Melhoria do solo residual granítico com recurso à activação alcalina de cinzas volantes

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Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Escola de Ciências e Tecnologia

MELHORIA DO SOLO RESIDUAL GRANÍTICO COM RECURSO À

ACTIVAÇÃO ALCALINA DE CINZAS VOLANTES

Edgar Manuel Magina Soares

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia

Civil

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Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Escola de Ciências e Tecnologia

MELHORIA DO SOLO RESIDUAL GRANÍTICO COM RECURSO À

ACTIVAÇÃO ALCALINA DE CINZAS VOLANTES

Orientador: Professor Doutor Nuno Miguel Cordeiro Cristelo

Co-orientador: Professora Doutora Maria Adelaide Cerveira

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia

Civil

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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 Nuno Miguel Cordeiro Cristelo, docente do Departamento de Engenharia Civil e da Professora Doutora Maria Adelaide da Cruz Cerveira, docente do Departamento de Matemática, da Escola de Ciências e Tecnologia, da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro.

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“A nossa maior glória não é nunca ter caído, e sim levantar depois de cada queda.”

Confúcio

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AGRADECIMENTOS

Reservo este espaço para prestar os meus mais sinceros agradecimentos a todas as pessoas e entidades que me ajudaram ao longo deste percurso das mais variadas formas e, aos quais, estou eternamente grato.

Ao Professor Doutor Nuno Miguel Cordeiro Cristelo, na qualidade de meu orientador, pelo apoio, consideração, auxilio, partilha de conhecimentos, disponibilidade, amizade e afecto prestados durante a realização deste trabalho.

À minha mãe por sempre ter acreditado em mim.

Um agradecimento especial à Helena Pereira por todo o carinho, amizade, apoio, compreensão e pela paciência nos bons e maus momentos.

À minha co-orientadora, Professora Maria Adelaide Cerveira, por toda a ajuda e compreensão prestadas ao longo da realização deste trabalho.

À Conceição Monteiro e Pedro Cardoso por todo o carinho e apoio demonstrados ao longo deste percurso.

À Unidade de Microscopia Electrónica da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, em especial, ao Professor Pedro Tavares e à Lisete Fernandes, pela ajuda no entendimento de alguns parâmetros na realização deste trabalho.

Aos Professores Tiago Miranda e Daniel Oliveira, aos técnicos de laboratório José Gonçalves e António Matos e ao Engenheiro Rui Silva, ligados ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho, pelo apoio, disponibilidade e partilha de saberes protagonizados.

Aos caros colegas Ricardo Roma, Fernando Reis, Luís Martins e Mónica Dias pelo incentivo e apoio demonstrados.

Aos Engenheiros Ivo Rosa, Ana Chaves e António Mendes pelo apoio, disponibilidade, partilha de saberes e auxílio no entendimento de alguns parâmetros essenciais à elaboração deste trabalho.

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Às demais pessoas e instituições que, de uma forma ou de outra, tornaram possível a realização deste trabalho.

A todos os meus amigos e familiares pelo apoio, carinho e incentivo demonstrados durante este percurso.

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xiii

RESUMO

No sentido de serem cumpridas as crescentes exigências relacionadas com os processos de construção, existe, por vezes, a necessidade de se melhorar as características dos solos envolvidos. No sentido de suprimir essa necessidade, e atendendo à indisponibilidade local de solo com as características necessárias, opta-se, na grande generalidade das vezes, pela melhoria do solo existente.

Num mundo em progressiva mudança, e onde as preocupações ambientais ganham uma importância cada vez mais expressiva, as necessidades de encontrar alternativas aos materiais tidos como tradicionais, e que são utilizados no tratamento de solo, como é o caso do cimento Portland, tomam contornos cada vez mais marcantes. Apesar deste material conferir características bastante interessantes aos elementos que o utilizam, como, por exemplo, ao nível da resistência mecânica, a sua crescente utilização implica custos económicos e ambientais, quer na utilização quer na produção, que não podem ser ignorados por mais tempo. Neste sentido, a procura de alternativas à sua utilização tem ganho relevância nos últimos anos, um pouco por todo o mundo.

Assim, esta dissertação tem como principal objectivo dar um contributo nesse sentido, tendo por base a técnica de activação alcalina, a qual, apesar de ter a sua origem na primeira metade do século passado, apenas apareceu ao longo da última década com uma utilização bastante expressiva. Esta técnica foi utilizada pois, as investigações já elaborados na área de ligantes obtidos utilizando a mesma, apresentam resultados com uma grande potencialidade. Tendo presente o descrito, esta técnica foi avaliada quando utilizada no sentido de melhorar as características de um solo residual granítico. Para que tal fosse possível, foram utilizados ligantes à base de sódio e de um resíduo industrial, os quais permitem a criação de um ambiente altamente alcalino na mistura, promovendo uma dissolução mais eficaz dos elementos presentes no resíduo industrial susceptíveis a que tal aconteça, como é o caso da sílica e da alumina, resultando dessa forma um material novo, com características mais

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xiv

estáveis e com uma resistência superior. Foi, assim, utilizado na concretização desta investigação um ligante composto por um activador à base de silicato de sódio e hidróxido de sódio, e por cinzas volantes da classe F. Esta utilização tem como principal objectivo a avaliação e caracterização do comportamento mecânico proporcionado às misturas de solo beneficiado através de ensaios de compressão uniaxial não confinados.

Palavras-chave: solos residuais, melhoria de solos, activação alcalina, cinzas

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xv

ABSTRACT

In order to compliance with the ever increasing demands related to processes of construction, there is sometimes a need to improve the characteristics of soil concerned. In order to suppress this need and given the unavailability of site soil with the necessary features, the option is, in the vast majority of times, improving the existing soil.

In a world in progressive change, where environmental concerns gain an increasingly significant importance, the need to find alternatives to traditional material, and used in soil treatment, as is the case of Portland cement, make contours each more striking. Although, this material give some interesting characteristics to the elements who use that, for example, in terms of mechanical strength, but, their use entails increasing economic and environmental costs, both in use and production, that can not be ignored any longer. In this sense, the search for alternatives to its use has gained importance in recent years all over the world.

So, this paper has as main objective to contribute in this direction, based on the technique of alkaline activation, which, despite having its origin in the first half of the last century, only appeared over the last decade with a expressive use. This technique was used for the investigations already developed in the area of binders obtained using the same feature results with a large capability.

Having described this, this technique was evaluated when used to improve the characteristics of a residual granitic soil. For make this possible, were used binders based on sodium and industrial waste, which allow the creation of a highly alkaline mixture in promoting a more effective dissolution of the elements present in industrial waste susceptible to this happening, as in the case of silica and alumina, thus resulting in a new material, with characteristics more stable and superior resistance. Was used in this investigation embodiment a binder composed of an activator based on sodium silicate and sodium hydroxide and fly ash Class F. This use has as main

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xvi

objective the evaluation and characterization of the mechanical behavior of benefited soil mixtures to through uniaxial unconfined compression tests.

