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André Ricardo Alves Guedes Pinto
Fibras de curauá e sisal como reforço em matrizes de solo
Dissertação de Mestrado
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito parcial para obtenção do título de mestre em Engenharia Civil.
Orientador: Khosrow Ghavami
Rio de Janeiro Janeiro de 2008
André Ricardo Alves Guedes Pinto
Fibras de curauá e sisal como reforço em matrizes de solo
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito parcial para obtenção do título de mestre em Engenharia Civil.
Prof. Khosrow Ghavami Presidente/Orientador
Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio
Prof. Celso Romanel Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio
Prof. Alberto S.F.J. Sayão Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio
Prof. José Eugênio Leal Coordenador Setorial
do Centro Técnico Científico – PUC-Rio
Rio de Janeiro, 31 de janeiro de 2008
Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.
André Ricardo Alves Guedes Pinto
Graduou-se em Engenharia Civil pela UFPB (Universidade Federal da Paraíba) em 2004. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Mecânica das Estruturas, atuando principalmente nos seguintes temas: habitação social e materiais não convencionais.
Ficha Catalográfica
CDD: 624
Pinto, André Ricardo Alves Guedes
Fibras de curauá e sisal como reforço em matrizes de solo / André Ricardo Alves Guedes Pinto; orientador: Khosrow Ghavami. – Rio de Janeiro: PUC. Departamento de Engenharia Civil, 2007.
v., 103f.: il. ; 30 cm
Dissertação (mestrado) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil.
Inclui referências bibliográficas.
1. Engenharia Civil – Dissertação. 2. Matriz de solo. 3. Fibras Vegetais. 4. Curauá. 5. Sisal. 6. Solo-cimento-fibras. 7. Compactação quase estática. I. Ghavami, Khosrow. II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. III. Título.
Para meus pais e minha esposa Elaine, pela compreensão, apoio e paciência.
Agradecimentos
Nesta minha jornada de desenvolvimento profissional e pessoal, foram
muitas as pessoas que, de uma forma ou de outra, contribuíram para este processo.
Seria um despropósito a enumeração de todos os nomes, a lista seria
demasiadamente extensa, preenchendo inúmeras páginas. Assim, uma concisa
menção será oferecida a uns poucos.
Em primeiro, aos meus pais por serem meus espelhos e meus guias em toda
a história de minha vida, exemplo de força, dignidade e respeito. Um
agradecimento especial à minha esposa Elaine por ter me dividido, de forma única
e particular, com a Pós-graduação.
Em segundo, a Conceição Freire, pelo acolhimento de um estranho (eu) em
sua casa, em minha chegada à cidade do Rio de Janeiro.
Ao Departamento de Engenharia Civil, seus professores e funcionários, pela
oportunidade e carinho que despenderam para a realização deste trabalho.
Ao professor Normando Perazzo Barbosa, por ter me mostrado e ensinado
os caminhos para uma Engenharia Sustentável. Ao professor Khosrow Ghavami,
pela paciência, confiança, e em especial pela orientação, que só engrandeceram e
ornaram o caminho ao conhecimento científico.
Agradeço aos funcionários do LEM (Laboratório de Estruturas e Materiais)
pelo suporte técnico, essencial em trabalhos experimentais. José Nilson, Euclides
e equipe, pela colaboração e convívio prazeroso.
Por fim, e não menos importante, agradeço à CAPES, pelo apoio financeiro
(vital e necessário).
Resumo
Pinto, André Ricardo Alves Guedes; Ghavami, Khosrow. Fibras de curauá e sisal como reforço em matrizes de solo. Rio de Janeiro, 2008, 105 p. Dissertação de Mestrado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
A insustentabilidade da construção civil tem motivado a busca, nas últimas
três décadas, de materiais e tecnologias que envolvam menores quantidades de
energia, gerem menos resíduos e poluentes. O Grupo de Pesquisa de Materiais e
Tecnologias Não-Convencionais da PUC-Rio tem dedicado esforços neste
sentido, gerando e divulgando conhecimento sobre materiais ecológicos que
sejam, acessíveis à população de baixa renda e menos dependentes de tecnologias
e indústrias multinacionais. Dentre estas tecnologias alternativas, citam-se as
construções com terra, por apresentarem baixo consumo energético e emissão de
poluentes, além da matéria prima (solo) estar disponível abundantemente para
uso. Assim, é uma solução eficaz para o combate aos problemas ambientais e as
desigualdades sociais. Porém, para que as construções sejam resistentes e
duráveis, métodos de estabilização são utilizados com freqüência. Esta dissertação
avaliou a influência da adição de fibras vegetais (curauá e sisal) em matrizes de
solo, as fibras possuem comprimento de 25 e 35 mm, adicionados em 0,5% e 1%,
em peso de solo seco, juntamente com adições de 4 e 6% de cimento. Sob
carregamento estático, são moldados e extraídos espécimes cilíndricos (50x100
mm), assim, ensaios comuns a argamassas são utilizados para avaliar a resistência
das misturas. Os resultados indicam a potencialidade do processo de compactação
desenvolvido. A estabilização química acresceu na rigidez e resistência final dos
compósitos. A estabilização mecânica conduziu a espécimes de menor porosidade
e juntamente com a estabilização física proporcionou o enrijecimento das
misturas. Observa-se que as fibras melhoraram a capacidade de absorção de
energia pós-fissuração, impedindo a ruptura frágil das matrizes.
Palavras-chave Matriz de solo; fibras vegetais; curauá; sisal; solo-cimento-fibras;
compactação quase estática.
Abstract
Pinto, André Ricardo Alves Guedes; Ghavami, Khosrow. Curauá and sisal fibers as reinforcement in soil matrix. Rio de Janeiro, 2008, 105 p. Dissertação de Mestrado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
The development of low cost and energy, saving construction materials such
as Bamboo, vegetable fibers soil and different types of residues has been the
subject of extensive research since 1979 at PUC-Rio. These materials are now
called the Non-Conventional Materials and Technologies (NOCMAT) are
investigated in order to substitute the industrialized materials which have
contributed significantly to the climate change of our globe. It is now well
established that the most commonly used construction material Portland cement is
one of the most polluting one and its use needs to be reduced or to be substituted.
In addition with the expansion of the centralized industrialized materials the gap
between poor and rich is becoming wider and wider. Stabilized earth construction
has been studied by NOCMAT group. This thesis presents the recent results of an
investigation into the behavior of stabilized soil using vegetable fibers and/or
cement. The considered variables in this research program are: the influence of
two types of vegetable fiber, Curauá and Sisal, as reinforcement in two types of
soil matrix, Clayey and Sandy soils. The considered fibers were of 25 and 35 mm
length, with weight fractions of 0,5% and 1%, in relation to soil dry weight. The
studied chemical stabilizers were 4% and 6% of cement in relation to dry soil
weight. Cylindrical specimens of the size 50x100 mm were used to establish the
compression behavior and the tensile strength through diagonal compression tests.
The results indicate that the process of soil compacting is an effective method and
the chemical stabilization increased the rigidity and the strength of the
composites. It was found that the vegetable fibers have improved the post-
cracking behavior of the developed composites.
Keywords Soil matrix; vegetable fibers; curauá; sisal; soil-cement-fibers; quasi static
compaction.
Sumário
1. Introdução 16
2. Revisão Bibliográfica 19 2.1. Desenvolvimento Sustentável versus Construção Civil 19 2.2. Construção Sustentável 25 2.2.1. Alvenaria de Adobe 29 2.2.2. Taipa de Pilão 31 2.2.3. Taipa de Mão 33 2.2.4. Blocos de Terra Comprimida 34 2.3. Estabilização do Solo 35 2.3.1. Estabilização Mecânica 35 2.3.2. Estabilização Física 37 2.3.2.1. Agave sisalana – Sisal 43 2.3.2.2. Ananás erectifolius – Curauá 45 2.3.3. Estabilização Química 46
3. Metodologia Experimental 48 3.1. Materiais utilizados 48 3.2. Características físicas, químicas e mineralógicas dos solos 49 3.3. Características físicas das fibras vegetais 50 3.3.1. Geometria das fibras 50 3.3.2. Teor de umidade 50 3.3.3. Peso específico 50 3.3.4. Absorção d’água 51 3.4. Preparação e ensaio dos corpos de prova 53 3.4.1. Nomenclatura dos corpos de prova 57
4. Resultados e discussão 59 4.1. Características físicas, químicas e mineralógicas dos solos 59 4.1.1. Análise física do solo 59 4.1.1.1. Sistema Unificado de Classificação de Solos (USCS) 60 4.1.2. Análise química do solo argiloso (solo1) 61 4.1.3. Análise mineralógica do solo 62 4.2. Características físicas das fibras vegetais 63 4.2.1. Geometria e Peso específico 63 4.2.2. Índice de absorção d’água das fibras vegetais 65 4.3. Preparação e ensaio dos compósitos 68 4.3.1. Umidade ótima e Massa específica aparente seca máxima 68 4.3.2. Influência da porcentagem de aglomerante 70
4.3.3. Influência das fibras vegetais durante a compactação 73 4.3.4. Influência do comprimento e fração volumétrica das fibras 74 4.3.5. Comportamento dos compósitos reforçados 76 4.3.6. Ensaio de absorção d’água 84
5. Conclusões e Sugestões 86 5.1. Conclusões 86 5.2. Sugestões para trabalhos futuros 89
6. Referências Bibliográficas 90
Apêndice A 99 Apêndice B 101
Lista de figuras
Figura 1. Emissão de CO2 pelo uso de combustíveis (CDIAC, 2007).
21
Figura 2. Distribuição dos componentes do Déficit Habitacional Brasileiro (FUNDAÇÃO JOÃO PINHEIRO, 2006).
24
Figura 3. Ruas e casas da cidade de Bam – Irã, Ásia (GHAVAMI, 2007).
25
Figura 4. Construções da cidade de Navrongo – Gana, África (CRATERRE, 2004).
26
Figura 5. Construções em Chan chan – Perú, América do Sul (CRATERRE, 2004).
26
Figura 6. Construções em Isle d’Abeau – França, Europa (INTI, 2007).
27
Figura 7. Construções na Califórnia – EUA, América do Norte (CALEARTH, 2007).
27
Figura 8. Arquitetura da terra no Brasil e seus modos de produção.
28
Figura 9. Cena representando escravos produzindo tijolos de Adobe (DOAT et al, 1979).
29
Figura 10. Fôrmas, fabricação e construção em Adobe (BARBOSA e GHAVAMI, 2007).
31
Figura 11. Fôrma e processo de compactação (DOAT et al, 1979).
32
Figura 12. Construção em Taipa de Pilão – França (INTI, 2007).
32
Figura 13. Construção em Taipa de Mão – Brasil (MINKE, 2005; BARBOSA e GHAVAMI, 2007).
33
Figura 14. Máquina manual para a produção de blocos de terra comprimida e etapas de construção. a) CINVA-Ram, b) colocação da argamassa, c) assentamento do bloco, d) nivelamento e prumo. (KEEFE, 2005; BARBOSA e GHAVAMI, 2007).
34
Figura 15. Estrutura de uma microfibra vegetal. 40 Figura 16. Interação fibra/matriz de solo (Ghavami et al, 1999). 41 Figura 17. Mecanismo de propagação da fissura (CHAWLA,
1987 apud SALES, 2006). 43
Figura 18. Microscopia eletrônica de varredura da morfologia interna da fibra de sisal (ANDRADE et al, 2007).
44
Figura 19. Planta e fibra da Ananás erectifolius – curauá (MONTEIRO et al, 2006).
46
Figura 20. Microscopia eletrônica de varredura de fibras de curauá (PICANÇO, 2005).
46
Figura 21. Determinação do peso específico das fibras vegetais.
51
Figura 22. Procedimento experimental desenvolvido. a) fibras coladas nas placas de alumínio; b) varal posicionado sob uma superfície com água.
52
Figura 23. Moldes utilizados para confecção dos compósitos. a) detalhe das adaptações necessárias; b) molde+guia.
54
Figura 24. Máquina universal de ensaios utilizada para a compactação.
54
Figura 25. Máquina e instrumentação utilizada nos ensaios. a) ensaio de compressão simples; b) ensaio de compressão diametral.
56
Figura 26. Fixação dos extensômetros elétricos (ensaio de compressão simples).
57
Figura 27. Fixação dos extensômetros elétricos (ensaio de compressão diametral).
57
Figura 28. Distribuição granulométrica dos solos estudados. 59 Figura 29. Difratograma do solo (S). Q- Quartzo (SiO2) –
32,8%; K- Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) – 67,2%. 62
Figura 30. Difratograma do solo (SC). Q- Quartzo (SiO2) – 54,0%; K- Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) – 46,0%.
62
Figura 31. Estrutura atômica da argila caolinita (CALLISTER, 2006, p.37).
63
Figura 32. Variabilidade dos dados físicos e mecânicos (fibras de curauá e sisal).
65
Figura 33. Comparação entre ensaios de absorção d’água (fibras de curauá).
66
Figura 34. Ensaios de absorção d’água (sisal e curauá). 66 Figura 35. Ensaios de absorção d’água (sisal e curauá). 67 Figura 36. Curvas de compactação do solo argiloso (C). 68 Figura 37. Curvas de compactação do solo arenoso (S). 69 Figura 38. Comportamento do solo sob estabilização química
e mecânica. 71
Figura 39. Resistência média à compressão simples dos compósitos imersos em água.
73
Figura 40. Mecanismo de ruptura das fibras sob compactação (Consoli et al, 2005).
74
Figura 41. Pressão de compactação necessária para a produção dos corpos de prova.
74
Figura 42. Resistência média à compressão simples por fração volumétrica de fibras.
75
Figura 43. Resistência média à compressão diametral por fração volumétrica de fibras.
75
Figura 44. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso, fibras de curauá e sisal com comprimento de 25 mm e fração volum. de 1%.
77
Figura 45. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso, fibras de sisal com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%, aos 35 dias.
77
Figura 46. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, fibras de curauá com comprimento de 25 mm e fração vol. de 1%.
78
Figura 47. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, com fibras de sisal com comprimento de 25 e 35 mm e fração vol. de 1%.
79
Figura 48. Tensão-deformação dos compósitos com solo arenoso, fibras de curauá com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%.
80
Figura 49. Tensão-deformação dos compósitos com solo arenoso, fibras de sisal e curauá com comprimento de 25 mm e fração volum. de 1%.
80
Figura 50. Estimativas do Déficit Habitacional – Estado do Rio de Janeiro (Ministério das Cidades, 2000).
99
Figura 51. Estimativas do Déficit Habitacional – Região Metropolitana do Estado (Ministério das Cidades, 2000).
99
Figura 52. Faixas de Renda Mensal Familiar (Salários mínimos) – Estado do Rio de Janeiro (Ministério das Cidades, 2000).
100
Figura 53. Faixas de Renda Mensal Familiar (Salários mínimos) – Região Metropolitana do Estado (Ministério das Cidades, 2000).
100
Lista de tabelas
Tabela 1. Total de emissão de CO2, em 103/t. de carbono (CDIAC, 2007).
21
Tabela 2. Consumo energético e emissão de CO2, ano base 2007 (MME, 2007a).
22
Tabela 3. Consumo final de energia, ano base 2007 (MME, 2007a).
22
Tabela 4. Composição química das fibras vegetais, em % (ARSÉNE et al, 2003).
41
Tabela 5. Composição química das fibras de sisal, em %. 44 Tabela 6. Composição química das fibras de curauá, em %. 45 Tabela 7. Características físicas dos solos estudados, em %. 59 Tabela 8. Esquema para classificação pelo Sistema Unificado. 60 Tabela 9. Análise química (pH, complexo sortivo) do solo
argiloso. 61
Tabela 10. Análise química (ataque sulfúrico) do solo argiloso. 61 Tabela 11. Características físicas das fibras vegetais estudadas. 64 Tabela 12. Características físicas e mecânicas das fibras de
curauá e sisal. 64
Tabela 13. Quantidade de água absorvida do total seco e saturado, em %.
67
Tabela 14. Massa especifica aparente seca dos compósitos. 70 Tabela 15. Resistência média à compressão simples, em MPa. 72 Tabela 16. Resistência média à compressão diametral, em MPa. 72 Tabela 17. Módulo de elasticidade à compressão simples, em
GPa. 81
Tabela 18. Resistência média à compressão simples (MPa), compósitos argilosos.
82
Tabela 19. Resistência média à compressão diametral (MPa), compósitos argilosos.
82
Tabela 20. Resistência média à compressão simples (MPa), compósitos arenosos.
83
Tabela 21. Resistência média à compressão diametral (MPa), compósitos arenosos.
83
Tabela 22. Taxa de absorção d’água dos compósitos estudados, em %.
