Perspectiva biomimética do ninho da andorinha-dos-beirais

Perspectiva biomimética do ninho

da andorinha-dos-beirais

BRUNO MIGUEL MACHADO DA SILVA

Vila Real, 2009

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM CIVIL

Bruno Miguel Machado da Silva

Perspectiva biomimética do ninho da

andorinha-dos-beirais

Dissertação apresentada à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro para

a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil.

Agradecimentos

O trabalho que executei, quer no conteúdo quer na forma, teria sido impossível de realizar se não tivesse tido o apoio, a ajuda e o incentivo das pessoas que a seguir, sem pretender esquecer ninguém, vou mencionar. A todos os meus melhores agradecimentos.

Aos funcionários dos laboratórios de Química Fina e Aplicada da UTAD, Microscopia Electrónica da UTAD e Materiais e Solos do Departamento de Engenharia Civil da UTAD e que são Carlos Matos, Lisete Fernandes e Ricardo Cardão, respectivamente, pela ajuda que me deram, cada um na sua área, mas todos com a mesma simpatia e disponibilidade.

Ao meu orientador, Professor Doutor Tiago Pinto, por me ter conduzido neste longo processo e por ter sabido ser exigente, mas ao mesmo tempo liberal, para me dar espaço para trabalhar ao meu ritmo.

Ao Professor Doutor José Morais pela disponibilidade demonstrada e por me ter introduzido ao tema biomimética. Ao Professor Doutor Teixeira Pinto, pela simpatia e disponibilidade que demonstrou, mas também pelo entusiasmo e determinação que me incutiu. Ao Professor Doutor Pedro Tavares, pela grande ajuda com o capítulo sobre microscopia electrónica. Ao Professor Doutor Fernando Nunes, pelo exemplo que foi para mim, como um modelo de profissionalismo, pela simpatia e disponibilidade que demonstrou ao longo de muito tempo, mesmo quando a agenda apertava. Ao Engº José Correia, pela grande ajuda com o capítulo sobre a simulação numérica.

A toda a minha família pelo apoio demonstrado ao longo deste ano, especialmente às minhas irmãs, Tânia e Sónia, pela ajuda com algumas revisões de texto e ao meu avô, Mário Machado, por ser um modelo de rectidão e lealdade inigualável. À minha namorada, Mónica Vaz, pelo carinho e apoio que sempre tive ao dispor, e pela grande ajuda com a formatação do trabalho.

RESUMO

A terra é um material natural, ecológico, reciclável e abundante e, como tal, foi sempre e volta agora a ser considerado como sendo um dos materiais/soluções de construção de eleição, com enorme potencial. Na construção tradicional portuguesa encontram-se várias soluções construtivas recorrendo ao uso da terra crua, com uma importante expressão. Este património construído necessita de ser conservado. Neste contexto, o presente trabalho tem como principal objectivo dar um contributo na temática das soluções de melhoramento do comportamento e reforço de elementos construtivos em terra a partir do estudo biomimético de um ninho de andorinha-dos-beirais. De modo a identificar a eventual existência de algum fenómeno de aglutinação ocorrido durante o processo de construção de um ninho de andorinha-dos-beirais, procedeu-se a um trabalho experimental de caracterização a partir de amostras recolhidas em diferentes ninhos encontrados na zona de Vila Real. Para a identificação da composição química inorgânica e mineralógica das amostras recolhidas realizaram-se análises em Scanning Electron Microscopy / Energy Dispersive Spectroscopy (SEM/EDS) e por difracção de raios-X. Para a identificação da composição orgânica das amostras recolhidas foi feita a quantificação colorimétrica do teor de proteínas pelo método de biureto, e do teor de polissacarídeos/açucares pelo método dos açúcares totais. Os resultados experimentais relativos às amostras retiradas dos ninhos quando comparados com resultados similares relativos a amostras de argila recolhidas na mesma zona de origem dos ninhos, são muito semelhantes, destacando-se apenas a presença de polissacarídeos/açucares nas amostras de ninho. Por sua vez, uma análise numérica do ninho permitiu compreender o funcionamento desta estrutura natural de terra crua e verificar que apresenta uma capacidade resistente à tracção relevante. Ensaios mecânicos de amostras de solo argiloso misturado com uma solução à base do polímero extraído do ninho revelaram uma melhoria de comportamento mecânico. Pretende-se que a partir dos resultados obtidos neste trabalho de investigação se possam retirar sugestões para o desenvolvimento de soluções de estabilização e de melhoramento de elementos

ABSTRACT

The paradigm of hearth being a historical and a modern building material has been related to the fact that it is natural, ecological, recycled, abundant and economic. Among the traditional portuguese building techniques are included the ones that uses hearth and that are relevant. The construction built under these techniques must be preserved. In this context, the main objective of this research work is to give a contribution on the material properties field and, in particular, on the reinforcement techniques of this type of construction, based upon a biomimetic study focused on the andorinha-dos beirais nest. In order to identify a possible occurrence of an agglutination phenomenon during the building process of the nest, an experimental study of identification/characterization of the nest`s material using samples gotten in the Vila Real area was carried on. The identification/characterization of the elementary chemical and the mineral compositions of the material were done by the scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS) and by the X-ray diffraction analysis respectively. The identification/characterization of the organic composition was done using colorimetric analysis which the protein components were detected by the biuret methodology and the polysaccharides/sugars components by the total sugar technique. The results show that the

andorinha-dos-beirais adds a certain amount of a certain type of sugar into the clay

material during the building process of the nest. This component may increase the quality of the hearth as a raw material. A numerical modelation of the nest as a natural smart structure using a computer program able to do a finite element analysis allowed to figure out that this structure has an unexpected tension strength capacity.

Índice

Agradecimentos

RESUMO

ABSTRACT

Índice de Tabelas

Índice de Imagens

1. Introdução

1.3 Exemplos de modelos naturais de construção de terra ... 16

1.3.1. Ninho de térmitas ... 16

1.3.2. Ninho de Vespa ... 18

1.3.3. Ninho da andorinha-dos-beirais ... 19

2. Caso de Estudo – ninho da andorinha-dos-beirais

2.1 Andorinha-dos-beirais ... 20

2.2 A construção do ninho ... 23

3. Recolha de amostras de ninho

4. Medição dos ninhos

5. Simulação numérica do ninho

5.1 Modelo de elementos finitos do ninho ... 30

5.2.3 Cenário de carga – C3 ... 34

5.2.4 Cenário de carga – C4 ... 35

5.2.5 Discussão de resultados ... 36

6. Identificação/Caracterização da composição do material do ninho

6.1 Análise SEM/EDS ... 38 6.2 Difracção de raios-X ... 44 6.3 Análise colorimétrica ... 47 6.4 Cromatografia iónica ... 51

7. Ensaios mecânicos

8. Conclusões

9 - Bibliografia

Índice de Tabelas

Tabela 1: ... 21

Classificação Científica da Andorinha-dos-beirais ... 21

Tabela 2: ... 29

Dados relativos aos ninhos recolhidos ... 29

Tabela 3: ... 30

Valores médios das dimensões das amostras dos ninhos ... 30

Tabela 4: ... 31

Cenários de carga ... 31

Tabela 5: ... 41

Identificação/caracterização da composição química elementar pela análise SEM/EDS . 41 Tabela 6: ... 50

Resultados absorvâncias da argila e da amostra de Ninho de São Dinis pelo método de Biureto e pelo método dos açúcares totais ... 50

Tabela 7: ... 51

Resultados absorvâncias da argila e das amostras de Ninho pelo método dos açúcares totais ... 51

Tabela 8: ... 54

Resultados da concentração de açúcares das amostras de referência e de Ninho ... 54

Tabela 9: ... 63

Resultados do ensaio de rotura à compressão dos provetes de solo misturado com água ultra-pura ... 63

Tabela 10: ... 64

Resultados do ensaio de rotura à compressão dos provetes de solo misturado com solução extraída do material de ninho ... 64

Tabela 11: ... 65

Identificação/caracterização da composição química elementar pela análise SEM/EDS dos provetes ... 65

Índice de Imagens

Figura nº.1: Esquema da técnica da hemodiálise ... 13

Figura nº. 2: Enguia eléctrica ... 14

Figura nº. 3: Stun gun ... 14

Figura nº. 4: Morcego ... 15

Figura nº. 5: Funcionamento do bíceps humano... 15

Figura nº. 6: Cimbre auto-lançável superior em deslocação para uma nova posição ... 16

Figura nº. 7: Ninho de térmites ... 17

Figura nº. 8: Ninho de térmites com duas pessoas ... 18

Figura nº. 9: Ninho de vespa... 18

Figura nº. 10: Ninhos de andorinha-dos-beirais ... 19

Figura nº. 11: andorinha-dos-beirais ... 20

Figura nº. 12: Distribuição geográfica da Andorinha-dos-Beirais ... 22

Figura nº. 13: Cria a ser alimentada... 23

Figura nº. 14: Ligação do ninho à parede e ao beiral ... 24

Figura nº. 15: Recolha de argila para a construção do ninho ... 25

Figura nº. 16: Amostras recolhidas ... 26

Figura nº. 17: Amostras recolhidas ... 26

Figura nº. 18: Amostras recolhidas ... 27

Figura nº. 19: Dimensões avaliadas nos ninhos ... 28

Figura nº. 20: Malha de elementos finitos do ninho ... 31

Figura nº. 21 a): Campo de tensões, σy, em MPa (vista A) ... 32

Figura nº. 21 b): Campo de tensões, σy, em MPa (vista B) ... 33

Figura nº. 22: Campo de tensões, σy, em MPa ... 34

Figura nº. 23: Campo de tensões, σy, em MPa ... 35

Figura nº. 24: Campo de tensões, σy, em MPa ... 36

Figura nº. 25: Evolução das reacções de apoio em função da pressão interna actuante ... 36

Figura nº. 26: Evolução das tensões na direcção do carregamento em função da pressão interna actuante ... 37

Figura nº. 27: Desagregação de material ... 39

Figura nº. 28: Pinos de alumínio... 40

Figura nº. 29: Depositador de ouro/paládio ... 40

Figura nº. 30: Microscópio electrónico ... 40

Figura nº. 31: Gráfico dos resultados da análise SEM/EDS da amostra de referência ... 42

Figura nº. 33: Gráfico dos resultados da análise SEM/EDS da amostra de São Dinis ... 43

Figura nº. 34: Gráfico dos resultados da análise SEM/EDS da amostra de Noura ... 44

Figura nº. 35: PANalytical modelo X’Pert PRO com detector X’Celerator ... 45

Figura nº. 36: Porta amostras ... 46

Figura nº. 37: Gráficos combinados da composição mineralógica resultantes da Difracção de raios-X ... 46

Figura nº. 38: Pesagem das amostras ... 48

Figura nº.39: Adição de água destilada ... 48

Figura nº. 40: Aparelho de Ultra-Sons ... 49

Figura nº. 41: Centrifugadora ... 49

Figura nº. 42: Espectofetómetro de absorvância molecular... 49

Figura nº. 43: Porta-amostras do cromatógrafo iónico ... 53

Figura nº. 44: Cromatógrafo iónico ... 53

Figura nº. 45: Cromatograma da amostra de referência ... 55

Figura nº. 46: Cromatograma da amostra de ninho de Mateus ... 56

Figura nº. 47: Cromatograma da amostra do ninho de Noura ... 56

Figura nº. 48: Cromatograma da amostra de ninho de São Dinis ... 57

Figura nº. 49: Desagregação do material ... 58

Figura nº. 50: Extracção de material do tipo polissacarídeos/açúcares através do equipamento de ultra-sons ... 59

Figura nº. 51: Filtragem da solução ... 59

Figura nº. 52: Conservação das amostras ... 60

Figura nº. 53: Série de peneiros ASTM ... 60

Figura nº. 54: Misturadora ... 61

Figura nº. 55: Moldes para o fabrico dos provetes ... 61

Figura nº. 56: Provetes no molde ... 62

Figura nº. 57: Prensa de compressão do tipo Form-test, Prüfsysteme, Zwietalter Strabe 20, D. 88499 Riedlingen ... 62

Figura nº. 58: Provetes com água ultra ultra-pura descofrados ... 63

Figura nº. 59: Provetes com solução extraída do material de ninho após a rotura ... 64

Figura nº. 60: Gráfico dos resultados da análise SEM/EDS da amostra de solo misturado com água ultra-pura ... 66 Figura nº. 61: Gráfico dos resultados da análise SEM/EDS da amostra de solo misturado com

Figura nº. 64: Gráficos combinados da composição mineralógica resultantes da difracção de raios-X dos dois tipos de provetes ... 68

1. Introdução

1.1 Biomimética

Desde que a vida surgiu na Terra a evolução natural dos seres vivos, em que a espécie humana se inclui, tem sido o resultado de processos de luta constante pela sobrevivência. Cada ser vivo tende a adaptar-se a novas adversidades encontrando soluções que visam alcançar a máxima performance através do gasto mínimo de recursos. As “invenções” naturais há muito que nos fascinam e que nos têm inspirado a atingir diversos algoritmos, métodos, materiais, processos, estruturas, ferramentas, mecanismos e sistemas. Existem muitos exemplos de imitações de soluções naturais, que são geralmente muito simples, o caso das barbatanas para nadar é um destes exemplos. Outros exemplos de imitação foram inspirados em sistemas biológicos de grande complexidade, nos quais se inclui o domínio do voo que só se tornou possível depois de se melhor compreender os princípios da aerodinâmica (Bar-Cohen, 2006, pp. V).

Segundo Steele (1960), cit. por Bar-Cohen (2006, pp. 2) a biomimética é o termo de designação do campo de estudo envolvendo a cópia, a imitação e a aprendizagem da biologia. Quinion (1997) afirma que os cientistas estão, cada vez mais, a investigar espécies de animais e de plantas que lhes permitirão criar novos materiais e compostos. Este novo campo da biomimética tem muitas facetas associadas. Alguns cientistas recorrem a métodos naturais de fabrico de componentes químicos para desenvolver outros (a cola à prova de água foi desenvolvida ao estudar um adesivo natural produzido por moluscos; recentes trabalhos de investigação estão a tentar desenvolver uma tinta de água não poluente através da imitação do modo como as asas dos insectos crescem e secam). Para Geada (2006):

imitação, a biomimética baseia-se no estudo de sistemas biológicos para desenvolver ou aperfeiçoar novas soluções de engenharia, já que os problemas por eles enfrentados são similares, em muitos aspectos, aos encontrados em sistemas de engenharia. Os biomiméticistas encontram na Natureza um modelo perfeito de imitação, de inspiração, pois ela tem muito para nos ensinar, tem muitas respostas às nossas questões. É nesse âmbito, da imitação/inspiração nos modelos/processos da natureza, que os biomiméticistas procuram respostas com vista a solucionar os seus problemas”.

A biomimética é uma área da ciência emergente. Neste capítulo irão ser apresentados alguns exemplos de trabalhos de investigação desenvolvidos em diversos campos de aplicação e que mostram o potencial da biomimética.

1.2 Campos de aplicação

Têm sido realizados inúmeros trabalhos de investigação na biomimética e em campos de aplicação bastante diversificados o que reforça a ideia desta área da ciência e revela que a natureza é um modelo de imitação imensurável.

Na medicina, têm sido dados passos no sentido de desenvolver um rim artificial. No tratamento da insuficiência renal tem sido utilizada, nos últimos anos, a técnica da hemodiálise, que tem conseguido resolver alguns dos problemas associados a esta patologia. (Gottschalk. & Fellner, 1997, cit. por Bar-Cohen, 2006, pp. 451). Na Figura nº. 1 é mostrado um esquema de aplicação desta técnica.