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xvii

SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS

OPC – Cimento Portland

EUA – Estados Unidos da América

SEM – Microscópio electrónico de varrimento ESD – Espectrometria de energia dispersa BTC – Bloco de terra comprimida

CEPED – Centro de pesquisas e desenvolvimento pH – Potencial de hidrogénio

ETA – Estação de tratamento de água

ETAR – Estação de tratamento de águas residuais WP – Limite de plasticidade

WL– Limite de liquidez

Cu – Coeficiente de uniformidade Cc – Coeficiente de curvatura

GT – Ganho para aplicação em taipa

GJG – Ganho para aplicação em Jet Grouting NaOH – Hidróxido de sódio

CO2 – Dióxido de carbono SiO2 – Dióxido de silício Al2O3 – Óxido de alumínio Fe2O3 – Óxido de ferro

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xviii

H4SiO4 – Ácido silício Si – Silício

Al – Alumínio

Na2O – Óxido de Sódio Na2SiO3 – Silicato de sódio m – Metros

cm – Centímetros mm – Milímetros μm – Micrómetro kPa – Quilo Pascal MPa – Mega Pascal GPa – Giga Pascal

psi – Medida ou unidade de pressão do sistema Americano/Inglês °C – Grau centígrado g - Grama Kg – quilograma s – Segundos min - Minutos h - Horas N – Newton kN – Quilo Newton kV – Quilo Volt

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xix

ÍNDICE GERAL

AGRADECIMENTOS... xi

RESUMO ... xiii

ABSTRACT ... xv

SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS ... xvii

ÍNDICE GERAL ... xix

ÍNDICE DE FIGURAS ... xxiii

ÍNDICE DE QUADROS ... xxxiii

ÍNDICE DE GRÁFICOS ... xxxvii

1. INTRODUÇÃO ... 3 1.1. Generalidades ... 3 1.2. Objectivos ... 6 1.3. Organização da dissertação ... 7 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...11 2.1. Introdução ...11 2.2. Aplicações ...11 2.2.1. Construção em terra ...13

2.2.1.1. Técnicas de construção em terra ...20

2.2.1.2. Taipa ...26

2.2.2. Melhoria de solo de fundação ...32

2.2.2.1. Propriedades do solo alteradas através da estabilização ...36

2.2.2.2. Métodos de estabilização de solo ...42

(20)

xx

2.2.2.4. Injecção de caldas ...49

2.2.2.5. Jet grouting ...55

2.3. Solo residual granítico ...63

2.4. As cinzas volantes ...70 2.5. Activação alcalina ...74 2.5.1. O meio alcalino ...78 2.5.2. O activador alcalino ...80 2.5.3. Condições de cura ...82 2.5.4. Comportamento mecânico ...84

3. MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA ...89

3.1. Materiais ...89 3.1.1. Solo ...89 3.1.2. Cinzas volantes ...97 3.1.3. Activador ... 101 3.1.3.1. Hidróxido de sódio ... 102 3.1.3.2. Silicato de sódio ... 103 3.2. Equipamentos ... 104 3.2.1. Câmara climática ... 104 3.2.2. Misturadoras mecânicas ... 104 3.2.3. Moldes ... 105 3.2.4. Prensa mecânica ... 106

3.2.5. Prensas mecânicas e softwares para realização de ensaios à compressão ... 107

3.2.6. Camara húmida ... 108

3.2.7. Microscópio electrónico de varrimento (SEM/EDS) ... 109

(21)

xxi 3.3.1. Metodologia I ... 112 3.3.2. Metodologia II ... 122 3.3.3. Metodologia III ... 131 3.3.4. Metodologia IV ... 134 3.3.5. Quadro resumo ... 137

4. ESTUDO DE MISTURAS PARA APLICAÇÃO EM PAREDES DE TAIPA ... 141

4.1. Ensaios e resultados ... 142

4.1.1. Ensaio de provetes prismáticos (40 × 40 × 160 (mm)) à flexão 142 4.1.2. Ensaio de provetes prismáticos (40 × 40 × 160 (mm)) à compressão uniaxial... 144

4.1.2.1. Efeito da razão cinzas/solo ... 146

4.1.2.2. Efeito da razão cinzas/activador ... 147

4.1.2.3. Efeito da razão Na2O/cinzas ... 148

4.1.3. Ensaio de provetes cilíndricos (100 × 200 (mm)) à compressão uniaxial 149 4.1.4. Ensaio de provetes prismáticos (550 × 550 × 200 (mm)) à compressão diagonal ... 152

4.2. Conclusões ... 156

5. ESTUDO DE MISTURAS PARA APLICAÇÃO EM JET GROUTING ... 159

5.1. Avaliação das misturas ... 160

5.1.1. Ensaios e resultados ... 161

5.1.1.1. Efeito do activador sobre o solo ... 169

5.1.1.2. Efeito da razão cinzas/solo ... 171

5.1.1.3. Efeito da concentração do activador ... 174

(22)

xxii

5.1.1.5. Efeito da razão cinzas/activador ... 177 5.1.1.6. Efeito da razão Na2O/cinzas ... 178

5.2. Determinação do módulo de deformabilidade ... 179 5.2.1. Ensaios ... 182 5.2.2. Resultados ... 186 5.2.3. Conclusões ... 194 5.3. Avaliação da pré-fabricação de caldas de cinzas volantes álcali-activadas ... 196 5.3.1. Ensaios e resultados ... 196 5.4. Avaliação da resistência de caldas ... 201 5.4.1. Ensaios e resultados ... 201 6. CONCLUSÕES GERAIS ... 211 6.1. Conclusões ... 211 6.2. Trabalhos futuros ... 213 7. BIBLIOGRAFIA E WEBGRAFIA ... 217 7.1. Bibliografia ... 217 7.2. Webgrafia ... 237

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xxiii

ÍNDICE DE FIGURAS

Capítulo 2

Figura 2.1: Localização de construções em terra em todos os continentes (Fonte: [4]). ...14

Figura 2.2: Localização de construções em terra em Portugal Continental (Fonte: [1]). ...14

Figura 2.3: Mastaba de Sakkarah, Egipto (Fonte: [2]). ...17

Figura 2.4: Zigurate (Fonte: [3]). ...18

Figura 2.5: Grande muralha da China (Fonte: [4]). ...18

Figura 2.6: Construção em adobe Taos Pueblo no Novo México, Estados Unidos da América (Fonte: [5]). ...20

Figura 2.7: Construção em superadobe (Fonte: [6]). ...21

Figura 2.8: Exemplo de uma prensa Cinva-ram (Fonte: [7])...22

Figura 2.9: Construção em BTC (Fonte: [8]). ...23

Figura 2.10: Localização das construções em tabique em Portugal Continental (Fonte: [9]). ...25

(24)

xxiv

Figura 2.11: Construção em tabique em Armamar (Fonte: [10]). ...25

Figura 2.12: Exemplo de edificação em taipa (Fonte: [11]). ...26

Figura 2.13: Construção de habitação em taipa, Beja (Fonte: [12]). ...27

Figura 2.14: Pilões ou maços utilizados na taipa tradicional (Fonte: [13]). ...29

Figura 2.15: Taipa tradicional e pilão (Fonte: [14]). ...29

Figura 2.16: Construção em taipa (Fonte: [15]). ...31

Figura 2.17: Estabilização por compactação de um solo (Fonte: [16]). ...44

Figura 2.18: Exemplo de aplicação de geodreno (Fonte: [17]). ...45

Figura 2.19: Estabilização de solo com cimento (Fonte: [18]). ...46

Figura 2.20: Misturador duplo horizontal para caldas de cimento (Fonte: [19]). ...50

Figura 2.21: Sistema de injecção de calda de cimento manual (Fonte: [20]). 51

Figura 2.22: Sistema avançado de injecção de calda de cimento de elevado desempenho, em contentor, para montagem em camião (Fonte: [21]). ...52

Figura 2.23: Plataforma de perfuração DTH para injecção de calda de cimento a jacto (Fonte: [22]). ...53

(25)

xxv Figura 2.24: Esquema dos momentos de melhoria de solo através da técnica

de jet grouting (Fonte: [23]). ...57

Figura 2.25: Intervalo de aplicação de jet grouting em comparação com outras técnicas de injecção de caldas (adaptado de poly.edu, 2008). ...58

