Metodologia

Ao longo deste ponto serão designadas e descritas as várias metodologias adoptadas para fabrico e cura dos provetes elaborados no sentido de cumprir os objectivos a que este trabalho se propõe.

Assim, foram adoptadas as metodologias que a seguir se descrevem.

3.3.1. Metodologia I

Para o fabrico de provetes utilizando esta metodologia, e antes de se proceder à secagem do solo na câmara climática, referida anteriormente neste texto, o solo passou por um processo de destorroamento, visível na figura 3.17, ou seja, o solo original foi colocado na misturadora a baixa velocidade durante cinco minutos com o intuito de serem desfeitos os torrões nele presentes sem alterar a sua granulometria.

Figura 3.17: Efeito do processo de destorroamento promovido ao solo (solo original e solo

destorroado, da esquerda para a direita).

Com a utilização desta acção promoveu-se que, aquando da mistura do solo com adjuvantes, efectuada posteriormente, o mesmo se encontrará em condições mais propícias para uma homogeneização mais efectiva. Contudo, este não foi o único processo beneficiado com esta acção, uma vez que

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

113 também se proporcionou que os momentos de secagem do solo fossem

efectuados de forma mais rápida.

Neste contexto, e efectuado o destorroamento do solo, este foi espalhado em tabuleiros de aço inoxidável e de seguida foi colocado na câmara climática a uma temperatura de 100 °C durante 24 horas.

Figura 3.18: Solo colocado num tabuleiro para se proceder à sua secagem na câmara

climática.

É de referir que este processo não foi efectuado para o fabrico de provetes sem adjuvantes, bem como para o fabrico de provetes prismáticos com dimensões de 550 × 550 × 200 (mm). No primeiro caso foi apenas adicionada água em quantidade suficiente por forma a obter o teor óptimo de humidade do solo resultante do ensaio de Proctor leve, enquanto que no segundo caso os condicionalismos da quantidade de solo a utilizar em cada provete levaram a que fosse mais produtivo não proceder à sua secagem, mas sim controlar a quantidade de fase líquida a colocar na mistura. O processo de destorroamento do solo para estes provetes também foi efectuado de forma um pouco diferente, tendo sido o solo, um pouco antes de se proceder ao fabrico de cada uma das misturas, espalhado no chão e pisado, e de seguida colocado na misturadora, onde se deixou a misturar durante cerca de cinco minutos.

CAPÍTULO 3

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O solo que é colocado na câmara climática é retirado ao fim das 24 horas, deixando-se o mesmo a arrefecer nos tabuleiros até atingir a temperatura ambiente.

Após este atingir a temperatura ambiente é pesado de forma a ser utilizada apenas a quantidade necessária para o fabrico de cada um dos provetes. Seguindo este objectivo também se procedeu à pesagem da cinza volante e do activador a utilizar em cada mistura para cada um dos provetes, tentando-se desta forma reduzir o desperdício de material.

Figura 3.19: Pesagem de material que compõe a fase sólida de uma mistura.

A entrada dos diferentes constituintes na misturadora foi efectuado de forma a que em primeiro lugar fosse conseguida a homogeneização da fase sólida, ou seja, a homogeneização do solo e da cinza. Neste sentido promoveu-se a mistura destes elementos durante dez minutos a uma baixa velocidade, tentando-se salvaguardar dessa forma a granulometria do solo.

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

115

Figura 3.20: Fase sólida (solo + cinza) de uma mistura homogeneizada.

Após a homogeneização da fase sólida adicionou-se o activador, caracterizado no capítulo anterior, com uma razão de 1/1 (hidróxido de sódio/silicato de sódio), efectuando-se novamente o processo de mistura durante dez minutos com uma baixa velocidade de rotação da misturadora, obtendo-se uma mistura com um aspecto húmido como é possível observar na figura 3.21. O activador tem como principal função nesta fase conferir à mistura características que permitam efectuar a sua moldagem.

CAPÍTULO 3

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Para ser efectuada a análise destas misturas tendo em conta a sua utilização em técnicas de construção em terra, mais propriamente utilizando a técnica de construção em taipa, foram fabricados provetes com as seguintes características:

 Prismáticos 40 × 40 × 160 (mm);

 Cilíndricos 100 × 200 (mm) (diâmetro × comprimento).

A compactação das misturas nos moldes, com o intuito de serem conseguidos os provetes atrás referidos, foi efectuada de forma manual. Assim, para que a moldagem fosse mais fácil, e para garantir uma compactação dos provetes mais homogénea, foram pesadas três porções com igual quantidade, promovendo-se dessa forma a compactação dos provetes em três etapas. Foi, então, colocada a primeira porção no molde e procedeu-se à sua compactação até aproximadamente um terço da altura do mesmo. Após a compactação desta porção efectuou-se a escarificação da parte superior, no sentido de minimizar o efeito de estratificação das diferentes camadas do provete e de promover um melhor rearranjo entre as partículas da porção já compactada e daquela que se segue. Este processo repetiu-se até à compactação das três porções estar efectuada.

Na figura seguinte é possível observar o descrito anteriormente, sendo que, na imagem da esquerda, é apresentada a moldagem de um provete cúbico de dimensões 200 × 200 × 200 (mm) onde foi efectuada a escarificação de uma camada, e na imagem da direita são apresentados provetes prismáticos, com dimensões de 40 × 40 × 160 (mm), dos quais um já se apresenta fabricado, ou seja, já exibe as três porções compactadas, e outro provete apresenta uma das porções após escarificação.

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

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Figura 3.22: Exemplo de moldagem de provetes.

Os provetes, após ser concluído o seu fabrico, são deixados nos respectivos moldes em processo de cura durante 48 horas. Este procedimento tem como objectivo a minimização da microfissuração que poderá ocorrer em processos de desmolde ou de transporte. Ao fim desse tempo foram desmoldados e deixados em condições de temperatura e humidade ambiente até à data em que foram ensaiados. Os ensaios promovidos aos provetes prismáticos 40 × 40 × 160 (mm) foram de flexão e de compressão uniaxial, enquanto que os provetes cilíndricos (100 × 200 (mm) (diâmetro × comprimento)) foram apenas ensaiados à compressão uniaxial.

CAPÍTULO 3

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Figura 3.24: Aspecto de um provete após desmolde.

Como já referido anteriormente, a esta metodologia exceptuam-se os provetes fabricados apenas com solo (GT0), sem beneficiação, que servem como elementos de referência no contexto da análise efectuada, bem como os provetes com dimensões de 550 × 550 × 200 (mm). Estes provetes foram fabricados no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade do Minho.

Os provetes GT0 foram fabricados com o intuito de obter elementos prismáticos (40 × 40 × 160 (mm)) e cilíndricos (100 × 200 (mm) (diâmetro × comprimento)). Neste sentido foi adicionada água ao solo natural de forma a obter uma mistura que apresenta-se o teor de humidade óptimo obtido através do ensaio de compactação leve. Após a moldagem, utilizando compactação manual, os provetes foram colocados em câmara fria durante quinze dias.

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Figura 3.25: Provetes prismáticos GT0 [Fonte: Faria, 2012].

Findo este período, os provetes foram retirados da câmara e foi efectuada a regularização dos topos dos provetes cilíndricos com gesso, num processo que pretendia promover uma distribuição mais homogénea da carga no momento do ensaio, sendo que estes foram submetidos ao ensaio de compressão uniaxial. Também no caso dos provetes cilíndricos em que foi promovida a beneficiação da mistura com cinzas volantes, foi efectuado o processo de regularização dos topos. No que diz respeito aos provetes prismáticos, para além do ensaio já referido, foram submetidos também ao ensaio de resistência à flexão.

CAPÍTULO 3

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Como foi dito, não foram apenas estes os provetes a sofrerem um processo de fabrico distinto da metodologia apresentada. Os provetes prismáticos com dimensões de 550 × 550 × 200 (mm) foram também eles, fruto da sua própria dimensão, fabricados de forma distinta.

Para além do processo de destorroamento do solo ter sido efectuado como já foi descrito anteriormente, também o processo de mistura pode ser apresentado como sendo um pouco diferente pois, após se quantificar e pesar o solo a utilizar em cada um dos provetes, este é colocado na misturadora durante cerca de cinco minutos com uma velocidade de rotação constante. Acabado este procedimento que, como já dito anteriormente, tem por objectivo a desagregação dos torrões que o solo natural apresenta sem danificar a granulometria do mesmo, é colocada a porção de cinza, previamente pesada, e promove-se a homogeneização destes dois materiais, deixando-se os mesmos a misturar durante cerca de dez minutos. Este processo pode ser de certa forma observado na figura 3.27. O resultado desta homogeneização será novamente apelidado de fase sólida, tendo-se em atenção, contudo, que o solo não foi previamente seco, apresentando dessa forma o seu teor de humidade natural.

Promovida a homogeneização da fase sólida foi adicionada a fase líquida, por outras palavras, adicionou-se o activador. Este foi fabricado previamente e foi tida em conta a humidade natural do solo que se estava a utilizar. Após esta adição, deixou-se a mistura a misturar durante 15 minutos.

Figura 3.27: Processo utilizado para obtenção de uma mistura de solo e cinzas activadas

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

121 Concluído o processo de mistura, procedeu-se à moldagem do provete em

questão. Para que fosse possível a compactação do mesmo foram pesadas nove porções, todas elas com o mesmo peso. Estas foram colocadas e compactadas uma a uma, sendo que a compactação de cada uma dessas porções foi efectuada de forma manual, utilizando para o efeito um pilão de madeira. Este processo é ilustrado na figura seguinte, sendo também apresentado um exemplo de um provete fabricado utilizando este processo.

Figura 3.28: Processo de compactação de uma mistura no molde e exemplo de um provete

fabricado [Fonte: Faria, 2012].

O desmolde destes provetes foi efectuado uma hora após a sua moldagem, tendo sido a cura efectuada nas condições de temperatura e humidade ambientes durante 46 dias. Atingida esta idade de cura os provetes foram ensaiados à compressão diagonal.

Utilizando a metodologia que se descreveu ao longo deste ponto foram fabricados os provetes que se apresentam no quadro seguinte:

CAPÍTULO 3

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Quadro 3.5: Quantidade de provetes fabricados por mistura e por dimensões.

MISTURA DIMENSÕES DO PROVETE (mm)

40 × 40 × 160 100 × 200 (D × H) 550 × 550 × 200 GT0 4 5 --- GT3 5 2 1 GT7 5 3 1 GT11 5 2 1 GT15 4 --- ---

Onde D e H são respectivamente o diâmetro e o comprimento do provete.

3.3.2. Metodologia II

Com o intuito de efectuar a análise a determinado tipo de misturas foi necessário executar o fabrico de provetes cilíndricos (70 × 140 (mm) (diâmetro × comprimento)), utilizando para o efeito os moldes expostos na figura seguinte.

Figura 3.29: Moldes (70 × 140 (mm) (diâmetro × comprimento)) utilizados para o fabrico de

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

123 Assim, foram utilizados os processos de destorroamento e de secagem do solo

expostos no ponto anterior, ou seja, o solo natural foi colocado na misturadora a misturar a uma baixa velocidade durante cinco minutos e posteriormente foi colocado na câmara climática a secar, sendo utilizada para o efeito uma temperatura de 100 °C durante 24 horas.

Também o processo de fabrico de provetes foi idêntico ao promovido nesse ponto, contudo as percentagens de cinza volante a serem introduzidas na fase sólida são superiores. É de referir que a quantidade de mistura a ser utilizada em cada provete foi fabricada de forma independente, ou seja, para o fabrico de três provetes da mesma mistura foram elaboradas três misturas com as mesmas características.

Neste sentido foi pesada a quantidade de solo e cinzas volantes necessária para o fabrico de um provete e foram introduzidas no balde da misturadora. Estes materiais, que compõe a fase solida da mistura, são deixados a misturar durante dez minutos a uma baixa velocidade de rotação da misturadora, promovendo-se desta forma a sua homogeneização.

CAPÍTULO 3

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Após este processo estar efectuado é pesado o activador com uma razão 1/2 (silicato de sódio/hidróxido de sódio) e é adicionado à fase sólida. Coloca-se novamente a mistura a homogeneizar na misturadora, deixando este processo decorrer novamente durante 10 minutos. Este processo tem por objectivo a obtenção da melhor homogeneização possível da mistura final.

Figura 3.31: Aspecto de uma mistura final homogeneizada.