84
Lista de símbolos
CH Hidróxido de Cálcio CTC Troca catiônica CTA Troca aniônica
CV Coeficiente de variação cmolc/kg Centimol de cátion/kg da amostra
D Diâmetro dos espécimes E Módulo de elasticidade
ER Razão de erosão Gs Densidade real dos grãos H Umidade natural h Umidade
hot Umidade ótima Iabs Índice de absorção d´água
K Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) kWh/t Kilowatts por tonelada
IP Índice de Plasticidade L a) Leitura no frasco de Chapman
b) Comprimento dos espécimes LVDT Linear Variable Differential Transducers
LL Limite de Liquidez LP Limite de Plasticidade
m/dia Metro por dia P Carga aplicada nos testes de compressão diametral
Par Peso seco ao ar livre Pest Peso seco em estufa Pum Peso úmido
Pest50 Peso seco em estufa de 50g de fibras vegetais Q Quartzo (SiO2) T Capacidade de Troca Catiônica
TRB Transportation Research Board tep Tonelada equivalente de petróleo
tep/t Tonelada equivalente de petróleo por tonelada UR Umidade Relativa
V Volume ε40% Deformação produzida por 40% da tensão última (σ40%)
γ Massa específica das fibras vegetais γu Peso específico aparente úmido (densidade úmida) γs Peso específico aparente seco (densidade seca)
γs,max Peso específico aparente seco máximo (densidade seca máxima)
μm Micrometro μs Microstrain σc Resistência à compressão simples σt Resistência à compressão diametral
σ40% 40% da tensão última 2Ө Ângulo de incidência de Raios-X (Análise por Difratometria de
Raios-X)
Estamos diante de um momento crítico na história da Terra, numa época em que a humanidade deve escolher o seu futuro. À medida que o mundo torna-se cada vez mais interdependente e frágil, o futuro enfrenta, ao mesmo tempo, grandes perigos e grandes promessas. Para seguir adiante, devemos reconhecer que, no meio da uma magnífica diversidade de culturas e formas de vida, somos uma família humana e uma comunidade terrestre com um destino comum. Devemos somar forças para gerar uma sociedade sustentável global baseada no respeito pela natureza, nos direitos humanos universais, na justiça econômica e numa cultura da paz. Para chegar a este propósito, é imperativo que nós, os povos da Terra, declaremos nossa responsabilidade uns para com os outros, com a grande comunidade da vida, e com as futuras gerações.
A Carta da Terra – Preâmbulo
Disponível em: http://www.mma.gov.br/estruturas/agenda21/_arquivos/carta_terra.doc
Acessado em: Janeiro de 2005
1. Introdução
A revolução industrial é o marco zero do processo de produção mundial,
uma vez que, o homem passou a produzir e consumir em escala. A aceleração
deste processo trouxe consigo enormes ganhos econômicos, principalmente nas
nações industrializadas, em detrimento de tecnologia disponível e de grandes
parques industriais. Em países em desenvolvimento, como o Brasil, em virtude da
deficiência tecnológica, é prática comum a utilização extensiva dos recursos da
natureza como forma de compensação.
O Brasil é um país de industrialização tardia e, por via de conseqüência, não teve condições de competir em tecnologia como os países já industrializados. Para compensar a falta de competitividade, países como o Brasil se basearam nos baixos preços locais da mão de obra e da matéria prima na exploração predatória dos recursos naturais, [...] (MMA, 2000, p. 57).
Na atualidade observa-se que os recursos naturais, que pareciam
extremamente abundantes, começam a mostrar limitações e escassez bem antes do
esperado. As matérias-primas retiradas do ambiente natural, em todas as épocas e
em todos os países foram, pelo menos uma vez, desperdiçados pelo homem, em
uma atitude de desprezo brutal pelo futuro, e continuam a sê-lo, a não ser que uma
necessidade extrema obrigue a uma utilização mais cuidadosa.
Compreendendo que parte dos problemas ambientais tem origem nas
atividades produtivas, explica-se porque detectando e compreendendo os efeitos
criados por este sistema, encontrar-se-á meios para combater seus malefícios. A
sociedade, no âmbito mundial, vê a necessidade de mudanças, observada pelo
crescente número de reuniões de nível internacional, com o intuito de discutir e
encontrar soluções para se chegar ao chamado desenvolvimento sustentável.
Introdução 17
Dentre as conferências mundiais, destacam-se a convenção de Estocolmo, o
tratado de Amsterdã, o relatório do Clube de Roma, a ECO 92, a Rio+10, entre
outras comissões discursivas, algumas de caráter urgente, outras em longo prazo.
O setor da construção civil, esfera deste trabalho, coloca à disposição da
população muitos materiais e processos de uso imediato. No entanto, estes não
levam em conta o conceito de desenvolvimento sustentável. A inserção da questão
ambiental na atividade construtiva é uma necessidade diante dos problemas que o
mundo enfrenta. Além disso, os materiais e técnicas construtivas deveriam ser
acessíveis à população de baixo poder aquisitivo. Grande parte da população de
baixa renda fica à margem do mercado imobiliário legal, não tendo alternativa
senão buscar formas irregulares de habitação e ocupação do solo. Suas moradias
são comumente construídas de maneira precária em locais impróprios, como áreas
públicas das periferias, margens de córregos, terrenos íngremes, charcos ou áreas
de mangue. No Brasil o déficit habitacional é estimado em 7,9 milhões de
moradias, segundo dados da Fundação João Pinheiro (2006).
A descontrolada explosão demográfica humana aliada a políticas públicas
de habitação ineficientes e a planejamentos urbanos impróprios têm resultado no
aumento da pobreza, em maior concentração nas cidades e suas periferias, o que
tem causado todo o tipo de problemática concernente a grandes acúmulos
populacionais, como falta de infra-estrutura, de saneamento básico, de coleta de
lixo, de esgoto e de habitações, incentivando a insalubridade das moradias
existentes. Sendo tênue a linha que separa o problema habitacional aos demais
problemas de uma sociedade, tem-se visto a instauração do caos urbano que só
favorece à manutenção das disparidades sociais e ao aumento da violência.
O Brasil é profundamente desigual e estruturalmente injusto. O relatório de
1999 do Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD) registra
que, os 20% mais pobres dividem entre si 2,5% da renda nacional, enquanto os
20% mais ricos ficam responsáveis por 63,4%. A elite brasileira é 32 vezes mais
rica que aqueles que se encontram no andar térreo desta pirâmide social. Em
níveis mundiais, a diferença entre o rendimento per capita dos 20% mais ricos e
dos 20% mais pobres aumentou de 30 para 1, em 1960, para 78 para 1, em 1994.
Betto (2000) comenta que, em uma sociedade desigual e injusta, a posse
exagerada de bens supérfluos é, no mínimo, uma ofensa a tantos que carecem de
bens imprescindíveis à vida, como o alimento, a saúde e a habitação.
Introdução 18
No campo da habitação, a introdução de novos materiais e tecnologias, com
a utilização de materiais locais, apresenta-se como alternativa para a redução dos
custos da produção. Desde 1979, o Grupo de Pesquisa de Materiais e Tecnologias
Não-Convencionais da PUC-Rio, têm-se dedicado e contribuído para o estudo
científico e desenvolvimento de materiais e tecnologias alternativas, estimulando
e promovendo a pesquisa e a difusão de conhecimentos nesta área, embasando a
aplicação de materiais naturais, de baixos custos energéticos, financeiros e
ambientais, na construção civil.
Dentre os materiais e tecnologias não-convencionais destaca-se o uso da
terra crua para construções habitacionais. Podendo ser aplicada de inúmeras
formas inclusive reforçada com fibras vegetais. Neste contexto, se insere o
objetivo geral desta pesquisa, que tem como foco avaliar os efeitos da adição de
fibras vegetais (sisal e curauá) sobre as propriedades mecânicas de matrizes de
solo. Especificamente determinou-se o teor ótimo de água para a máxima
densidade seca de um solo (encontrado em seu estado natural) e de um solo
corrigido granulometricamente, utilizando o método de compactação quase
estática. Além da definição do comprimento e porcentagem de fibras “ótima” para
as misturas com acréscimo de resistência mecânica (compressão e tração).
Considerando que uma pesquisa geradora de conhecimento científico resulta
da articulação de dois movimentos, do teórico com o prático, far-se-á no capítulo
2 a revisão bibliográfica, com uma breve conceituação sobre sustentabilidade, das
particularidades de técnicas de construção com terra crua, tipos de estabilização e
melhorias. No capítulo 3, é descrito o procedimento experimental utilizado e, no
capítulo 4, são apresentados os resultados e análises. No capítulo 5, têm-se as
conclusões e sugestões para futuros trabalhos.
2. Revisão Bibliográfica
2.1. Desenvolvimento Sustentável versus Construção Civil
O ambiente construído é o produto da transformação do meio, por técnicas
de manufatura dos recursos naturais e, dependendo da maneira como é obtida e/ou
transformada, causa maior ou menor impacto. Presznhuk (2005) comenta que
cada obra construída apresenta-se como um pequeno “ponto de poluição” que, de
forma dispersa e em grande número, acarreta em conseqüências consideráveis
para o meio ambiente. Além da poluição gerada pelo processo produtivo, verifica-
se o uso desmedido dos bens naturais. Segundo Pessis (2001, apud
SAVASTANO, 2001) a indústria da construção consome o equivalente a 16% de
toda a água potável no mundo, bem como utiliza diretamente ou indiretamente de
30 a 40% de toda energia consumida, gerando entre 20 e 30% de todo o lixo do
planeta. Sob este aspecto, Leonardo Boff, teólogo e escritor, comenta que:
Como espécie – Homo sapiens et demens -, temos ocupado já 83% do planeta, explorando para nosso proveito quase todos os recursos naturais. A voracidade é tal, que temos depredado os ecossistemas a ponto de a Terra ter superado já em 20% sua capacidade de suporte e regeneração. Mais ainda, fizemo-nos reféns de um modelo civilizatório depredador e consumista que, se universalizado, demandaria três planetas semelhantes ao nosso, [...] (TRIGUEIRO, 2003, p.35).
Sob este prisma, faz-se necessário um planejamento que vá além das
necessidades e aspirações das populações atuais, exigindo de imediato, a
incorporação das questões de dimensão ambiental, energética, social, política e
econômica.
Revisão Bibliográfica 20
O aço, o tijolo cerâmico cozido e o cimento são os materiais mais utilizados
na construção civil e estão entre os principais inimigos do meio ambiente, ora
ocasionando poluição através de seus rejeitos e processos de fabricação, ora
utilizando demasiadamente os recursos naturais finitos. Baier (1982 apud
SOUZA, 1993) indica, com respeito aos prejuízos ao meio ambiente, que a
produção de uma tonelada de aço – que alimenta inúmeros setores produtivos –
requer 50 m3 de oxigênio, lançando na atmosfera grandes quantidades de CO2. A
quantidade de escória que resulta deste processo é de montante considerável.
Os tijolos cerâmicos, por sua vez, são provenientes da queima da argila. O
barro (argila) é retirado de forma desorganizada e sem planejamento dos barreiros,
dissociada de procedimentos que contribuam para a recuperação do espaço
lavrado (CARVALHO, 2000). Para a produção de um milheiro de tijolos são
necessários aproximadamente 2 m3 (dois metros cúbicos) de biomassa, o que
equivale à cerca de 10 (dez) árvores de porte médio. No Nordeste brasileiro, sua
fabricação utiliza quase sempre a vegetação nativa como combustível,
contribuindo para a devastação de quase um milhão de quilômetros quadrados de
reservas como a mata atlântica, o cerrado e a caatinga (AGENDA 21, 2001).
Proporcionando o aumento do grave e preocupante processo de desertificação de
alguns estados brasileiros, além de contribuir com o aumento da liberação de CO2
para a atmosfera.
Já o cimento, provém da exploração de jazidas de calcário e argila, materiais
finitos e cuja retirada destrói sistematicamente a região de extração. O calcário
juntamente com a argila são calcinados em fornos para a produção do clínquer.
Nestes fornos utiliza-se como combustível o óleo, o gás natural – ambos
subprodutos do petróleo – além do carvão mineral e vegetal e em alguns casos
pneus. A queima de pneus além de emitir os chamados “gases do efeito estufa” é
em parte responsável pela poluição da atmosfera por enxofre, ocasionando chuvas
ácidas que podem causar acidificação das águas e do solo (LOBATO, 2004).
Estima-se que a quantidade de gás carbônico, liberada na atmosfera pela
indústria cimentícia, seja responsável por cerca de 7% da emissão de CO2 no
planeta. Um número que sobe para além dos 10% em países que vêm se
desenvolvendo rapidamente, como a China, que atualmente produz uma em cada
três toneladas de cimento empregadas no mundo. A cada ano, cerca de 1,7 bilhões
de toneladas de cimento Portland são produzidas, um espantoso total de 250 kg
Revisão Bibliográfica 21
por habitante no planeta (PIERCE, 2004). Segundo dados do CDIAC (Carbon
Dioxide Information Analysis Center) a emissão total de CO2, provenientes da
indústria cimentícia, ano base 2004, no Brasil, na China e nos Estados Unidos foi
de 5,17, 9,65 e 8,53% respectivamente (Tabela 1). A figura 1 ilustra a disparidade
entre nações quanto à emissão de CO2 por combustíveis fósseis (Brasil x EUA).
Tabela 1. Total de emissão de CO2, em 103t de carbono (CDIAC, 2007).
Brasil Estados Unidos da América
Mil
tone
lada
s de
carb
ono
Ano Ano
Figura 1. Emissão de CO2 pelo uso de combustíveis (CDIAC, 2007).
O acréscimo de gás carbônico na atmosfera implica no fenômeno conhecido
como “efeito estufa”. As conseqüências advindas do efeito estufa podem ser
observadas na atualidade com a lenta elevação dos níveis dos mares, provocado
pelo derretimento das geleiras e aumento da temperatura dos oceanos; alterações
das correntes marítimas, propiciando mudanças climáticas drásticas em muitas
regiões; alterações significativas na pluviosidade em diversas áreas continentais e;
Ano combustíveis fósseis produção de cimento – (% do total) Brasil
2002 88756 5172 - (5,83%) 2003 85426 4625 - (5,41%) 2004 90499 4680 - (5,17%)
China 2002 989567 98600 - (9,96%) 2003 1159593 117243 - (10,11%) 2004 1366554 131920 - (9,65%)
Estados Unidos da América 2002 1791456 141910 - (7,92%) 2003 1794932 146530 - (8,16%) 2004 1824421 155660 - (8,53%)
100000
75000
50000
25000
0
1800000
1350000
900000
450000
01900 1935 1970 2005 1800 1870 1940 2010
S
S – sólido L – liquido G – gasoso O – outros T - Total
S
L
T
GO
S – sólido L – liquido G – gasoso O – outros T - Total
T
L
GO
Revisão Bibliográfica 22
incremento da freqüência e da intensidade das tempestades tropicais, incluindo
furacões, ciclones, e outros.
Quanto ao consumo energético, os materiais de construção exigem
quantidades diferentes de energia, que varia de acordo com o nível de
industrialização e processo usado para conversão dos recursos naturais (KRÜGER
e SANTOS, 2003). A necessidade energética começa com a extração de matéria-
prima, processo de manufatura, transporte ao local da obra, bem como
compreende todo o processo construtivo. Assim, o incentivo ao uso de materiais
industriais conduz, por razões técnicas e/ou financeiras, a um aumento substancial
no consumo de energia, emissão de poluentes e desperdício. A tabela 2 apresenta
o consumo energético dos principais materiais de construção correlacionando-os a
emissão de CO2. A tabela 3 apresenta a necessidade energética das nações por
habitante.
Tabela 2. Consumo energético e emissão de CO2, ano base 2007 (MME, 2007a).
Material tep/t kWh/t kg.CO2/t** CO2 (Mt) ** Aço (usina integrada) 0,55 500 -- -- Aço (usina semi-integrada) 0,18 1700 -- -- FerroLigas 1,30 2800 - 13500 -- -- Fundidos 0,17 990 -- -- Alumínio 1,07 15000 -- -- Silício -- 12000 -- -- Cobre 0,32 1670 -- -- Pedra Britada -- 2,5 -- -- Minério de Ferro -- 17 -- -- Cerâmica Vermelha 0,052 17 185 24,4 Cerâmica de Revestimento 0,089 100 188 1,7 Cimento 0,076 109 263 11,0 Vidro 0,24 650 480 1,2
*tep - tonelada equivalente de petróleo **Elaboração DTTM/SGM (2007, apud MME, 2007b), ano base 2006. Tabela 3. Consumo final de energia, ano base 2007 (MME, 2007a).
Energia total (tep/hab) Energia Elétrica (kWh/hab) Brasil 1,08 2,086 EUA 7,91 13,338 China 1,24 1,600 América Latina 1,10 1,645 Mundial 1,77 2,516
Revisão Bibliográfica 23
Minimizar o consumo de materiais convencionais usando materiais,
métodos e tecnologias alternativas podem resultar em considerável economia
energética bem como a redução da emissão de CO2 (VENKATARAMA E
JAGADISH, 2003). Cabe ressaltar que materiais de elevado consumo energético
apresentam um alto valor agregado, impossibilitando que pessoas de baixo poder
aquisitivo os adquiram. Em resposta nos deparamos com índices mundiais
crescentes de deficiência habitacional.
A deficiência de moradias salubres é um problema mundial, tão grave, que a
ONU realizou duas conferências mundiais sobre assentamentos humanos - a
Habitat 1 em Vancouver, Canadá, 1976 e a Habitat 2, em Istambul, Turquia, 1996,
para discutir a situação e apresentar soluções (BRAGION, 2007). Segundo a
Declaração Universal dos Direitos Humanos, artigo 25, 1, adotada e proclamada
pela resolução 217 A, III, da Assembléia Geral das Nações Unidas em 10 de
dezembro de 1948 “Toda pessoa tem direito a um padrão de vida capaz de
assegurar a si e a sua família saúde e bem estar, inclusive alimentação, vestuário,
habitação, assistência médica e os serviços sociais indispensáveis...”. Porém o
direito a habitação ainda não é reconhecido legalmente por alguns países, e devido
a taxas crescentes de pobreza, a falta de habitação tornou-se um dos maiores
problemas humanos em todo o mundo.
No Brasil, estudos da Fundação João Pinheiro (2006), estimam uma
necessidade habitacional, no ano de 2005, de 7.902.699 moradias, o que significa
14,9% do total do estoque de domicílios. Em números absolutos, o déficit está
predominantemente concentrado nas áreas urbanas, 6.414.143 domicílios, dos
quais 2.226.730, nas regiões metropolitanas. Em termos da distribuição regional,
as regiões Sudeste e Nordeste são responsáveis por 71,4% destas carências.
Analisando o perfil das famílias segundo a faixa de renda, a quase totalidade
(96,3%) é de famílias que recebem até cinco salários mínimos, porém a carência é
maior em faixas mais baixas de renda. Observou-se o crescimento, no ano de
2000, de 82,5%, na faixa até três salários mínimos, para 90,3% em 2005.
O déficit habitacional é uma medida direta das carências de moradia de uma
determinada sociedade. A computação é realizada sob o número de habitações
precárias, de coabitações familiares e de ônus excessivos com aluguel. Na figura 2
é ilustrada a contribuição destas três componentes no total da insuficiência
habitacional brasileira.
Revisão Bibliográfica 24
Figura 2. Distribuição dos componentes do Déficit Habitacional Brasileiro (FUNDAÇÃO JOÃO PINHEIRO, 2006).
Por habitação precária entendem-se os domicílios improvisados e rústicos,
sem paredes de alvenaria ou madeira, resultando em desconforto e risco de
contaminação por doenças, em decorrência das condições de insalubridade. A
componente coabitação familiar compreende a soma das famílias que vivem junto
à outra família em um mesmo domicílio e das que vivem em cômodos. Ônus
excessivo com aluguel corresponde às famílias urbanas, com renda familiar de até
três salários mínimos, que moram em casa ou apartamento e que despendem mais
de 30% de sua renda com aluguel (FUNDAÇÃO JOÃO PINHEIRO, 2006).
Diante deste quadro, de profunda desigualdade social aliada à destruição
intensiva do meio ambiente e uso insensato de energias não renováveis, faz-se
necessária à adoção de um planejamento que incorpore as questões de dimensão
ambiental, social e energética. Observa-se que o atual padrão de desenvolvimento
está ultrapassado e equivocado, por ameaçar a sobrevivência da humanidade num
futuro recente. O desenvolvimento e a aplicação de materiais e métodos
construtivos que respeitem o meio ambiente, reduzam o consumo de energia e
sejam acessíveis à parcela marginalizada da sociedade, são instrumentos
adequados à indústria da construção civil para manutenção e efetiva sobrevida de
todo o planeta.
Revisão Bibliográfica 25
2.2. Construção Sustentável
O uso do solo como material de construção iniciou-se no momento em que
nossos ancestrais deixaram de ser nômades e passaram a cultivar seu próprio
alimento, cerca de 10.000 anos atrás. As primeiras cidades foram construídas com
terra, hoje, para construir nossas moradias, empregamos materiais de elevada
energia incorporada, de difícil reciclabilidade, caros e alguns incorporam
elementos tóxicos, como o caso das telhas de fibrocimento, que utilizam amianto,
substância prejudicial à saúde humana, como afirmam Ghavami e Sales (2005).
Algumas das grandes civilizações, berço da cultura ocidental como a persa e
a egípcia, construíram cidade inteiras com terra crua. A terra foi empregada para
edificar fortes, castelos, muralhas, templos, habitações, entre outros, em lugares
como o Saara, África Central e Oriental, América Latina e grande parte da
Europa, incluindo lugares com grandes índices de pluviosidade como Alemanha,
França, Suécia, Noruega e Dinamarca (TERRA, 2006). As figuras 3a,b ilustram
ruas e casas da cidade de Bam (Irã). Construções habitacionais em Gana (África)
podem ser visualizadas nas figuras 4a,b. Construções habitacionais (Figura 5a) e
templo indígena (Figura 5b) em Chan chan no Peru.
Figura 3. Ruas e casas da cidade de Bam – Irã, Ásia (GHAVAMI, 2007).
a) b)
Revisão Bibliográfica 26
Figura 4. Construções da cidade de Navrongo – Gana, África (CRATERRE, 2004).
Figura 5. Construções em Chan chan – Perú, América do Sul (CRATERRE, 2004).
Houben e Guillaud (1994) garantem que a terra é sem dúvida o material de
construção mais utilizado no mundo, sendo difícil encontrar um país que não
possua herança de edifícios em terra crua. A grande muralha da China, há 4.000
anos, foi construída inicialmente com terra batida e depois substituída por pedras
e tijolos; o templo de Ramsés II, no Egito, foi construído em Adobe há 3.200
anos; a parte central da Pirâmide do Sol em Teotihuacan, México, com uma base
de 225 m2 e 63 m de altura, foi construída entre 300 e 900 d.C., tem
aproximadamente 2 milhões de toneladas de terra. No Brasil, cidades como São
Paulo, Salvador, Rio de Janeiro, Ouro Preto, Diamantina e Paraty, entre outras,
têm em comum mais de quatro séculos de história que testemunham o uso
intensivo de técnicas de construção com terra crua. O bom desempenho das
construções é prova inconteste das possibilidades de emprego desse material de
qualidade, quando convenientemente empregado (SOUZA, 1993).
a) b)
a) b)
Revisão Bibliográfica 27
a)
b)
c) d)
e) f)
Nas proximidades de Lyon, França, uma cidade chamada Isle d’Abeau, foi
edificada inteiramente utilizando terra crua. As figuras 6 a,b,c,d ilustram algumas
destas construções. As figuras 7a,b,c,d, apresentam habitações em SuperAdobes, e
as figuras 7e,f referem-se a um centro de vivência em Blocos de Terra
Comprimida na Califórnia (EUA), projeto do arquiteto Nader Khalili.
Figura 6. Construções em Isle d’Abeau – França, Europa (INTI, 2007).
Figura 7. Construções na Califórnia – EUA, América do Norte (CALEARTH, 2007).
a)
b)
c) d)
Revisão Bibliográfica 28
Houben e Guillaud (1994) definem o solo como um processo longo de
deteriorização da rocha-mãe e evolução físico-química. Dependendo da rocha de
origem e das condições climáticas, aparece sob uma infinidade de formas e
variedade de características. O solo pode também ser definido como o material
constituído de partículas sólidas que apresentam, entre si, vazios parciais ou
totalmente preenchidos por água. É um sistema polifásico, formado por fases
sólidas, líquidas e gasosas.
A escolha da técnica construtiva dependerá, entre outros, das características
do solo, além do clima local e dos condicionantes físicos existentes, como
apontado por Lopes (2002). Dentre as possibilidades de utilização, Houben e
Guillaud (1994) apontam uma dúzia de diferentes métodos de construção,
atentando para as dezenas de variações que cada uma delas pode ter, de lugar em
lugar, nos cinco continentes, têm-se: Terra escavada; Terra cobrindo; Terra
preenchida; Terra recortada; Terra compactada; Terra moldada diretamente; Terra
empilhada; Terra extrudada; Terra moldada; Terra escoada; Terra aplicada e;
Terra revestindo.
No Brasil, da mesma forma que em Portugal, as técnicas mais utilizadas
foram o Adobe (terra moldada), a Taipa de pilão (terra compactada) e a Taipa de
mão (terra aplicada), encontrando-se exemplares em praticamente quase todo
território brasileiro (LOPES, 2002). Podem-se citar ainda os Blocos de Terra
Comprimida (BTC) e o Tijolo Cerâmico. A figura 8 ilustra as técnicas citadas
com seu respectivo modo de produção.
Figura 8. Arquitetura da terra no Brasil e seus modos de produção.
Industrial
Manual
Semi Industrial
Terra Moldada (Adobe) Terra Revestindo
(Taipa de Mão)
Terra Comprimida (Taipa de Pilão)
Blocos Comprimidos (Tijolos prensados)
Tijolos Cerâmicos
ARQUITETURA DA TERRA NO
BRASIL
Revisão Bibliográfica 29
Mukeerji e CRATerre (1988, apud LOPES, 2002) de uma maneira geral,
citam como principais vantagens da arquitetura com terra crua a disponibilidade
da terra em grandes quantidades; baixo custo para escavação e transporte, quando
a terra é proveniente do próprio local; a fácil assimilação por mão de obra não
qualificada; a resistência ao fogo; o desempenho climático; a baixa exigência de
energia para manufatura; o uso do solo não estabilizado, permitindo sua
reutilização ilimitada e por fim é um material não poluente.
2.2.1. Alvenaria de Adobe
Este tipo de técnica de construção com terra crua é utilizada pelo homem há
milênios. Elementos em Adobe foram encontrados no Turcomenistão, datando de
6.000 – 8.000 a.C. e na Assíria com 4.000 a.C.. No Egito, monumentos de 3.200
anos podem, ainda hoje, ser contemplados, como as cúpulas e as salas do templo
de Ramsés II (MINKE 2000). A figura 9 ilustra pinturas encontradas em templos
egípcios.
Figura 9. Cena representando escravos produzindo tijolos de Adobe (DOAT et al, 1979).
Adobes são produzidos manualmente, através do solo úmido dentro de
fôrmas retangulares de madeira ou aço. Os tijolos não possuem restrições quanto
as suas dimensões, apresentando variações nos lugares onde é encontrado. Podem
ser maciços ou furados, desde que os furos não representem mais que 15% da área
bruta em qualquer que seja o plano. Quanto ao seu emprego, os Adobes devem
estar secos, o tempo de secagem dependerá das condições climáticas da região.
Revisão Bibliográfica 30
Doat et al (1979) estabelecem que o solo mais adequado para produção dos
tijolos deve possuir entre 55 e 75% de areia, 10 e 28% de silte e de 15 a 18% de
argila. Eventualmente será aceitável material orgânico, desde que este não seja
superior a 3%. Alta concentração de matéria orgânica afetará a estabilidade dos
elementos de terra. Barbosa et al (1997) sugerem que o limite de liquidez
desejável esteja entre 20 e 50%. Em solo argiloso, se observarão fissuras
ocasionando perda de resistência e erosão. Se houver areia demais, o tijolo não
terá coesão suficiente para permanecer estável e poderá se desagregar.
Quanto à influência do teor de umidade, Barbosa et al (1997) descrevem,
para o caso do teor ser baixo, existe a possibilidade da formação de torrões de
terra que se aglomeram de forma independente, não se unindo adequadamente à
terra posta no molde. Por outro lado, caso o teor de umidade seja elevado,
resultará em uma acentuada retração do tijolo durante o processo de secagem,
proporcionando o aparecimento de fissuras. Conforme sugerido por muitos
autores, a terra a ser utilizada na produção dos tijolos deve permanecer em
descanso por no mínimo 24h. Essa prática melhora a qualidade dos blocos,
diminuindo a possibilidade de retração na secagem. Pode-se evitar a excessiva
fissuração dos tijolos de Adobe inserindo fibras vegetais ou fibras animais, além
de estabilizantes químicos como cimento, cal e betume (DOAT et al, 1979).
Para a execução das paredes, aconselha-se que os blocos devam estar
totalmente secos e que a espessura da argamassa de assentamento não deva ser
maior que 3 mm. No momento do assentamento, os tijolos devem ser umedecidos
previamente para que não absorvam a água necessária para hidratação do cimento
nas argamassas. Em nenhum caso a qualidade da argamassa deve ser inferior à
qualidade do bloco (NTE E.080, 1999).
Com relação à altura da alvenaria, Doat et al (1979) sugerem que a altura
máxima não deve exceder 1 m/dia, evitando assim a fissuração das juntas. Embora
algumas normas, a exemplo das normas peruana e mexicana (SALAS, 2002),
recomendem uma altura máxima, para construção, não superior a 1,5 m/dia. Na
figura 10a são apresentadas as fôrmas para a produção do Adobe. A figura 10b,
ilustra o processo de fabricação e a figura 10c demonstra uma construção
habitacional.
Revisão Bibliográfica 31
a b) c)
Figura 10. Fôrmas, fabricação e construção em Adobe (BARBOSA e GHAVAMI, 2007).
2.2.2. Taipa de Pilão
Tem-se registro desta técnica construtiva a pelo menos 5.000 a.C. na Assíria
(MINKE, 2000). O sistema construtivo consiste na disposição do solo em
camadas dentro de uma fôrma, esta fôrma é composta por duas tábuas paralelas
que delimitam a espessura da parede por seu distanciamento. O solo é então
submetido à compactação utilizando um socador (batedor) que pode ser manual
ou mecânico (elétrico ou pneumático). Na França está técnica é conhecida como
“Pise de Terre”, Espanha “Barro Apisonado ou Tapial”, na Alemanha
“Stampflehmbau”, “Taipa” em Portugal e no Brasil “Taipa de Pilão”.
Doat et al (1979) descrevem que o solo conveniente para este tipo de
construção deve ter entre 0 e 15% de cascalho, 40 a 50% de areia, 20 a 35% de
silte, 15 à 25% de argila e o solo não deve apresentar matéria orgânica. Por sua
vez, Pasino et al (1993) sugerem que para a construção se devam utilizar solos
argilosos.
Para controlar a fissuração da secagem do barro, aconselha-se a adição de
fibras vegetais em proporções inferiores a 0,5% em peso (PASINO et al, 1993). A
quantidade de água é fator importante, como citado por Doat et al (1979). O solo
não deve estar saturado. Assim, a quantidade de água deverá ser a mínima
possível para que se obtenha uma massa trabalhável e que não apresente
dificuldades para compactação.
A compactação é uma das fases fundamentais e a escolha do soquete
(socador) influenciará na resistência do muro construído. Pasino et al (1993)
sugerem soquetes manuais, com peso entre 10 e 15 kg, e o solo deve ser disposto
em camadas de 10 cm de altura. Segundo Minke (2000), a base do socador não
deve ter área menor que 60cm2 e maior que 200cm2 e o peso deve ser de 5 a 9 kg.
Revisão Bibliográfica 32
a b) c)
Pasino et al (1993) estabelecem que o solo dentro da fôrma deva ser golpeado
umas 60 vezes, para o caso do soquete de 10 kg, compactando uma área de
1000cm2.
Para as juntas entre as fileiras de taipa, é indicado borrifar água e escarificar
a superfície de contato. Camadas de 50 e 80 cm de altura são consideradas ideais
para se construir por dia e o máximo comprimento de cada bloco, de preferência,
não deve exceder 1,2 m. Minke (2000) sugere que, para evitar eventuais
problemas de retração, a alvenaria deve ser moldada inteiramente em sua extensão
vertical e sua desmoldagem realizada somente quando o topo da alvenaria é
atingido. As figuras 11 a,b ilustram detalhes da fôrma e a figura 11c ilustra o
processo de compactação sugerido por Doat et al (1979). Na figura 12 é
apresentado um exemplo de construção em Taipa de Pilão.
Figura 11. Fôrma e processo de compactação (DOAT et al, 1979).
Figura 12. Construção em Taipa de Pilão – França (INTI, 2007).
Revisão Bibliográfica 33
2.2.3. Taipa de Mão
Técnica largamente utilizada em regiões tropicais e sub-tropicais do mundo,
seguramente mais antiga que a Taipa de Pilão e o Adobe. “Barareque, Bareque ou
Quiche” na Espanha, “Lehmbewurf” na Alemanha (MINKE, 2000), “Tabique”
em Portugal, “Taipa de Mão” no Brasil ou também conhecida como “Taipa de
Sopapo, Taipa de Sebe, Barro Armado ou Pau a Pique”.
