150 Metais duros com pouca
homogeneidade, ferro fundido
R Normal Esfera de 1/2" 10 60 Metais muito macios
S Normal Esfera de
1/2" 10 100 Metais muito macios
V Normal Esfera de 1/2" 10 150 Metais muito macios
15-N Superficial Cone de diamante 3 15 Aços nitrurados, cementados e
de ferramenta de grande dureza
30-N Superficial Cone de diamante 3 30 Aços nitrurados, cementados e
de ferramenta de grande dureza
45-N Superficial Cone de diamante 3 45 Aços nitrurados, cementados e
de ferramenta de grande dureza
15-T Superficial Esfera de 1/16" 3 15 Bronze, latão e aço macio
30-T Superficial Esfera de 1/16" 3 30 Bronze, latão e aço macio
45-T Superficial Esfera de 1/16" 3 45 Bronze, latão e aço macio
G
Anexo V - Requisitos dos equipamentos necessários para a
caracterização das propriedades mecânicas
Anexo V-A – Máquina de ensaios mecânicos universal
A máquina com sistema mecânico servo-hidraulico deve apresentar as seguintes especificações
técnicas:
� Área de teste que permita acomodar uma fornalha, extensómetros, amostras e maxilas de
diversos tamanhos
� Sistema de aquisição de dados (Computador)
� Sistema de análise de dados (Software)
� Células de carga de 5KN, 10KN, 50KN, 100KN e 300KN
A figura seguinte ilustra um modelo de máquina com sistema servo-hidraúlico biaxial
Anexo V-B – Durómetro Rockwell
O durómetro Rockwell digital deve apresentar as seguintes especificações técnicas:
� Ecrã LCD
� Capacidade para fazer medições nas escalas HRA, HRB, HRC
� Determinação da dureza superficial nas escalas HR15N, HR30N, HR45N, HR15T, HR30T,
HR45T
� Carga inicial de teste (F0) de 3Kg e 10 Kg
� Carga total aplicada de 15Kgf, 30Kgf, 45Kgf, 60Kgf, 100Kgf e 150Kgf
H
A figura seguinte ilustra um modelo de durómetro Rockwell digital:
Anexo V-C – Microdurómetro Vickers
O microdurómetro Vickers digital deve apresentar as seguintes especificações técnicas:
� Visor LCD
� Câmara CCD
� Cargas de ensaio de 0,3Kgf, 0,5Kgf, 1,0Kgf, 3,0Kgf, 5,0Kgf e 10Kgf
A figura seguinte ilustra um modelo de durómetro Rockwell digital
I
Anexo V-D - Máquina de ensaio de impacto por batimento de pêndulo
A máquina de ensaio de impacto por batimento de pêndulo deve apresentar as seguintes
especificações técnicas:
� Ecrã LCD
� Sistema de aquisição de dados
� Sistema de análise de dados
� Martelo com energia de impacto de 250J e 500J
A figura seguinte ilustra um modelo de máquina de ensaio de impacto por batimento de pêndulo:
Anexo V-E - Máquina de ensaio de fadiga de flexão rotativa
A máquina de ensaio de fadiga de flexão rotativa deve apresentar as seguintes especificações
técnicas:
� Cargas entre 25Kg cm a 230 Kg cm
� Contador de ciclos
� Sistema de paragem após fractura do provete
� Ciclos de tensão por minuto entre 1.000 a 9.999
� Capacidade para juntar forno e controlador de temperatura
J
A figura seguinte ilustra um modelo de máquina de ensaio de fadiga de flexão rotativa:
Anexo V-F - Máquina de ensaio de fadiga com sistema servo-hidraúlico
A máquina de ensaio de fadiga de sistema servo-hidraúlico deve apresentar as seguintes
especificações técnicas:
� Sistema de aquisição de dados (Computador)
� Sistema de análise de dados (Software)
� Células de carga de 5KN, 10KN, 20KN e 50KN
A figura seguinte ilustra um modelo de máquina de ensaio de fadiga com sistema servo-hidraúlico:
K
Anexo V-G - Câmara gelo-degelo
A câmara de gelo-degelo deverá apresentar as seguintes especificações técnicas:
� Gama de temperaturas de -30 a +80º C
� Controlo electrónico digital, permitindo a programação por patamares e controlo das
velocidades de arrefecimento e aquecimento
� Pré-selecção do número de repetições do ciclo de 0 a 99 vezes ou infinita
� Sondas "Pt 100" com resolução de 0,1º C
� Nível de ruído <60 dB e evaporador com ventilação forçada
� Programação de enchimento e despejo: interruptor horário electrónico programável com
comando de sensor de nível
A figura seguinte ilustra um modelo de câmara de gelo/degelo:
Anexo V - H – Pêndulo Britânico
O pêndulo Britânico deverá apresentar as seguintes características:
� Martelo com energia superior a 100 J
A figura seguinte ilustra um modelo de pêndulo Britânico
L
Anexo V - I – Máquina de abrasão Los Angeles
A figura seguinte ilustra um modelo de máquina de abrasão de Los Angeles
M
Anexo VI – Laboratórios que possuem ensaios acústicos
acreditados em Portugal
Medição de Isolamento Sonoro a Sons Aéreos entre Compartimentos Método - NP EN ISO 140-4:2000
EN ISO 717-1:1996
Medição do Isolamento Sonoro a Sons Aéreos de Fachadas e Elementos de
Fachada e Determinação do Índice de Isolamento Sonoro
– Método Global com Altifalante e/ou com Ruído
de Tráfego. Método - NP EN ISO 140-
5:2000 EN ISO 717-1:1996