Figura 2.26: Métodos de jet grouting: Jet1, Jet2 e Jet3 (Adaptado de Viana da Fonseca, 2009). ...59

Capítulo 3

Figura 3.1: Solo residual granítico de Guimarães. ...89

Figura 3.2: Cinzas volantes da classe F. ...97

Figura 3.3: Imagem de cinza volante da classe F obtidas através de SEM. Imagem de microestrutura de 1600x. ...98

Figura 3.4: Imagem de cinza volante da classe F obtidas através de SEM. Imagem de microestrutura de 5000x. ...98

Figura 3.5: Espectro e composição química referente à análise de cinzas volantes de classe F (% de elementos). ...99

Figura 3.6: Medição das esferas das cinzas volantes de classe F (imagem 1). ... 100

(26)

xxvi

Figura 3.7: Medição das esferas das cinzas volantes de classe F (imagem 2). ... 100

Figura 3.8: Hidróxido de sódio com concentrações de 10 e 12,5 molal. ... 102

Figura 3.9: Silicato de sódio. ... 103

Figura 3.10: Câmara climática utilizada para secagem do solo. ... 104

Figura 3.11: Exemplo de misturadora utilizada para homogeneização das misturas. ... 105

Figura 3.12: Exemplos de moldes utilizados para dar forma aos provetes pretendidos (da esquerda para a direita: cilíndricos 70 × 140 (mm) (diâmetro × comprimento); cúbico 150 × 150 × 150 (mm); prismático 550 × 550 × 200 (mm)). ... 106

Figura 3.13: Prensa mecânica utilizada para apoiar a moldagem de provetes cilíndricos. ... 107

Figura 3.14: Equipamento da marca Instron utilizado para realizar ensaios à compressão. ... 108

Figura 3.15: Câmara húmida utilizada para cura de provetes. ... 109

Figura 3.16: Microscópio Electrónico (SEM/EDS). ... 109

Figura 3.17: Efeito do processo de destorroamento promovido ao solo (solo original e solo destorroado, da esquerda para a direita). ... 112

(27)

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

câmara climática. ... 113

Figura 3.19: Pesagem de material que compõe a fase sólida de uma mistura. ... 114

Figura 3.20: Fase sólida (solo + cinza) de uma mistura homogeneizada... 115

Figura 3.21: Exemplo de mistura final (solo, cinza e activador). ... 115

Figura 3.22: Exemplo de moldagem de provetes. ... 117

Figura 3.23: Exemplo de provetes cúbicos em cura nos moldes. ... 117

Figura 3.24: Aspecto de um provete após desmolde. ... 118

Figura 3.25: Provetes prismáticos GT0 [Fonte: Faria, 2012]. ... 119

Figura 3.26: Provetes cilíndricos GT0 após regularização dos topos [Fonte: Faria, 2012]. ... 119

Figura 3.27: Processo utilizado para obtenção de uma mistura de solo e cinzas activadas alcalinamente [Fonte: Faria, 2012]. ... 120

Figura 3.28: Processo de compactação de uma mistura no molde e exemplo de um provete fabricado [Fonte: Faria, 2012]. ... 121

(28)

xxviii

Figura 3.29: Moldes (70 × 140 (mm) (diâmetro × comprimento)) utilizados para o fabrico de provetes... 122

Figura 3.30: Exemplo da fase sólida de uma mistura homogeneizada. ... 123

Figura 3.31: Aspecto de uma mistura final homogeneizada. ... 124

Figura 3.32: Exemplo da compactação de um provete. ... 124

Figura 3.33: Início da cura de um provete ainda inserido no corpo do molde. ... 126

Figura 3.34: Provetes em cura na câmara húmida envolvidos em película de celofane. ... 127

Figura 3.35: Painel de controlo da câmara húmida, com indicação de temperatura e humidade que se fazem sentir no interior da mesma. ... 127

Figura 3.36: Exemplo do aspecto dos provetes antes da realização do ensaio. ... 128

Figura 3.37: Exemplo de mistura homogeneizada de solo e água. ... 129

Figura 3.38: Exemplo de um provete de solo sem beneficiação antes do ensaio. ... 129

Figura 3.39: Aspecto de uma mistura de solo homogeneizado com activador. ... 130

(29)

xxix Figura 3.40: Exemplo de um provete de solo homogeneizado com activador

antes do ensaio. ... 131

Figura 3.41: Quantidade de solo utilizado para fabrico de uma mistura. .... 132

Figura 3.42: Exemplo de uma calda de cinzas volantes activadas alcalinamente com processo de homogeneização manual. ... 133

Figura 3.43: Exemplo de provetes obtidos por melhoria de solo através da introdução de uma calda previamente preparada de cinzas volantes activadas alcalinamente. ... 134

Figura 3.44: Aspecto da calda GJG8 de cinzas volantes activadas alcalinamente. ... 135

Figura 3.45: Aspecto de um provete de calda de cinzas volantes activadas alcalinamente após desmolde... 136

Figura 3.46: Provete envolvido em película de celofane. ... 136

Capítulo 4

Figura 4.1: Ensaio de flexão promovido a provetes prismáticos (40 × 40 × 160 (mm)) [Fonte: Faria, 2012]. ... 143

Figura 4.2: Execução do ensaio de compressão em provetes prismáticos (40 × 40 × 160 (mm)) [Fonte: Faria, 2012]. ... 144

(30)

xxx

Figura 4.3: Exemplo de ensaio de provetes cilíndricos (100 × 200 (mm) (diâmetro × comprimento)) [Fonte: Faria, 2012]. ... 150

Figura 4.4: Ruptura de alguns provetes cilíndricos (100 × 200 (mm) (diâmetro × comprimento)) com e sem beneficiação de solo [Fonte: Faria, 2012]. ... 151

Figura 4.5: Esquema de ensaio à compressão diagonal de provetes prismáticos (550 × 550 × 200 (mm)) [Fonte: Faria, 2012]. ... 153

Figura 4.6: Ruptura de provetes prismáticos (550 × 550 × 200 (mm)) ensaiados à compressão diagonal [Fonte: Faria, 2012]. ... 154

Capítulo 5

Figura 5.1: Esquema de ensaio dos provetes. ... 164

Figura 5.2: Exemplo de ruptura de um provete. ... 165

Figura 5.3: Modo de rutura gerado nos provetes por compressão uniaxial. .. 165

Figura 5.4: Comparação do efeito produzido na cor do solo devido ao processo de activação alcalina do mesmo. ... 171

Figura 5.5: Exemplo de provete montado no equipamento de ensaio. ... 182

Figura 5.6: Exemplo de ruptura dos provetes. ... 183

(31)

xxxi Figura 5.8: Exemplo de provete ensaiado com LVDT’s colocados entre anéis.