Após a mistura estar homogeneiza procede-se ao fabrico dos provetes, sendo, para esse efeito, pesadas três porções com o mesmo peso. Essas porções são colocadas no molde e compactadas de forma independente, com o auxílio de uma prensa mecânica, tal como se representa na figura 3.32.

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

125 Assim, o topo inferior e o corpo do molde são colocados no suporte da prensa.

De seguida é colocada a primeira porção e é efectuada a sua compactação até um terço da altura final do provete, utilizando para esse efeito uma peça metálica maciça sobre a qual se exerce pressão com o auxílio da prensa mecânica. Efectuada a compactação procede-se á escarificação da parte superior da camada, de forma a promover uma melhor ligação entre esta camada e a camada a ser compactada de seguida, reduzindo dessa forma o efeito de estratificação entre camadas. Após a escarificação estar efectuada coloca-se a segunda porção e procede-se novamente à compactação e à escarificação. Por fim coloca-se a terceira porção da mistura no molde e aplica-se o topo superior do mesmo, sobre o qual irá ser exercida a pressão de compactação. Este processo é efectuado até que o topo encoste completamente ao corpo do molde.

Efectuada a compactação o provete é deixado em repouso na prensa durante cerca de cinco minutos, sem que seja retirada a pressão de compactação. Este processo tem por objectivo diminuir a expansão por relaxamento do material imediatamente a seguir à compactação.

Passado este tempo, o molde é desmontado da prensa e são retirados os seus topos. Contudo, o provete permanece no corpo do molde durante 24 horas de forma a que se inicie a cura e sejam minimizados os efeitos devido ao desmolde, mais concretamente o aparecimento de microfissuras devido a este processo. Este é então colocado na câmara húmida, sendo, contudo selados os seus topos com pelicula de celofane, num gesto que pretende minimizar os efeitos provocados pelo meio envolvente, impedindo dessa forma a perda de material ou de teor de humidade de uma forma descontrolada. Esta acção pode ser observada na figura seguinte.

CAPÍTULO 3

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Figura 3.33: Início da cura de um provete ainda inserido no corpo do molde.

Cumpridas as 24 horas os provetes são retirados da câmara húmida e é efectuado o seu desmolde. Para esse efeito é utilizada novamente a prensa mecânica empregue no processo de moldagem.

Após os provetes estarem desmoldados são pesados, numa tentativa de controlar qual a densidade de cada um dos provetes para cada uma das misturas. Estando concluída a pesagem dos provetes, estes são envolvidos em película de celofane (figura 3.34) e são colocados na câmara húmida, a qual apresenta uma temperatura de 21 °C ± 1 °C e uma humidade relativa de 85 % ± 5 %, como é possível observar na figura 3.35, permanecendo na mesma durante todo o tempo de cura a que estiverem sujeitos. A colocação dos provetes na câmara húmida tem por objectivo o controlo das condições de cura a que estão sujeitos, sendo possível promover dessa forma uma cura com características idênticas para todos eles.

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

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Figura 3.34: Provetes em cura na câmara húmida envolvidos em película de celofane.

Figura 3.35: Painel de controlo da câmara húmida, com indicação de temperatura e

humidade que se fazem sentir no interior da mesma.

Cumprido o tempo de cura, os provetes são retirados da camara e é extraída a pelicula que os envolve. De seguida são pesados de forma a ser possível observar qual foi a variação de peso a que estiveram sujeitos devido ao processo de cura. Após estar efectuada a pesagem, os provetes são ensaiados à compressão uniaxial.

CAPÍTULO 3

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Figura 3.36: Exemplo do aspecto dos provetes antes da realização do ensaio.

De forma a ser possível verificar se este método de melhoria de solo realmente apresenta alguns benefícios, foram fabricados provetes onde se utilizou solo e água em quantidade suficiente de forma a conferir àquele o teor de humidade óptimo obtido através do ensaio de compactação.

Nesse sentido foi colocada a quantidade de solo necessária a utilizar no fabrico de um provete na misturadora, sendo logo de seguida adicionada a quantidade de água correspondente. Deixou-se esta mistura em processo de homogeneização na misturadora durante cerca de dez minutos, obtendo-se a mistura homogeneizada que se apresenta na figura seguinte.

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

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Figura 3.37: Exemplo de mistura homogeneizada de solo e água.