Medição do Isolamento
Sonoro a Sons de Percussão de Pavimentos
Método - EN ISO 140-7:1998
ISO 717-2:1996
Instituto Electrotécnico Português 1 1 1
Direcção Regional do Norte do Ministério da Economia 1 - 1
Direcção Regional de Lisboa e Vale do Tejo do Ministério da
Economia 1 1 1
CATIM 1 1 1
Direcção Regional da Economia do Algarve
1 1 1
Associação para o Desenvolvimento da
Aerodinâmica Industrial 1 1 1
Instituto de Soldadura e Qualidade 1 1 1
DBLAB 1 1 1
PEDAMB 1 1 1
AMBERGO 1 1 1
A. RAMALHÃO 1 1 1
MPT 1 1 1
PROENSAL 1 1 1
OITAVA 1 - 1
VAGAENG 1 1 1
GELTRO 1 1 1
N
ECO 14 1 1 1
AMBIMINHO 1 1 1
Infinitech 1 1 1
SASHIT 1 1 1
Ambiente Global 1 1 1
Ediacustica 1 1 1
CERTIFER 1 1 1
Engacústica 1 1 1
QUESTÃO DE SOM 1 1 1
ITeCons 1 1 1
ADESUS - Laboratório de ensaios 1 1 1
Total 27 25 27
O
Anexo VII - Requisitos dos equipamentos necessários para
a caracterização das propriedades acústicas
Anexo VII-A – Analisador de Ruído
O Analisador de ruído deverá apresentar as seguintes características:
� Gama de medição de 16,7 dB a 152 dB
� Análise em frequência: 1/1 oitava dos 8 Hz aos 16 kHz
1/3 oitava dos 6,3 Hz aos 20 kHz
� Gama dinâmica superior a 135 dB em cada banda de frequência
� Memória interna com capacidade de armazenamento de pelo menos 20 MByte
A figura seguinte ilustra um modelo de analisador de ruído:
Anexo VII-B – Calibrador Sonoro
O Calibrador Sonoro deverá apresentar as seguintes características:
� 2 níveis de calibração , um entre os 90dB e os 95 dB, e outro entre os 110 dB e os 120 dB, ambos a 1 kHz
A figura seguinte ilustra um modelo de calibrador sonoro
P
Anexo VII-C – Fonte Sonora Omnidireccional
A fonte sonora omnidireccional deverá apresentar as seguintes características
� Potência de saída: Banda Larga: 122 dB
1/3 oitava: ≥ 100 dB
� Tripé ajustável em altura entre 1,3m e 2,0m
A figura seguinte ilustra um modelo de fonte sonora omnidireccional
Anexo VII - D – Máquina de Percussão
A máquina de percussão deverá ter as seguintes características:
� Martelos: 5 martelos
Massa igual a 500 ± 12 g
Dispostos em linha recta
Igualmente afastados entre si (100 mm)
� Impacto: Queda livre de uma altura de 40 mm
Frequência de 10 ± 0,5 Hz
Q
A figura seguinte ilustra um modelo de máquina de percussão:
Anexo VII - E – Câmaras de Reverberação
As câmaras de reverberação deverão apresentar as seguintes características:
� Um volume de ensaio de pelo menos 50 m3
� A diferença de volume entre as câmaras deve ser de pelo menos 10%
A figura seguinte ilustra um modelo de câmaras de reverberação:
R
Anexo VIII – Listagem de normas de ensaios de
caracterização térmica consultadas
Produto Ensaio Método Categoria
Materiais Sólidos Teste padrão para a determinação da expansão linear térmica de materiais sólidos utilizando um dilatómetro ASTM E 228 - 06 0
Rochas Ornamentais Métodos de ensaio para pedra natural. Determinação do coeficiente de dilatação linear térmica.
NP EN 14581:2007 0
Todos os materiais que cristalizem dentro da
gama de temperaturas do equipamento
Ensaio Padrão para Determinação da Entalpia de Fusão e de Cristalização por Calorimetria Diferencial
de Varrimento
ASTM E793-06 ISO 11357-3
0
Todos os materiais que fundam dentro da gama
de temperaturas do equipamento
Ensaio Padrão para Determinação da Temperatura de Cristalização e de Fusão através de Calorimetria
diferencial ASTM E794-06 0
Sólidos e Liquidos Método para a determinação do calor específico
através de calorimetria diferencial ASTM E1269-05 0
Polimeros e Vidros Teste Padrão para Determinação da Temperatura de
Transição Vitrea por Calorimetria Diferencial de Varrimento
ASTM E1356-03 0
Polimeros, Vidros e Cerâmicos
Ensaio Padrão para a Determinação da Condutividade Térmica e Difusividade Térmica por Calorimetria
Diferencial de Varrimento. ASTM E1952-06 0
S
Anexo IX - Requisitos dos equipamentos necessários para
a caracterização das propriedades térmicas
Anexo IX-A – DSC
O DSC deverá ter as seguintes características:
� Intervalo de temperatura: -150 a 600ºC (mín.)
� Razão de aquecimento/arrefecimento: 0,1 a 100K/min.
� Sensor do fluxo de calor
� Possibilidade de trabalhar a diferentes atmosferas
� Sistema de aquisição de dados
A figura seguinte ilustra um modelo de DSC:
Anexo IX-B – Dilatómetro
O dilatómetro deverá ter as seguintes características:
� Intervalo de temperatura: desde a temperatura ambiente até 1600ºC
� Possibilidade de utilização de diferentes fornalhas
� Porta-amostras de sílica (até 1100ºC) ou alumina (até 1600ºC)
� Limite mínimo de medição até 100µm
� Resolução: 8nm/incremento
� Diâmetro da amostra: de 1 a 20mm
� Comprimento da amostra: até 200mm
� Sistema de aquisição de dados
T
A figura seguinte ilustra um modelo de um dilatómetro: