Blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado

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Blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de

milho tratado

Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil

Elisabete Cristina Cruz Silva

Orientadores

Jorge Tiago Queirós da Silva Pinto

Jorge de Jesus Pereira Faustino

Composição do Júri:

________________________________________________________________

Vila Real, 2013

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Dissertação submetida à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, realizada sob orientação científica do Professor Doutor Jorge Tiago Queirós da Silva Pinto, Professor Auxiliar, e do Professor Jorge de Jesus Pereira Faustino, Professor Convidado, ambos do Departamento de Engenharias, da Escola de Ciências e Tecnologia da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, de acordo com o disposto no Decreto-Lei 107/2008, de 25 de Junho.

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AGRADECIMENTOS

À Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro por me ter permitido realizar esta Dissertação de Mestrado.

Ao meu orientador, Professor Doutor Jorge Tiago Queirós da Silva Pinto pelo acompanhamento, disponibilidade, orientação, incentivo, transmissão de conhecimentos, pelo espirito critico, pela frontalidade e pelo rigor, na realização deste trabalho de investigação.

Ao meu coorientador, Professor Jorge de Jesus Pereira Faustino, pelas sugestões e acompanhamento prestados, pela transmissão de conhecimentos, pelo espirito critico, pela frontalidade e principalmente por ter proporcionado todos os meios necessários à realização do ensaio da determinação do potencial acústico dos blocos.

À Professora Doutora Sandra Cristina Alves Pereira da Silva Cunha, diretora do Departamento de Engenharia Civil e ao Professor Doutor Nuno Miguel Cordeiro Cristelo, responsável pelo Laboratório de Materiais e Solos da UTAD, pela autorização da utilização destas instalações.

Aos colegas Edgar Soares, Mónica Dias e Ernesto Lucas, ao Sr. Xavier e ao Pedro pela ajuda, pelos concelhos, sugestões e transmissão de conhecimentos na realização do trabalho experimental desenvolvido em laboratório. Ao colega Hugo Silva pela ajuda prestada ao longo de todo o trabalho, pelo incentivo, pelas sugestões e transmissão de conhecimentos.

Ao Departamento de Ciências Florestais por me ceder as instalações e o equipamento apropriado para a granulação dos caroços e ao Sr. Armindo Teixeira pela ajuda e o apoio prestado.

À Unidade de Microscopia Eletrónica, em particular, à Senhora Doutora Lisete Fernandes, pelo tempo dispensado na realização de ensaios.

Ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro, em particular ao Professor Humberto Varum, ao Doutor Paulo Antunes e ao Bruno Lobo pela ajuda prestada ao longo do ensaio de monitorização da secagem natural dos betões leves.

À empresa Betão do Marão por ter disponibilizado todos os meios necessários para o fabrico dos blocos.

A todas as pessoas que me cederam os caroços, sem elas não seria possível realizar este trabalho de investigação.

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A toda a minha família, em especial às minhas tias, à minha mãe e à minha avó, por todo o carinho, pelos valores transmitidos, pelo apoio e confiança prestados ao longo de toda a minha vida pessoal e académica, sem eles nada disto seria possível. Quero agradecer também pela ajuda que me deram durante o processo de recolha dos caroços e pela paciência que tiveram comigo, principalmente nos últimos meses.

Ao meu namorado pelo apoio, pela ajuda e pelo incentivo prestados nos momentos mais críticos e pelo companheirismo nos bons e nos maus momentos da minha vida.

Nunca esquecerei o que fizeram por mim! A todos, o meu sincero agradecimento!

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RESUMO

O caroço da espiga de milho não é geralmente aproveitado. Estudos recentes sugerem que o caroço da espiga de milho pode ter propriedades materiais análogas às da argila expandida, nomeadamente microestrutura e leveza. A argila é um produto natural, esta passa a ser um material artificial porque resulta de um processo de cozedura. O consumo energético inerente ao processo de fabrico da argila expandida é um indicador que desfavorece o cariz de sustentabilidade deste material de construção. Paralelamente, sendo o caroço da espiga de milho um resíduo agrícola é normalmente necessário proceder à sua queima e, que por sua vez, produz emissões de CO2 para a atmosfera. Em prol do ambiente, pretendeu-se fazer um estudo que visa a aplicação do caroço de espiga de milho como matéria-prima na produção de blocos de betão leve, substituindo assim a argila expandida. No entanto, o granulado de caroço de espiga de milho apresenta algumas desvantagens, tais como uma elevada capacidade de absorção de água e uma baixa massa volúmica quando comparado com a argila expandida. Com esta Dissertação de Mestrado pretendeu-se encontrar soluções que atenuassem estas limitações, envolvendo o granulado (caroço de espiga de milho triturado) em produtos (calda de cimento, resinas, etc) e usando técnicas diferentes. Estudaram-se diferentes composições para o fabrico de provetes cúbicos de betão leve à base de granulado tratado e à base de argila expandida (provetes de referência) e estudaram-se algumas características físicas e mecânicas dos mesmos, não tendo havido diferenças substanciais nos resultados. Após se atingir um conhecimento técnico adequado passou-se para o fabrico de blocos de betão leve à base de granulado tratado. De igual modo, estudaram-se algumas características físicas e mecânicas, verificando-se que os resultados não divergem muito dos obtidos para os blocos de betão leve à base de argila expandida (blocos de referência). Também se procedeu a uma avaliação do potencial de isolamento sonoro a sons aéreos dos blocos de betão leve à base de granulado tratado e estabeleceu-se uma comparação com os blocos de betão leve à base de argila expandida, concluindo-se que os blocos de betão leve à base de granulado tratado apresentam um potencial de isolamento sonoro superior ao dos blocos de referência. Por fim, também se realizou um estudo da viabilidade económica dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho propostos, em que se verificou que em termos de custos estes blocos podem ser mais dispendiosos do que os blocos correntes, mas que em termos de preço de venda, podem ser competitivos.

Palavras-chave: caroço da espiga de milho, agregado leve, argila expandida, betão leve, blocos

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ABSTRACT

Corn cob is mainly treated as an agricultural waste. Recent studies have suggested that this organic material may have some similar material properties of expanded clay, in particular, in terms of microstructure and mass. Clay is a natural material. In contrast, expanded clay is an industrialized product which requires energy consumption. Meanwhile, since corn cob is an agricultural waste it requires to be burnt and, therefore, there is an implicit amount of emission of CO2 into the atmosphere. In order to contribute for a better environment, this research study intends to explore the potential of corn cob as an alternative solution of a light weight aggregate for the production of light weight block of concrete. Taking into account that granulate of corn cob has some material limitations such as an expressive water absorption and a low density, this research work also intends to propose an adequate treatment process of this material. Different light weight concretes were studied which had alternative light weight aggregates (i.e. granulate of corn cob and expanded clay) and alternative compositions. Meanwhile, different light weight concrete blocks were also studied. It was concluded that there are interesting material similarities between these building materials when it is considered granulate of corn cob and expanded clay as light weight aggregates. The material property study also included the sound insulation capacity evaluation of real treated granulate corn cob concrete block masonries. It was verified that this building component has a sound insulation ability similar to the common type building solutions. A manufacturing cost assessment of the proposed light weight concrete blocks was also done and the obtained results indicate that this product may be slightly costly. However, interesting market expectative may still exist concerning this product.