... 184

Figura 5.9: Influência dos parafusos na ruptura dos provetes. ... 185

Figura 5.10: Ruptura induzida pelos parafusos de fixação dos anéis. ... 185

Figura 5.11: Aparecimento de fissuração vertical após ruptura de um provete. ... 199

Figura 5.12: Pesagem de um provete antes do ensaio de compressão uniaxial. ... 202

Figura 5.13: Esquema de ensaio dos provetes. ... 204

Figura 5.14: Aparecimento de fissuração vertical devido à ruptura dos provetes. ... 204

Figura 5.15: Ruptura de um provete por compressão uniaxial (Exemplo 1). . 205

(32)

(33)

xxxiii

ÍNDICE DE QUADROS

Capítulo 2

Quadro 2.1: Factores que afectam a resistência de solos tratados (Terashi, 1997). ...33

Quadro 2.2: Resultados obtidos por Valente et al. (2008) para as relações solo/cimento apresentadas...60

Quadro 2.3: Quadro representativo das aplicações e potenciais situações de aplicação da técnica de jet grouting (adaptado de Viana da Fonseca, 2009). 61

Quadro 2.4: Resenha histórica sobre alguns acontecimentos importantes acerca de cimentos obtidos por activação alcalina e cimentos alcalinos (Adaptado de Torgal et al., 2007) ...75

Capítulo 3

Quadro 3.1: Resultados da análise granulométrica efectuada ao solo. ...91

Quadro 3.2: Resultados obtidos por análise granulométrica da proporção de material existente na amostra estudada. ...92

(34)

xxxiv

Quadro 3.4: Resultados da medição das dimensões da cinza volante de classe F. ... 101

Quadro 3.5: Quantidade de provetes fabricados por mistura e por dimensões. ... 122

Quadro 3.6: Quadro resumo. ... 137

Capítulo 4

Quadro 4.1: Identificação das misturas fabricadas. ... 142

Quadro 4.2: Resultados de resistência média à flexão obtidos pelo ensaio. . 143

Quadro 4.3: Resultados de resistência média à compressão obtidos através do ensaio de compressão uniaxial. ... 145

Quadro 4.4: Resultados de resistência média à compressão obtidos através do ensaio de compressão uniaxial. ... 151

Quadro 4.5: Resistência à compressão diagonal em provetes prismáticos (550 × 550 × 200 (mm)). ... 154

Capítulo 5

(35)

xxxv Quadro 5.2: Número de provetes fabricados e ensaiados para cada mistura e

para cada idade de cura. ... 161

Quadro 5.3: Variação média de peso dos provetes de cada mistura devido ao processo de cura. ... 162

Quadro 5.4: Controlo da densidade média dos provetes ensaiados para cada uma das misturas. ... 163

Quadro 5.5: Resistência média à compressão dos provetes fabricados para cada uma das misturas e respectivo coeficiente de variação. ... 166

Quadro 5.6: Avaliação do efeito provocado na resistência média à compressão das misturas por adição das cinzas volantes da classe F na fase sólida. ... 172

Quadro 5.7: Avaliação do efeito provocado na resistência média à compressão das misturas por variação da concentração do activador. ... 174

Quadro 5.8: Valores considerados através do gráfico 5.9. ... 187

(36)

xxxvi

Quadro 5.14: Quadro resumo. ... 194

Quadro 5.15: Resultados dos ensaios promovidos por Valente (2008) no estudo laboratorial de misturas de solo cimento para aplicação em jet grouting. .. 195

Quadro 5.16: Variação média de peso dos provetes de cada mistura devido ao processo de cura. ... 197

Quadro 5.18: Resistência média à compressão das misturas de referência. . 199

Quadro 5.19: Razão cinzas activador de cada uma das misturas de referência. ... 201

Quadro 5.21: Resistência à compressão das caldas de cinzas volantes activadas alcalinamente que compõem as misturas de referência. ... 206

(37)

xxxvii

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Capítulo 3

Gráfico 3.1: Curva granulométrica do solo. ...91

Gráfico 3.2: Diagrama de índice de plasticidade. ...92

Gráfico 3.3: Curva de compactação do ensaio de Proctor pesado. ...93

Gráfico 3.4: Curva de compactação do ensaio de Proctor leve. ...94

Capítulo 4

Gráfico 4.1: Evolução da resistência à compressão das misturas fabricadas e comparação com a mistura sem beneficiação. ... 146

Gráfico 4.2: Relação da variação da resistência à compressão das misturas com a variação da razão cinzas/solo. ... 147

Gráfico 4.3: Relação da variação da resistência à compressão das misturas com a variação da razão cinzas/activador. ... 148

Gráfico 4.4: Relação da variação da resistência à compressão das misturas com a variação da razão NaOH/cinzas. ... 149

(38)

xxxviii

Gráfico 4.6: Resistência à compressão diagonal em provetes prismáticos (550 × 550 × 200 (mm)). ... 155

Capítulo 5

Gráfico 5.1: Resistência média à compressão de cada uma das misturas para uma idade de cura de 28 dias. ... 167

Gráfico 5.2: Resistência média à compressão de cada uma das misturas para uma idade de cura de 90 dias. ... 167

Gráfico 5.3: Resistência média à compressão das misturas GJG0 e GJG00 para uma idade de cura de 28 dias. ... 170

Gráfico 5.4: Avaliação do efeito provocado na resistência média à compressão das misturas por adição das cinzas volantes da classe F na fase sólida. ... 173

Gráfico 5.5: Avaliação do efeito provocado na resistência média à compressão das misturas por variação da concentração do activador. ... 175

Gráfico 5.6: Efeito da razão sólidos/activador na resistência média à compressão das misturas. ... 176

Gráfico 5.7: Efeito da razão cinzas/activador na resistência média à compressão das misturas. ... 178

Gráfico 5.8: Efeito da razão Na2O/cinzas na resistência média à compressão

(39)

xxxix Gráfico 5.9: Gráfico obtido através da média dos provetes ensaiados para a

força/deslocamento adquirido através do LVDT do actuador para a mistura GJG1. ... 187

Gráfico 5.10: Gráfico obtido através da média dos provetes ensaiados para a força/deslocamento adquirido através do LVDT do actuador para a mistura GJG2. ... 188

Gráfico 5.15: Resistência média à compressão das misturas de referência. . 200

Gráfico 5.16: Resistência à compressão das caldas de cinzas volantes activadas alcalinamente que compõem as misturas de referência. ... 206

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CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

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INTRODUÇÃO

3

1. INTRODUÇÃO

1.1. Generalidades

As necessidades de estabilização, ou melhoria, das características dos solos de fundação assumem um papel cada vez mais importante no panorama actual da construção. Esta é uma problemática que tem vindo a evoluir ao longo do tempo, onde as necessidades de caracterização do solo se unem com as necessidades de segurança que daí advêm. Assim, a beneficiação destes solos toma-se como sendo a alternativa de carácter mais viável, tanto de índole económica como de índole técnica, para conferir melhores características de base, possibilitando dessa forma o uso do espaço onde eles se inserem. Uma outra questão em voga nos dias de hoje é de carácter ambiental, onde cada vez mais se denota uma preocupação com o meio ambiente e com os danos nele causados devido à permanente busca de matérias-primas. Assim, não são apenas as questões de estabilidade e segurança que estão em estudo ao longo deste trabalho, mas também as questões ambientais e de sustentabilidade, que dão forma à busca de materiais classificados como resíduos para reutilização nos processos construtivos. Com esta reutilização torna-se possível a redução de impactos negativos no meio ambiente, mas também se conseguem obter aplicações para os resíduos produzidos na construção ou então produzidos por outro tipo de indústrias, como a de produção de energia ou a de produção de aço. Estes assuntos, aleados à crise económica que assola o mundo nos dias de hoje, conduz a que a busca de novas técnicas e o reaproveitamento de materiais tenha cada vez mais um papel relevante na comunidade, onde constatamos que o dizer popular “o engenho faz a arte” atinge a sua plenitude quando conseguimos superar as adversidades que nos são impostas.

Outro ponto de relevante interesse tem a ver com as necessidades que os materiais residuais impõem no que diz respeito á sua deposição em locais indicados para o efeito. Este facto, para além de acarretar despesas por parte da entidade que os produz, traduz-se também em manifestações muito prejudiciais para o meio ambiente.