Figura nº.1: Esquema da técnica da hemodiálise (fonte: www.kidney.org)

Esta técnica tem a desvantagem do paciente ter longos períodos de tempo diário de tratamento que em termos práticos se traduz em que permanecer várias horas por dia ligado na máquina. Este facto tem implicações na perda de mobilidade e na alteração do estilo de vida do paciente. De forma a contornar este problema e a conseguir uma melhor “imitação” das funções de um rim humano está a ser desenvolvido um protótipo de um rim bioartificial (Moussy, 2000, cit. por Bar-Cohen, 2006, pp. 452). Este é constituído por cavidades fibrosas em que as células se desenvolvem em mono camadas confluentes, funcionando assim como um veículo que permite a continuidade das actividades metabólicas e endócrinas (Humes et al, 1997 & Nikolovsky et al, 1999, cit. por Bar-Cohen, 2006, pp. 452). Uma vez que estas cavidades fibrosas não estão expostas ao sangue do paciente, poderão assim evitar-se os problemas de rejeição(Nikolovsky et al, 1999, cit. por Bar-Cohen, 2006, pp. 452). Os primeiros resultados deste sistema têm sido encorajadores para os seus investigadores.

Na área do armamento, baseado no mecanismo biológico de defesa da enguia eléctrica (Figura nº. 2), foi criada uma arma de defesa não letal, que por descarga eléctrica imobiliza o agressor (Alexander et al, 1996, cit. por Bar-Cohen, 2006, pp. 356).

Figura nº. 2: Enguia eléctrica (fonte: www.klickescolas.com.br)

O funcionamento desta arma é explicado pelo seu criador Alexander (1996), da seguinte forma “A small, two-pronged, hand held electrical discharge weapon. Effective range is less than an arm length. It works by affecting the muscle signal paths, disturbing the nervous system”. A Figura nº. 3 mostra um agente a fazer uma demonstração do uso desta arma.

Figura nº. 3: Stun gun (fonte: www.msnbc.msn.com)

Para resolver problemas tecnológicos associado aos sistemas de abastecimento de gás natural, foi desenvolvido um medidor de vazão de gás baseado no sonar de morcegos, Figura nº. 4.

Figura nº. 4: Morcego (fonte: fotosdenatureza.blogspot.com)

Os medidores de vazão existentes apresentam geralmente a limitação de reduzida precisão de leitura do tempo de propagação das ondas ultrassónicas. No modelo natural dos morcegos essa limitação não ocorre atendendo a que é gerado um sinal ultrassónico com largura e componente de alta frequência suficientes para permitir uma maior precisão de medição de tempo de propagação destas ondas. Deste modo, o morcego serviu de modelo natural para o desenvolvimento de um medidor de vazão de gás mais preciso, uma vez que permite uma melhor relação sinal/ruído (Reis et al, 2006, pp. 89 - 98).

Na engenharia civil, foi desenvolvida a técnica do pré-esforço orgânico, para resolver problemas no funcionamento de estruturas e aumentar a durabilidade de materiais. Esta técnica recorreu-se do funcionamento do músculo do bíceps humano (Figura nº. 5) como modelo de imitação natural. Ao ser aplicada uma acção, os nervos (sensores) detectam deformações e comunicam essa informação ao cérebro (autómato), que as analisa e transmite uma ordem aos músculos (actuadores), que por sua vez se contraem esticando os tendões (cabos de pré-esforço) de forma a minimizar as tracções nos ossos (estrutura base).

Os primeiros estudos experimentais da técnica de pré-esforço orgânico (OPS) tiveram em vista a sua a aplicação a cimbres auto-lançáveis. Esta técnica foi já utilizada com sucesso na construção da Ponte sobre o Rio Sousa (Figura nº. 6), no início de 2004, cujo projecto é da autoria da empresa Lisconcebe (André et al, 2003).

1.3 Exemplos de modelos naturais de construção de terra

Cerca de metade da população mundial, aproximadamente três biliões de pessoas distribuídas pelos seis continentes, habitam ou trabalham em edifícios construídos com terra (Rael, 2008).

Existem diversos exemplos de construções naturais processadas à base de terra crua e que podem servir de casos de estudo numa perspectiva biomimética para a obtenção de informação que possa ser útil no contexto da engenharia civil e, em particular, na construção de terra.

Algumas dessas construções naturais são o ninho de térmitas, o ninho de vespa e o ninho da andorinha-dos-beirais. Seguidamente serão descritos, de forma muito sucinta, estes três exemplos.

1.3.1. Ninho de térmitas

Figura nº. 6: Cimbre auto-lançável superior em deslocação para uma nova posição

As térmitas da África subsariana constroem ninhos que, à sua escala, são estruturas naturais gigantescas e que apresentam uma elevada capacidade resistente. Estas construções são feitas com uma mistura de terra e de enzimas segregado por estes insectos.

Esta construção natural tem despertado a atenção de diversos investigadores e tem sido fonte de inspiração para o desenvolvimento de trabalhos de investigação. Um exemplo desses trabalhos de investigação é o projecto TERMES que pretende estudar o efeito do complexo sistema de canais internos do ninho no controle da climatização no interior dessa construção (Sandkings, 2004).

A Figura nº. 7 mostra um ninho de térmitas e observa-se que se trata de uma construção de terra de grandes dimensões em que a relação de dimensões ninho/térmita é enorme. Também se observa que esta construção tem uma secção transversal cujas dimensões se reduzem no sentido base/topo.

Figura nº. 7: Ninho de térmites (fonte: pedromoraiscardoso.wordpress.com)

A forma geométrica do ninho e o material compósito (mistura de terra com líquidos enzimáticos segregados pelas térmitas) conferem uma elevada capacidade resistente desta estrutura natural de terra crua. A Figura nº. 8 demonstra este facto.

Figura nº. 8: Ninho de térmites com duas pessoas (fonte: diamang.com)

1.3.2. Ninho de Vespa

As vespas também são insectos especialistas em construções de terra. Há dois tipos de espécies de vespas, as solitárias e as sociais. As vespas solitárias fazem ninhos de barro e de grãos de areia. As vespas sociais fazem ninhos de “cartão”, (obtidos a partir de fibras de madeira decomposta) e que são muito comuns de se encontrarem nos beirais das casas (Prezoto et al, 2008).

A espécie das vespas solitárias é a mais abundante. Este tipo de vespa constrói o seu ninho com barro e grãos de areia e, está suspenso numa árvore, elemento constitutivo de uma habitação (Figura nº. 9).

1.3.3. Ninho da andorinha-dos-beirais

O ninho da beirais é feito de lama misturada com saliva da andorinha-dos-beirais. Este tipo de ninho apresenta uma forma de taça e geralmente é constituído nos beirais das habitações, Figura nº. 10.

O ninho da andorinha-dos-beirais é feito a partir de argila que esta ave recolhe em cursos de água localizados nas proximidades do local do ninho. A andorinha-dos-beirais recolhe pequenas porções de argila húmida e transporta-a com o bico até ao local onde se situa o ninho.

Deste modo, o ninho é construído parcialmente até atingir a forma final. O local escolhido para a localização do ninho é geralmente os beirais das construções, Figura nº. 10, que conferem uma certa protecção à água da chuva.

Uma descrição mais detalhada sobre esta construção natural será processada seguidamente e atendendo a que esta construção estará relacionada com o caso de estudo estudado neste trabalho de investigação.

2. Caso de Estudo – ninho da andorinha-dos-beirais

No presente trabalho, o ninho da andorinha-dos-beirais foi o modelo natural estudado. Esta investigação pretendeu aferir se esta ave introduz alguma espécie de aglutinante natural à argila na fase de construção do ninho capaz de induzir um aumento de qualidade do material. Esta informação poderá então ser muito útil no contexto da construção civil e, nomeadamente, no melhoramento de soluções construtivas que usam terra crua.

2.1 Andorinha-dos-beirais

A andorinha-dos-beirais ou andorinho-dos-beirais (Delichon Urbicum) é uma ave migratória que pertence à família das andorinhas (Hirundinidae) (Sangster et al, 2004, pp. 153 - 157; Itis Standard Report). Esta ave é estival na Europa (excepto na Islândia), no norte de África e nas regiões temperadas da Ásia, e, por sua vez, é invernal na África subsariana e na Ásia tropical. Esta ave alimenta-se exclusivamente de insectos, que captura em pleno voo, pelo que migra para regiões que apresentam climas que proporcionam a abundância de insectos voadores.

Figura nº. 11: andorinha-dos-beirais (fonte: flickr.com)

A andorinha-dos-beirais tem a cabeça e a parte superior do corpo preto-azuladas, contrastando com o branco do uropígio e da parte inferior do corpo e tal como mostra na Figura nº.11 (Turner & Rose, 1989, pp. 226 – 233).

Segundo Linnaeus (1758) a espécie da andorinha-dos-beirais pode ser classificada segundo o exposto na Tabela 1.

Tabela 1:

Classificação Científica da Andorinha-dos-beirais (fonte: Royal Society for the Protection

of Birds, 2008) Domínio: Eukaryota Sub-reino: Metazoa Filo: Chordata Subfilo: Vertebrata Infrafilo: Gnathostomata Superclasse: Tetrapoda Classe: Aves Subclasse: Neognathae Ordem: Passeriformes Subordem: Passeri Família: Hirundinidae Género: Delichon Espécie: D. Urbicum

Esta ave pode ser encontrada tanto no meio rural como no meio urbano. A Andorinha-dos-Beirais apesar de se encontrar em declínio na Europa (BirdLife International, 2004), tem uma grande população global e por isso não se considera que se encontre em perigo de extinção (BirdGuides). A Figura nº. 12 apresenta as zonas em que é possível encontrar a Andorinha-dos-Beirais. Segundo a União Internacional para a Conservação da Natureza (IUCN) o estado de conservação desta ave é considerado pouco preocupante.

Figura nº. 12: Distribuição geográfica da Andorinha-dos-Beirais (fonte:www.answers.com)

De acordo com a União Internacional para a Conservação da Natureza a classificação designada por Extinta quer dizer há certeza de que o último indivíduo da espécie morreu. Extinta na natureza (EW) significa que a espécie é apenas conhecida como sobrevivendo por cultivo, em cativeiro ou como população naturalizada, fora da sua área de distribuição natural. Em perigo crítico (CR) é considerado que a espécie enfrenta um risco extremamente elevado de extinção na natureza. Em perigo (EN) quando a espécie enfrenta um risco muito elevado de extinção na natureza. Uma espécie classificada como Vulnerável é considerada como estando a sofrer um risco elevado de extinção na natureza. Quase ameaçada (NT) é a classificação que consideram que a espécie que provavelmente enfrenta ameaça de extinção num futuro próximo. Segura ou pouco preocupante, corresponde à classificação de LC e neste domínio os indivíduos da espécie existem na natureza em número elevado e amplamente distribuídos. A espécie da Andorinha-dos-Beirais apresenta um estado de conservação de LC.

A espécie nominal Delichon Urbicum tem cerca de 12 a 13 cm de comprimento, uma envergadura de asas de 26 a 29 cm e um peso médio de 18,3 g (Turner & Rose, 1989, pp. 226 – 233). Uma postura desta ave é geralmente constituída por 4 a 5 ovos. Os ovos são brancos e têm um tamanho médio de 1,90 cm de comprimento, 1,33 cm de diâmetro e um

peso médio de 1,7 g. A incubação dos ovos dura geralmente 14 a 16 dias e é feita essencialmente pela fêmea. As crias recém-eclodidas são altriciais e necessitam de 22 a 32 dias para abandonar o ninho, dependendo das condições atmosféricas. Os progenitores continuam a alimentar as crias durante cerca de uma semana após estas terem saído do ninho. Ocasionalmente, as crias da primeira ninhada ajudam os progenitores a alimentar a segunda ninhada (Turner & Rose, 1989, pp. 226 – 233). A Figura nº. 13 mostra uma cria de idade de cerca de 22 dias a ser alimentada por um dos progenitores.

Figura nº. 13: Cria a ser alimentada (fonte: flickr.com)

Existem duas ninhadas por ano em que o mesmo ninho é utilizado. O ninho é reparado e é reutilizado novamente nos anos seguintes.

Na Europa ocidental e central a maioria destas aves abandona as suas áreas de nidificação até ao final de Outubro. Contudo, não é vulgar encontrar aves que adiam a sua partida até meados de Dezembro

.

2.2 A construção do ninho

beiral, ficando deste modo reforçados pela ligação a dois planos distintos (Figura nº. 14) e, simultaneamente, protegidos de predadores e das intempéries, em particular da chuva (Bar-Cohen, 2006, pp.21; Turner & Rose, 1989, pp. 226 – 233)

.

Figura nº. 14: Ligação do ninho à parede e ao beiral (fonte:www.animalpicturesarchive.com)

Tal como se pode observar na Figura nº.14 o ninho tem a forma de uma “taça fechada” com uma abertura estreita na parte superior. O ninho é construído com pedaços de argila (figuras nº. 14 e 15) ligados entre si com saliva e é forrado interiormente com palha, ervas, penas ou outros materiais macios (Turner & Rose, 1989, pp. 226 – 233; BirdLife International, 2004). A construção de um ninho poderá demorar até cerca de 10 dias e é levada a cabo tanto pelo pela fêmea como pelo macho (Royal Society for the Protection of Birds, 2008). Frequentemente, o pardal-doméstico ocupa o ninho durante a sua construção, forçando deste modo a andorinha-dos-beirais a construir um outro ninho. A abertura existente no topo do ninho terminado apresenta dimensões reduzidas o que já não permite a ocupação dos pardais-domésticos (Coward, 1930, pp.252 – 254) .

Figura nº. 15: Recolha de argila para a construção do ninho (fonte: flickr.com)

Atendendo a que a andorinha-dos-beirais tende a nidificar em colónias numerosas os ninhos podem, por isso, ser construídos em contacto uns com os outros e tal como ilustra a Figura nº. 13. Geralmente, as colónias têm menos de 10 ninhos, embora haja registos de colónias que apresentam milhares de ninhos (Turner & Rose, 1989, pp. 226 – 233).

3. Recolha de amostras de ninho

De forma a realizar o trabalho experimental inerente a este trabalho de investigação foi necessária a recolha de alguns ninhos de andorinha-dos-beirais na região.

Para o efeito, recolheram-se ninhos em duas freguesias de Vila Real que foram Mateus (Figura nº. 16) e São Dinis (Figura nº. 17) e, numa freguesia de Murça, Noura (Figura nº. 18). Esta tarefa foi realizada nos dias 15 de Outubro e 11 de Novembro de 2008 e, nestas datas, as crias já tinham abandonado os ninhos recolhidos.

Figura nº. 16: Amostras recolhidas (Freguesia de Mateus)

Figura nº. 18: Amostras recolhidas (Freguesia de Noura)

Foram recolhidos 2 ninhos em cada uma das freguesias identificadas anteriormente perfazendo deste modo um total de 6 ninhos recolhidos para a realização deste trabalho.

4. Medição dos ninhos

De forma a se conhecer a forma geométrica dos ninhos recolhidos procedeu-se à medição das dimensões desses ninhos “In Situ”. As dimensões avaliadas foram a altura do ninho (A), a largura máxima do ninho (B), a profundidade máxima do ninho (C) e a espessura média da parede do ninho (D). A Figura nº. 19 ilustra esquematicamente as grandezas A, B e C.

a) Alçado frontal do ninho b) Alçado lateral do ninho

Figura nº. 19: Dimensões avaliadas nos ninhos

Outra grandeza que também foi avaliada foi a massa dos ninhos. Todas estas grandezas estão apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2:

Dados relativos aos ninhos recolhidos

Amostra Freguesia Peso (g) A (cm) B (cm) C (cm) D (cm) 1 S.Dinis 388 12,7 18,3 7,4 2,1 2 S.Dinis 414 12,3 17,7 8,1 2,2 3 Mateus 375 11,6 17,6 7,8 2,1 4 Mateus 584 13,2 18,2 8,2 2,2 5 Noura 393 11,8 18,3 7,7 1,9 6 Noura 403 12,1 18,4 7,9 2,2

Através dos dados da Tabela 2 constata-se que a massa média dos ninhos recolhidos é de 426 g, que a altura média é de 12,3 cm, a largura média é de 18,1 cm, que a profundidade média é de 7,9 cm e que a espessura média da parede dos ninhos é de 2,1 cm.