Keywords: corn cob, light weight aggregate, expanded clay, light weight concrete, light weight

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ÍNDICE DE TEXTO

AGRADECIMENTOS………..………i RESUMO………iii ABSTRACT………...v ÍNDICE DE TEXTO………..vii ÍNDICE DE FIGURAS………...xi ÍNDICE DE TABELAS………xix 1 - Introdução………3 1.1 - Enquadramento………...…………3 1.2 - Objetivos……….6 1.3 - Metodologia………..…..8 1.4 - Organização do trabalho……….9

2 Blocos de betão leve: propriedades e aplicações ... 15

2.1 - Objetivos………...15 2.2 - Introdução……….15 2.3 - A argila expandida………15 2.4 - O betão leve………..16 2.5 - Enquadramento normativo………19 2.6 - Considerações finais……….20

3 - O granulado de caroço de espiga de milho ... 25

3.1 - Objetivos………..……….25

3.2 - Introdução………...…..25

3.3 - A espiga de milho……….26

3.4 - Processo de granulação dos caroços de espiga de milho………..28

3.5 - Proposta de um processo de secagem do granulado simples………30

3.5.1 - Análise de SEM………...33

3.6 - Curvas granulométricas do granulado simples……….36

3.7 - Massa volúmica, teor de absorção de água e baridade do granulado de caroço de espiga de milho………...39

3.7.1 - Casos de estudo………..39

3.7.2 - Determinação da massa volúmica e do teor de absorção de água………..40

3.7.2.1 - Procedimento de ensaio………...40

3.7.2.2 – Apresentação de resultados……….43

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viii

3.7.2.2.2 - Caso 2 – Granulado envolto num repelente do tipo Sikagard-700S……….44

3.7.3 - Baridade do granulado de caroço de espiga de milho simples………...46

3.8 - Considerações finais……….48

4 - Estudo do tratamento prévio a ter com o granulado de caroço da espiga de milho ... 53

4.1 - Objetivos………...53

4.2 - Introdução……….53

4.3 - Granulado envolto numa calda de cimento………..54

4.3.1 - Procedimento 1………...55

4.4 - Granulometria do granulado tratado e da argila expandida………..62

4.5 - Massa volúmica, teor de absorção de água e baridade do granulado tratado………...65

4.5.1 - Massa volúmica e teor de absorção de água do granulado tratado………65

4.5.1.1 - Procedimento de ensaio………...65

4.5.1.2 – Apresentação de resultados……….65

4.6 - Baridade do granulado tratado………..66

4.7 - Considerações finais……….67

5 - Betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 73

5.1 - Objetivos………...73 5.2 - Introdução……….73 5.3 - Trabalhos preliminares……….74 5.3.1 - Composições 1 e 2……….74 5.3.1.1 - Metodologia……….75 5.3.1.1.1 - Provete cúbico 1………77 5.3.1.1.2 - Provete cúbico 2………78 5.3.1.1.3 - Provete cúbico 3………79 5.3.1.1.4 - Provete cúbico 4………80 5.3.1.1.5 - Provetes cúbicos 5 e 6………...81

5.3.1.2 - Massa volúmica do betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado…82 5.3.1.3 - Capacidade resistente à compressão dos Provetes cúbicos 1 e 2………82

5.3.2 - Composições 3, 4, 5 e 6……….84

5.3.2.1 - Metodologia……….84

5.4 - Provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado e à base de argila expandida……….87

5.5 - Algumas propriedades físicas e mecânicas dos provetes cúbicos………90

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5.5.2.1 - Apresentação de resultados……….94

5.5.3 - Ensaio de envelhecimento artificial acelerado dos provetes cúbicos de betão leve………….102

5.5.3.1 - Equipamento utilizado………...102

5.5.3.2 - Ciclo calor/chuva/frio………103

5.5.3.3 - Procedimento de ensaio……….104

5.5.3.4 - Inspeção visual dos provetes……….106

5.5.4 - Ensaio de resistência à compressão………..108

5.5.4.3 - Apresentação de resultados………...110

5.5.4.3.1 - Provetes intactos……….110

5.5.4.3.2 - Provetes envelhecidos……….115

5.5.4.4 - Análise do estado do granulado tratado e da argila expandida após o ensaio………...118

5.5.5 - Ensaio de monitorização do processo de secagem natural dos betões leves………120

5.6 - Considerações finais………...125

6 - Blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 133

6.1 - Objetivos……….133

6.2 - Introdução………...133

6.3 - Composições utilizadas no fabrico dos blocos de betão leve – Composição 3 e Composição 4………133

6.3.1 - Fabrico dos blocos de betão leve à base de granulado tratado……….134

6.4 - Características físicas e mecânicas dos blocos………...136

6.4.1 - Análise geométrica e dimensional dos blocos de betão leve………...136

6.4.2 - Massa volúmica aparente seca dos blocos de betão leve……….138

6.4.3 Ensaio do teor de absorção de água por capilaridade dos blocos de betão leve……….142

6.4.4 - Ensaio de envelhecimento artificial acelerado dos blocos de betão leve………...……..145

6.4.4.1 - Inspeção visual dos blocos de betão leve………..146

6.4.5 - Ensaio de resistência à compressão dos blocos de betão leve……….150

6.4.5.2.1 - Blocos intactos………152

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x

6.4.5.3 - Análise do estado do granulado tratado e da argila expandida após o ensaio………...159

7 – Avaliação do potencial de isolamento sonoro a sons aéreos dos blocos de betão leve à base de granulado tratado ... 169

7.3 - Equipamento do ensaio acústico……….170

7.4 - Sala de ensaios acústicos………170

7.5 - Procedimento do ensaio acústico………171

7.6 - Apresentação de resultados……….177

7.7 - Comparação do isolamento sonoro entre os blocos de betão leve de granulado de caroço de espiga de milho tratado (Blocos G) e outros blocos de betão leve correntes………...179

7.8 - Considerações finais………..…….181

8 - Estudo da viabilidade económica dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 187

8.3 - Estudo da viabilidade económica dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado……….188

8.3.1 - Blocos G………...189

8.3.2 - Blocos L………...191

9 - Conclusões e trabalhos futuros ... 197

9.1 - Conclusões………..197

9.2 - Trabalhos futuros………209

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1: Argila expandida ... 16

Figura 2.2: Aspeto interior relativo à porosidade da argila expandida ... 16

Figura 2.3: Cúpula do Panteão de Roma [11] ... 17

Figura 2.4: Pala da cobertura do Pavilhão de Portugal (Fonte: Motor de busca Google) ... 17

Figura 2.5: Ponte 25 de Abril (Fonte: Motor de busca Google) ... 18

Figura 3.1: Planta do milho (Fonte: Motor de busca Google) ... 26

Figura 3.2: Espiga de milho, grão de milho e o caroço de espiga de milho ... 27

Figura 3.3: Moinho picador ... 29

Figura 3.4: Crivos utilizados e granulado resultante ... 30

Figura 3.5: Mufla utilizada para secagem do granulado simples ... 31

Figura 3.6: Processo de secagem em mufla a uma temperatura constante de 60ºC ... 32

Figura 3.7: Processo de secagem em mufla a uma temperatura constante de 110ºC ... 32

Figura 3.8: Microscópio de Varrimento Eletrónico [8] ... 33

Figura 3.9: Amostras utilizadas para determinar a temperatura adequada de secagem ... 34

Figura 3.10: Microestrutura da amostra seca a uma temperatura de 60ºC ... 34

Figura 3.11: Microestrutura da amostra seca a uma temperatura de110ºC ... 34

Figura 3.12: Microestrutura da argila expandida, do granulado de cortiça, do EPS e do XPS [6-7] .... 35

Figura 3.13: Amostra (Crivo de 10 mm) ... 36

Figura 3.14: Câmara climática ... 36

Figura 3.15: Peneiros usados na análise granulométrica ... 37

Figura 3.16: Abertura da malha dos peneiros [8] ... 37

Figura 3.17: Curva granulométrica referente ao granulado proveniente do crivo de 2 mm ... 37

Figura 3.20: Sobreposição das curvas granulométricas ... 38

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xii

Figura 3.22: Picnómetro, funil e grelha ... 40

Figura 3.23: Mufla ... 41

Figura 3.24: Pesagem do picnómetro, do funil e da grelha (conjunto) ... 41

Figura 3.25: Pesagem do conjunto com uma das amostras ... 41

Figura 3.26: Conjunto em banho-maria ... 42

Figura 3.27: Conjunto após 24 horas em “banho-maria” ... 42

Figura 3.28: Remoção da água superficial com um pano absorvente ... 43

Figura 3.29: Relação entre hi e di do recipiente metálico ... 47

Figura 3.30: Enchimento do recipiente metálico com granulado simples ... 47

Figura 4.1: Percentagem de material fabricado em termos granulométricos e de desperdício [1] ... 55