A compactação deste tipo de provetes, bem como o processo de cura, foi idêntica à promovida para os provetes de solo melhorado com cinzas volantes, tendo estes sido ensaiados à compressão uniaxial com uma idade de cura de 28 dias. É ainda de referir que, no caso destes provetes, não foi efectuada a regularização dos topos com gesso, como é visível na figura 3.38.

CAPÍTULO 3

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Contudo, tendo como objectivo a avaliação do efeito do activador sobre o solo utilizado neste estudo, foram fabricados provetes utilizando a mesma metodologia aplicada para o fabrico de provetes sem beneficiação. No entanto, a fase líquida utilizada nestes provetes foi composta por activador, com uma razão 1/2 (silicato de sódio/hidróxido de sódio), sendo mantida a percentagem utilizada anteriormente.

Figura 3.39: Aspecto de uma mistura de solo homogeneizado com activador.

Como é visível na figura 3.39, obteve-se uma mistura com um aspecto de solo húmido.

Também neste caso os provetes fabricados foram ensaiados à compressão uniaxial com uma idade de cura de 28 dias.

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

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Figura 3.40: Exemplo de um provete de solo homogeneizado com activador antes do ensaio.

É, ainda, de referir que estes provetes mantinham uma aparência húmida mesmo antes do ensaio, enquanto que os provetes sem qualquer tipo de beneficiação apresentavam uma aparência seca. Estes provetes apresentavam, ainda, uma menor apetência à perda de partículas de solo quando manuseados.

3.3.3. Metodologia III

No sentido de aproximar a metodologia de fabrico dos provetes em laboratório com o que se passará no terreno, foi adoptada a metodologia que se expõe ao longo deste ponto.

Assim, foram fabricados provetes com as características das misturas GJG1, GJG2, GJG4, GJG7, GJG8 e GJG10. No fabrico desses provetes foi utilizado solo que sofreu o tratamento (destorroamento e secagem) já enunciado ao longo deste texto. Este é pesado de forma a ser utilizada apenas a quantidade necessária para se proceder ao fabrico de um provete em cada acção de homogeneização, sendo posteriormente colocado no balde da misturadora.

CAPÍTULO 3

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Figura 3.41: Quantidade de solo utilizado para fabrico de uma mistura.

De seguida procede-se à pesagem da quantidade necessária de cinzas volantes e de activador na razão 1/2 (silicato de sódio/hidróxido de sódio) para fabrico de um provete. Concluída esta acção, o activador é vertido no recipiente que contém as cinzas e procede-se à sua homogeneização de forma manual, com o auxílio de uma espátula, durante aproximadamente cinco minutos, de forma a se obter uma calda de cinzas activadas alcalinamente o mais homogénea possível. O fruto desta homogeneização pode ser observado na figura que se segue.

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

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Figura 3.42: Exemplo de uma calda de cinzas volantes activadas alcalinamente com processo

de homogeneização manual.

Efectuada a homogeneização da calda, esta é colocada no balde da misturadora, que já contém o solo, e deixa-se a mesma a misturar durante dez minutos de forma a ser conseguida a melhor homogeneização possível do solo com a calda pré-fabricada.

Após a homogeneização da mistura estar concluída, procede-se à moldagem do provete, utilizando para o efeito o mesmo método já descrito no ponto 3.3.2.. Também o processo de desmolde dos provetes obtidos por esta metodologia e o método de cura utilizado é idêntico ao descrito nesse ponto. Assim, utilizando a metodologia descrita, foi possível obter provetes como os apresentados na figura seguinte, que, atingida a idade de cura de 28 dias, foram ensaiados à compressão uniaxial.

CAPÍTULO 3

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Figura 3.43: Exemplo de provetes obtidos por melhoria de solo através da introdução de uma

calda previamente preparada de cinzas volantes activadas alcalinamente.

3.3.4. Metodologia IV

Esta metodologia foi utilizada no sentido de ser possível fabricar provetes de calda de cinzas volantes da classe F activadas alcalinamente.

Assim, foi pesada a quantidade necessária de cinzas volantes e de activador (na razão 1/2 (silicato de sódio/hidróxido de sódio)) para se proceder ao fabrico de cada um dos provetes. Após a pesagem, as cinzas foram colocadas