Segundo Di Marco (1984 apud LOPES, 2002) esta técnica consiste no
preenchimento, com uma mistura de água e terra e eventualmente fibras vegetais,
de uma ossadura interna de madeira, formada por ripas horizontais e verticais,
com amarração feita de tiras de couro, cipó, barbante, prego ou arame. Lopes
(2002) sugere o bambu como material a ser utilizado na armação, pois é uma
espécie vegetal resistente e de crescimento rápido, desde que, o material esteja
disponível localmente. O barro é jogado com as mãos sobre esta armação, e então
pressionado. Após a secagem da primeira camada, é aplicado reboco e posterior
pintura. A preparação da mistura para o barreado, em algumas regiões, usa apenas
terra e água, enquanto que em outras, são acrescidos fibras vegetais, esterco de
gado, cal ou cimento. Observa-se que a espessura do barro deve ser suficiente para
evitar eventuais fissuras por retração na secagem, alguns autores sugerem como
espessura mínima 20 mm. Os problemas advindos da fissuração vão desde o
aceleramento do processo de deterioração da construção até a proliferação de
insetos nocivos a população, como o barbeiro, vetor da doença de Chagas
(MINKE, 2000). Na figura 13a é ilustrada uma parede construída com a estrutura
de madeira. Nas figuras 13b,c a ossadura interna é de bambu.
Figura 13. Construção em Taipa de Mão (MINKE, 2005; BARBOSA e GHAVAMI, 2007).
a) b) c)
Revisão Bibliográfica 34
2.2.4. Blocos de Terra Comprimida
Os Blocos de Terra Comprimida, técnica conhecida na Europa desde o
século XVIII, são produzidos pela deposição da mistura (solo-cimento) em uma
fôrma e posterior prensagem. A mais conhecida prensa no mundo é a CINVA
Ram desenvolvida na Colômbia pelo chileno Ramires, na década de 50 (figura
14a). Sua vantagem em relação ao Adobe é que esta técnica utiliza menor
proporção de água, como conseqüência tem-se um menor índice de retração, além
de permitir estocagem imediata. Como desvantagem, o bloco comprimido
necessita ser estabilizado com cal ou cimento para que o mesmo atinja resistência
adequada para construção (MINKE, 2000). As figuras 14b,c,d ilustram as etapas
de assentamento dos blocos.
Figura 14. Máquina manual para a produção de blocos de terra comprimida e etapas de construção. a) CINVA-Ram, b) colocação da argamassa, c) assentamento do bloco, d) nivelamento e prumo. (KEEFE, 2005; BARBOSA e GHAVAMI, 2007).
Barbosa et al (1997) comentam que é necessário conhecer a distribuição
granulométrica do solo, o tipo de argila presente, a porcentagem de água, além da
pressão de compactação, da natureza e porcentagem de estabilizante e as
condições de cura. É conveniente que o solo apresente plasticidade e que seu
limite de liquidez seja menor que 45%. Quanto à distribuição granulométrica, é
desejável que o solo apresente entre 10% a 20% de argila, entre 10% a 20% de
silte e 50% a 70% de areia (BARBOSA, 2003). Reddy e Gupta (2005) sugerem
como mais indicados os solos arenosos que contenham predominantemente argila
não expansiva (caolinita), com fração de areia menor que 65% e fração argilosa
a) b) d) c)
Revisão Bibliográfica 35
em torno de 10%. A porcentagem do estabilizante depende do tipo de solo que se
vai empregar. O cimento adicionado ao solo trabalha reagindo quimicamente com
a água e com as partículas finas do solo. Segundo Barbosa et al (1997), em solos
argilosos é exigido no mínimo 6% de cimento, em peso de solo seco. Para solos
arenosos, bem graduados, é necessário no mínimo 4% de cimento.
2.3. Estabilização do Solo
A estabilização do solo compreende todos os processos naturais e artificiais
que objetivam melhorar características como resistência, durabilidade, e outras,
bem como garantir a manutenção destas melhorias no tempo de vida útil das obras
de engenharia. Houben e Guillaud (1994) definem que a estabilização implica na
modificação das propriedades solo-água, obtendo propriedades duradouras
compatíveis com uma aplicação particular. No caso das alvenarias é necessário
melhorar a resistência mecânica e a resistência à ação da água. A estabilização é
um problema complexo com número considerável de parâmetros envolvidos,
como as propriedades do solo, a melhoria que se deseja realizar, os custos que
envolvem a estabilização, a técnica construtiva, o sistema de construção adotado
além de custos para sua manutenção. A estabilização pode ser do tipo mecânico,
físico, químico, elétrico ou térmico. Uma breve descrição será feita sobre a
estabilização mecânica, a física e a química, por serem utilizadas de forma mais
corrente e por fazerem parte do escopo desta dissertação.
2.3.1. Estabilização Mecânica
O método de estabilização aumenta, através de meios mecânicos, a
densidade do solo, melhorando sua resistência e durabilidade. O aumento da
densidade é obtido pela redução dos vazios da mistura, através da energia
imposta. Com o aumento da compacidade, tem-se o acréscimo da resistência
mecânica. A redução dos poros também inibe a percolação da água e a erosão
provocada pela mesma, aumentando a durabilidade. Em relação ao conforto
térmico e acústico, tem-se observado enormes ganhos simultaneamente ao
aumento da densidade, também proporcionado pela redução dos vazios.
Revisão Bibliográfica 36
Proctor, em 1933, apresentou estudos que fundamentaram um dos mais
importantes princípios da Mecânica dos Solos, estabelecendo que a densidade de
um solo depende da quantidade de água durante o processo de compactação. Para
uma mesma energia de compactação, ao ser adicionada água ao solo, observa-se o
crescimento da densidade seca até certo ponto, denominado de ponto de “umidade
ótima”. A partir da umidade ótima a água adicionada proporciona o decréscimo da
densidade seca, pois o excesso de água finda por absorver a energia de
compactação alterando a estrutura do solo (GRANDE, 2003).
Estudando a estrutura do solo formada nos ramos seco e úmido da curva de
compactação, Seed e Chan (1959), observaram que uma pequena quantidade de
água resulta em alta concentração de eletrólitos, que formam uma dupla camada
de íons ao redor de cada partícula de argila. Está dupla camada conduz a uma
baixa repulsão inter-partícula, tendendo à floculação. Como conseqüência tem-se
um baixo grau de orientação entre as partículas de argila do solo compactado. A
este tipo de estrutura dá-se o nome de arranjo floculado. Quando a quantidade de
água é aumentada, a concentração de eletrólitos reduz, resultando em expansão da
dupla camada, acrescendo o grau de orientação das partículas. A este sistema é
dado o nome de dispersivo. Assim, a compactação de um solo, com baixa
quantidade de água, produzirá arranjo floculado (não alinhado) das partículas de
argila. Em contraposição, conforme a quantidade de água é acrescida, o grau de
alinhamento aumenta, e a este estado de organização das partículas de argila,
denomina-se arranjo dispersivo.
A natureza do carregamento de compactação também influencia na
densidade seca e consequentemente no teor de umidade ótima. No geral, a
estabilização mecânica pode ser de natureza dinâmica ou estática. Bahar et al
(2004), investigando os efeitos da combinação de estabilização química (cimento)
e estabilização mecânica por compactação (dinâmica, estática e vibro-estática),
observaram que os espécimes que apresentaram maior resistência à compressão,
foram moldados com umidade no ramo ascendente da curva de compactação em
comparação aos que permaneceram no ramo descendente. Os autores afirmam que
tal comportamento é devido à elevada resistência no rearranjo das partículas de
solo, já para o ramo descendente (ramo úmido) as partículas se arranjam mais
facilmente. Estas informações podem indicar que, em relação à resistência a
Revisão Bibliográfica 37
compressão simples, a estrutura floculada das partículas de argila do solo é mais
conveniente.
A busca por métodos de ensaios capazes de representar, em laboratório, as
condições vividas em campo, tem motivado pesquisadores a testar outros métodos
para obtenção do teor de umidade ótima dos solos. Reddy e Gupta (2005) afirmam
que as máquinas utilizadas para a produção de Blocos de Terra Comprimida,
através de sistemas de alavanca, aplicam um carregamento quase estático, então a
densidade seca máxima e a umidade ótima do solo não podem ser baseadas
somente pelo ensaio de Proctor. Barbosa et al (1997) indicam que pequenas
variações na umidade de moldagem podem conduzir a significativas mudanças na
densidade seca máxima e conseqüentemente na resistência de blocos de terra,
ratificando que o ideal é que se use a umidade ótima determinada pelo ensaio de
compactação estática.
Mesbah et al (1999) demonstram um método de compactação estática, que
permite a avaliação da umidade ótima entre outros parâmetros, em substituição ao
ensaio de Proctor, para a manufatura de blocos de terra. O método de produção de
corpos de prova sugere a moldagem de amostras cilíndricas, capazes de serem
ensaiadas por procedimentos comuns a espécimes de argamassa e concreto, a
exemplo dos ensaios de compressão simples e compressão diametral, além dos
modelos serem representativos de Blocos de Terra Comprimida.
2.3.2. Estabilização Física
Na estabilização física as propriedades do solo são alteradas modificando-se
sua textura. Este método consiste basicamente no emprego de um ou mais
materiais, de modo a se enquadrarem dentro de uma determinada especificação,
como, por exemplo, a correção granulométrica ou a adição de fibras (metálicas,
minerais, sintéticas ou vegetais). Desta combinação de materiais, surge um
terceiro produto que agrega as propriedades de suas fases constituintes. A este
novo material dá-se o nome de material compósito. Muitos compósitos têm sido
criados para prover a combinação de características mecânicas como rigidez,
tenacidade e resistência a altas temperaturas, entre outros (SALES, 2006). Em
geral, materiais compósitos são formados por duas fases, a primeira delas
Revisão Bibliográfica 38
denominada de fase matriz, a qual agrega a segunda fase, chamada de dispersiva.
A interação entre as fases governará as propriedades dos materiais compósitos,
que por sua vez, é influenciada por características físicas e químicas das fases
constituintes.
Para o caso da correção granulométrica de solos, a forma, tamanho e
distribuição das partículas são os parâmetros de influência. Barbosa e Souza
(2000) estudaram a estabilização granulométrica de dois solos de características
predominantemente arenosa, adicionando-lhes um terceiro solo argiloso. Os
ensaios de compressão simples foram realizados por meio de Blocos
Comprimidos de Terra. Os resultados indicam que os solos arenosos, que
normalmente não seriam capazes de compor blocos comprimidos, podem fazê-lo,
desde que a correção granulométrica proporcione uma porcentagem de finos
suficiente para dar-lhes a coesão necessária. Bahar et al (2004) observam que a
correção granulométrica influi positivamente para a redução da taxa de retração,
pois quando combinada com a estabilização química, obtêm-se menores índices
de retração.
Quanto à inserção de reforço fibroso em elementos de terra, embora existam
registros de sua utilização no Antigo Egito e em Roma (AGOPYAN, 1991),
pesquisas podem ser consideradas como escassas e ainda pouco se conhece sobre
seus efeitos, em detrimento da variabilidade dos solos e fibras. Sabe-se que, na
adição de fibras (fase dispersiva), a incompatibilidade física e/ou química é mais
acentuada, particularmente, para as fibras vegetais. A fase matriz possui muitas
funções, primeiramente envolve (agrupa) a fase dispersiva sendo responsável pela
distribuição dos esforços. Uma segunda função é proteger as fibras quanto ao
ataque ambiental, porém, um dos fundamentos básicos do estudo de materiais e
tecnologias não-convencionais, demonstra a sensibilidade das fibras vegetais à
alcalinidade de matrizes cimentícias (incompatibilidade química). Finalmente, a
matriz separa as fibras e em virtude desta característica, previne criando barreira
para a propagação de fissuras.
O acréscimo de resistência à tração de compósitos fibrosos, em comparação
a compósitos sem fibras, é certamente a mais importante propriedade obtida pela
estabilização, como apontado por Houben e Guillaud (1994). Barbosa e Ghavami
(2007) acrescentam que, além do ganho substancial de resistência à tração, a
inserção de fibras de alto ou baixo módulo de elasticidade em matrizes de solo é
Revisão Bibliográfica 39
capaz de impedir a fissuração durante a secagem, distribuindo as tensões de
retração em toda a massa do material, além de melhorar o comportamento do
material pós-fissuração, dando-lhe ductilidade e capacidade de absorver energia.
Sisal e coco foram estudados por Ghavami et al (1999), que inseriram 4%
de fibras, em peso de solo seco. Os autores observaram que as fibras impediram as
fissuras por retração. Toledo Filho et al (2005), investigando a influência no
comportamento da retração e fluência de compósitos cimentícios reforçados com
fibras vegetais, notaram que a retração é significativamente reduzida pela inclusão
das fibras, atentando ao fato, do aumento concomitante da retração por secagem
pela inserção volumétrica. A adição do reforço fibroso cria canais que facilitam a
saída da água dos compósitos, aumentando a incidência de regiões com fissuras.
Yetgin et al (2008) estudaram a influência da adição de fibras em 5 tipos
diferentes de solo, observando, em relação à trabalhabilidade, que à medida que se
acrescenta fibras vegetais há a necessidade de se aumentar a quantidade de água
em razão das propriedades higroscópicas das fibras. Porém, o aumento da
quantidade de água ocasiona o decréscimo da densidade e conseqüentemente da
resistência dos Adobes. Os solos arenosos com maiores quantidades de fibras
demonstraram-se mais frágeis (quebradiços). A taxa de retração aumentou
concomitantemente ao aumento de argila e água, observando-se o decréscimo da
taxa de retração com o aumento da fração volumétrica de fibras.
A resistência de tijolos e alvenarias monolíticas reforçados depende do tipo
e quantidade de fibras adicionadas, existindo uma porção dita “ótima” que não
deve ser excedida. Isto é justificado, uma vez que, uma grande quantidade de
fibras diminui a densidade, enquanto o número de áreas (pontos) de contato entre
fibra e solo decai, reduz a resistência do elemento de terra. Houben e Guillaud
(1994) sugerem uma proporção mínima de 4% de fibras, em volume. Porém,
contestando os autores, uma análise mais cuidadosa deve levar em conta o tipo de
fibra empregada, a técnica construtiva, o uso da construção, a técnica de
processamento de mistura, condições a que as fibras estarão submetidas, entre
outros. Neste trabalho avaliou-se a inserção de 0,5% e 1% de fibras, em peso seco
de solo, visto que a adição em volume é pouco precisa.
O que se chama habitualmente de fibra é um conjunto de filamentos
individuais, formadas por fibrilas e unidas por espécies químicas orgânicas não
cristalinas, as ligninas e as hemiceluloses. As fibrilas se orientam em ângulos
Revisão Bibliográfica 40
distintos, unindo-se e formando as diversas camadas que compõem a macrofibra.
Assim, e de forma simplificada, a celulose é um polímero natural que reforça o
material, a cadeia de celulose forma microfibrilas que, juntamente com a
hemicelulose, formam as fibrilas. As fibrilas são assentadas em várias camadas
para construir a estrutura da fibra. As fibras são cimentadas dentro da planta por
lignina (ARSÈNE et al, 2003). A estrutura de uma microfibra vegetal é ilustrada
na figura 15. Nesse esquema, vê-se a parede primária (P), com cerca de 0,05 μm
de espessura. A parede secundária é formada por três camadas distintas,
caracterizadas por diferentes alinhamentos das fibrilas. A camada S1 tem entre
0,1μm e 0,2 μm de espessura. A camada S2 tem de 2 μm a 10 μm de espessura. A
camada S3 é a mais interna, tendo cerca de 0,1 μm de espessura (SMOOK, 1989).
Na região central, uma cavidade denominada lúmen, é grande responsável pela
elevada absorção de água e baixa massa específica aparente (PICANÇO, 2005).
Figura 15. Estrutura de uma microfibra vegetal.
Li et al (2000) comentam que as porcentagens dos constituintes de uma
fibra podem variar segundo a localização da fibra na planta, idade, o tipo de solo,
o clima, processos de extração e de armazenagem, inclusive do período de corte e
beneficiamento da fibra. Todas estas variáveis, segundo Swamy (1990), são
responsáveis pela fragilidade, baixo módulo de elasticidade, alta absorção de
água, susceptibilidade ao ataque de fungos e insetos, pouca durabilidade em
ambientes alcalinos e variabilidade de propriedades até mesmo para fibras de
LúmenParede secundária S3
Microfibrilas de celulose cristalina
Região amorfa constituída principalmente de lignina
e hemicelulose
Parede secundária S2
Parede primária
Parede secundária S1
Ângulo espiral
10 μm a 25 μm
5 μm a 10 μm
Revisão Bibliográfica 41
Fibra naturalMatriz de solo
(saturado) Matriz de solo (seco)
Fibra expandida (umidade absorvida) Zona de transição
Matriz de solo (seco)
Fibra retraída (perda de umidade)
mesmo tipo. A tabela 4 demonstra a composição química das fibras de banana e
coco, segundo sua localização na planta.
Tabela 4. Composição química das fibras vegetais, em % (ARSÉNE et al, 2003).
Natureza da fibra Lignina Celulose Hemicelulose Extrativos Outros Folha da bananeira 24,84 25,65 17,04 9,84 22,63 Caule da bananeira 15,07 31,48 14,98 4,46 34,01 Coco (fruto) 46,48 21,46 12,36 8,77 10,93 Folha do Coqueiro 29,70 31,05 19,22 1,74 18,29
A variabilidade da composição química das fibras vegetais influencia
diretamente a chamada zona de transição. Essa zona é a região interfacial entre as
duas fases (fibra e matriz), responsável pelo comportamento do compósito. Sendo
uma camada delgada, de 50 a 100 μm de espessura, a zona de transição
geralmente é mais fraca que as demais fases, e contém uma distribuição
heterogênea, de diferentes tipos e quantidades de estruturas sólidas, poros e
microfissuras, sendo sujeita a modificações com o tempo, umidade e temperatura
(SAVASTANO e AGOPYAN, 1999).
A formação da zona de transição é conduzida por características intrínsecas
das fibras vegetais, como o índice de absorção d’água, a morfologia, a rugosidade
e a porosidade. Estudos indicam que fibras com altos índices de absorção
apresentam uma zona de transição mais espessa. A alta taxa de absorção das fibras
vegetais inibe o chamado efeito parede, e produz um forte fluxo de água em
direção às fibras, induzindo ao aumento da relação água/cimento. Isto pode vir a
produzir o efeito de enrijecimento da fibra após a hidratação, além do acúmulo de
cristais de portlandita sem arranjo definido, criando uma região frágil
(SAVASTANO e AGOPYAN, 1999). O comportamento das fibras vegetais
inseridas em uma matriz de solo é ilustrado na figura 16.
Figura 16. Interação fibra/matriz de solo (GHAVAMI et al, 1999).
Revisão Bibliográfica 42
Com o intuito de minimizar o efeito negativo proporcionado pela alta
atividade higroscópica das fibras vegetais, Ghavami et al (1999), estudando tipos
de tratamento, observaram que o tratamento com substâncias hidrofugantes,
reduziu a espessura da zona interfacial, melhorando a aderência entre fibra e
matriz, além da efetiva proteção das fibras contra a alcalinidade da água do poro
das matrizes cimentícias.
Bisanda (2000) aplicou tratamento anti-alcalino para melhorar a zona
interfacial fibra/matriz. Os resultados comprovaram a alta dependência das
propriedades compressivas dos compósitos fibrosos com a rigidez interfacial. As
fibras imersas na matriz, sob carregamento compressivo são susceptíveis a micro-
flambagem, embora a matriz sendo rígida, não dá garantia de um perfeito
confinamento da fibra. A fibra utilizada nos estudos foi o sisal em uma matriz
polimérica (epóxi).
Com a melhoria do desempenho da zona de transição, consegue-se
promover o trabalho solidário entre as duas fases, através de uma maior e melhor
aderência. Acrescenta-se ainda, o aumento de resistência mecânica dos
compósitos através do aproveitamento mais eficiente da capacidade de carga das
fibras. Em contrapartida, uma zona interfacial mais fraca favorece a absorção de
energia (tenacidade) pós-pico através do arrancamento da fibra. Assim,
compósitos com baixa aderência são mais tenazes e menos resistentes à
compressão simples.
Sales (2006) explica que, em um compósito sob tensão, as fissuras começam
a se propagar pela matriz. Quando a fissura se aproxima da fibra a propagação se
interrompe momentaneamente (figura 17a), em detrimento da zona interfacial.
Sendo a interface uma zona de baixa resistência (comparada à resistência da
matriz e fibra), o cisalhamento interfacial e a contração lateral da fibra e matriz –
provocados pela tensão atuante –, resultam no descolamento e deflexão da fissura
na direção normal à interface (figura 17b). Neste momento parte do carregamento
é absorvido pela deformação da fibra e ruptura dos pontos de contato da zona de
transição (figura 17c). Com o aumento da tensão, pode ocorrer o descolamento
e/ou ruptura da fibra (figura 17d).
Revisão Bibliográfica 43
a) b) c) d)
Figura 17. Mecanismo de propagação da fissura (CHAWLA, 1987 apud SALES, 2006).
Segundo Harmia (1996, apud SILVA, R., 2003) o descolamento das fibras
ocorre geralmente quando as fibras estão orientadas paralelamente à direção da
propagação da trinca, nas fibras orientadas perpendicularmente, são observados
com maior freqüência o deslizamento e fratura das mesmas. Para ambos os
mecanismos, o comprimento da fibra exerce significativa influência. Neste
trabalho, a influência do comprimento de ancoragem foi determinada com fibras
com comprimento de 25 mm e 35 mm.
Morrissey et al (1985, apud SAVASTANO, 1992) estudaram o
comprimento crítico (comprimento em que as fibras rompem antes de escorregar)
para fibras vegetais em matriz de pasta de cimento. Os autores concluíram que a
resistência de aderência das fibras não é proporcional ao comprimento de
ancoragem e depende, sobretudo, de pontos localizados onde a aderência é maior.
Assim, comprimento crítico deve ser considerado comprimento em que se torna
maior a probabilidade de ocorrência de ancoragem localizada e de alta resistência
ao cisalhamento.
2.3.2.1. Agave sisalana – Sisal
Li et al (2000) comentam que o sisal – Agave sisalana – está entre as fibras
vegetais mais utilizadas no planeta. Sendo a principal fibra dura produzida no
mundo, correspondendo a aproximadamente 70% da produção comercial de todas
as fibras desse tipo. Em 2000 eram produzidos 4,5 milhões de toneladas
anualmente no mundo, sendo o Brasil um dos maiores produtores. Dados da
Embrapa (2007) indicam que a produção anual é de 140.000 toneladas. O cultivo
se concentra na região Nordeste, sendo os estados da Bahia (36 municípios),
Revisão Bibliográfica 44
Paraíba (34 municípios) e Rio Grande do Norte (5 municípios) os principais
produtores, com 93,5%, 3,5% e 3,0%, respectivamente, da produção nacional.
Atualmente a fibra beneficiada é destinada à indústria de cordoaria para
confecção de cordas, cordéis, tapetes, capachos, etc., sendo também excelente
matéria prima para a fabricação de celulose, papéis finos e para a indústria
farmacêutica. Uma planta produz cerca de 200-250 folhas e cada uma contém
cerca de 1000-1200 pacotes de fibras, compostas por 4% de fibras, 8% de matéria
seca e aproximadamente 90% de água. O processo de produção da fibra de sisal,
em sua quase totalidade, ainda é feito com a máquina desfibradora paraibana,
conhecida por problemas de mutilação causados aos seus operadores. O
desfibramento deve ser feito logo após a colheita quando a folha é golpeada e, por
raspagem, elimina-se a polpa que envolve as fibras. Uma máquina operada por
dois homens pode beneficiar 6.000 folhas ao dia, cerca de 90 a 120 kg de fibras
(IBICT, 2007). Na tabela 5 tem-se a composição química das fibras de sisal. A
figura 18 apresenta imagens em microscopia eletrônica de varredura da
morfologia interna da fibra de sisal.
Tabela 5. Composição química das fibras de sisal, em %.
Natureza da fibra Lignina Celulose Hemicelulose Extrativos Outros Sisala 11 73,11 13,33 1,33 1,23 Sisalb 26 38,2 26 -- 9,8 Sisalc 8 - 11 67 - 78 10 - 14,5 -- 4 - 7,5
a Bledzki and Gassan (1999, apud ARSÈNE et al, 2003); bRamakrishna e Sundararajan (2005); cSilva, A., (2003).
Figura 18. Microscopia eletrônica de varredura da morfologia interna da fibra de sisal (ANDRADE et al, 2007).
100 μm 50 μm a) b)
Revisão Bibliográfica 45
2.3.2.2. Ananás erectifolius – Curauá
Planta característica da Amazônica paraense, o curauá, pertencente à família
das bromeliáceas, cujo nome científico, Ananás erectifolius, a identifica como
sendo da família do abacaxi (Ananás comosus), é uma planta com grande
potencial para o uso de suas fibras lignocelulósicas (d’ALMEIDA et al, 2006). O
fruto é semelhante, em aspecto e sabor, ao abacaxi (LOBATO, 2003 apud
PICANÇO, 2005). Embora comestível (figura 19a), o interesse econômico pelo
curauá está primordialmente associado às fibras extraídas de suas folhas. A planta
não possui espinhos o que facilita o corte e manejo. Suas folhas são rígidas eretas
e com faces planas, medem de 4 a 5 cm de largura, 5 mm de espessura e 1,5 m de
comprimento (PICANÇO, 2005; d’ALMEIDA, 2006). Espécie nativa e rústica, o
curauá não é exigente quanto ao solo, crescendo até em solo arenoso e pouco fértil
inclusive em área degradadas (RFI, 2006). Produtores colhem duas safras por ano
do curauá nativo, onde cada planta produz entre 20 e 24 folhas. As fibras
representam 6 e 8% da composição de cada folha, totalizando quase 2 quilos de
fibras por planta.
A indústria automobilística utiliza o curauá para construção de freios e
outras peças em substituição à fibra de vidro. Conforme apontado por d’Almeida
et al (2006), as fibras picadas são misturadas com sobras de cobertores e tapetes
descartadas pela indústria têxtil para reforçar matrizes de polipropileno, utilizados
no teto e nas partes internas do compartimento de bagagem de automóveis.
Picanço (2005), utilizando as fibras de curauá em compósitos cimentícios,
observou que os resultados de características físicas e mecânicas habilitam a
utilização da fibra para o reforço de matrizes cimentícias, uma vez que, as fibras
oferecem ganhos substanciais à ductibilidade e à capacidade de resistência pós-
fissuração, em contraste a matrizes cimentícias não reforçadas. Na tabela 6 pode
ser visualizada a composição química das fibras de curauá. As figuras 19b e 20a,b
apresentam imagens em microscopia eletrônica de varredura das fibras de curauá.
Tabela 6. Composição química do curauá, em % (LEÃO et al, 2002 apud PAOLI, 2007).
Natureza da fibra Lignina Celulose Hemicelulose Extrativos Outros Curauá 7,5 73,6 9,9 -- 9
Revisão Bibliográfica 46
Figura 19. Planta e fibra da Ananás erectifolius – curauá (MONTEIRO et al, 2006).
Figura 20. Microscopia eletrônica de varredura de fibras de curauá (PICANÇO, 2005).
2.3.3. Estabilização Química
A estabilização química dos solos refere-se às alterações produzidas em sua
massa pela introdução de uma quantidade de aditivo. Quando utilizada para solos
granulares visa principalmente melhorar sua resistência ao cisalhamento (causado
pelo atrito produzido pelo contato das superfícies das partículas), por meio de
adição de pequenas quantidades de ligantes nos pontos de contato dos grãos
(HOUBEN e GUILLAUD, 1994). Dentre os aglomerantes, cita-se o cimento
Portland, cal, pozolanas, materiais betuminosos e certas resinas.
O estabilizante químico mais utilizado é o cimento, sua ação no solo se dá
precisamente da mesma maneira que no concreto. A reação com a água forma um
gel coloidal cimentício insolúvel, capaz de dispersar-se e preencher os poros,
endurecendo para formar uma matriz contínua de melhor resistência que envolve
as partículas de solo ligando as juntas (COOK e SPENCE, 1983). Handy (1958,
apud GRANDE, 2003) também observa a formação de um gel coloidal,
10 μm 100 μm
a) b)
a) b)
Revisão Bibliográfica 47
descrevendo que na interface do grão de solo ocorre uma combinação de ligações
mecânicas com as superfícies minerais, que apresentam certa rugosidade, somadas
às ligações químicas dessa interface. Quando ocorre a formação do CH, os íons de
cálcio encontram-se disponíveis na mistura e estes se associam à superfície dos
argilominerais que possuem capacidade de troca de cátions. O melhor solo para
estabilização é aquele que apresenta pequenas quantidades de argila, consistindo
muitas vezes de areia e cascalho.
Walker (1995) observa que a resistência à compressão decresce com a
redução do cimento e aumento do índice de plasticidade. A redução da resistência,
devido à presença de argila, foi mais evidente em solos com plasticidade entre
15% e 25%. A queda de resistência é atribuída ao efeito enfraquecido da ligação
da argila e cimento. Embora o cimento reaja estabilizando minerais argilosos, a
resistência da estrutura coloidal/cimento é significativamente mais fraca do que a
estrutura granular/cimento.
Em Bahar et al (2004) e Kenai et al (2006), a adição de cimento, em
matrizes de solo, reduziram sua permeabilidade. Isto demonstra que a
estabilização química conduz a uma melhor resistência mecânica e menor
permeabilidade, proporcionando uma maior durabilidade. Os autores ainda
observam um significativo decréscimo da retração, entre 20 e 44% para solos
estabilizados com 6 e 10% de cimento, respectivamente.
Uma outra forma de estabilização química, embora não seja escopo desta
dissertação, é a adição de minerais denominados pozolanas. Estas adições
minerais possuem alguma sílica e alumínio em forma amorfa que, na presença da
água, podem combinar-se quimicamente com a cal, para formar compostos
semelhantes aos silicatos e aluminatos de cálcio hidratado. Cimentos alternativos,
como apontado por Savastano (2001), podem ser adequados para substituir em
parte ou totalmente o cimento Portland, trazendo como vantagem a economia
energética, a reciclabilidade dos resíduos e a redução do custo de produção.
3. Metodologia Experimental
3.1. Materiais utilizados
Para a produção dos espécimes foi utilizado um solo proveniente do distrito
de Vila de Cava, no município de Nova Iguaçu - Rio de Janeiro. As razões da
escolha do local de extração do solo levaram em conta as necessidades
habitacionais da região e adjacências (Belford Roxo, Duque de Caxias e São João
de Meriti) que formam uma área extremamente pobre no Estado do Rio de Janeiro
(ver Apêndice A). Esta ação é justificada, uma vez que, se tem por objetivo futuro
a recomendação de soluções habitacionais (sustentáveis) para a região. O solo
extraído foi inicialmente denominado de solo 1. Adições de areia lavada foram
necessárias e a esta nova configuração denominou-se solo 2.
Dois tipos de fibras vegetais foram utilizadas (curauá e sisal), com
comprimento de 25 e 35 mm. As fibras de sisal foram adquiridas em loja de
material de construção. Assim, as condições de beneficiamento, armazenamento e
exposição são desconhecidas. As fibras de curauá são do mesmo lote das
utilizadas por Picanço (2005). Cabe observar que as fibras estiveram
acondicionadas por 3 (três) anos em sacos plásticos, em ambiente não controlado,
sujeito à ação de insetos, fungos, variações de umidade e temperatura. As
condições de extração e enriquecimento também não são conhecidas.
O aglomerante utilizado foi o CPII-32F (cimento Portland com filler), marca
Mauá, comercialmente vendido em lojas de materiais de construção. A água é
proveniente da rede de abastecimento da cidade do Rio de Janeiro.
Metodologia Experimental
49
3.2. Características físicas, químicas e mineralógicas dos solos
Os ensaios de classificação física dos solos seguiram os procedimentos
adotados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
NBR 7181/1984 – Solo – Análise granulométrica;
NBR 6459/1984 – Solo – Determinação do Limite de Liquidez;
NBR 7180/1984 – Solo – Determinação do Limite de Plasticidade;
NBR 6508/1984 – Solo – Determinação da massa específica aparente;
NBR 7182/1986 – Solo – Ensaio de compactação.
Os ensaios de classificação química realizados foram os de complexo
sortivo, pH e ataque sulfúrico. Nessas análises apenas os minerais secundários
como argilominerais, óxidos cristalinos de ferro e de alumínios e amorfos são
decompostos. Esses minerais são os representantes principais das frações finas dos
solos e principais responsáveis por sua atividade. Pelo ataque sulfúrico
determinam-se os teores de óxidos de sílica, alumínio, ferro e titânio expressos em
g/kg; enquanto que o complexo sortivo se refere à presença de cátions trocáveis
existentes nos solos, expressos em cmolc/kg (BRANT, 2005). A análise química
foi realizada no Centro Nacional de Pesquisa de Solos CNPS/EMBRAPA e a
metodologia experimental segue como o estabelecido pelo manual de métodos de
análise de solos da Embrapa (1979).
A análise mineralógica tem a finalidade de identificar os argilominerais que
constituem a fração argilosa do solo e foi realizada por Difratometria de Raios-X
(DRX), que consiste basicamente na incidência de um feixe de Raio-X
monocromático na amostra, o feixe difratado é expresso através de picos que se
destacam da linha de base, registrados num difratograma que relaciona
intensidades de difração obtidas em ângulos 2Ө. A DRX permite identificar todas
as espécies cristalinas contidas numa amostra, geralmente com porcentagem em
peso não inferior a 1%. O instrumento utilizado na realização destes ensaios foi
um difratômetro de marca SIEMENS, modelo D5000, que operou com emissão de
feixe de radiação de Raios-X, varrendo a faixa angular (2Ө) de 3º a 80º com passo
de 0,02s, tempo de coleta por passo de 1s e temperatura de 25ºC. Os ensaios
foram realizados no Laboratório de Difração de Raios-X do Departamento de
Ciências dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio.