Figura 4.2: Preparação da mistura referente ao Procedimento 1 ... 55

Figura 4.3: Procedimento 1 no início da secagem ... 56

Figura 4.4: Procedimento 1 após secagem (7 dias de idade) ... 56

Figura 4.5: Grãos unidos entre si após secagem, relativos ao Procedimento 1 ... 57

Figura 4.6: Sistema de rede ... 57

Figura 4.7: Passagem da mistura pelo crivo ... 57

Figura 4.8: Procedimento 2 no início do processo de secagem ... 58

Figura 4.10: Grãos unidos entre si após secagem, relativos ao Procedimento 2 ... 58

Figura 4.11: Crivo posicionado na vertical ... 59

Figura 4.12: Separação dos grãos ao longo da secagem com auxílio de uma batedeira convencional . 59 Figura 4.13: Procedimento 3 no início da secagem ... 60

Figura 4.15: Grãos soltos após secagem, relativos ao Procedimento 3 ... 60

Figura 4.16: Sikalatex® [20] ... 61

Figura 4.17: Mistura referente ao Procedimento 4 ... 61

Figura 4.19: Curva granulométrica da argila expandida ... 63

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Figura 5.1: Bloco de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado [1] ... 75

Figura 5.2: Uma zona do bloco com grande concentração de granulado [1] ... 75

Figura 5.3: Misturadora utilizada no processo de mistura ... 75

Figura 5.4: Molde metálico ... 76

Figura 5.5: Molde plástico ... 76

Figura 5.6: Produto descofrante utilizado ... 76

Figura 5.7: Mesa vibratória ... 76

Figura 5.8: Cubo de aço utilizado no processo de compactação ... 76

Figura 5.9: Provete cúbico 1 de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado 78 Figura 5.10: Provete cúbico 2 de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 79

Figura 5.11: Provete cúbico 3 de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 80

Figura 5.12: Provete cúbico 4 de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 80

Figura 5.13: Provete cúbico 5 ... 81

Figura 5.14: Provete cúbico 6 ... 81

Figura 5.15: Prensa de compressão e Provete cúbico 1 ... 83

Figura 5.16: Provetes cúbicos de betão leve referentes às composições enunciadas ... 86

Figura 5.17: Betoneira utilizada no fabrico dos provetes cúbicos... 88

Figura 5.18: Pelicula de plástico grosso aplicada nas faces interiores dos moldes ... 88

Figura 5.19: Provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 89

Figura 5.20: Provetes cúbicos de betão leve à base de argila expandida ... 89

Figura 5.21: Variação da massa ao longo dos 28 dias de secagem natural ... 92

Figura 5.22: Provetes cúbicos usados no ensaio de absorção de água por capilaridade ... 93

Figura 5.23: Recipiente metálico, suportes plásticos e provetes cúbicos, na fase inicial do ensaio... 94

Figura 5.24: Secagem superficial do provete ... 94

(18)

xiv

Figura 5.26: Absorção de água por capilaridade dos provetes cúbicos de betão leve à base de

granulado de caroço de espiga de milho tratado, em função do tempo ... 97

Figura 5.27: Absorção de água por capilaridade dos provetes de betão leve à base de argila expandida, em função do tempo ... 97

Figura 5.28: Sobreposição das curvas de absorção de água por capilaridade dos provetes dos dois tipos de betão leve ... 98

Figura 5.29: Coeficientes de absorção de água por capilaridade (S) – Provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 99

Figura 5.30: Coeficientes de absorção de água por capilaridade (S) – Provetes cúbicos de betão leve à base de argila expandida ... 100

Figura 5.31: Qualidade do betão em função do coeficiente de absorção (S) [25] ... 102

Figura 5.32: Câmara climática com um ecrã tátil incorporado ... 102

Figura 5.33: Um ciclo calor/chuva/frio ... 103

Figura 5.34: Dez ciclos calor/chuva/frio ... 104

Figura 5.35: Colocação dos provetes na câmara climática ... 105

Figura 5.36: Provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 105

Figura 5.37: Provetes cúbicos de betão leve à base de argila expandida ... 105

Figura 5.38: Submersão dos provetes em água, Fase 2 do ensaio ... 106

Figura 5.39: Evolução da inspeção visual dos provetes ... 107

Figura 5.40: Provetes de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado após ensaio ... 108

Figura 5.41: Provetes de betão leve à base de argila expandida após ensaio ... 108

Figura 5.42: Sistema hidráulico de ensaio ... 109

Figura 5.43: Balança digital... 109

Figura 5.44: Placa de aço ... 110

Figura 5.45: Modos de rotura à compressão dos provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado aos 7 dias de idade ... 110

Figura 5.46: Modos de rotura à compressão dos provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado aos 28 dias de idade ... 110

(19)

expandida aos 7 dias de idade ... 111

Figura 5.48: Modos de rotura à compressão dos provetes cúbicos de betão leve à base de argila expandida aos 28 dias de idade ... 111

Figura 5.49: Modos de roturas à compressão espectáveis de provetes cúbicos de betão segundo [23] ... 111

Figura 5.50: Diagramas Força/Deslocamento dos betões leves à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado, aos 7, 14 e 28 dias, respetivamente ... 112

Figura 5.51: Diagramas Força/Deslocamento dos betões leves à base de argila expandida, aos 7, 14 e 28 dias, respetivamente ... 113

Figura 5.52: Evolução da resistência à compressão dos provetes de betão leve ao longo do processo de secagem ... 115

Figura 5.53: Modos de rotura à compressão dos provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado envelhecidos ... 115

Figura 5.54:Modos de rotura dos provetes cúbicos de betão leve à base de argila expandida envelhecidos ... 116

Figura 5.55: Diagramas Força/Deslocamento dos betões leves envelhecidos à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado e à base de argila expandida ... 116

Figura 5.56: Resistência à compressão média (fc,m) dos provetes intactos e dos provetes envelhecidos de betão leve à base de argila expandida e à base de granulado tratado ... 117

Figura 5.57: Superfície de rotura dos provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 119

Figura 5.58: Superfície de rotura dos provetes de betão leve à base de argila expandida ... 120

Figura 5.59: Equipamento utilizado no ensaio de monitorização da secagem dos betões leves ... 121

Figura 5.60: Provetes de betão leve com os sensores de humidade instalados no seu interior e respetivo sistema de aquisição de dados em funcionamento ... 122

Figura 5.61: Perda de humidade ao longo do tempo ... 123

Figura 6.1: Sistema industrial de fabrico de blocos de betão ... 134

Figura 6.2: Sistema de moldagem ... 135

Figura 6.3: Blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 135

Figura 6.4: Equipamento móvel de transporte ... 135

(20)

xvi

Figura 6.6: Bloco de betão leve à base de argila expandida - orientação das medidas [30] ... 136

Figura 6.7: Massa volúmica dos Blocos A, L e G (44 dias de idade)... 141

Figura 6.8: Pesagem dos blocos numa balança digital ... 142

Figura 6.9: Recipiente metálico com suportes plásticos ... 142

Figura 6.10: Valor médio do coeficiente de absorção de água dos Blocos A, L e G ... 145

Figura 6.11: Blocos de betão leve sujeitos ao ensaio de envelhecimento artificial acelerado ... 146

Figura 6.12: Evolução da inspeção visual dos blocos ... 146

Figura 6.13: Blocos tipo A após ensaio de envelhecimento artificial acelerado ... 147

Figura 6.14: Blocos tipo L após ensaio de envelhecimento artificial acelerado ... 147

Figura 6.15: Blocos tipo G após ensaio de envelhecimento artificial acelerado ... 148

Figura 6.16: Variação da massa dos Blocos tipo A ao longo do tempo até massa constante após secagem ... 149

Figura 6.17: Variação da massa dos Blocos tipo L ao longo do tempo até massa constante após secagem ... 149

Figura 6.18: Variação da massa dos Blocos tipo G ao longo do tempo até massa constante após secagem ... 149

Figura 6.19: Placa de aço ... 151

Figura 6.20: Modos de rotura à compressão dos blocos de betão leve do tipo L ... 152

Figura 6.21: Modos de rotura à compressão dos blocos de betão leve do tipo G ... 152

Figura 6.22: Modos de rotura à compressão dos blocos de betão leve do tipo A ... 152

Figura 6.23: Diagramas Força/Deslocamento dos blocos de betão leve do tipo L, G e A, aos 50 dias de idade ... 153

Figura 6.24: Parede de alvenaria ... 155

Figura 6.25: Blocos envelhecidos após ensaio de resistência à compressão ... 156

Figura 6.26: Diagramas Força/Deslocamento dos blocos de betão leve do tipo L, G e A envelhecidos ... 157

Figura 6.27: Resistência de compressão média dos blocos intactos e dos blocos envelhecidos ... 159

Figura 6.28: Blocos de betão à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado (Blocos L) . 160 Figura 6.29: Blocos de betão à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado (Blocos G) 161 Figura 6.30: Blocos de betão leve à base de argila expandida (Blocos A) ... 161

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Figura 7.2: Fonte sonora omnidirecional ... 170 Figura 7.3: Compartimentos de ensaio e respetiva “parede aberta” ... 170 Figura 7.4: Sistema construtivo aplicado com gesso cartonado ... 171 Figura 7.5: “Parede aberta” preenchida com o sistema construtivo de gesso cartonado e com blocos de betão leve ... 172 Figura 7.6: Dimensões da parede composta ... 172 Figura 7.7: “Parede aberta” preenchida exclusivamente com placas de gesso cartonado (Pladur®_{) ... 172} Figura 7.8: Placas de aglomerado negro de cortiça, lã de rocha e silicone utilizados no assentamento dos blocos ... 173 Figura 7.9: Aspeto da parede antes de iniciar o assentamento dos blocos de betão leve ... 173 Figura 7.10: Assentamento da primeira fiada de blocos de betão leve do tipo A ... 173 Figura 7.11: Assentamento dos blocos de betão leve recorrendo a placas de aglomerado negro de cortiça ... 174 Figura 7.12: Aspeto da amostra de parede de alvenaria após assentamento dos blocos de betão leve do tipo A ... 174 Figura 7.13: Aplicação de silicone branco à amostra de parede de alvenaria de blocos de betão leve do tipo A ... 174 Figura 7.14: Aspeto final da amostra de parede de alvenaria de blocos de betão leve do tipo A para ensaio acústico ... 174 Figura 7.15: Aspeto final da amostra de parede de alvenaria de blocos de betão leve do tipo L para ensaio acústico ... 174 Figura 7.16: Aspeto final da amostra de parede de alvenaria de blocos de betão leve do tipo G para ensaio acústico ... 174 Figura 7.17: Aspeto final da amostra de parede de alvenaria de blocos de betão leve no compartimento emissor – Caso 1 ... 175 Figura 7.18: Aspeto final da amostra de parede de alvenaria de blocos de betão leve no compartimento emissor – Caso 2 ... 175 Figura 7.19: Fonte sonora e sonómetro nos respetivos compartimentos ... 176 Figura 7.20: Posições do sonómetro e da fonte sonora ... 176 Figura 7.21: Isolamento sonoro, DnT,w, em função da frequência relativo aos Blocos A, L e G – Caso 1 ... 177

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xviii

Figura 7.22: Isolamento sonoro, DnT,w, em função da frequência relativo aos Blocos A, L e G – Caso 2 ... 178 Figura 7.23: Isolamento sonoro, DnT,w, dos Blocos A, L e G – Caso 1 ... 178 Figura 7.24: Isolamento sonoro, DnT,w, dos Blocos A, L e G – Caso 2 ... 179 Figura 7.25: Alguns tipos de blocos de betão leve à base de argila expandida e respetivas

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ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 2.1: Classificação do betão segundo a NP EN 206-1 [13]... 20 Tabela 2.2: Classificação dos betões leves de acordo com a NP EN 206-1 [13] ... 20 Tabela 3.1: Secagem do granulado em mufla a uma temperatura constante de 60ºC ... 31 Tabela 3.2: Secagem do granulado em mufla a uma temperatura constante de 110ºC ... 32 Tabela 3.3: Percentagem de finos ... 39 Tabela 3.4: Massa volúmica e teor de absorção de água após 24 horas – Caso 1 ... 44 Tabela 3.5: Massa volúmica e teor de absorção de água após 7 dias – Caso 1 ... 44 Tabela 3.6: Massa volúmica e teor de absorção de água após 24 horas – Caso 2 ... 44 Tabela 3.7: Classificação do agregado quanto à baridade e principais aplicações do betão com ele fabricado [19] ... 46 Tabela 3.8: Baridade do granulado de caroço de espiga de milho simples ... 48 Tabela 4.1: Percentagem de finos ... 64 Tabela 4.2: Massa volúmica e teor de absorção de água do granulado tratado após 24 horas ... 66 Tabela 4.3: Baridade do granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 66 Tabela 5.1: Materiais utilizados no fabrico de 14 blocos e respetivas quantidades [1] ... 74 Tabela 5.2: Composição 1 – Blocos de betão leve ... 77 Tabela 5.3: Composição 1 - Provete cúbico de betão leve ... 77 Tabela 5.4: Composição 2 – Provete cúbico de betão leve ... 78 Tabela 5.5: Massa volúmica (ρ) dos provetes cúbicos ... 82 Tabela 5.6: Tensão de rotura à compressão (fc) ... 83 Tabela 5.7: Composição 3 – Blocos e provetes cúbicos de betão leve ... 85 Tabela 5.8: Composições estudadas (Composições 4, 5 e 6) – Provetes cúbicos de betão leve ... 85 Tabela 5.9: Massa volúmica (ρ) dos provetes cúbicos ... 87 Tabela 5.10: Tensão de rotura à compressão (fc) ... 87 Tabela 5.11: Massa volúmica dos provetes de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado aos 3 e 7 dias de idades, respetivamente ... 90

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xx

Tabela 5.12: Massa volúmica dos provetes de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado aos 14 e 28 dias de idades, respetivamente ... 91 Tabela 5.13: Massa volúmica dos provetes de betão leve à base de argila expandida aos 3 e 7 dias de idades, respetivamente ... 91 Tabela 5.14: Massa volúmica dos provetes de betão leve à base de argila expandida aos 14 e 28 dias de idades, respetivamente ... 91 Tabela 5.15: Massa dos provetes (g), em cada instante de tempo – Provetes de betão leve à base de granulado tratado ... 95 Tabela 5.16: Massa dos provetes (g), em cada instante de tempo – Provetes de betão leve à base de argila expandida ... 95 Tabela 5.17: Absorção de água por capilaridade para as diferentes idades de ensaio – Provetes de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 96 Tabela 5.18: Absorção de água por capilaridade para as diferentes idades de ensaio – Provetes de betão leve à base de argila expandida ... 96 Tabela 5.19: Equações e coeficientes de correlação linear - Provetes de betão leve à base de granulado tratado ... 99 Tabela 5.20: Coeficiente de absorção de água por capilaridade (S) dos provetes de betão leve à base de granulado tratado ... 99 Tabela 5.21: Equações e coeficientes de correlação linear - Provetes de betão leve à base de argila expandida ... 100 Tabela 5.22: Coeficiente de absorção de água por capilaridade (S) dos provetes de betão leve à base de argila expandida ... 101 Tabela 5.23: Constituição do ciclo calor/chuva/frio ... 103 Tabela 5.24: Resistência à compressão (fc) e força máxima (Fmax) dos provetes de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado ... 113 Tabela 5.25: Resistência à compressão (fc) e força máxima (Fmax) dos provetes de betão leve à base de argila expandida ... 114 Tabela 5.26: Resistência à compressão (fc) dos provetes de betão leve envelhecidos à base de

granulado tratado e à base de argila expandida, respetivamente ... 116 Tabela 5.27: Algumas propriedades materiais dos betões leves à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado e à base de argila expandida ... 125 Tabela 6.1: Composições utilizadas no fabrico dos blocos de betão leve ... 134 Tabela 6.2: Características dimensionais descritas em [30] ... 136

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Tabela 6.4: Características dimensionais e geométricas dos Blocos L ... 137 Tabela 6.5: Características dimensionais e geométricas dos Blocos G ... 138 Tabela 6.6: Massa volúmica dos Blocos A, aos 44 dias de idade ... 139 Tabela 6.7: Massa volúmica dos Blocos L, aos 44 dias de idade ... 140 Tabela 6.8: Massa volúmica dos Blocos G, aos 44 dias de idade ... 140 Tabela 6.9: Coeficiente de absorção de água por capilaridade (Cw,s) dos Blocos A ... 143 Tabela 6.10: Coeficiente de absorção de água por capilaridade (Cw,s) dos Blocos L ... 144 Tabela 6.11: Coeficiente de absorção de água por capilaridade (Cw,s) dos Blocos G ... 144 Tabela 6.12: Resistência à compressão (fc) dos Blocos L e G, à idade de 50 dias ... 154 Tabela 6.13: Resistência à compressão (fc) dos Blocos A, à idade de 50 dias ... 154 Tabela 6.14: Resistência à compressão (fc) dos Blocos L e G após ensaio de envelhecimento artificial acelerado ... 157 Tabela 6.15: Resistência à compressão (fc) dos Blocos A após ensaio de envelhecimento artificial acelerado ... 158 Tabela 7.1: Isolamento sonoro, DnT,w, dos Blocos A, L e G, com e sem revestimento ... 178 Tabela 7.2: Algumas propriedades materiais dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado e à base de argila expandida ... 181 Tabela 8.1: Custo do granulado simples e custo de granulação para um bloco do tipo G ... 189 Tabela 8.2: Custos relativos ao processo de envolvência do granulado simples para um bloco do tipo G ... 189 Tabela 8.3: Custo total de um bloco do tipo G ... 190 Tabela 8.4: Custo total de um bloco do tipo A (bloco de referência) ... 190 Tabela 8.5: Custo do granulado simples e custo de granulação para um bloco do tipo L... 191 Tabela 8.6: Custos relativos ao processo de envolvência do granulado simples para um bloco do tipo L ... 191 Tabela 8.7: Custo total de um bloco do tipo L ... 192

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CAPÍTULO 1

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1 - Introdução

1.1 - Enquadramento

O presente trabalho de investigação surge no âmbito de um outro trabalho de investigação realizado recentemente [1], na Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, e cujo principal objetivo foi a proposta de fabrico de blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho embebido numa calda de cimento.

Segundo [2], no contexto agrícola nacional, o milho constitui a mais importante cultura arvense, e é, destacadamente, a que mais explorações agrícolas envolve. Estima-se que o número de explorações agrícolas seja superior a 80000 unidades produtivas, ocupando cerca de 170000 hectares de área cultivada, de Norte a Sul de Portugal continental. A cultura do milho gera importantes contributos para a vitalidade da economia regional e da economia nacional, e apesar de nos últimos anos a produção de milho ter decaído devido à despovoação das zonas rurais e ao abandono da atividade agrícola.

Em [3] verificou-se que os grãos da espiga de milho são essencialmente utilizados para alimentação humana e animal. No entanto, também existem outros usos alternativos. Por exemplo, no Brasil, o uso industrial do milho não se restringe unicamente à indústria alimentar, mas também à produção de elementos colantes e à produção de óleos e de combustíveis, tal como o etanol. Recentemente, também a Europa e os Estados Unidos têm incentivado a utilização do milho como matéria-prima na produção de biocombustíveis nomeadamente, na produção de etanol. O etanol é utilizado como aditivo à gasolina, para aumentar a octanagem (capacidade do combustível em resistir a altas temperaturas na câmara de combustão e sem sofrer detonação). Paralelamente, também é importante referir que o milho é a espécie vegetal mais utilizada em trabalhos de investigação desenvolvidos no âmbito da genética.

O cultivo de milho tem como principal objetivo a utilização única e exclusiva dos grãos de milho. Relativamente ao caroço da espiga de milho, este é geralmente considerado como sendo um resíduo agrícola. Em casos pontuais, o caroço de espiga de milho é usado como acendalha ou como combustível orgânico em lareiras, fogões e fornos. No entanto, na maioria dos casos, após se malhar as espigas de milho, os caroços resultantes são amontoados no exterior para serem queimados posteriormente. Esse processo de queima provoca uma emissão de CO2 para a atmosfera indesejável.

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BLOCOS DE BETÃO LEVE À BASE DE GRANULADO DE CAROÇO DE ESPIGA DE MILHO TRATADO

4

A sustentabilidade é um assunto que tem vindo a originar diversas preocupações ao longo dos últimos anos, sendo que estas englobam aspetos económicos, sociais e ambientais. O setor da construção tem um grande impacte na economia, com uma forte incidência na contribuição para o PIB, além disso este setor é um dos maiores empregadores na União Europeia. As atividades construtivas (infraestruturas, edifícios e outras) potenciam não só um importante efeito económico e social mas também ambiental, associado à ocupação e uso do solo, ao consumo de recursos (nomeadamente água e energia), à produção em larga escala de resíduos, bem como alteração dos ecossistemas naturais, que podem interferir diretamente com o ambiente envolvente. Porém, é no setor da construção em que as questões ambientais têm estado menos presentes no último século devido ao aparecimento da construção em altura e devido ao aparecimento de tecnologias que permitiam mobilizar cada vez mais os recursos [4]. Desta forma surgiu o conceito de construção sustentável, definida por Charles Kibert (1994), como sendo a “criação e gestão responsável de um ambiente construído saudável, tendo em consideração os princípios ecológicos e a utilização eficiente dos recursos”. A construção sustentável tem em conta todo o seu ciclo de vida e considera que os recursos da construção são os materiais, o solo, a energia e a água. Reduzir o consumo de recursos, reutilizar os recursos sempre que possível, reciclar materiais em fim de vida do edifício e usar recursos recicláveis, proteger os sistemas naturais e eliminar os materiais tóxicos, são os cinco princípios básicos estabelecidos por Kibert [4].

Neste contexto, sendo o caroço de espiga de milho um resíduo e tendo em conta que o processo de tratamento produz um determinado teor de emissão de CO2 para a atmosfera que é indesejável e de evitar, estudos que visem a aplicação deste material orgânico como matéria-prima no fabrico de outros produtos, mostram-se muito importantes numa perspetiva da construção sustentável.

Porém, esta intenção não é nova. Alguns estudos recentes revelam que existem construções antigas em tabique onde é visível a utilização de caroços inteiros de espiga de milho como material de construção, mais concretamente, como material de enchimento de paredes exteriores de tabique [5-7].

Paralelamente, outro trabalho de investigação [8] focou-se na busca de um produto de isolamento térmico e acústico à base de granulado de caroço de espiga de milho. Neste caso, foi necessário granular previamente o caroço da espiga de milho, e por forma a reduzir as dimensões do material. Neste trabalho também se deu os primeiros passos no estudo do fabrico

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de betão leve à base de um agregado leve de caroço da espiga de milho [9]. Neste caso, os agregados leves considerados foram o caroço de espiga de milho fatiado e o caroço de espiga de milho granulado.

Tendo também em consideração os trabalhos de investigação referidos no parágrafo anterior, [8-9], que sugerem que o caroço de espiga de milho tem algumas propriedades materiais semelhantes às da argila expandida, nomeadamente, em termos de microestrutura, tornou-se oportuno prosseguir com um trabalho de investigação adicional relacionado com o estudo do caroço de espiga de milho. Por outro lado, também se verificou que o caroço tende a absorver uma quantidade excessiva de água e que tem uma massa volúmica e uma baridade reduzidas.