5. Simulação numérica do ninho

5.1 Modelo de elementos finitos do ninho

Com vista à modelação numérica da estrutura do ninho, foi construído um modelo de elementos finitos em 3D usando o código comercial ANSYS. Foi construído o modelo paramétrico em linguagem APDL do ANSYS, considerando para tal, elementos tipo sólido. Estes sólidos foram modelados usando elementos isoparamétricos hexaédricos de 20 nós (SOLID95).

O modelo foi construído de acordo com a geometria apresentada na Figura nº. 19. As dimensões geométricas utilizadas no modelo de elementos finitos correspondem à média aritmética das dimensões das amostras de ninho recolhidas, e tal como se pode observar na Tabela 3.

Tabela 3:

Valores médios das dimensões das amostras dos ninhos

B (cm) A (cm) C (cm) D (cm) 12.3 18.1 7.9 2.1

Na Figura nº. 20 ilustra-se a malha de elementos finitos do ninho definida. Os nós de apoio do ninho foram restringidos em todas as direcções, foi considerado o peso próprio do ninho e uma pressão interna, simulando o peso das andorinhas. Foram simulados quatro cenários de carga que estão identificados na Tabela 4.

Tabela 4:

Cenários de carga

Designação Cenários de carga C1 Peso próprio do ninho

C2 Peso próprio do ninho + 2 progenitores C3 Peso próprio do ninho + 2 progenitores +

4 ovos

C4 Peso próprio do ninho + 4 aves adultas

O material do ninho foi modelado como sendo um material isotrópico e elástico. Foi assumido um peso específico do material (γ) de 18 kN/m3, um módulo de Young (E) de 1 GPa e um coeficiente de Poisson (ν) igual a 0.25.

Este modelo foi utilizado para avaliar os diagramas de tensões da estrutura que simula o ninho, para os diferentes cenários de carga.

valores usualmente encontrados nos ensaios de rotura à compressão em blocos de adobe. A capacidade resistente máxima à tracção é cerca de 20% da capacidade resistente em compressão. Importa referir que nas várias simulações foi imposta uma pressão interior sobre a superfície do ninho, para os cenários de carga descritos na Tabela 4. Foram também retiradas as reacções nos apoios para estudar a sua evolução ao longo dos cenários descritos.

5.2 Resultados obtidos através da simulação numérica

5.2.1 Cenário de carga – C1

As figuras nº. 21 a) e b) representam o campo de tensões segundo a direcção do carregamento para o cenário de carga C1. Constata-se que os valores extremos das tensões se observam nos apoios. Constata-se também que as tensões de compressão ocorrem na parte inferior do ninho, junto ao plano de contacto com o apoio, exceptuando esta parte, em todo o ninho ocorrem tensões de tracção. O valor máximo de tensões de compressão é de 0,106×10-14 Mpa e as tensões máximas de tracção tomam o valor de 0,176×10-14 Mpa. São portanto valores muito baixos e são inferiores ao valor mínimo dos intervalos de 0,5 Mpa-3 Mpa e 0,1 Mpa-0,6 Mpa da capacidade resistente máxima à compressão e tracção deste material.

Figura nº. 21 b): Campo de tensões, σy, em MPa (vista B)

5.2.2 Cenário de carga – C2

A Figura nº. 22 representa o campo de tensões segundo a direcção do carregamento para o cenário de carga C2. Mais uma vez se constata que os valores extremos das tensões se observam nos apoios, e as tensões de tracção são predominantes. O valor máximo de tensões de compressão é de 0,872×10-4 Mpa e as tensões máximas de tracção tomam o valor de 0,254×10-4 Mpa. Este cenário é mais gravoso do que o anterior, mas mesmo assim os valores das tensões são muito baixos e são inferiores ao valor mínimo dos intervalos de 0,5 Mpa-3 Mpa e 0,1 Mpa-0,6 Mpa da capacidade resistente máxima à compressão e tracção deste material.

Figura nº. 22: Campo de tensões, σy, em MPa

5.2.3 Cenário de carga – C3

A Figura nº. 23 representa o campo de tensões segundo a direcção do carregamento. Os valores extremos das tensões são também observados nos apoios. O valor máximo de tensões de compressão é de 0,103×10-3 Mpa e as tensões máximas de tracção tomam o valor de 0,302×10-3 Mpa. Estes valores continuam a ser muito baixos e são inferiores ao valor mínimo dos intervalos de 0,5 Mpa-3 Mpa e 0,1 Mpa-0,6 Mpa da capacidade resistente máxima à compressão e tracção deste material. Mais uma vez há predominância de tensões de tracção no ninho para este cenário de carga, que é mais gravoso do que os dois anteriores.

Figura nº. 23: Campo de tensões, σy, em MPa

5.2.4 Cenário de carga – C4

A Figura nº. 24 representa o campo de tensões segundo a direcção do carregamento. Constata-se que os valores extremos das tensões se observam nos apoios. O valor máximo de tensões de compressão é de 0,174×10-3 Mpa e as tensões máximas de tracção tomam o valor de 0,509×10-3 Mpa. Com a observação das figuras nº. 21, 22, 23 e 24 conclui-se que este é o cenário mais gravoso, mas mesmo assim os valores máximos das tensões são muito baixos e são inferiores ao valor mínimo dos intervalos de 0,5 3 Mpa e 0,1 Mpa-0,6 Mpa da capacidade resistente máxima à compressão e tracção deste material.

Figura nº. 24: Campo de tensões, σy, em MPa

5.2.5 Discussão de resultados

Com estes resultados conclui-se que as variações nas cargas na superfície do ninho provocam variações nas reacções de apoio, sendo que a situação mais gravosa é quando ocorre o carregamento C4.

Evolução das Reacções de Apoio em função da pressão interna actuante

R ea cç ã o d e a p o io ( N )

Pressão Interna Actuante (N/mm2)

Figura nº. 25: Evolução das reacções de apoio em função da pressão interna actuante

-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4

3.E-05 4.E-05 5.E-05 6.E-05 7.E-05

Fy Apoio A

Fy Apoio B Fz Apoio A Fz Apoio B

Evolução das Tensões em função da pressão interna actuante T en sã o N o rm a l (N /m m 2 )

Pressão Interna Actuante (N/mm2)

Figura nº. 26: Evolução das tensões normais na direcção do carregamento em função da pressão interna actuante

Ao observar as figuras nº. 25 e 26, que apresentam a evolução das reacções de apoio em função da pressão interna actuante e a evolução das tensões normais em função da pressão interna actuante respectivamente, conclui-se que, tanto as reacções de apoio como as tensões normais, têm um crescimento directamente proporcional às cargas aplicadas no ninho. Conclui-se também que, mesmo para o cenário de carga mais grave (C4), o ninho tem um funcionamento estrutural onde predominam tensões de tracção, mas os valores máximos de tensões de tracção e compressão são inferiores a 0,5 Mpa e 0,1 Mpa, que são os valores mínimos da capacidade resistente máxima à compressão e tracção respectivamente.

6. Identificação/Caracterização da composição do material do ninho

Os objectivos deste trabalho de investigação foram identificar/caracterizar exaustivamente a composição química elementar e composição orgânica do material do ninho a saber se a andorinha-dos-beirais incorpora algum componente durante o processo de construção do ninho, e verificar se esse confere melhores qualidades materiais ao ninho. Deste modo, este conhecimento pode ser aplicado no domínio da construção civil e, em particular, no contexto da construção que usa terra crua.

Para o efeito foram usadas as amostras de ninhos descritas anteriormente e também foram usadas amostras de argila recolhidas na região. As amostras de argila foram consideradas, neste estudo, como sendo o material de referência. A identificação/caracterização da composição química elementar e orgânica das amostras de ninho e a identificação/caracterização das mesmas composições das amostras de argila e, por sua vez, a composição dessas composições permitirá perceber se existe alguma componente adicional no material dos ninhos e induzido pela andorinha-dos-beirais.