Metodologia Experimental
50
3.3. Características físicas das fibras vegetais
3.3.1. Geometria das fibras
A transferência de esforços da matriz para o reforço fibroso que determinará
o comportamento do compósito resultante é influenciada, entre outros, pelo
comprimento e diâmetro das fibras (AGOPYAN e SAVASTANO, 2003). Assim,
é importante e necessária a avaliação destes parâmetros. Neste estudo foram
adotados dois comprimentos de fibra (25 mm e 35 mm). O diâmetro das fibras
avaliado é a média de 25 medições. As fibras foram secas ao ar, escolhidas
aleatoriamente e analisadas em dois pontos distintos ao longo do comprimento,
totalizando 50 pontos de medição. Um fissurômetro foi utilizado na estimativa do
diâmetro. O fissurômetro é uma lupa para medição de fissuras com aumento de
10x, com escala graduada de 10 mm e precisão de 0,01 mm.
3.3.2. Teor de umidade
Para medir o teor de umidade natural as fibras primeiramente foram
mantidas ao ar livre por 5 dias, seu peso ao ar (Par) foi determinado em balança
eletrônica com precisão de 0,01 g. Posteriormente as fibras foram colocadas em
estufa a uma temperatura entre 105-110ºC por 24 horas, e pesadas novamente
(Pest). A umidade natural foi estimada utilizando a equação 1.
%100.est
estar
PPP
H−
= (1)
3.3.3. Peso específico
O peso específico das fibras foi medida utilizando o frasco de Chapman.
Adotando-se a metodologia de Picanço (2005), as fibras foram cortadas com
comprimento médio de 30 mm e secas em estufa até constância de peso. Por
constância de peso entende-se duas pesagens consecutivas, espaçadas de 2 horas,
Metodologia Experimental
51
que não apresentem variação maior que 0,1%. Dentro do frasco de Chapman
colocou-se 400 ml de água e 50 g de fibras. As fibras são deixadas imersas em
água, por 24 horas, antes de ser efetuada a leitura do volume de água deslocada.
Este procedimento é necessário para que a água ocupe o lugar dos vazios das
fibras (figura 21). A equação 2 permitiu a estimativa do peso específico, onde
Pest50 equivale a 50g de fibras secas em estufa e L é a leitura feita no frasco de
Chapman.
40050
−=LPestγ (2)
Figura 21. Determinação do peso especifico das fibras vegetais.
3.3.4. Absorção d’água
O procedimento para a obtenção do índice de absorção d´água (Iabs), segue
como realizado por Toledo Filho (1997). As fibras secas em estufa por 24 horas, a
uma temperatura entre 105 e 110ºC, são pesadas em balança eletrônica e
posteriormente embebidas em água. O peso úmido é obtido em seguidos
intervalos de tempo, 5 min, 15 min, 30 min, 60 min, 120 min e depois em
períodos de 24 horas.
Metodologia Experimental
52
a) b)
A equação 3 é utilizada para medir a capacidade de absorção d’água das
fibras. Pest representa o peso da fibra seca em estufa e Pum o peso úmido (após
imersão).
est
estumabs P
PPI
−= (3)
O ensaio é realizado com a aplicação de papel absorvente para a retirada do
excesso de água das fibras antes da pesagem. Em decorrência da ausência de
especificações quanto à taxa de absorção mínima e máxima do papel absorvente e
conjecturando que esta taxa pode influenciar significativamente no ensaio,
extraindo além da água em excesso, surgiu a necessidade da realização
(desenvolvimento) de um ensaio que dispensasse o uso do papel.
Na metodologia desenvolvida, as fibras são cortadas e coladas pela
extremidade em pequenas placas de alumínio (figura 22a). A cola utilizada foi o
Sikadur 32 gel. Após a secagem da cola, as placas com fibras foram levadas à
estufa, entre 105 e 110ºC, até a obtenção de constância de peso e no mínimo por
24 horas. As placas são pesadas e fixadas em um varal posicionado sob uma
superfície líquida, de modo que as fibras vegetais fiquem integralmente imersas
em água (figura 22b). Durante o ensaio a temperatura da água variou entre 23,2ºC
e 23,8ºC. Em seguidos intervalos de tempo as placas são retiradas, agitadas para
remover o excesso de água e então pesadas em balança eletrônica com precisão de
0,01 g.
Figura 22. Procedimento experimental desenvolvido. a) fibras coladas nas placas de alumínio; b) varal posicionado sob uma superfície com água.
Metodologia Experimental
53
3.4. Preparação e ensaio dos corpos de prova
Nesta pesquisa, um dos parâmetros fundamentais, para a produção de
espécimes representativos, é o controle da umidade durante a compactação.
Assim, o primeiro passo foi o de determinar as curvas de compactação para os
solos estudados. Convencionalmente, o ensaio para a determinação da curva de
compactação é o ensaio normal de Proctor. Padronizado pela ABNT (1986), o
ensaio consiste na compactação de uma amostra de solo dentro de um recipiente
cilíndrico em camadas, sob a ação de um número determinado de golpes com um
soquete de peso determinado, a uma altura também normatizada. O ensaio é
repetido para diferentes teores de umidade, determinando-se, para cada um deles,
o peso específico aparente. Com os dados obtidos, traça-se a curva γs = f(h) –
curva da densidade pela umidade –. A umidade ótima (hot) corresponde ao peso
específico aparente seco máximo (γs,max). A energia de compactação desse ensaio
e de aproximadamente 6 kg.cm/cm3 ≈ 0,6 MPa. Evidentemente, se a energia de
compactação for outra, obter-se-ão valores diferentes de hot e γs,max. Sabe-se que à
medida que a energia de compactação aumenta, o teor de umidade ótima decresce
com o crescimento da densidade seca máxima.
Como referido, as máquinas utilizadas para a produção de Blocos de Terra
Comprimida, aplicam, através de um sistema de alavanca, um carregamento quase
estático, assim, para a moldagem de amostras representativas de blocos
comprimidos, é necessário que a compactação seja realizada nestas condições.
Baseando-se no trabalho de Mesbah et al (1999), amostras cilíndricas foram
moldadas, e o procedimento de compactação segue como descrito abaixo.
Os moldes utilizados são de uso comum para a moldagem de espécimes de
argamassa (50x100 mm), porém, para a determinação das curvas de compactação,
houve a necessidade de adaptações nos moldes de aço. As figuras 23a,b ilustram o
molde e a guia utilizada. Para ambos (molde e guia), foi indispensável o reforço
com anéis de aço, para que pudessem suportar o carregamento a que seriam
submetidos. A colocação de um anel de borracha na guia foi para evitar que,
durante a compactação, a mistura fosse expelida pela abertura no molde.
Metodologia Experimental
54
a) b)
Anel de borracha
Anel de aço
Braçadeira
Gui
a M
olde
Travessão
Célula de carga
Molde + Guia
Figura 23. Moldes utilizados para confecção dos compósitos (ABNT, 1994a). a) detalhe das adaptações necessárias; b) molde+guia.
O procedimento experimental consistiu na deposição do material (solo +
água) dentro do molde e guia e posterior posicionamento na máquina de ensaios e
aplicação do carregamento (figura 24). O equipamento utilizado é uma EMIC,
modelo DL-3000, com capacidade de carga de 30 kN. Estabelecido o primeiro
ponto da curva de compactação, os demais pontos são obtidos de maneira análoga,
a exceção da quantidade de água, que varia entre 2 e 3%. Após o carregamento o
espécime é nivelado, retirado do molde e pesado. São extraídas três amostras de
solo, pesadas e levadas à estufa por 24 horas, a uma temperatura de 105ºC.
Figura 24. Máquina universal de ensaios utilizada para a compactação.
Metodologia Experimental
55
A massa úmida do espécime compactado (Pu) e o volume (V) permitem a
determinação do peso específico aparente úmido (γu), através da equação 4.
Computada a umidade na compactação, o peso especifico aparente seco é então
determinado pela equação 5.
VPu
u =γ (4)
hu
s +=
100100 . γ
γ (5)
A quantidade de água utilizada na moldagem dos espécimes correspondeu à
umidade ótima obtida nos ensaios de compactação estática. Na preparação dos
compósitos, o solo e o cimento são combinados (em estado seco) em um Mixer
por 1 minuto, 70% da água é adicionada aos poucos durante os 2 minutos
seguintes. As fibras vegetais são adicionadas lentamente com as mãos, cuidando
para a manutenção de uma mistura homogênea (MESBAH et al, 2004). Após a
adição das fibras vegetais o restante da água (30%) é adicionado. O processo
completo de mistura é finalizado em 7 minutos. A mistura úmida permanece em
saco plástico lacrado para evitar a perda de umidade para o meio e é utilizada no
prazo máximo de 1 hora. O total produzido por vez foi o equivalente para a
moldagem de 6 (seis) corpos de prova. A massa úmida é depositada no molde, e
então posicionada com a guia no equipamento para compactação. O embolo
anexado à máquina de ensaios, compacta o solo a uma velocidade de 65 mm/s, tal
qual a velocidade de compactação das máquinas manuais de tijolos. Após a
compactação e extração, os espécimes são classificados e levados à câmara
climática (25ºC e UR 90%) permanecendo até o dia do ensaio.
Os ensaios mecânicos realizados foram o de compressão simples e
compressão diametral, segundo regulamenta a ABNT (1994b, 1994c), além do
ensaio de absorção d’água (ABNT, 1984e). Foi utilizada uma máquina de ensaios,
marca CONTENCO, com aquisição automática dos dados de cargas e
deslocamento, usando-se uma célula de carga com capacidade de 50 kN e um
LVDT (Linear Variable Differential Transducers) com escala de 1” (25,4 mm) e
precisão de 1,27mm, posicionado sob o prato da prensa (Figura 25). Baseado nas
Metodologia Experimental
56
Célula de carga
a) b)
recomendações da ABNT (1994b), os ensaios foram executados com velocidade
de carregamento de 0,55 MPa/s, continuamente e sem choques.
Figura 25. Máquina e instrumentação utilizada nos ensaios. a) ensaio de compressão simples; b) ensaio de compressão diametral.
Os ensaios avaliaram a influência da estabilização mecânica, física e
química nas matrizes de solo. A fração de cimento nas misturas variou de 4% e
6%, em peso de solo seco. A escolha foi baseada nas considerações de Barbosa et
al (1997). Segundo os autores, para solos argilosos é desejável um teor de cimento
não inferiores a 6%. Para solos arenosos é indicado no mínimo 4%.
Na adição das fibras vegetais, foi analisada, durante o processo de
compactação, a influência do comprimento e da variação volumétrica das fibras
sob compressão simples e compressão diametral, além da análise da influência do
reforço fibroso na porosidade do compósito. A escolha da fração volumétrica das
fibras (0,5 e 1%) aliou o conhecimento teórico com o prático. Experimentações
prévias indicaram que o equipamento disponível, somente permitiria uma
homogeneização adequada, para misturas com volume de fibra inferiores a 1%.
Guimarães (1990) comenta que a porção volumétrica depende da técnica de
processamento utilizada para a mistura e do tipo de fibra.
Alguns espécimes foram instrumentados com extensômetros elétricos, tanto
à compressão simples quanto à compressão diametral. Os equipamentos foram
posicionados na metade da altura dos corpos de prova, nas direções longitudinal e
transversal, conforme ilustrado nas figuras 26 e 27.
Corpos de prova
Metodologia Experimental
57
LDP
tração ...2
πσ =
Extensômetro elétrico longitudinal e transversal
Capeamento (massa plástica)
Roseta – extensômetro elétrico longitudinal, transversal e diagonal
Capeamento (massa plástica) 50 mm
100
mm
Figura 26. Fixação dos extensômetros elétricos (ensaio de compressão simples).
Figura 27. Fixação dos extensômetros elétricos (ensaio de compressão diametral).
3.4.1 Nomenclatura dos corpos de prova
Das combinações de aglomerante, do tipo, do comprimento e da adição
volumétrica das fibras vegetais, para cada solo, têm-se dez compósitos distintos.
A nomenclatura adotada para o solo argiloso é C e para o solo arenoso é S. O
sistema de denominação das demais variáveis segue como descrito abaixo. O
primeiro termo determina o tipo de solo (C ou S), o segundo é referente à
quantidade de cimento, 4 e 6% (4C e 6C), os números subseqüentes indicam o
comprimento da fibra (25 e 35 mm), o par de letras identifica o tipo de fibra, FS
para sisal e FC para curauá, por fim, a seqüência é finalizada com a fração
volumétrica adicionada (0,5 e 1%). Como exemplo, o compósito C6C35FC1
Metodologia Experimental
58
indica solo argiloso com 6% de cimento, com fibras de Curauá de 35 mm de
comprimento adicionados 1%, em peso de solo seco.
A influência do período de cura também foi analisada para os 7, 14, 28 e 35
dias, denotado como 7D, 14D, 28D e 35D respectivamente, assim, ao final da
designação de cada corpo de prova é indicado seu tempo de cura. A decisão por
um ensaio em período mais longo (35 dias) é decorrente da constatação de que as
presenças de hemicelulose, lignina e açúcares, entre outras substâncias, são
comprovadamente inibidoras do desenvolvimento das propriedades resistivas das
matrizes cimentícias. Assim, é de interesse que se prolongue o tempo de cura para
além do convencional, conforme apontado nos estudos de Venuat (1983, apud
SARMIENTO e FREIRE, 1997), Swamy (1990) e Ramakrishna e Sundararajan
(2005).
4. Resultados e discussão
4.1. Características físicas, químicas e mineralógicas dos solos 4.1.1. Análise física do solo
A tabela 7 apresenta as propriedades físicas dos solos estudados, onde: LL –
Limite de Liquidez; LP – Limite de Plasticidade; IP – Índice de Plasticidade e; Gs
– densidade dos grãos. Na figura 28 é ilustrada sua distribuição granulométrica.
Tabela 7. Características físicas dos solos estudados, em %.
Areia Silte Argila LL LP IP Gs Solo 1 38,81 11,14 50,05 75,80 40,86 34,94 2,68 Solo 2 77,95 5,45 16,60 34,48 19,77 14,71 2,70
Porc
enta
gem
que
pas
sa (%
)
Diâmetro dos Grãos (mm)
Figura 28. Distribuição granulométrica dos solos estudados.
( )
0
20
40
60
80
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Solo 1
Solo 2 Areia lavada
Resultados e Discussão 60
Com base nas propriedades físicas é possível classificar o solo, conforme já
antecipado, um solo tem característica argilosa e o outro arenosa. Classificar um
solo é incluí-lo em um determinado grupo composto por solos de características e
propriedades geotécnicas similares (LAMBE e WHITMAN, 1969). O sistema
utilizado para classificação do solo foi o Sistema Unificado de Classificação de
Solos (USCS).
4.1.1.1. Sistema Unificado de Classificação de Solos (USCS)
Este sistema, primeiramente considera a porcentagem de finos (passante na
peneira #200) presentes no solo. Se esta porcentagem for inferior a 50%, o solo
será considerado como solo de granulação grosseira, G ou S. Se for superior a
50%, o solo será considerado de granulação fina, M, C ou O (PINTO, 2006, p.53).
Em resumo, o esquema de classificação é apresentado na tabela 8. O solo 1 foi
classificado como uma argila inorgânica de média e alta plasticidade (OH) e o
solo 2 como uma areia argilosa, misturas bem graduadas de areia e argila (SC).
Tabela 8. Esquema para classificação pelo Sistema Unificado.
% P #200 <50
G > S:G
% P #200 <5 GW CNU >4 e 1< CC <3 GP CNU <4 ou 1> CC >3
% P #200 >12 GC
GM 5< #200 <12 GW-GC, GP-GM, etc.
S > G:S
% P #200 <5 SW CNU >6 e 1< CC <3 SP CNU <6 ou 1> CC >3
% P #200 >12 SC
SM 5< #200 <12 SW-SC, SP-SC, etc.
% P #200 >50
C CL
CH
M ML
MH
O OL OH
Resultados e Discussão 61
4.1.2. Análise química do solo argiloso (solo 1)
As partículas do solo apresentam cargas elétricas negativas e/ou positivas,
sendo que as diferenças entre estas cargas induzem à retenção de cátions ou
ânions (PESSÔA, 2006). Este fenômeno é chamado troca ou adsorção iônica,
podendo ser catiônica (CTC) (Al3+, Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+, etc) ou aniônica
(CTA) (NO3-, PO4-, HPO42-, HCO3-, SO42-, etc). O complexo sortivo indica quais
são os cátions trocáveis presentes na amostra de solo. Os resultados, apresentados
na tabela 9, demonstram que o valor de troca catiônica (T = 4,9 cmolc/kg),
qualifica a argila presente como sendo do tipo caolinita. Segundo Mitchell (1993,
apud PESSÔA, 2006), a capacidade de troca catiônica para este tipo de
argilomineral varia em cmolc/kg de 3 a 15.