Em [1] observou-se expeditamente que o granulado embebido numa calda de cimento apresentava um teor de absorção de água significativamente inferior ao do granulado simples. No entanto, uma das grandes desvantagens detetadas foi a técnica utilizada relativa à envolvência do granulado na calda de cimento, sendo que o produto final não ia ao encontro do pretendido, que era a obtenção de grânulos regulares, íntegros e mais impermeáveis à água. Para contornar estas anomalias, propôs-se um processo de tratamento do granulado que se mostrou moroso, muito pouco eficaz e que requereu um grande esforço em termos de mão-de-obra. Para além destes aspetos, o processo de tratamento proposto também pareceu ser pouco rentável e sustentável, e porque havia uma grande quantidade de desperdício de material, nomeadamente de cimento.

Nesta Dissertação de Mestrado pretende-se contornar os aspetos técnicos referidos anteriormente, que não favorecem nem o processo de fabrico de betão leve, nem o processo de fabrico dos blocos de betão leve.

O recurso a um resíduo agrícola como matéria-prima na produção de betão leve vem dar um grande contributo a nível agrícola (impulsionando o cultivo do milho, aproveitando todos os constituintes da espiga de milho, nomeadamente o caroço), a nível económico (aumentando a produtividade, conduzindo a um crescimento económico) e a nível ambiental (os caroços deixam de ser resíduo e passam a ser matéria-prima). Simultaneamente, esta proposta tecnológica poderá caminhar no sentido de tornar a prática da Engenharia Civil mais amiga do ambiente.

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1.2 - Objetivos

O objetivo principal desta Dissertação de Mestrado consiste em estudar o potencial tecnológico de blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado e comparar esse potencial com o dos blocos mais correntemente aplicados (blocos de betão leve à base de argila expandida). Para tal, será necessário desenvolver um estudo intensivo assente num trabalho experimental, que engloba etapas do processo de granulação dos caroços de espiga de milho, do processo de tratamento do granulado de caroço de espiga de milho, do estudo de diferentes composições de betão leve à base de granulado tratado e aferição das respetivas propriedades materiais, e do processo de fabrico de blocos leves de betão de granulado tratado e ao estudo das respetivas propriedades materiais.

Inicialmente, vai-se desenvolver uma breve revisão bibliográfica sobre a argila expandida e por forma a ser possível conhecer melhor este tipo de agregado leve, que cada vez mais é utilizado em obra, devido, principalmente, à sua propriedade de leveza e às suas interessantes características de isolamento térmico.

Posteriormente, também se procederá à realização de uma breve revisão bibliográfica sobre a espiga de milho, mais concretamente, sobre o granulado de caroço de espiga de milho, por forma a adquirir o máximo de conhecimento possível e necessário para tentar estabelecer um paralelismo entre estes dois tipos de materiais.

Também se pretende propor e descrever um processo mecânico de granulação dos caroços de espiga de milho, apresentando as curvas granulométricas do granulado e referentes aos três tipos de crivos que serão utilizados.

A aferição de algumas propriedades materiais do granulado de caroço de espiga de milho, nomeadamente a massa volúmica, o teor de absorção de água e a baridade, será outra tarefa a desenvolver. Pretende-se depois comparar estas propriedades com as respetivas da argila expandida.

Uma outra característica material que também vai ser estudada é correspondente ao comportamento do granulado quando sujeito a um aquecimento a altas temperaturas e até que este sofra combustão, e de modo a ser possível propor um processo de secagem forçado deste material. Neste estudo pretende-se recorrer a análises de microscopia.

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Paralelamente, também se pretende estudar diferentes procedimentos de envolvência do granulado de caroço de espiga de milho (repelente à água/ calda de cimento), e por forma a verificar qual dos procedimentos propostos parece ser mais adequado. A curva granulométrica do material resultante do processo mais adequado será determinada e será comparada com a da argila expandida. Pretende-se também determinar a massa volúmica, o teor de absorção de água e a baridade do granulado tratado segundo dois cenários de fabrico distintos e que são a envolvência num repelente e a envolvência numa calda de cimento.

Tendo em consideração que este trabalho de investigação pretende dar um contributo no contexto dos blocos de betão leve, também será efetuado um estudo aprofundado de produção de blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado. Este estudo visa encontrar soluções técnicas de fabrico conducentes à obtenção de blocos deste tipo, e cujas respetivas propriedades materiais sejam similares às dos blocos de betão correntes.

Em trabalhos de investigação anteriores dedicados ao estudo da aplicação de granulado de caroço de espiga de milho tratado no fabrico de blocos de betão leve [1] e como referido anteriormente, verificou-se que os blocos apresentavam um excesso de granulado tratado, que se desintegravam com muita facilidade, que apresentavam algumas fissuras e que não aparentavam ter boas propriedades físicas e mecânicas. Face a estas debilidades, pretende-se encontrar uma composição de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado capaz de possibilitar o fabrico de um produto final de melhor qualidade.

Após se encontrar uma composição considerada adequada, pretende-se fabricar provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado segundo a composição estudada. Também se vai fabricar provetes cúbicos de betão leve à base de argila expandida por forma a dispor de um betão leve de referência.

De seguida, vai-se estudar algumas propriedades físicas e mecânicas do betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado, realizando-se para o efeito alguns ensaios, tais como, ensaio de determinação da massa volúmica, ensaio de determinação do teor de absorção de água por capilaridade, ensaio de envelhecimento artificial acelerado, ensaio de resistência à compressão e monitorização do processo natural de secagem do betão.

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Após realizar um estudo prévio de caracterização do betão leve à base deste tipo de agregado (provetes cúbicos) e após atingir um conhecimento técnico adequado, vai-se passar para o fabrico de blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado.

No sentido de se conhecer melhor o potencial desta solução tecnológica vai-se estudar algumas propriedades físicas e mecânicas dos blocos através da realização de alguns ensaios, tais como, análise geométrica e dimensional, ensaio da determinação da massa volúmica, ensaio de determinação do teor de absorção de água por capilaridade, ensaio de envelhecimento artificial acelerado, ensaio de resistência à compressão. Para além disto também se vai fazer uma avaliação do potencial de isolamento sonoro a sons aéreos dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado.

Por fim, vai-se realizar um estudo da viabilidade económica dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado.

1.3 - Metodologia

Numa fase inicial dos trabalhos, foi necessário fazer uma pesquisa intensiva e cuidada acerca dos materiais de argila expandida e da espiga de milho. Para tal, recorreu-se a trabalhos de investigação realizados neste âmbito. Estabeleceram-se também contactos com profissionais especialistas na área do fabrico de artefactos de betão leve e especialistas na produção de milho.

Foi realizado um vastíssimo trabalho experimental de estudo de algumas propriedades físicas e mecânicas do granulado de caroço de espiga de milho, de provetes cúbicos de betão leve à base granulado e de blocos de betão leve à base de granulado. Nesta parte experimental tentou-se sempre seguir normas de ensaio adequadas e, que neste caso, foram aquelas existentes para o estudo da argila expandida ou seus derivados. Desconhece-se a existência de normas de ensaio específicas de caracterização de partículas leves de resíduos agrícolas, normas de ensaio para betão endurecido e de blocos de betão leve à base de resíduos agrícolas.

Ao longo do trabalho experimental usou-se como termo de comparação a argila expandida, o betão leve à base de argila expandida e os blocos de betão leve à base de argila expandida.

Foi necessário pensar num processo de granulação dos caroços de espiga de milho. Também foi indispensável propor um processo adequado de secagem forçada do granulado.

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Foram estudadas diferentes curvas granulométricas para o granulado de diferentes dimensões.