Para se efectuar o estudo experimental de identificação e de caracterização do material foram realizados os seguintes ensaios de análise: Scanning Electron Microscopy/Energy Dispersive Spectroscopy (SEM/EDS), Difracção de raios-X, análise colorimétrica (método de biureto e método dos açúcares totais), cromatografia iónica. Seguidamente, todos estes ensaios serão apresentados, descritos e os respectivos resultados serão apresentados e analisados.

6.1 Análise SEM/EDS

A análise SEM/EDS foi realizada na unidade de Microscopia Electrónica da UTAD.

No contexto deste trabalho, o objectivo deste ensaio consistiu em identificar a composição química elementar dos materiais em estudo (ninho e argila).

A microscopia electrónica de varrimento (Scanning Electron Microscopy - SEM) tem sido amplamente usada na identificação/caracterização da composição química dos materiais. No caso dos minérios, a sua grande vantagem consiste na observação directa de contornos de grãos e também de secções polidas. Um outro aspecto importante na caracterização de minérios é a determinação de sua composição química elementar. Os SEM’s equipados com detectores de energia dispersiva de raios-X (Energy Dispersive Spectrometer - EDS) são de fundamental importância na determinação da composição química dos minérios. Com o SEM-EDS, é possível determinar a composição química pontual das fases minerais que compõem o minério, constituindo o EDS ferramenta indispensável na caracterização e distribuição espacial dos elementos químicos. Pode-se inclusive determinar a distribuição espacial de elementos químicos (todos elementos químicos com uma massa atómica superior ao do boro e que estejam presentes em concentração superior a 1%) em toda a amostra analisada com geração de mapas composicionais de raios-X. Outros estudos usando a análise SEM/EDS têm sido feitos para a identificação/caracterização da composição química de solo (Carvalho et al, 2008).

A preparação das amostras para este ensaio consistiu apenas na desagregação do material com um pilão e almofariz (Figura nº. 27). Para esta análise a quantidade de material necessária é, geralmente, muito reduzida, por isso, apenas foram usadas algumas pequenas porções de material de cada ninho recolhido e de argila.

Figura nº. 28: Pinos de alumínio

2º - Deposição de ouro/paládio de forma a tornar o material condutor (Figura nº. 29).

Figura nº. 29: Depositador de ouro/paládio

3º - Realização do ensaio com uma tensão de aceleração de 30 kV. As amostras foram observadas em modo de vácuo no microscópio electrónico (Figura nº. 30).

Figura nº. 30: Microscópio electrónico

Tabela 5:

Identificação/caracterização da composição química elementar pela análise SEM/EDS

Amostras Elementos

Referência São Dinis Mateus Noura % Oxigénio (O) 48,12 45,67 41,72 46,80 Sódio (Na) 0,69 0,81 0,42 1,43 Magnésio (Mg) 0,89 0,33 0,75 1,10 Alumínio (Al) 12,90 15,54 15,54 12,60 Sílica (Si) 29,04 27,47 33.08 27,85 Cloro (Cl) 0,00 0,99 0,00 0,09 Potássio (K) 3,62 6,22 2,89 3,45 Cálcio (Ca) 0,00 0,00 0,00 0,61 Titânio (Ti) 0,38 0,21 0,48 0,57 Ferro (Fe) 4,36 2,76 5,12 5,50

Através dos valores apresentados na Tabela 5 observa-se que as amostras estudadas (a de referência, a de São Dinis, a de Mateus e a de Noura) apresentam uma composição química elementar muito semelhante.

Os valores em percentagem dos elementos químicos (oxigénio, sódio, magnésio, alumínio, sílica, cloro, potássio, cálcio, titânio e ferro) identificados nas várias amostras são muito próximos. O elemento químico que mais se destaca é o oxigénio (O) apresentando um valor próximo de 50%, no caso da amostra de referência. A sílica (Si) é o segundo elemento químico que existe em mais abundância aparecendo com um valor médio de 29,36%. Em seguida surge o alumínio (Al) com uma incidência média de 14,15%. O ferro (Fe) e o potássio (K) apresentam uma incidência média de 4,44% e de 4,05% respectivamente. A incidência média do sódio (Na) é de 3,35% e do magnésio (Mg) é de 0,77%. Os elementos químicos cloro (Cl) e cálcio (Ca) apresentam uma incidência média

Através dos resultados constata-se que se trata de um material argiloso atendendo que a composição química de uma argila é geralmente do tipo 2SiO , AL O , 2H O, silicato aluminoso hidratado. São espalhados pela superfície da terra chegando a basicamente 75% das rochas sedimentares do planeta. Há uma grande variedade de materiais possíveis de classificação neste grupo, quase todos possuem composição semelhante, mas há pequenas variações (Rossi, 2006).

As figuras nº. 31, 32, 33 e 34 apresentam estes resultados graficamente. A leitura destes gráficos permite confirmar a descrição anterior.

Figura nº. 31: Gráfico dos resultados da análise SEM/EDS da amostra de referência

Nestes gráficos podem ser vistos os picos de intensidade dos elementos da composição química do material de uma amostra. Na Figura nº. 31, por exemplo, esses picos estão ilustrados e correspondem com a informação da Tabela 5. Há alguns picos que não estão identificados neste gráfico (Figura nº. 31) porque são os picos de intensidade do ouro e do paládio, que foram precisamente os materiais depositados nas amostras para as tornar condutoras eléctricas. O programa de cálculo matemático usado na análise SEM/EDS identifica estes picos para simplificar a leitura/interpretação dos gráficos.

Figura nº. 32: Gráfico dos resultados da análise SEM/EDS da amostra de Mateus

Figura nº. 34: Gráfico dos resultados da análise SEM/EDS da amostra de Noura

De acordo com Teixeira Pinto (2006, pp. 51) a activação alcalina ou a geopolimerização, é uma reacção de hidratação que envolve alumino-silicatos e substâncias do tipo alcalino ou alcalino-terroso como hidróxidos (XOH, X(OH)2), sais de ácidos fracos (X2CO3, X2S, XF),

sais de ácidos fortes (Na2SO4, CaSO4.2H2O) ou sais silicatados do tipo X2.(n)Si O2 e em

que X representa um ião alcalino do tipo Na, K ou Li, ou alcalino-terroso como o Ca. Esta reacção faz com que o material perca muita da sua estrutura cristalina e fique praticamente amorfo, o que o torna mais susceptível para se combinar quimicamente, o que aumenta a resistência das ligações químicas e que lhe confere melhores propriedades mecânicas.

Face aos resultados obtidos através da análise SEM/EDS apresentados na Tabela 5 e nas figuras nº. 31, 32, 33 e 34 o cenário de haver algum processo de activação alcalina durante o processo de construção de ninho pela andorinha-dos-beirais parece não ter fundamento e atendendo a que a amostra de referência (argila) é muito semelhante à composição química das amostras de ninho.

Com o intuito de se identificar a composição mineralógica, e, as estruturas cristalinas dos materiais em estudo, realizou-se o ensaio de difracção de raios-X na unidade de microscopia electrónica de varrimento da UTAD.

Os resultados obtidos através deste ensaio irão permitir aferir se a argila recolhida na região (amostra de referência) apresenta uma composição mineralógica semelhante à composição mineralógica das amostras de ninho recolhidas nas freguesias de Mateus, de São Dinis e de Noura.

O aparelho utilizado para o ensaio (PANalytical modelo X’Pert PRO com detector X’Celerator, Figura nº. 35), emite raios-X de comprimentos de onda Cu Kα (λ=1,5418 Å), que são usados em análises de cristais. Quando este feixe difracta num cristal desconhecido, o ângulo de difracção relaciona-se com a distância interplanar através da equação de Bragg nλ=2dsenθ. O conjunto de planos de difracção assim como os respectivos ângulos são característicos, permitindo a sua identificação.

Figura nº. 35: PANalytical modelo X’Pert PRO com detector X’Celerator

Antes de se proceder à realização do ensaio de difracção de raios-X foi necessário efectuar a preparação das amostras, que consistiu apenas na desagregação do material, por moagem em almofariz.