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CAPÍTULO 1

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É possível referir que a melhoria das características mecânicas de um solo pode ser conseguida através de técnicas de estabilização mecânica, estabilização física e estabilização química. Esta última foi a escolhida para ser o tema de abordagem deste trabalho, pois acredita-se que é aquela que melhores garantias dá ao nível do aproveitamento de resíduos, mas é também aquela que pode ser utilizada em todos os tipos de solos. A estabilização química utilizando cimento Portland tem sido a que mais avanços tem apresentado, contudo estes avanços ainda se caracterizam como sendo modestos.

Assim, visto que num solo argiloso a fracção de argila é normalmente significativa, a melhoria química, se necessária, desses solos é muitas vezes alcançada por mistura de cal. No entanto, os solos do norte de Portugal são maioritariamente graníticos, com uma fracção de argila baixa, composta principalmente por caulinita (Fonseca, 1988). Como essa fracção é então baixa existe a necessidade de melhorar o solo original, contudo a sua baixa actividade não favorece o uso de cal, sentindo-se então a necessidade de se desenvolver ligantes específicos. Uma escolha óbvia seria o cimento, no entanto, as preocupações ambientais associadas à produção do mesmo têm vindo a aumentar rapidamente e já não podem ser ignoradas. Fernando Torgal e Said Jalali (2010) referem que por cada tonelada de clinquer produzido se libertam para a atmosfera 579 quilogramas de dióxido de carbono (CO2). A

este facto pode-se associar ainda a evidência de que a produção de cimento desde o início do século XX até aos nossos dias aumentou cerca de 1.400 milhões de toneladas/ano, passando das 1.200 milhões de toneladas/ano para as 2.600 milhões de toneladas/ano, sendo que este valor tende a duplicar no espaço de 40 anos. Isto motivou o estudo de um ligante geopolimérico com vista a ser utilizado como principal opção para melhorar o solo granítico residual.

Portanto, o objectivo deste trabalho de investigação é o desenvolvimento de uma metodologia de melhoria do solo, com base na activação alcalina, a ser aplicado em estabilização de solos de fundação através da técnica de Jet

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INTRODUÇÃO

5

Grouting e para construção em terra, utilizando a técnica de construção em

taipa. Para o efeito foi utilizado o solo granítico do norte de Portugal.

Foi assim desenvolvido um estudo preliminar durante o primeiro semestre de 2011 para determinar quais as misturas com um desempenho mais promissor. Alguns resultados dessa primeira fase, bem como informações relevantes sobre construção em taipa, utilizando solos da região norte de Portugal, podem ser obtidos nos seguintes documentos: Cristelo et al, 2012 e Escobar et al, 2012. A segunda fase é o objecto de estudo deste trabalho, e é elaborado com a finalidade de optimização e caracterização das misturas. Comparativamente ao trabalho anterior foi introduzida uma modificação significativa em relação à quantidade de ligante a ser utilizado nesta fase. No primeiro estudo, a percentagem de ligante (activador + cinzas) foi suficiente para garantir que a mistura final tinha um comportamento tipicamente fluido e, portanto, podia ser vertido em moldes, sem qualquer necessidade de compactação, apenas com alguma necessidade de vibração, num processo semelhante ao da moldagem de betão.

A activação alcalina de materiais à base de alumino-silicatos, como por exemplo as cinzas volantes, já é considerada uma importante alternativa para o cimento Portland (OPC), já que a maioria das conhecidas limitações de OPC são superadas por esta nova tecnologia (Hardjito et Rangan, 2005). Uma vantagem importante de materiais alcalino-activados em relação ao cimento é a de carácter ambiental, uma vez que existe a ausência de um passo de calcinação a alta temperatura na activação de cinzas e / ou resultados de escórias, o que se traduz numa drástica redução das emissões de CO2 em

comparação com a produção de OPC. Além disso, o Departamento de Energia dos EUA (2001) realizou um estudo completo concluindo que as cinzas, se usadas correctamente, não representam um perigo para o ambiente quando utilizadas para estabilização do solo.

A combinação de todos estes factores destaca o potencial de materiais com base na activação alcalina de resíduos industriais e de subprodutos. De acordo com (Xu et Van Deventer, 2000; Xu et Van Deventer, 2003; Duxson et al, 2005; Fernandez-Jimenez et al, 2005; Villa et al, 2010), materiais alcalinos que são

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CAPÍTULO 1

6

activados apresentam, em geral, melhor desempenho do que o cimento a partir de um ponto de vista mecânico e apresentam um aumento considerável no que diz respeito à durabilidade e à estabilidade. Estes programas de investigação foram realizados durante os últimos 10 anos para estudar a activação alcalina, no entanto, não consideram a sua aplicação para a melhoria do solo.

1.2. Objectivos

O objectivo deste trabalho é determinar, por meio de uma análise paramétrica através de ensaios de laboratório, qual a quantidade ideal de cinzas volantes para fabricar uma pasta activada de base alcalina para melhorar solo granítico em termos de resistência mecânica e durabilidade, tendo em vista a redução da relação custo / benefício. A identificação dos parâmetros essenciais do aglutinante mencionado irá permitir a caracterização da composição das misturas mais eficazes, que têm em vista a sua utilização em estabilização de solos de fundação, mais propriamente através da técnica de Jet Grouting, e em melhoria de solo para construção em terra, mais propriamente construções em taipa.

Para que tal análise seja passível de ser efectuada têm que ser analisados diversos factores que poderão ter interferência nos resultados finais de resistência à compressão simples, entre os quais:

 Evolução da resistência mecânica com o tempo de cura (idades de cura de 28 e 90 dias);

 Caracterização do módulo de deformabilidade (idade de cura de 28);  Efeito da razão líquido/sólidos;

(49)

INTRODUÇÃO

7  Efeito da razão Na2O1_/cinzas;

 Efeito da concentração do activador no processo de dissolução das cinzas;

 Caracterização química com recurso a SEM/EDS2_;

1.3. Organização da dissertação

Neste ponto será abordada a forma como está organizada esta dissertação. Assim, após a introdução ao trabalho desenvolvido que deu origem a este trabalho escrito, exposto ao longo deste capítulo, é abordado no Capítulo 2 o estado de arte, ou seja, é exposto o conhecimento já existente sobre a matéria em estudo.

No Capítulo 3 caracterizam-se os materiais utilizados nos processos de melhoria de solo, mais concretamente o solo objecto de melhoria, a cinza utilizada como elemento ligante e as soluções que dão origem ao activador. São ainda expostos neste capítulo todos os equipamentos utilizados para fabricos de provetes e amostras, bem como para ensaio dos mesmos. De igual forma, são expostas as metodologias utilizadas para fabricar as misturas e os provetes objecto de estudo neste trabalho, de forma a ser de mais clara compreensão todo o processo de análise efectuado.

No Capítulo 4, e sob o acordo de cooperação existente e referido nesse capítulo, serão efectuadas avaliações aos resultados apresentados por Faria (2012) no sentido de perceber a técnica utilizada, sendo de referir que as avaliações efectuadas são no âmbito dos resultados obtidos por esta autora, e nunca qualitativos do trabalho desenvolvido.

1_{Óxido de Sódio.}

2_{SEM/EDS: Scanning Electron Microscope (Microscópio Electrónico de Varrimento) /} _Energy Dispersive Spectrometry (Espectrometria de Energia Dispersa).

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CAPÍTULO 1

8

No Capítulo 5 é apresentado o trabalho experimental desenvolvido no âmbito do estudo de misturas para utilização em melhoria de solo através da técnica de jet grouting, sendo exibidos os ensaios realizados e os resultados a que deram origem.