Por sua vez, também se estudou diferentes processos de tratamento do granulado, e procedeu-se a uma análiprocedeu-se comparativa de aferição do processo mais adequado. Para o efeito, usou-procedeu-se a argila expandida como sendo o material de referência.

Numa fase mais madura e resultante do estudo exaustivo dos agregados leves em causa (granulado de caroço de espiga de milho e argila expandida) estudaram-se diferentes composições de betão leve, tendo como base algumas composições utilizadas industrialmente para a argila expandida e recorrendo ao fabrico de provetes cúbicos.

Após encontrar a composição mais adequada, fabricaram-se provetes cúbicos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado em laboratório. Posteriormente, também se fabricaram blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado numa fábrica especializada neste tipo de produto.

Por forma a complementar este estudo, procedeu-se a ensaios de avaliação do potencial de isolamento sonoro a sons aéreos dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado.

Por fim, desenvolveu-se um estudo da avaliação da viabilidade económica dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado, tendo como referência alguns parâmetros, nomeadamente, custos dos materiais, custos da mão-de-obra e custos de energia, e tal como foi sugerido pelos técnicos da fábrica de artefactos de betão onde foram fabricados os blocos. Além disto, nesta análise orçamental, também se consideraram preços similares aos aplicados no mercado, o que implicou efetuar uma prospeção de preços e de custos.

1.4 - Organização do trabalho

Este trabalho de investigação encontra-se estruturado em nove capítulos e cujo conteúdo se encontra resumido nos pontos seguintes.

No primeiro capítulo é feita uma breve abordagem acerca do tema desta Dissertação de Mestrado, são apresentados os principais objetivos deste trabalho e também é feito um resumo dos principais conteúdos de cada capítulo deste trabalho de investigação.

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No segundo capítulo é feita uma breve revisão bibliográfica sobre a argila expandida, são identificados alguns campos de aplicação, são indicadas algumas vantagens e desvantagens da aplicação da argila expandida e é feito um breve enquadramento normativo deste tipo de agregado leve.

No terceiro capítulo é realizada uma breve revisão bibliográfica sobre a espiga de milho. É também descrito o processo de granulação adotado. É definida a dimensão mais adequada de granulado de caroço de espiga de milho, tendo em conta a sua granulometria. Para além disto também é feito neste capítulo um estudo do processo de secagem do granulado. Posteriormente, determina-se a massa volúmica e o teor de absorção de água de dois casos de estudo (granulado simples e granulado envolto num repelente do tipo SIKAGARD-700S [17]). Por fim, determina-se a baridade do granulado simples.

No quarto capítulo é descrito o estudo de busca de uma solução de tratamento do granulado de caroço de espiga de milho com calda de cimento e é determinada a curva granulométrica do granulado tratado. Esta curva é comparada com a do granulado simples e com a da argila expandida. Depois, apresenta-se o valor da massa volúmica, do teor de absorção de água e da baridade do granulado tratado, e é processada uma análise comparativa com a argila expandida.

No quinto capítulo é apresentado um estudo prévio de aferição da composição a adotar para o fabrico de betão leve, é descrito o processo de fabrico de provetes cúbicos de betão leve à base de argila expandida e à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado, e é apresentado o estudo de algumas propriedades físicas e mecânicas dos provetes cúbicos de betão leve à base de granulado tratado e à base de argila expandida.

No sexto capítulo, descreve-se o processo de fabrico dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado, recorrendo a duas composições distintas (Composição 3 e 4) e apresenta-se o estudo de algumas propriedades físicas e mecânicas destes blocos.

No sétimo capítulo, descreve-se o procedimento de ensaio adotado no estudo do comportamento acústico, em termos de isolamento a sons aéreos, dos blocos de betão leve em estudo. Apresenta-se e analisa-se os dados acústicos relativos à determinação dos índices de isolamento sonoro de amostras de paredes de alvenaria de blocos de betão leve a sons de condução aérea. Seguidamente, compara-se o desempenho acústico entre os três tipos de bloco

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de betão leve em estudo e também se estabelece uma comparação do potencial de isolamento sonoro a sons aéreos deste tipo de bloco de betão leve com outros tipos de blocos de betão leve existentes no mercado.

No oitavo capítulo, apresenta-se o estudo da viabilidade económica dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado, estimando-se o custo de fabrico dos Blocos do tipo L e G e fazendo-se uma comparação dos custos de fabrico estimados para os Blocos do tipo L e G com o custo de fabrico dos blocos de betão leve de correntes à base de argila expandida (Blocos do tipo A).

No nono e último capítulo, são apresentadas as principais conclusões resultantes deste trabalho de investigação e também são propostos alguns trabalhos futuros a desenvolver neste âmbito e de modo a ser possível dar continuidade a este projeto.

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CAPÍTULO 2

BLOCOS DE BETÃO LEVE: PROPRIEDADES E

APLICAÇÕES

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2 - Blocos de betão leve: propriedades e aplicações

2.1 - Objetivos

Neste capítulo pretende-se:

 Efetuar uma breve revisão sobre a argila expandida;

 Refletir sobre a aplicação do betão leve;

 Identificar vantagens e desvantagens da aplicação de betão leve;

 Fazer um breve enquadramento normativo do betão leve.

2.2 - Introdução

Com este trabalho de investigação pretende-se dar um contributo no contexto dos blocos de betão leve e através de um estudo aprofundado sobre a produção de blocos leves à base de granulado de caroço de espiga de milho. Este estudo visa encontrar soluções técnicas de fabrico conducentes à obtenção de blocos deste tipo, cujas características sejam similares às dos blocos de betão leve de argila expandida. Como tal, é importante desenvolver uma breve revisão bibliográfica sobre a argila expandida, por forma a ser possível conhecer melhor este tipo de agregado leve e tentar adequar as particularidades do granulado de caroço de espiga de milho a este agregado correntemente aplicado na construção civil.

Por isso, parece oportuno apresentar algumas construções realizadas com o recurso a betão leve, mais concretamente à base de argila expandida. Nota-se que cada vez mais se recorre a este tipo de betão leve, devido à sua capacidade de leveza e às suas características de isolamento térmico.

Por fim, também parece ser conveniente fazer um breve enquadramento normativo deste tipo de material, dando-se uma ênfase à sua classificação segundo a NP EN 206-1 [13].

2.3 - A argila expandida

A argila expandida resulta de um processo de cozedura da argila pura selecionada em fornos rotativos, a temperaturas elevadas, e onde se processa uma expansão controlada da argila.

Deste processo resulta a formação de grânulos, Figura 2.1. Estes grânulos contêm, no seu interior, milhares de micróporos fechados que contêm ar, Figura 2.2, conferindo ao material leveza e capacidade de isolamento térmico. Estas propriedades fazem da argila expandida um

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agregado leve com características de isolante térmico durável, com elevada resistência mecânica e, por isso, com inúmeras aplicações nos mais variados domínios. Em função das características da matéria-prima e da tecnologia de queima, pode-se obter argila expandida com diversas características para diferentes aplicações [10]. Apesar da argila ser um produto natural, esta passa a ser um material artificial porque resulta de um processo de cozedura. O consumo energético necessário ao processo de fabrico da argila expandida é um indicador que pode desfavorecer o cariz de sustentabilidade deste material.

Figura 2.1: Argila expandida Figura 2.2: Aspeto interior relativo à porosidade da

argila expandida

2.4 - O betão leve

Os agregados leves e os betões leves são materiais que têm já uma longa história no nosso país. A produção de betão leve com agregados leves de argila expandida já era uma realidade em 1990. Esta realidade deve-se essencialmente à iniciativa de um grupo Europeu com longa tradição na produção da argila expandida da marca LECA®, e também de produtos de betão leve à base da incorporação de LECA®.