Figura nº. 36: Porta amostras

2º - A energia usada na produção de radiação X foi de 50kV e 40mA;

3º - A aquisição foi efectuada entre 5º <2θ <60º na geometria Bragg-Bentano.

Os resultados destes ensaios estão ilustrados na Figura nº. 37.

Figura nº. 37: Gráficos combinados da composição mineralógica resultantes da Difracção de raios-X

A Figura nº. 37 apresenta os difractogramas das 4 amostras analisadas. Os minerais identificados foram Clinocloro, alumino-silicato de potássio, quartzo e moscovite, sendo que, o quartzo e a moscovite são os que se encontram em maior quantidade, seguidos pelo alumino-silicato de potássio e do clinocloro, respectivamente. Ao observar estes gráficos combinados conclui-se que a composição mineralógica destas amostras é semelhante, e, apesar de existir uma pequena diferença na quantidade de clinocloro entre a amostra de referência e as amostras de ninho, essa diferença é muito pequena, e, as estruturas cristalinas encontradas nas amostras são as mesmas. Assim, como já tinha sido referido no ponto anterior, a hipótese de ter havido activação alcalina é posta de parte.

6.3 Análise colorimétrica

De modo a identificar a composição orgânica e, em particular, a existência de polímeros de origem proteica ou de origem polissacarídica, do material em estudo procedeu-se à realização da análise colorimétrica no Laboratório de Química Fina e Aplicada do Departamento de Química da UTAD.

A análise colorimétrica consistiu na determinação do teor de proteínas e o teor de polissacarídeos/açúcares utilizando reacções selectivas para polissacarídeos/açúcares e proteínas, sendo o seu teor determinado colorimetricamente por espectrofotometria de absorção molecular, após a sua extracção com água em ultra-sons. Para se aferir a existência de proteínas foi usado o método de biureto, em que se utiliza o reagente de biureto (solução de Cu2+ em solução alcalina) e a cor violeta resultante da complexação dos iões cobre pelas ligações peptídicas foi determinado a 560 nm. Para se aferir a existência de polissacarídeos/açúcares recorreu-se ao método dos açúcares totais utilizando o método do fenol a 5% e ácido sulfúrico concentrado, e a cor desenvolvida resultante da desidratação dos açúcares e posterior condensação com o fenol foi determinada a 490 nm. Outros estudos utilizando este tipo de análise têm sido feitos para a obtenção do mesmo tipo de resultados (Dubois et al, 2002).

Dinis. Nesta fase as análises colorimétricas foram feitas em duplicado, tal como pode ser observado nos resultados expostos na Tabela 6.

Assim, o procedimento de ensaio foi o seguinte:

1º - Pesagem do material (aproximadamente 250mg de cada amostra) para os tubos de ensaio, em duplicado (Figura nº. 38);

Figura nº. 38: Pesagem das amostras

2º - Adicionar 1ml de água destilada (Figura nº. 39);

Figura nº.39: Adição de água destilada

Figura nº. 40: Aparelho de Ultra-Sons

4º - Centrifugar para depositar o material pesado (5 minutos a 7000 rpm) (Figura nº. 41).

Figura nº. 41: Centrifugadora

5º - Foram então retirados 500 µ L de cada uma das amostras (argila e ninhos) e adicionou-se o respectivo reagente (1ml de reagente de proteínas, no método de biureto e 200 µ L de fenol 5% e 1ml de ácido sulfúrico no método dos açúcares totais), de seguida as amostras foram observadas no espectofetómetro de absorvância molecular (Figura nº. 42).

Os resultados das absorvâncias moleculares podem ser consultados na Tabela 6 (método de biureto e pelo método dos açucares totais).

Tabela 6:

Resultados absorvâncias da argila e da amostra de Ninho de São Dinis pelo método de Biureto e pelo método dos açúcares totais

Branco (água ultra-pura)

Referência

(Argila) São Dinis

Absorvância molecular

Método de biureto 0,156 0,174 0,176 0,127 0,138 Método dos

açúcares totais 0,220 0,340 0,580 1,366 1,142

Através do método de biureto, Tabela 6, as absorvâncias das amostras de referência (argila) e do ninho de São Dinis são da mesma ordem de grandeza à absorvância do branco, o que indica a inexistência, ou pouca abundância, de matéria orgânica de origem proteica nas amostras de material em estudo.

Por sua vez, através do método dos açúcares totais, as absorvâncias das amostras de referência (argila) e do ninho de São Dinis apresentam valores superiores ao branco e tal como se pode observar na Tabela 6. Este dado é revelador da existência de polímeros do tipo polissacarídeos/açúcares no material em estudo. Observa-se também que no mesmo método o valor das absorvâncias da amostra de ninho de São Dinis é significativamente superior ao valor da amostra de referência (argila) mostrando então que o material do ninho tem um teor de polímeros do tipo polissacarídeos/açúcares significativamente superior ao do material de referência (argila). Os resultados apresentados na Tabela 6 também indicam que não ocorreu um desvio no processo de ensaio

Procedeu-se a uma análise colorimétrica do método dos açúcares totais mais exaustiva que contemplou séries de 5, 30, 60 e 90 minutos de ultra-sons de modo a observar a ocorrência de cinética de extracção em todas as amostras. Os resultados desta análise estão apresentados na Tabela 7 e reforçam a conclusão de que a andorinha-dos-beirais parece adicionar polissacarídeos/açúcares ao material do ninho aquando da sua construção e

atendendo a que os valores das absorvâncias obtidas através deste método em todas as amostras de ninho ensaiadas são superiores ao respectivo valor obtido na amostra de referência (argila). Estes resultados também mostram que à medida que aumenta a duração da realização deste ensaio também aumenta o valor da absorvância e é mais significativa a diferença deste valor entre amostras de referência e de ninho.

Os resultados foram os seguintes:

Tabela 7:

Resultados absorvâncias da argila e das amostras de Ninho pelo método dos açúcares totais Ultra-sons (minutos) Argila Ninho Mateus Ninho S. Dinis Ninho Noura Branco (água) 5 0,238 0,459 0,973 0,291 0,220 30 0,288 0,525 1,199 0,370 60 0,326 0,687 1,521 0,390 90 0,392 0,702 1,812 0,427

Fica então comprovado através deste método que a quantidade de polissacarídeos/açúcares detectada experimentalmente nos ninhos foi sempre superior à quantidade detectada na argila. Convém referir que a amostra de Noura que foi retirada num dia chuvoso, pelo que se pensa que esta amostra poderá ter sido lixiviada.

6.4 Cromatografia iónica

Embora não sejam conhecidas a ocorrência de interferências resultantes do tipo de material inorgânico usado no método dos açúcares totais, este aspecto foi analisado.

procedeu-conteúdo de açúcares existentes na amostra de argila e dos ninhos foi realizada por hidrólise directa.

Os polissacarídeos são polímeros em que os monómeros são açúcares, esta análise testa o material para vários tipos de açúcares presentes na Natureza. Neste trabalho, os açúcares testados foram a Fucose (Fuc), arabinose (Ara), galactose (Gal), glucosamina (GlcN), glucose (Glc), manose (Man) e xilose (Xyl).

O procedimento de ensaio consistiu no seguinte:

1º - A hidrólise directa do ninho e argila foi realizada por adição de 1 ml de ácido sulfúrico 12 Molar (M), deixando a reagir durante 1 hora (h) à temperatura ambiente com agitação frequente do conteúdo dos tubos.

2º - Após este tempo foram adicionados 5 ml de água e a hidrólise foi realizada durante 2,5 h à temperatura de 100ºC.

3º - Após arrefecimento foi adicionado 0,5 ml da solução de padrão interno (Pi, 2-desoxiglucose a 1mg/ml), e os conteúdos foram agitados.