As conclusões deste trabalho são expostas no Capítulo 6, onde também são apresentadas algumas propostas para trabalhos futuros, no sentido de optimizar os processos de melhoria de solo através da sua beneficiação com ligantes residuais.

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CAPÍTULO 2

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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

11

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Introdução

Uma das principais técnicas normalmente utilizadas para superar os problemas criados pelo baixo desempenho dos solos é a sua beneficiação com um ligante de base cimentícia. Tradicionalmente, estes ligantes são cimento e / ou cal, que agregam as partículas do solo num esqueleto pétreo através de reacções químicas. No caso do cimento, as reacções são principalmente hidráulicas, enquanto que com a cal essas reacções são pozolânicas. Isto significa que o cimento apenas necessita de água para reagir e obter um aumento da sua resistência, enquanto que a cal necessita de água e de um material pozolânico, como, por exemplo, o solo. Ambos os ligantes compartilham o facto de que as suas reacções com água dependem em grande parte da sua superfície específica. Além disso, apesar do tipo de reacção ser diferente na cal e no cimento, o produto final é muito semelhante, com base em compostos de cálcio e silício. Em termos de resistência mecânica, as misturas à base de ligantes de cimento geralmente apresentam melhores resultados do que as misturas à base de cal. No entanto, as questões ambientais e de durabilidade relacionadas com a produção de cimento e aplicação deste no ambiente, mais propriamente no solo, constitui uma importante motivação para o desenvolvimento de novos ligantes. O uso de quantidades crescentes de resíduos na indústria da construção é uma importante contribuição para a redução no consumo de cimento, uma vez que permite a sua substituição, em percentagens significativas. Em particular, o uso de cinzas tornou-se mais prevalente. É produzido a partir da combustão de carvão, e consiste na matéria inorgânica que não arde durante o processo.

2.2. Aplicações

Tendo em atenção o panorama social da actualidade toma-se como sendo cada vez mais importante a utilização de materiais residuais nos processos construtivos que se utilizam. Tendo em atenção que as constâncias

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CAPÍTULO 2

12

económicas tomam grande importância na contemporaneidade, bem como as preocupações com as necessidades de preservação do meio ambiente e de sustentabilidade, é de especial interesse a busca por novas tecnologias que permitam conferir maiores capacidades, quer quantitativas quer qualitativas, na aplicação de materiais, bem como a procura por novos materiais. Estas buscas devem estar centradas numa tentativa de atenuar os efeitos prejudiciais que o Homem produz no meio envolvente, mas também de promover uma salutar reutilização de materiais que até aos nossos dias eram encarados como residuais, podendo haver dessa forma alternativas tecnicamente e economicamente viáveis às que hoje se utilizam.

As técnicas de construção em terra são encaradas por muitos como sendo técnicas quase rudimentares, apesar de estarem presentes no parque edificado português e ainda de serem técnicas de aplicação não tão distantes no tempo como se possa supor. Actualmente é de fácil apreensão que este tipo de técnicas quase se perdem no esquecimento, o que se deve em relativa fracção às necessidades de segurança com que os projectistas se deparam para elaborar os projectos que lhes são propostos, mas também devido à parca evolução tecnológica que sofreram. Contudo, se estas forem encaradas de uma forma objectiva, e se forem objecto de uma investigação mais intensa, podem ser encaradas como sendo uma alternativa às técnicas mais usuais nos dias que correm. Na conjectura actual, e apesar de estarem associadas às classes económicas mais desfavorecidas, as construções em terra podem ganhar um novo folego, necessitando para isso, e como já referido anteriormente, de evolução tecnológica. É ainda de referir que aquilo que se conhece a nível da durabilidade deste tipo de construções nasce apenas da simples constatação de que algumas destas edificações perduraram durantes dezenas e centenas de anos, chegando até aos nossos dias.

A beneficiação dos solos não se prende apenas a questões relacionadas com técnicas construtivas em terra, estando também associada à criação de elementos viáveis sobre os quais possa haver a pretensão de estabelecer qualquer elemento edificado. Assim, e como já referido anteriormente, as técnicas correntes mais usuais privilegiam a beneficiação dos solos com

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13 cimento e / ou cal. Contudo, estes elementos de base cimentícia, para além

dos custos evidentes de aquisição que apresentam, representam também uma ameaça cada vez maior para o meio ambiente, não só pela necessidade de extracção de matéria-prima como também pelos processos de produção que lhe estão subjacentes.

É de ressalvar que as técnicas de melhoria de solos de fundação têm sofrido uma evolução bastante notória no que diz respeito às tecnologias utilizadas, bem como nos campos de aplicação a que se destinam. Estas técnicas podem ser agrupadas em categorias, podendo e devendo, contudo, em certas situações e circunstâncias, serem utilizadas em conjunto ou em complemento umas das outras, uma vez que o objectivo final é a criação de um elemento estável de base de fundação.

Pode-se assim dizer que o melhoramento de solos está na sua essência relacionado com o emprego de processos de natureza química, física, físico-química ou mesmo mecânica, podendo esta ser natural ou artificial, com o intuito de modificar as propriedades do solo existente por forma a se melhorar o seu comportamento no que diz respeito à sua utilização como material de aplicação em processos construtivos. Esta beneficiação prende-se com o intuito de se obter um produto final capaz de dar uma resposta o mais satisfatória possível as todas as solicitações previstas.

2.2.1. Construção em terra

Existe a pretensão da desmistificação das técnicas de construção em terra, pretendendo conferir-lhes a evolução técnica que ainda não sofreram. Este preceito nasce do facto de cerca de 3 biliões de pessoas, ou seja, cerca de metade da população mundial, viver em construções edificadas com solo, utilizando as mais variadas técnicas.

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CAPÍTULO 2

14

Figura 2.1: Localização de construções em terra em todos os continentes (Fonte: [4]).

Este tipo de construção é também passível de ser encontrado em Portugal, principalmente segundo as técnicas de construção em taipa, adobe e tabique.

Figura 2.2: Localização de construções em terra em Portugal Continental (Fonte: [1]).

Para além do facto do número de pessoas que abitam este tipo de construções, é também de relevante importância a questão ambiental já anteriormente referida neste texto, pois, tendo em atenção o contexto atravessado pela sociedade actual este tipo de questões têm cada vez mais um relevante impacto na comunidade. As técnicas de construção em terra têm por base a utilização de materiais existentes no local de implantação, dando uso ao que a natureza oferece no meio circundante, sem nunca por em causa a sua integridade.

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15 Nas Normas da Nova Zelândia para a construção em terra, pode-se encontrar o

que se expõe de seguida: "A construção de paredes em terra inclui uma grande variedade de técnicas para construir tanto paredes monolíticas como aquelas feitas de tijolos colocados individualmente. (...) Frequentemente são construídos edifícios em terra a partir de solos locais disponíveis perto do local de construção. Devido a estas variáveis, e por causa da disponibilidade reduzida (em comparação com outros materiais) de resultados de testes de laboratório rigorosos, o desempenho de alguns elementos em relação a deformações graves é menos conhecida ou previsível do que com outros materiais. No entanto, a construção de paredes em terra é uma das técnicas mais antigas de construção em todo o mundo e é possível observar paredes executadas com técnicas deste tipo de construção de forma adequada em muitas situações. (...) O processo de construção em terra geralmente envolve as seguintes etapas, não necessariamente nesta ordem:

[1] Localizar local de construção adequada.

[2] Seleccionar a técnica de construção terra pretendida.

[3] Considerar a adequação do subsolo local ou nas proximidades para métodos de construção diversos.

[4] Realizar testes de campo dos solos possíveis para a construção e verificar a sua adequação ao método de construção pretendido. Modificar o método se for necessário.