Tabela 9. Análise química (pH, complexo sortivo) do solo argiloso.
pH (1:2,5) Complexo sortivo cmolc/kg Valor V %
++
+
3
3
AlSAl.100
% água KCl (1N) Mg2+ K+ Na+ Valor S
(soma) Al3+ H+ Valor T (soma)
4,8 4,0 0,8 0,02 0,02 0,8 0,7 3,4 4,9 16 47 cmolc/kg (centimol de cátion/kg da amostra)
O ensaio de Ataque Sulfúrico (H2SO4) fornece o valor do índice ki, que é a
relação entre as quantidades de sílica (SiO2) e alumínio (Al2O3) presente no solo,
e serve para indicar o grau de intemperização do mesmo. Valores elevados de ki
indicam menor grau de intemperização. Baixos valores indicam um maior grau
(PESSÔA, 2006). O solo analisado apresenta um valor de ki igual a 1,02 (tabela
10), coerente com os solos caoliníticos que apresentam normalmente o valor de
2,0 para esta relação.
Tabela 10. Análise química (ataque sulfúrico) do solo argiloso.
Ataque por H2SO4 (1:1) - NaOH (0,8%) g/kg
32
2
OAlSiO
(ki)3232
2
OFeOAlSiO+
(kr) 32
32
OFeOAl
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 138 229 72 8,3 1,02 0,85 4,99
Resultados e Discussão 62
4.1.3. Análise mineralógica do solo
As análises de difração de Raio-X são ilustradas nas figuras 29 e 30. O
exame mineralógico identificou a argila predominante, nos dois tipos de solo,
como sendo do tipo caolinita. A argila do tipo caolinita é pouco expansiva, em
detrimento de sua estrutura química, assim, é mais desejável na produção de
elementos e/ou tijolos de terra (REDDY e GUPTA, 2005). Barbosa et al (1997)
mencionam que a argila caolinita e ilita são mais indicadas em contraposição ao
uso da argila do tipo montmorilonita, em virtude da mesma ser muito expansiva,
ocasionando aumento indesejável de volume em presença de água.
2Ө
Figura 29. Difratograma do solo (S). Q- Quartzo (SiO2) – 32,8%; K- Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) – 67,2%.
Inte
nsid
ade
2Ө
Figura 30. Difratograma do solo (SC). Q- Quartzo (SiO2) – 54,0%; K- Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) – 46,0%.
Inte
nsid
ade
0
500
1000
1500
2000
0 10 20 30 40 50 60 70 80
KK
Q
Q
KK
K
Q
Q
0
500
1000
1500
2000
0 10 20 30 40 50 60 70 80
K K K Q
KKK Q
Resultados e Discussão 63
A caolinita – Al2(Si2O5)(OH)4 – é o argilomineral mais freqüentemente
encontrado na natureza. Este argilomineral é formado pelo empilhamento regular
de camadas 1:1, um plano de tetraedros (Si2O5)2- e outro de octaedros Al2(OH)42+,
ligadas entre si através de pontes comuns de íons O2- e íons OH- (figura 31),
formando uma estrutura fortemente polar que se mantém estável na presença de
água.
Figura 31. Estrutura atômica da argila caolinita (CALLISTER, 2006, p.37).
4.2. Características físicas das fibras vegetais
4.2.1. Geometria e Peso específico
Na tabela 11 são apresentados os resultados do diâmetro, do teor de
umidade natural e massa especifica das fibras. As fibras de sisal estudadas
possuem duas vezes o diâmetro das fibras de curauá e, observando os coeficientes
de variação (CV), presume-se que as fibras de curauá apresentam uma maior
inconstância ao longo de seu comprimento em comparação as fibras de sisal,
podendo gerar uma zona interfacial descontinua e frágil. Quanto ao peso
específico, as fibras de curauá apresentam índices maiores (12%), comparados
com as fibras de sisal.
Camada de Al2(OH)42+ Camada de (Si2O5)2-
Plano de ânions intermediário
Al3+
OH-
Si4+
O2-
Resultados e Discussão 64
Tabela 11. Características físicas das fibras vegetais estudadas.*
Tipo de fibra Diâmetro (mm) Teor de umidade (%) Peso específico (kN/m3) Curauá 0,115 (50,89) 13,60 (2,55) 12,91 (2,15) Sisal 0,228 (31,37) 16,79 (3,03) 11,34 (0,47)
* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.
Os dados obtidos foram comparados aos encontrados na literatura
pesquisada (Tabela 12). O diâmetro das fibras de curauá se intercala aos obtidos
por Picanço (2005), porém com um coeficiente de variação superior (50,89%). O
autor aferiu o diâmetro através de um projetor de perfil e paquímetro, concluindo
que a medição pelo projetor de perfil foi mais adequada, pelo baixo coeficiente de
variação, em comparação ao paquímetro. Quanto à massa específica das fibras,
observa-se uma proximidade entre resultados, com coeficientes de variação pouco
divergentes entre si. Cabe lembrar que as fibras de curauá, embora pertençam a
um mesmo lote (extraídas de uma mesma plantação e beneficiadas igualmente), as
fibras permaneceram por 3 (três) anos acondicionadas em sacos plásticos, em
ambiente de umidade e temperatura não controlada, sujeita a ataque de fungos e
insetos, o que pode justificar a perda de massa específica (4%), entre um trabalho
e outro.
Tabela 12. Características físicas e mecânicas das fibras de curauá e sisal.*
Tipo de fibra Diâmetro (mm)
Teor de umidade (%)
Massa específica (kN/m3)
Resistência a Tração (MPa)
Curauá Este trabalho 0,115 (50,89) 13,60 (2,55) 12,91 (2,15) --
Picanço, 2005 0,127 (29,25) 11,47 (32,0) 13,47 (2,93) 195 - 832,5 0,092 (42,35) -- -- --
Sisal
Este trabalho 0,228 (31,37) 16,79 (3,03) 11,34 (0,47) -- Ghavami et al, 1999 0,15 (--) 13,30 (--) 9,30 (--) 580
Toledo Filho, 1997 0,12 (23,8) 13,30 (8,80) 9,00 (8,90) 577,5 (42,66) Prabakar e Sridharb, 2002 0,25(--) -- 9,62 (--) 286 Agopyan e Savastano, 2003 -- -- 13,70 (--) 347 - 378
Swamy, 1975a 0,01-0,05 -- 15,00 (--) 800 CEPED, 1982a 0,019 -- 12,70 (--) 458,4
Chand et al, 1988a 0,05-0,30 -- 14,50 (--) 530 - 640 Bentur e Mindess, 1990a 0,01-0,05 -- 15,00 (--) 800
* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %. a Sales (2006).
Resultados e Discussão 65
Para as fibras de sisal, observam-se diferenças significativas. A dispersão
entre os dados pode ser decorrente do solo, do clima, do processo de extração das
fibras, do tratamento, estocagem e outros (LI et al, 2000). Na figura 32 é ilustrada
a variabilidade entre os resultados deste trabalho e os disponíveis. Savastano e
Agopyan (1998, apud SALES, 2006) indicam a ocorrência de coeficientes de
variação superiores a 50%, para determinadas características físicas de alguns
tipos de fibras.
CV
Figura 32. Variabilidade dos dados físicos e mecânicos (fibras de curauá e sisal).
4.2.2. Índice de absorção d’água das fibras vegetais
A figura 33 ilustra os resultados dos ensaios de absorção das fibras de
curauá pela metodologia desenvolvida e pelo procedimento experimental de
Toledo Filho (1997). Em uma primeira análise, conforme havia sido conjecturado,
o papel absorvente removeu parte da água absorvida pela fibra. A busca por
ensaios de absorção mais precisos é justificável pela forte influência, da
higroscopicidade das fibras, sobre a zona interfacial com a matriz. O método
desenvolvido demonstra ser confiável em razão do comportamento observado,
índices crescentes de absorção nos primeiros minutos seguida por estabilização
nas horas subseqüentes. Porém, uma análise dos parâmetros variáveis, com um
maior número de ensaios e com uma variedade mais abrangente de espécimes
vegetais, deve ser realizada.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Diâmetro Teor deumidade
Massaespecífica
Resistência aTração
Sisal Curauá
Resultados e Discussão 66
Á
gua
abso
rvid
a (%
)
Tempo (horas)
Figura 33. Comparação entre ensaios de absorção d’água (fibras de curauá).
A figura 34 apresenta a comparação entre os índices de absorção obtidos
(método desenvolvido) para as fibras de sisal com as encontradas no trabalho de
Savastano e Agopyan (1999). A diferença entre dados é significante, mesmo
considerando que as fibras de sisal possuem origem, beneficiamento e
armazenamento distintos. Comparando-se os tipos de fibras estudadas, observa-se
que as fibras de curauá são mais higroscópicas que as de sisal.
Águ
a ab
sorv
ida
(%)
Tempo (minutos)
Figura 34. Ensaios de absorção d’água (sisal e curauá).
Os ensaios indicam que, independentemente do tipo de método utilizado, há
um significativo acréscimo de absorção nos primeiros 10 minutos (Figura 34),
permanecendo praticamente estável nos minutos seguintes. Em geral, mais de
50% da capacidade higroscópica age nos primeiros 15 minutos de contato com a
água (PIMENTEL e SAVASTANO, 1999; SAVASTANO e AGOPYAN, 1999;
0
100
200
300
400
500
600
700
0 1 2 3 4 5 6
Método desenvolvido neste trabalho
Método experimental (Toledo Filho, 1997)
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60
Curauá
Sisal
Sisal - (Savastano e Agopyan, 1999)
Resultados e Discussão 67
TOLEDO FILHO, 1997; TOLEDO FILHO et al, 1999). Na tabela 13 são
apresentadas a quantidade de água absorvida do total seco e do total saturado.
Tabela 13. Quantidade de água absorvida do total seco e saturado, em %.
minutos dias 5 30 45 60 360 2 4 10
Cur
auá do total seco 585,7 598,0 601,2 582,1 590,5 628,4 649,6 709,3
do total saturado 82,6 84,3 84,8 82,1 83,3 88,6 91,6
Sisa
l do total seco 348,9 426,3 422,6 402,7 421,5 401,1 482,2 515,7
do total saturado 67,7 82,7 82,0 78,1 81,7 77,8 93,5
De acordo com a tabela 13, observa-se que as fibras de curauá atingiram
82,6% de sua capacidade absorsiva nos primeiros 5 minutos, estabilizando-se ao
final do primeiro dia (24 horas). As fibras de sisal atingem 67,7% da saturação,
nos 5 minutos iniciais, permanecendo estável ao final do 4º dia (96 horas). Na
figura 35, pode se observar o comportamento das fibras utilizadas neste trabalho e
as utilizadas por Toledo Filho (1997).
Tempo (horas)
Figura 35. Ensaios de absorção d’água (sisal e curauá).
Águ
a ab
sorv
ida
(%)
0100200300400500600700800
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264
Sisal
Curauá
Sisal - (Toledo Filho, 1997)
Resultados e Discussão 68
4.3. Preparação e ensaio dos compósitos 4.3.1. Umidade ótima e Massa específica aparente seca máxima
As figuras 36 e 37 ilustram as curvas obtidas pelo método de compactação
quase estática desenvolvida e pelo ensaio de Proctor. Solos bem graduados (S),
geralmente apresentam curvas de compactação com um máximo acentuado, ao
contrário dos solos de graduação uniforme (C), que se caracterizam por curvas
achatadas. Quanto à credibilidade do método desenvolvido, observa-se que a
variação da energia de carregamento alterou a densidade seca máxima
concomitantemente com a umidade ótima, seguindo os preceitos estabelecidos
pela literatura.
Teor de umidade (%)
Figura 36. Curvas de compactação do solo argiloso (C).
Mas
sa e
spec
ífica
apa
rent
e se
ca (g
/cm
3 )
1,101,151,201,251,301,351,401,451,501,551,601,651,70
18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
0,6 MPa
1 MPa
2 MPa
3 MPa
Ensaio de Proctor
Curva de saturação
Curvas de compactação
Resultados e Discussão 69
M
assa
esp
ecífi
ca a
pare
nte
seca
(g/c
m3 )
Teor de umidade (%)
Figura 37. Curvas de compactação do solo arenoso (S).
O ensaio de Proctor e o método de compactação desenvolvido são
realizados em moldes de tamanhos distintos, e assim, o atrito entre a parede do
molde e a massa compactada será diferente. Neste trabalho, na moldagem dos
espécimes, desconsiderou-se tal influência. Mesbah et al (2004) comentam que o
elemento de solo (tijolo, painel, cilindro, etc.) é diretamente influenciado pelo
atrito do molde, pela energia de compactação e pela natureza do carregamento
(estático ou dinâmico). Venkatarama e Jagadish (1993, apud MESBAH et al,
1999) submeteram o solo à compactação estática impondo um deslocamento da
amostra até a obtenção de um volume constante, com o intuito de aproximar o
procedimento em laboratório ao ocorrido na prática para a produção de tijolos. Os
autores observaram uma dissipação de energia da ordem de 30%, ocasionado pelo
atrito do solo com o molde.
Para a moldagem dos compósitos utilizou-se a umidade ótima obtida pelo
ensaio de compactação quase estática. Porém, sabe-se que a adição de cimento
e/ou fibras vegetais alteram o teor de umidade, e também a massa específica
aparente seca. Deste modo, decidiu-se pela fixação da densidade (1,66 g/cm3 para
o solo argiloso e 1,88 g/cm3 para o solo arenoso) para todos os compósitos
moldados. Na tabela 14 pode-se observar a regularidade dos valores da massa
especifica aparente seca, proporcionado pelo procedimento adotado.
1,401,451,501,551,601,651,701,751,801,851,901,952,00
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
0,6 MPa
1 MPa
2 MPa
3 MPa
5 MPa
Ensaio de Proctor
Curva de saturação
Curvas de compactação
Resultados e Discussão 70
Tabela 14. Massa especifica aparente seca dos compósitos.
Espécimes γs (g/cm3) CV (%) Espécimes γs (g/cm3) CV (%) C6C 1,665 0,15 S6C6 1,886 0,08 C6C25FS1 1,661 0,31 S6C25FS1 1,882 0,11 C6C25FC1 1,663 0,29 S6C25FC1 1,880 0,20 C6C35FS1 1,655 0,26 S6C35FS1 1,879 0,41 C6C35FC1 1,664 0,29 S6C35FC1 1,885 0,10
A densidade dos corpos de prova foi baseada em informações obtidas na
literatura. Reddy e Gupta (2005) sugerem que o tijolo prensado deva ter densidade
seca preferencialmente maior que 1,8 g/cm3. Barbosa e Souza (2000) estudaram
Blocos de Terra Comprimida (sem estabilizante) com densidade de ≈ 1,8 g/cm3.
Rolim et al (1999), na comparação de resistência à compressão simples de
espécimes cilíndricos, tijolos e painéis de solo-cimento, estudaram compósitos
com densidade de 1,96 g/cm3. Dallacort et al (2002) comentam que prensas
manuais de tijolos produzem amostras com massa específica da ordem de
1,80g/cm3. Walker (1995) produziu tijolos, em prensa manual, com densidades
entre 1,60 e 1,80 g/cm3 com solos argilosos e entre 1,82 e 1,90 g/ cm3 com solos
arenosos. Com o objetivo futuro de correlacionar espécimes cilíndricos e
prismáticos, optou-se por manter a densidade dentro deste intervalo.
4.3.2. Influência da porcentagem de aglomerante
Reddy e Gupta (2005), analisando a influência da estabilização química
(cimento) na confecção de Blocos de Terra Comprimida, observaram entre outros,
que a resistência à compressão e tração dos blocos aumentou conforme houve o
acréscimo da quantidade de aglomerante, ressaltando o comportamento de
crescimento linear da resistência à tração direta. A correlação, frequentemente
linear, entre resistência a compressão simples e quantidade de cimento, também
foram observadas nos estudos de Morel et al (2007). Consoli et al (1998) afirmam
que mesmo a adição de 1% de cimento em peso de solo seco, ocorre o aumento da
rigidez e do pico de resistência da matriz de solo. Como o esperado, os ensaios
mecânicos confirmaram o significativo acréscimo na resistência final dos
compósitos, simultaneamente a adição de aglomerante. A figura 38 ilustra o
Resultados e Discussão 71
Quantidade de cimento
crescimento ascendente das resistências mecânicas médias, conferindo a função
linear de crescimento da resistência pela quantidade de cimento.
Figura 38. Comportamento do solo sob estabilização química e mecânica.
Os efeitos da adição de cimento foram investigados por Walker e Stace
(1997) para solos de características físicas distintas. Os autores observam uma
maior resistência mecânica dos blocos de solo-cimento com maiores
concentrações de cimento e menores quantidades de argila. A redução é
decorrente do aumento da plasticidade da mistura, e é atribuída ao efeito frágil da
ligação entre a pasta de cimento e a matriz inerte de solo.
Bahar et al (2004) analisaram, entre outros, os efeitos da estabilização
química (cimento) e estabilização física (correção granulométrica) sob períodos de
cura distintos, e observaram o significativo aumento de resistência à compressão
dos espécimes com solos corrigidos granulometricamente e com maiores
concentrações de cimento. Os autores afirmam que o melhora do comportamento
à compressão é devido aos produtos de hidratação do cimento.