A aplicação de betão leve começa a ter uma maior relevância no final do Século XX, altura em que teve início a produção industrial deste tipo de agregado leve. No entanto, existe um edifício de referência datado do ano 120 DC e mandado construir pelo Imperador Romano Adriano e que contemplou a aplicação de betão leve. Construído em betão leve, o Panteão de Roma tem uma altura idêntica a um edifício de 15 andares e consiste numa cúpula hemisférica com um diâmetro interno de 43 m, apoiada num cilindro com o mesmo diâmetro e a mesma altura. No fabrico do betão foram usadas seis misturas diferentes de agregados dando origem a betões com massas volúmicas que variam entre 1300 kg/m3, na zona do óculo no topo da cúpula e 2200 kg/m3, junto às fundações em paredes com espessura de 5 m. O Panteão foi um edifício que dispunha de uma solução estrutural que apresentava um vão três vezes superior ao vão máximo existente até à data, Figura 2.3, [11].

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Já no Século XX, a primeira grande obra que beneficiou da aplicação de betão leve diz respeito a uma ponte construída na Noruega e aberta à circulação em 1994. O comprimento total desta ponte é de 1615 m, que engloba uma parte flutuante de 1246 m. A superestrutura desta obra de arte é suportada por 10 pontões flutuantes construídos em betão leve. Este betão leve tem uma massa volúmica de 1900 kg/m3 e é da classe LC 55 (“Lightweight Concrete”, classe 55 MPa). Neste caso, a decisão da utilização de betão leve deveu-se sobretudo à economia que esta estrutura proporcionou comparativamente com uma solução tradicional à base da aplicação de um betão normal.

A terceira obra a destacar que recorre à aplicação de betão leve engloba várias plataformas petrolíferas e encontra-se em funcionamento no Mar do Norte. Esta obra dispõe de estruturas construídas em betão leve.

Em Portugal, uma das grandes obras construídas com recurso a betão leve à base de agregado de argila expandida é o Pavilhão de Portugal, Figura 2.4. A membrana da solução estrutural da cobertura contempla a aplicação deste agregado leve.

Figura 2.4: Pala da cobertura do Pavilhão de Portugal (Fonte: Motor de busca Google)

A estrutura da cobertura deste edifício consiste numa membrana de forma parabólica, com 20 cm de espessura, 65 m de comprimento e 50 m de largura. Esta estrutura encontra-se suspensa

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por cabos de aço ancorados, em ambas as extremidades, em lajes de ancoragem. A reduzida curvatura provoca grandes esforços horizontais nos topos. Devido à decisão de usar um betão leve, conseguiu-se reduzir as cargas permanentes de forma a aliviar a componente horizontal das forças nos apoios.

Outros contextos frequentes de aplicação de betões leves são as obras de reabilitação, as obras de pavimentação, a construção de barragens, a construção de reservatórios, entre outros. Os betões leves são muito usados na reabilitação de edifícios antigos, pontes e monumentos. Estes são aplicados, essencialmente em camadas de enchimento de lajes e com o objetivo de alcançar uma correção de cotas, de aumentar a capacidade de isolamento (acústico e térmico) e de aumentar a resistência ao fogo.

Um exemplo de referência de aplicação de betão leve em obras de reabilitação corresponde à obra de alargamento do tabuleiro da Ponte 25 de Abril, em que foi aplicado um betão leve fabricado com argila expandida como agregado leve, Figura 2.5.

Figura 2.5: Ponte 25 de Abril (Fonte: Motor de busca Google)

Nos Estados Unidos da América também é muito frequente a aplicação de betões leves em calçadas devido às propriedades de capacidade drenante, de isolamento acústico e de aderência. Outro exemplo é relativo à utilização de agregados leves em misturas betuminosas para a construção da camada de desgaste e porque estas permitem reduzir consideravelmente o tempo de travagem de uma viatura pela sua rugosidade e por permitir também baixar o nível de ruído.

Como os betões leves apresentam uma adequada impermeabilidade à passagem de substâncias químicas solúveis em água, uma reduzida fissuração e têm uma adequada elasticidade, podem ser aplicadas na construção de reservatórios [11].

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2.5 - Enquadramento normativo

O betão leve distingue-se essencialmente do betão normal por apresentar uma baixa massa volúmica. Geralmente, para um betão normal as principais propriedades requeridas são uma boa capacidade resistente à compressão e uma boa trabalhabilidade. Por sua vez, para um betão leve a propriedade mais requerida será talvez a leveza. Geralmente, para um betão leve não é primordial apresentar uma boa capacidade resistente à compressão, porque não se trata de um betão estrutural. Tendo em conta que um betão leve tem uma grande porosidade então tende a ter um comportamento térmico mais adequado do que o de um betão normal.

As vantagens de um betão leve relativamente a um betão normal podem ser resumidas da seguinte forma:

 Reduzido peso próprio – contribui para diminuir o peso global da construção;

 Melhor comportamento térmico – adequado em aplicações cujo desempenho térmico seja decisivo;

 Melhor comportamento acústico – sob determinados aspetos e em determinadas aplicações, a utilização de um betão leve poderá conduzir a uma solução mais adequada em termos de comportamento acústico;

 Maior durabilidade – em betões leves fabricados segundo composições adequadas é possível conseguir-se uma impermeabilidade satisfatória e não colocando em causa a durabilidade da construção;

 Boa capacidade ao fogo – um betão leve geralmente é classificado como material M0 (incombustíveis). Diversos ensaios têm demonstrado o bom desempenho dos betões leves em relação ao fogo, nomeadamente em termos do retardamento de propagação de um fogo.

Paralelamente, em termos de desvantagens de um betão leve relativamente a um betão normal, estas podem resumir-se da seguinte forma:

 Comportamento mecânico limitado – um betão leve não sendo um betão estrutural tende a ter propriedades mecânicas muito reduzidas quando comparado com um betão normal;

 Utilização de maior quantidade de cimento.

A NP EN 206-1 [13], norma relativa ao betão, caracteriza os betões leves como tendo massas volúmicas inferiores a 2000 kg/m3_{e tal como a Tabela 2.1 mostra.}

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Tabela 2.1: Classificação do betão segundo a NP EN 206-1 [13]

Designação do betão Massa volúmica absoluta (kg/m3₎

Betão leve < 2000 kg/m3

Betão de peso normal 2000 a 2800 kg/m3

Betão pesado > 2800 kg/m3

A NP EN 206-1 [13] classifica, ainda, os betões leves em seis classes e de acordo com a massa volúmica, Tabela 2.2. A massa volúmica oscila numa gama de valores compreendidas entre 801 kg/m3 e 2000 kg/m3.

Tabela 2.2: Classificação dos betões leves de acordo com a NP EN 206-1 [13] Classe de massa volúmica D1,0 D1,2 D1,4 D1,6 D1,8 D2,0 Massa volúmica (kg/m3₎ > 800 e ≤ 1000 > 1000 e ≤ 1200 > 1200 e ≤ 1400 > 1400 e ≤ 1600 > 1600 e ≤ 1800 > 1800 e ≤ 2000 2.6 - Considerações finais

Com este capítulo foi possível conhecer melhor o agregado leve do tipo argila expandida. A argila expandida resulta de um processo de cozedura da argila pura em fornos rotativos, a temperaturas elevadas, e onde se processa uma expansão controlada da argila.

Os agregados leves e os betões leves são materiais de construção que ocupam um papel importante no panorama da construção civil em Portugal. A produção de betão leve com agregados leves de argila expandida já era uma realidade em 1990. Esta realidade deve-se essencialmente a um grupo Europeu com longa tradição na produção da argila expandida da marca LECA®.

Foram apresentados alguns exemplos de obras que decorreram com recurso à aplicação de argila expandida. Esta realidade decorre desde 120 DC até aos dias de hoje. Algumas das vantagens que essas obras apresentam pelo facto de terem sido construídas com o agregado leve do tipo argila expandida também foram indicadas.

O betão leve distingue-se do betão normal pelo facto de apresentar uma massa volúmica mais baixa. Para um betão normal as propriedades de boa capacidade resistente à compressão e de boa trabalhabilidade são as propriedades mais requeridas. Por sua vez, para um betão leve a propriedade mais requerida é a leveza.