4º - Da solução anterior removeu-se 0,4 ml do hidrolisado e foram diluídos com 4,6 ml de água nos porta-amostras do cromatógrafo (Figura nº. 43) iónico e 10 microlitros foram injectados no cromatógrafo iónico do tipo ICS-3000, Dionex (Figura nº. 44). A coluna utilizada foi uma CarboPac PA-20 (Dionex), utilizando como eluente uma solução de hidróxido de sódio 4 mM contendo 2 mM de Ba(OH)2. A detecção dos açúcares foi

realizada por amperometria por pulsos. A quantificação dos mesmos foi realizada pelo método do padrão interno por injecção de uma série de padrões de concentração variável de cada um dos açúcares e calibração da resposta do detector. Outros estudos utilizando este tipo de análise têm sido feitos para a obtenção do mesmo tipo de resultados (Lee, 1996).

Figura nº. 43: Porta-amostras do cromatógrafo iónico

Figura nº. 44: Cromatógrafo iónico

Os resultados deste ensaio estão apresentados na Tabela 8 e nas figuras nº. 45, 46, 47 e 48. Estas análises foram realizadas em duplicado para cada amostra, dessas análises foram feitas a média e o desvio padrão dos resultados obtidos para cada amostra. Na Tabela 8 estão apresentadas a média da concentração de açúcares nas amostras de referência e de ninho. As figuras nº. 45, 46, 47 e 48 correspondem a um cromatograma obtido para cada amostra. Os valores da concentração de açúcares resultam da integração das áreas dos picos dos cromatogramas.

Tabela 8:

Resultados da concentração de açúcares das amostras de referência e de Ninho

Amostra: Fuc (mg/g) Ara (mg/g) Gal (mg/g) GlcN (mg/g) Glc (mg/g) Man/Xyl (mg/g) Total (mg/g) Referência 0,014 0,177 0,174 0,00 0,332 0,128 0,825 Mateus 0,017 0,220 0,156 0,257 0,614 0,208 1,472 Noura 0,020 0,116 0,105 0,00 0,248 0,077 0,565 São Dinis 0,013 0,202 0,571 0,00 0,427 0,165 1,379

Através da Tabela 8 podem-se verificar algumas divergências nos resultados da concentração total de açúcares entre a amostra de referência que apresenta um valor de 0,825 mg/g, e as amostras de ninho, tendo a amostra de ninho de Mateus um valor de 1,472 mg/g e o ninho de São Dinis com um valor e 1,379 mg/g valores superiores ao de referência. A amostra de ninho de Noura é então a única cujo valor de concentração total de açúcares é inferior ao de referência, apresentando um valor de 0, 565 mg/g. Contudo é preciso ter em conta que, tal como foi referido no ponto anterior, as amostras de ninho de Noura foram sujeitas a um processo de lixiviamento.

Analisando esta mesma tabela de forma mais minuciosa constatamos que, no que diz respeito aos valores médios de Fuc, as amostras dos ninhos de Mateus e de Noura têm respectivamente os valores médios 0,017 mg/g e 0,020 mg/g, sendo desta forma superiores ao valor médio de referência. A amostra do ninho de São Dinis, com um valor médio de Fuc de 0,013 mg/g, está ligeiramente abaixo do valor médio de referência.

Já em relação à Ara, cujo valor médio de referência é 0,177 mg/g, a única amostra de ninho com valor médio inferior é a de Noura com 0,116mg/g, estando assim a amostra de ninho de Mateus com um valor médio de 0,220 mg/g e a amostra de ninho de São Dinis com um valor médio de 0,202 mg/g.

Relativamente aos valores médios de Gal, a única amostra de ninho que apresenta valor médio superior ao de referência é a de São Dinis, sendo uma diferença bastante significativa, dado que o valor médio da amostra de ninho é de 0,571 mg/g e o valor médio

de referência de 0,174 mg/g. Neste ponto, os valores médios das amostras de ninho de Mateus e de Noura são respectivamente 0,156 mg/g e 0,105 mg/g.

A glucosamina aparece apenas na amostra de ninho de Mateus com um valor de 0,257 mg/g.

Observando os valores médios referentes aos testes de Glc, verifica-se que a amostra de ninho de Mateus exibe comparativamente aos restantes, um valor médio superior, sendo esse de 0,614 mg/g. Os valores médios de referência são de 0,332 mg/g, os da amostra de ninho de Noura de 0,248 mg/g e da amostra de São Dinis de 0,427 mg/g.

Por fim, no que concerne aos valores médios de Man/Xyl, a amostra de ninho de Mateus volta a apresentar o valor mais elevado de 0,208 mg/g. Nos testes a este tipo de açúcar o valor médio de referência é de 0,128 mg/g, estando assim o valor médio da amostra do ninho de São Dinis acima com um valor médio correspondente de 0,165 mg/g e a amostra de ninho de Noura com um valor médio inferior de 0,077 mg/g.

As figuras nº. 45, 46, 47 e 48 representam um cromatograma de cada amostra e confirmam a descrição anterior.

Figura nº. 46: Cromatograma da amostra de ninho de Mateus

Figura nº. 48: Cromatograma da amostra de ninho de São Dinis

De salientar que esta análise teve alguns problemas, pois o eluente utilizado foi uma solução de hidróxido de sódio. Esse sódio em meio alcalino juntamente com o alumínio e a sílica presentes nas amostras complexaram esse material pesado, o que fez com que o mesmo se depositasse na coluna, o que provocou um grande aumento de pressão, o que causou alguns problemas na selectividade da coluna, o que prejudicou o aparecimento dos picos de intensidade dos cromatogramas.

Estes resultados obtidos através do ensaio de cromatografia iónica reforçam a ideia da existência de açúcares no material no material do ninho e que é resultante do processo de construção do ninho levado a cabo pela andorinha-dos-beirais.

7. Ensaios mecânicos

De modo a averiguar se a existência de polímeros do tipo polissacarídeos/açúcares na argila confere um aumento de propriedades mecânicas desenvolveu-se um trabalho experimental no Laboratório de Materiais e Solos, do Departamento de Engenharias, da UTAD, que contemplou a realização de ensaios de compressão em seis provetes. Três desses provetes foram fabricados através da mistura de solo argiloso (fracção de passados no peneiro 200 da série ASTM) com 50 cl de água ultra-pura. Os outros três provetes foram fabricados também com solo argiloso (fracção de passados no peneiro 200 da série ASTM) misturado com 50 cl de uma solução aquosa extraída do material dos ninhos recolhidos, e com o objectivo de incorporar os polissacarídeos/açúcares existentes nesse material. Deste modo, foi possível determinar e comparar a capacidade resistente à compressão desses seis provetes, de forma a verificar se houve um ganho de propriedades mecânicas induzido pela existência do referido polímero.

A preparação das amostras foi realizada no Laboratório de Química Fina e Aplicada do Departamento de Química da UTAD da seguinte forma:

1º - Desagregação do material com pilão e almofariz (Figura nº. 49)

a) Amostra de ninho b) Pilão e almofariz

2º - Extracção da matéria orgânica do tipo polissacarídeos/açúcares com o equipamento de ultra-sons. Foi extraída a matéria orgânica em séries de 250g de material para 50cl de água ultra-pura durante 1 h. (Figura nº. 50)

Figura nº. 50: Extracção de material do tipo polissacarídeos/açúcares através do equipamento de ultra-sons

3º - Filtragem da solução. Como a solução possui grãos muito finos foi necessário filtrar essa solução, para não alterar a massa dos provetes. (Figura nº. 51)

Figura nº. 51: Filtragem da solução

4º - Conservação da solução. A solução assim obtida e a água ultra-pura foram depois conservadas em recipientes até serem levadas para o Laboratório de Materiais e Solos, do Departamento de Engenharias, da UTAD (Figura nº. 52).

a) Purificador de água b) Recipiente onde foram conservadas as soluções

Figura nº. 52: Conservação das amostras

Já no Laboratório de Materiais e Solos, o material argiloso a ser usado no fabrico dos provetes foi também desagregado com a utilização de um pilão e almofariz (Figura nº. 49 b)).

O fabrico dos provetes obedeceu ao seguinte procedimento:

1º- Peneiração do solo argiloso no peneiro 200 da série de peneiros ASTM (Figura nº 53)

Figura nº. 53: Série de peneiros ASTM

2º- Adição da solução ao material argiloso. Ao material argiloso foi adicionada a solução e com uma misturadora estes dois componentes foram misturados durante 5 minutos (Figura nº. 54).