[5] Realizar testes de pré-construção ao material de construção a utilizar. Modificar a mistura, conforme necessário.

[6] Dimensionamento do edifício e obter licença de construção.

[7] Realizar trabalho no local e construção do edifício, incluindo testes de controlo de qualidade.

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CAPÍTULO 2

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Este projecto de pesquisa, no que à construção em terra diz respeito, está de alguma forma relacionada com as etapas [3] e [5], já que tradicionalmente os solos utilizados para a construção de terra batida têm um comportamento argiloso distinto, no qual a coesão desempenha um papel importante na estabilidade estrutural das paredes, ajudando também no impedimento da desagregação da superfície da parede (Reddy et Kumar, 2011). Assim, e dado que a fracção de argila é normalmente significativa, a melhoria química - se necessária - desses solos é muitas vezes alcançada por misturas de cal. No entanto, os solos do norte de Portugal são maioritariamente graníticos, com uma fracção de argila baixa composta principalmente por caulinita (Fonseca, 1988), o que significa que eles são menos adequados para a taipa em estado bruto (sem estabilização). Daí a necessidade de melhorar o solo original, mas sua baixa actividade não favorece o uso de cal, sendo assim de relevante interesse e desenvolvimento o estudo de ligantes específicos para o efeito. Uma escolha óbvia seria a utilização de cimento, no entanto, e como já referido, as preocupações ambientais com a produção de cimento estão a aumentar rapidamente e não podem ser ignoradas por mais tempo. Isto motivou o estudo de um ligante geopolimérico para ser utilizado como sendo a principal opção para melhorar o solo granítico residual. É ainda de indicar que o tema relacionado com o solo a melhorar é abordado mais à frente neste capítulo.

Quanto à construção em terra é muito difícil dizer qual o local ao certo e qual a data específica em que surgiram as primeiras construções deste tipo. Tal como a fala, a escrita ou, até mesmo, as primeiras embarcações, a construção em terra surgiu de uma necessidade básica do Ser Humano, assim sendo, e por ser tão antiga, o traçado histórico fica por vezes incerto.

Contudo, é possível encontrar algumas marcações temporais para este tipo de construções, onde as mais antigas nos remetem para a região da Mesopotâmia e do antigo Egipto. Este, apesar de ser um material comum na maioria dos locais do planeta, apresenta, nesta região, duas características particulares, referidas mais abaixo neste texto, que facilmente remetem para as primeiras edificações com terra.

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17

Figura 2.3: Mastaba de Sakkarah, Egipto (Fonte: [2]).

Assim, desde que o Homem constrói cidades, há mais de dez mil anos, a terra tem sido, através de tradições instruídas e populares, um dos principais materiais de construção utilizados. As técnicas de construção em terra têm vindo a ser conservadas no meio rural, sendo estas um resultado do conhecimento empírico passado de geração em geração.

A primeira das características ditas como indispensáveis para que seja possível proceder a uma excelente construção com terra é a presença de rios, na qual, o processo geológico de milhares de anos, possa ter propiciado a sedimentação de material para a formação da argila. A outra característica de interesse é a presença natural de um clima seco, onde o rendimento do conforto para os ambientes internos são melhores e mais facilmente notados com este tipo de construções.

Praticamente todas as antigas civilizações realizaram inicialmente as suas edificações com terra. Os sumérios, os assírios e os babilónios construíram os zigurates3_{, os egípcios possuíam as mastabas}4_{e, posteriormente recorreram a}

construções de pedra.

3_{Templo em forma de pirâmide.} 4_{Túmulos em forma piramidal.}

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CAPÍTULO 2

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Figura 2.4: Zigurate (Fonte: [3]).

A muralha da China, que foi inicialmente construída com paliçadas de madeira e barro, é talvez a mais antiga edificação de taipa ainda existente. Esta foi posteriormente recoberta com pedras para adquirir a sua actual composição. Na América, muito antes de ser colonizada pelos europeus, muitas tribos pré-colombianas já utilizavam a terra para construção. Os Astecas inicialmente construíram a pirâmide do Deus Sol com toneladas de terra batida. Com a evolução da sociedade e das técnicas construtivas, acabaram por recobrir este monumento com pedra5_.

Figura 2.5: Grande muralha da China (Fonte: [4]).

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19 No fim do século XX, resultado da crise energética que ainda hoje se vive no

planeta, ocorreu uma tomada de consciência ecológica, fazendo destas construções uma alternativa às actuais, devido a: utilizarem materiais que a natureza oferece em cada local; serem uma técnica construtiva pouco onerosa; a terra ser um material reciclável e reutilizável, incombustível e com boas características térmicas.

Neste momento da história é possível verificar que as técnicas tradicionais de construção em terra são sistemas capazes de responder às necessidades energéticas e conforto das populações.

De forma a minimizar os efeitos de estufa da atmosfera, vários países Europeus seguiram pelo caminho das construções em terra, numa busca de alternativas mais ecológicas, pois contribuem com um menor consumo de energia. Assim, compreender a natureza é um sinónimo de inteligência e evolução humana, logo se uma sociedade se diz evoluída, não fará muito sentido continuar a construir edifícios que não funcionam a nível energético.

“A terra é o material mais disponível, acessível e económico no planeta. A gratuidade da terra, simplicidade do seu emprego e a sua inesgotabilidade são qualidades que importam tanto a países em desenvolvimento, como a países desenvolvidos, já que responde às incertezas das necessidades energéticas do planeta e do seu meio ambiente.”6

Actualmente existem várias técnicas de construção em terra: taipa, BTC7_,

adobe, superadobe e tabique, entre outras. Existem alguns autores que defendem ainda que uma quantidade considerável dos edifícios construídos a nível mundial, são sistemas de terra nas suas mais diversas técnicas.

6 _{Mariana Correia, Arq. – Comunicado na 10ª mesa redonda da primavera com o título:} Universalidade e diversidade da arquitectura de terra.

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CAPÍTULO 2

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Todavia, existe a necessidade de adequar as técnicas construtivas ancestrais aos dias de hoje, para que tenham a mesma qualidade em termos de segurança e habitabilidade que hoje em dia é exigida noutras técnicas de construção.

2.2.1.1. Técnicas de construção em terra

De entre as técnicas de construção em terra, podem-se salientar as mais usuais, como por exemplo, o adobe, o superadobe, o BTC, a taipa, o tabique e a construção com blocos de solo melhorado. Estas técnicas são descritas de uma forma sucinta de seguida.

- Adobe

O adobe foi utilizado em diversas partes do mundo, especialmente nas regiões quentes e secas, sendo um dos mais antigos materiais de construção, tendo sido utilizado amplamente nas civilizações do crescente fértil, em especial no Antigo Egipto e Mesopotâmia.

Figura 2.6: Construção em adobe Taos Pueblo no Novo México, Estados Unidos da América

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21 Este tipo de tijolo é um material vernacular8_{usado na construção civil. É}

considerado um dos antecedentes históricos do tijolo de barro e o seu processo construtivo é uma forma rudimentar de alvenaria. Os adobes são tijolos de terra crua, água e palha e algumas vezes outras fibras naturais, moldados em formas por processos artesanais ou semi-industriais.

- Superadobe

De uma forma muito sintética, pode-se dizer que o superadobe consiste em sacos de terra ou um tubo do mesmo material do saco (polipropileno) empilhados e socados com uma humidade de mais ou menos 20%. A largura da parede varia de acordo com a largura do saco ou tubo (no mínimo 40 cm). Possui alta resistência como parede estrutural, e é uma das técnicas mais cansativas de construção em terra.

Figura 2.7: Construção em superadobe (Fonte: [6]).

8_{É definida como sendo "o resultado duma criação colectiva baseada num processo de ensaio} e erro e que se transmite de geração em geração, a qual vai-se adaptando com o tempo às necessidades do grupo e as condições do local" (STENERI, 2010).

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CAPÍTULO 2

22

Este modelo de bio construção permite, que as populações desassistidas de políticas sociais tenham acesso a técnicas e práticas de construção para elaborarem os seus lares. Por serem bastante acessíveis e possíveis de serem realizadas, pelo seu baixo custo operacional e disponibilidade dos materiais (terra crua), é mais uma alternativa para solucionar o grave problema da carência habitacional em alguns países do Mundo, tendo sido este conceito originalmente apresentado pelo arquitecto Nader Khalili à NASA para a construção de habitats sobre a Lua e Marte, como "velcro adobe".

- BTC

O BTC - Blocos de Terra Comprimida ou Blocos de Terra Compactada – também é designado por tijolo ecológico e é um dos métodos de construção em terra crua mais utilizados actualmente. Trata-se de um material relativamente recente, uma vez que foi desenvolvido na Colômbia9_{a partir da}

década de 50 do século XX, no âmbito de um programa de investimento em habitação rural. A prensa utilizada para o efeito foi designada por prensa Cinva-ram.

Figura 2.8: Exemplo de uma prensa Cinva-ram (Fonte: [7]).

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23 Esta técnica surgiu de uma evolução do adobe, através da estabilização do

solo por meios mecânicos, sendo constituído pela compactação de solo confinado num molde, permitindo obter pequenos bolos de terra prensada, mais resistentes e duráveis em relação ao adobe. Esta compactação é realizada através de uma prensa accionada de forma manual, pela força humana, permitindo realizar diversos tipos de blocos, maciços ou perfurados, e pequenas placas de revestimento. A compactação traduz-se na prática pelo aumento da resistência mecânica dos blocos de terra crua, pelo aumento do contacto entre as partículas e pela diminuição da porosidade, através da eliminação de vazios.

Figura 2.9: Construção em BTC (Fonte: [8]).

A forma de construir é semelhante ao tijolo comum, mas quando o BTC é encaixável permite assentar os blocos com menor uso de argamassa, dispensando mesmo o uso de argamassa nas juntas verticais. Em termos de estrutura esta pode ser uma estrutura convencional, em betão ou madeira, ou ser incorporada no próprio bloco perfurado.

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CAPÍTULO 2

24

- Blocos de solo melhorado

Este é um tipo de técnica que pode ser utilizada de forma a melhorar as características mecânicas e físicas tanto dos blocos de adobe como dos blocos de terra comprimida. Assim, nasce a noção de blocos de solo melhorado. Melhorar um solo, significa modificá-la para melhorar as suas propriedades estruturais com o fim de, por exemplo, ter uma maior resistência à água, ter uma maior capacidade de suportar cargas, ter uma menor retracção e uma maior impermeabilidade.

Os blocos de solo melhorado são blocos rectangulares, fabricados numa prensa por meio da compactação da terra misturada com uma certa percentagem pré-determinada de substância estabilizadora (cimento ou cal).

O fabrico deste tipo de blocos é uma combinação de um processo de estabilização mecânica com a utilização duma prensa, e um processo de estabilização química com a utilização do ligante de base cimentícia como estabilizador.

- Tabique

A técnica de construção em tabique é uma técnica tradicional que utiliza a terra crua como material, sendo o seu uso mais sentido no centro e norte do país.

Esta é uma técnica que vê exposto o seu uso em várias partes do mundo, consistindo, de uma forma geral, numa estrutura de madeira revestida por um material de revestimento/enchimento à base de terra crua, podendo em casos pontuais conter carolos de espigas de milho ou palha como enchimento.

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25

Figura 2.10: Localização das construções em tabique em Portugal Continental (Fonte: [9]).

Um elemento construtivo de tabique, por exemplo uma parede, é obtido pela pregagem de fasquio, ripas de madeira colocadas horizontalmente, sobre tábuas de madeira em pé na função de montante, sendo o conjunto revestido em ambas as faces, com reboco de argamassa de cal.

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CAPÍTULO 2

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Geralmente, as construções em tabique possuem ao nível do rés-do-chão paredes exteriores em alvenaria de pedra.

- Taipa

Esta técnica toma-se como sendo de especial interesse para este trabalho, e, como tal, é abordada de uma forma mais pormenorizada no ponto que se segue.

2.2.1.2. Taipa

A técnica de construção em taipa é a técnica mais conhecida do nosso país. É uma técnica de construção monolítica com o objectivo de erguer uma parede, à base de argila e cascalho. De uma maneira geral, consiste na compactação de terra húmida num taipal, ou seja, numa cofragem de madeira. Este tipo de construção já não é muito usual e muitas das construções existentes já fazem parte do património mundial.

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27 Existe ainda quem acredite que esta técnica seja utilizada desde tempos

antigos no Oriente, sendo também ela uma arte do conhecimento do Império Romano. Existem, contudo, zonas onde a técnica de construção em taipa tem uma constante utilização, como por exemplo no norte de África.

Desde a idade antiga, devido às suas qualidades térmicas e também às suas qualidades como material incombustível, a taipa foi utilizada na arquitectura de fortificações por diversos povos, como por exemplo, na muralha da China, na cultura islâmica e na Península Ibérica, particularmente na região do Algarve, tendo sido os Mouros os responsáveis pela sua introdução nesta região.

Rapidamente, esta técnica foi estendida até ao Brasil pelos Portugueses, tendo maior influência no período colonial.

Até aos anos 50, em Portugal, esta era a técnica mais utilizada no centro e sul do país. Para demonstrar a resistência desta técnica existem exemplos centenários de construções em terra no nosso país como, por exemplo, os castelos de Alcácer do Sal e de Silves.

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CAPÍTULO 2

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Embora a terra esteja disponível hoje, como sempre esteve, não é possível a adaptação de um edifício em taipa a qualquer região. Trata-se de um material pouco resistente à água, por isso, é apenas adequado em regiões com baixa precipitação. É um material que dificulta as trocas térmicas, permanecendo quente no inverno e fresco no verão.

Em termos económicos é uma boa escolha, pois o material base utilizado é a terra, podendo depois ser combinada com outras técnicas ou materiais.

A taipa é um método que requer pouca quantidade de água e, por essa razão, esta técnica encontra-se com mais frequência onde a água não abunda.

A técnica de construção em taipa é uma técnica apropriada para climas moderados e áridos e é também económica em países desenvolvidos, se for empregue o equipamento adequado e a tecnologia mecanizada.

Existem dois tipos de aplicação de taipa, a taipa tradicional, também conhecida como taipa de pilão, que é uma técnica onde o solo é compactado com o auxílio de cofragens e pilões, e a taipa mecanizada que se caracteriza pelo uso de novas tecnologias nos seus métodos de aplicação.

As paredes construídas utilizando técnicas de construção em de taipa precisam de menos trabalho e material que aquelas construídas com outras técnicas, acrescendo do facto de que normalmente não é necessário rebocar estas paredes. Pode-se obter facilmente uma parede lisa em que se pode aplicar pintura directamente, devendo as paredes ser protegidas da chuva por uma cobertura. Caso contrário, deve-se usar revestimentos.

A compactação faz-se de forma manual com recurso a peças de madeira, designadas por pilões, maços ou malhos. Este processo de apiloar requer rapidez para que a compactação seja realizada com a terra na humidade correcta para que se obtenha a coesão desejada.