Kenai et al (2006) comentam que os produtos hidratados preenchem os
vazios da matriz e realçam a rigidez da estrutura de solo, pela formação de um
grande número de ligações de silicato de cálcio hidratado (CSH) e aluminato de
Res
istê
ncia
Méd
ia (M
Pa)
Com
pres
são
Sim
ples
C
ompr
essã
o D
iam
etra
l
-6,00
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00 0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00%
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00%
Solo Argiloso (C) Solo Arenoso (S)
Walker (2000 apud Morel et al, 2007)
Reddy e Gupta (2005)
Resultados e Discussão 72
cálcio hidratado (CAH). Nas tabelas 15 e 16 são apresentadas as resistências
médias (média de três amostras) às ações mecânicas, ao longo do tempo de cura.
Tabela 15. Resistência média a compressão simples, em MPa.*
Tempo de Cura 7D 14D 21D 28D 35D
C 1,52 (3,44) 1,36 (5,83) 1,37 (5,30) 1,38 (1,46) 1,45 (3,81) C4C 2,42 (6,39) 2,75 (10,67) 2,78 (6,89) 2,72 (2,19) 2,63 (1,62) C6C 3,34 (3,71) 3,35 (3,90) 3,56 (4,97) 3,71 (4,74) 3,89 (13,47) S4C 1,90 (4,46) 2,08 (2,39) --- 2,78 (1,24) 2,78 (2,13) S6C 2,76 (3,34) 2,38 (11,47) 2,96 (8,20) 2,87 (6,60) 2,85 (11,58)
* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.
Tabela 16. Resistência média a compressão diametral, em MPa.*
Tempo de Cura 7D 14D 21D 28D 35D
C 0,138 (3,52) 0,119 (14,8) 0,122 (7,71) 0,134 (8,95) 0,146 (3,98) C4C 0,277 (1,37) 0,223 (5,60) 0,302 (6,77) 0,353 (9,11) 0,258 (7,88) C6C 0,355 (14,9) 0,322 (7,44) 0,415 (6,03) 0,409 (15,2) 0,394 (0,97) S4C 0,168 (2,82) 0,217 (4,11) --- 0,197 (9,34) 0,227 (7,25) S6C 0,265 (5,26) 0,231 (17,1) 0,239 (8,97) 0,204 (9,52) 0,316 (2,44)
* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.
Neste trabalho, a razão de compósitos com solo argiloso atingirem maiores
resistências, quando comparados a compósitos arenosos, está no fato que as
obtenções da resistência à compressão simples e diametral foram realizadas em
espécimes não saturados. É sabido que compósitos ensaiados em estado seco
apresentam maiores índices de resistência do que em estado saturado, e a razão
entre resistências está diretamente interligada à quantidade de argila presente no
solo, como observado por Walker (1995). Em trabalho mais recente, Walker
(2004) observou uma redução da resistência de matrizes de solo, entre 40 e 75%,
após imersão em água. Bahar et al (2004) confirmam a influência da imersão em
água, na resistência mecânica dos corpos de prova. Os espécimes imersos 48h
tiveram a resistência à compressão simples reduzida em 60% em comparação aos
espécimes não imersos. Os pesquisadores reforçam que a redução aos esforços
mecânicos foi mais significativa em amostras com menores porcentagens de
aglomerantes, a redução das amostras com teores acima de 10% de cimento foi,
em geral, de 50% de sua resistência. Segundo Morel et al (2007), a resistência é
reduzida, devido, entre outros, à pressão nos poros pela ação da água.
Resultados e Discussão 73
A figura 39 ilustra os resultados obtidos na imersão prévia por 24 horas dos
compósitos analisados neste trabalho, onde pode ser observado que a resistência
dos compósitos de matriz arenosa foi significativamente superior aos de matriz
argilosa. Para os compósitos argilosos a redução da resistência dos espécimes
saturados comparados aos espécimes em estado seco foi, em geral, de 58%. Já nos
compósitos arenosos, a redução foi de ≅ 30%. Para as amostras reforçadas com
fibras a redução alcançou índices médios de 40%. Os dados apontam que os solos
arenosos, sob a ação da água, se comportam mais satisfatoriamente que os solos
argilosos, visto que a perda de resistência atingiu níveis mais baixos.
Figura 39. Resistência média a compressão simples dos compósitos imersos em água.
4.3.3. Influência das fibras vegetais durante a compactação
Consoli et al (2005) submeteram amostras de areia fina reforçadas com
fibras de polipropileno (distribuídas randomicamente) a testes de compressão
isotrópica. A análise revelou mudanças significativas durante a compressão
devido à inclusão das fibras sintéticas. As fibras foram retiradas após os ensaios,
onde foi constatado que grande parte delas havia se rompido, indicando que as
fibras atuam durante a compactação absorvendo parte da energia imposta,
demonstrado pela deformação e ruptura das mesmas (figura 40).
σ c (M
Pa)
1,98
1,68
2,46
1,50
2,65
1,66
2,76
1,47
2,41
1,41
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
1
C6CS6CC6C25FS1S6C625FS1C6C625FC1S6C25FC1C6C35FS1S6C35FS1C6C35FC1S6C35FC1C
V (4
,73%
) CV
(0,4
2%)
CV
(8,2
9%)
CV
(4,7
4%)
CV
(3,2
5%)
CV
(7,8
2%)
CV
(6,9
6%)
CV
(4,3
2%)
CV
(8,6
0%)
CV
(3,0
9%)
Resultados e Discussão 74
Fibras
Partículas
Compressão das partículas
Movimento das partículas
Fibras submetidas a tração devido ao movimento relativo das partículas
Figura 40 - Mecanismo de ruptura das fibras sob compactação (CONSOLI et al, 2005).
Neste trabalho, o comportamento observado por Consoli et al (2005) pôde
ser confirmado durante a produção dos espécimes. As amostras com adição de
fibras vegetais necessitaram de uma maior pressão para a compactação em
comparação aos espécimes sem fibras, comprovando a atuação das fibras durante
a confecção dos corpos de prova (figura 41).
Figura 41. Pressão de compactação necessária para a produção dos corpos de prova.
4.3.4. Influência do comprimento e fração volumétrica das fibras
Bouhicha et al (2005) analisando a adição da fibra da palha da cevada em
matrizes de solo, observaram um acréscimo de resistência à compressão de 10 a
20% para adições até 1,5% de fibras, em peso seco de solo, o qual dependeu do
tipo de solo utilizado. A adição de fibras acima de 3,5%, em peso seco de solo,
ocasionou uma queda de resistência de 45%. Yetin et al (2008) estudando a
inserção de reforço fibroso em tijolos de Adobe, observaram o decréscimo da
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Deformação (mm)
Pres
são
de C
ompa
ctaç
ão (M
Pa)
S6C S6C25FC1 S6C25FS1
Resultados e Discussão 75
resistência à compressão simples concomitantemente ao aumento da adição de
fibras. Concluindo que o máximo de fibras adicionadas aos tijolos deve se
restringir a 0,5% do peso do solo seco.
As figuras 42 e 43 ilustram o significativo aumento da resistência mecânica
dos compósitos estudados em razão da adição de fibras vegetais e do tempo de
cura. Observa-se que para a compressão simples a fração “ótima” varia em torno
de 0,4 e 0,8%, para ambas as fibras. Analisando a resistência à compressão
diametral, observa-se o crescimento linear da adição das fibras de sisal e curauá
com comprimento de 25 mm, indicando que o limite ultrapassa 1%. Já os
compósitos com fibras de curauá com comprimento de 35 mm apresentaram
comportamento linear de crescimento até 0,4%, com desempenho constante a
partir da inclusão de 0,6%, em peso de solo seco.
Fração volumétrica de fibras Tempo de cura
Figura 42. Resistência média à compressão simples por fração volumétrica de fibras.
Fração volumétrica de fibras Tempo de cura
Figura 43. Resistência média à compressão diametral por fração volumétrica de fibras.
Res
ist.C
ompr
essã
o Si
mpl
es (M
Pa)
Res
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Com
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Dia
met
ral (
MPa
)
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0%0,001,002,003,004,005,006,00
7 14 28 35
C C6C C6C25FS C6C25FC
C6C35FCσc (MPa)
dias
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0%0,000,100,200,300,400,500,60
7 14 28 35
C C6C C6C25FS C6C25FC
C6C35FCσt (MPa)
dias
Resultados e Discussão 76
4.3.5. Comportamento dos compósitos reforçados
Ghavami et al (1999) investigando a introdução de fibras vegetais (sisal e
coco) em matrizes de solo, observaram que o reforço fibroso acresceu na
capacidade de absorção de energia dos compósitos. A explicação dada pelos
autores fundamenta-se na redistribuição das forças internas do solo para as fibras,
mencionando que as fibras trabalham juntamente com o solo, observando que em
grande parte houve o arrancamento das fibras. O aumento da capacidade de
resistência pós-fissuração em matrizes de solo, também foi observado nos estudos
de Yetin et al (2008), Bouhicha et al (2005), Segetin et al (2007), Prabakar e
Sridharb (2002), entre outros.
Nos espécimes estudados, as fibras vegetais modificaram satisfatoriamente
o comportamento frágil das matrizes de solo. Strain-gages forneceram dados que
demonstram o comportamento dúctil com significativo acréscimo de resistência
pós-fissuração, permitindo ao compósito grande capacidade de absorção de
energia (tenacidade). Porém, a instrumentação não foi muito favorecida pela
pequena resistência das matrizes de solo. Embora a cola utilizada (Araldite) seja
suficientemente deformável, observou-se em todos os casos, o desprendimento da
instrumentação por falha na matriz. Assim, além dos strain-gages foi utilizado um
medidor de deslocamento (LVDT) para auxiliar nas medições. Os gráficos
individuais dos ensaios de compressão simples e diametral encontram-se no
Apêndice B.
A figura 44 ilustra o comportamento tensão-deformação dos compósitos
com solo argiloso, fibras de curauá e sisal com comprimento de 25 mm e fração
volumétrica de 1%. Analisando-se a influência da adição de aglomerante, tanto à
compressão simples quanto para diametral, nota-se um aumento substancial de
rigidez da mistura de solo-cimento (C6C) em contraposição ao solo sem
aglomerante (C). Quanto à inserção de reforço fibroso, observa-se um
considerável aumento na capacidade de deformação com o enrijecimento do
compósito. Os espécimes C6C25FC1 apresentaram valores de rigidez à
compressão simples e diametral equiparável aos compósitos sem fibras (C6C),
enquanto nos compósitos com sisal (C6C25FS1) observa-se o decréscimo.
Resultados e Discussão 77
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0,0 2,5 5,0
1 C-35D 2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 4 C6C25FC1-35D
1
3
2
4
0,00
0,05
0,10
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0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,0 0,3 0,5
1 C-35D 2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 4 C6C25FC1-35D
1
3 2
4
Conjectura-se que a relação de aspecto (razão entre comprimento e diâmetro) das
fibras tenha sido responsável pelo comportamento adverso das misturas.
Deformação (μs) Deformação (μs)
Figura 44. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso, fibras de curauá e sisal com comprimento de 25 mm e fração volumétrica de 1%.
Deformação (μs) Deformação (μs)
Figura 45. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso, fibras de sisal com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%, aos 35 dias.
Res
istê
ncia
à C
ompr
essã
o D
iam
etra
l (M
Pa)
Res
istê
ncia
à C
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o Si
mpl
es (M
Pa)
Res
istê
ncia
à C
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essã
o Si
mpl
es (M
Pa)
Res
istê
ncia
à C
ompr
essã
o D
iam
etra
l (M
Pa)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,0 0,3 0,5
1 C-35D 2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 5 C6C35FS1-35D
1
3 2
5
0,0
0,5
1,0
1,5
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2,5
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4,5
5,0
0,0 2,5 5,0
1 C-35D 2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 5 C6C35FS1-35D
1
3
2
5
Resultados e Discussão 78
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0,0 2,5 5,0
2 C6C-35D 4 C6C25FC1-35D 6 S6C-35D 8 S6C25FC1-35D
8
2
6
4
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,0 0,3 0,5
2 C6C-35D 4 C6C25FC1-35D 6 S6C-35D 8 S6C25FC1-35D
8
2
6
4
Na figura 45 é ilustrado o comportamento da variação do comprimento da
fibra de sisal. Na compressão simples observa-se o decréscimo de
aproximadamente 73% na rigidez, entretanto na compressão diametral os
compósitos com fibras de 35 mm apresentaram rigidez superior aos espécimes
com reforço de 25 mm. A figura 46 se refere ao comportamento tensão-
deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, com fibras de curauá de
25 mm de comprimento e 1% de fração volumétrica. Observa-se que a rigidez a
compressão simples das matrizes argilosas é superior as matrizes arenosas.
Conjectura-se que influenciado pela elevada atividade higroscópica da fibra de
curauá, aliada ao fato que solos argilosos apresentam uma forte ligação entre as
partículas de água, resultou em um maior número de áreas (pontos) de contato
entre matriz e fibra. Análises microscópicas são necessárias para uma melhor
compreensão do comportamento observado. Com a inclusão do reforço fibroso,
para a compressão diametral, observa-se a queda de rigidez com aumento da
capacidade de deformação para o solo arenoso. Guimarães (1990), em seus
estudos, observa que um melhor desempenho foi obtido quando a relação de
aspecto das fibras foi aumentada. Porém, segundo o autor, existe um limite, onde
a rigidez e resistência do compósito são reduzidas.
Deformação (μs) Deformação (μs)
Figura 46. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, fibras de curauá com comprimento de 25 mm e fração volumétrica de 1%.
Res
istê
ncia
à C
ompr
essã
o Si
mpl
es (M
Pa)
Res
istê
ncia
à C
ompr
essã
o D
iam
etra
l (M
Pa)
Resultados e Discussão 79
Deformação (μs) Deformação (μs)
Figura 47. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, com fibras de sisal com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%.
A figura 47 ilustra o comportamento dos compósitos (C e S) reforçados,
com fibras de sisal com 25 e 35 mm de comprimento, adicionados
volumetricamente em 1%, do peso do solo seco. Observa-se, para a matriz
argilosa, que a adição de fibras de 35 mm elevaram a rigidez, em contrapartida,
para as matrizes arenosas o aumento do comprimento da fibra ocasionou o
decrescimento da rigidez.
A variação de comprimento das fibras de curauá para matrizes arenosas é
ilustrado na figura 48. Na observação há o indicio da influência da ancoragem na
rigidez dos compósitos ensaiados. Para as fibras de curauá, o maior comprimento
das fibras proporcionou uma melhor ancoragem na matriz de solo. Presume-se
que a presença de maior número de pontos de contato na interface das fibras de
35mm de comprimento, melhora a distribuição de tensão da matriz para as fibras,
consequentemente, eleva a rigidez do compósito, embora, apresente rigidez
inferior aos espécimes sem fibras.
Res
istê
ncia
à C
ompr
essã
o Si
mpl
es (M
Pa)
Res
istê
ncia
à C
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essã
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0,5
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0,0 2,5 5,0
2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 5 C6C35FS1-35D 6 S6C-35D 7 S6C25FS1-35D 9 S6C35FS1-35D
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5 3
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0,0 0,3 0,5
2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 5 C6C35FS1-35D 6 S6C-35D 7 S6C25FS1-35D 9 S6C35FS1-35D
6
2
9
7 5
3
Resultados e Discussão 80
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0,0 2,5 5,0
6 S6C-35D 8 S6C25FC1-35D 10 S6C35FC1-35D
10
8
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0,05
0,10
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0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,0 0,3 0,5
6 S6C-35D 8 S6C25FC1-35D 10 S6C35FC1-35D
10
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6
Deformação (μs) Deformação (μs)
Figura 48. Tensão-deformação dos compósitos com solo arenoso, fibras de curauá com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%.
Deformação (μs) Deformação (μs)
Figura 49. Tensão-deformação dos compósitos com solo arenoso, fibras de sisal e curauá com comprimento de 25 mm e fração volumétrica de 1%.
Res
istê
ncia
à C
ompr
essã
o Si
mpl
es (M
Pa)
Res
istê
ncia
à C
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o D
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l (M
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essã
o Si
mpl
es (M
Pa)
Res
istê
ncia
à C
ompr
essã
o D
iam
etra
l (M
Pa)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
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0,0 2,5 5,0
6 S6C-35D 7 S6C25FS1-35D 8 S6C25FC1-35D
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0,0 0,3 0,5
6 S6C-35D 7 S6C25FS1-35D 8 S6C25FC1-35D
8
6
7
Resultados e Discussão 81
Na figura 49, compara-se a rigidez dos compósitos, de uma mesma matriz
(S), porém com tipos diferentes de fibras, de mesmo comprimento e inclusão
volumétrica. Conforme ilustrado, nos ensaios a compressão simples e diametral, é
evidente o acréscimo de rigidez dos compósitos reforçados com sisal sob os
compósitos com fibras de curauá. É necessário frisar que as fibras adicionadas têm
comprimento de 25 mm, para as fibras de 35 mm, baseando-se nas observações
anteriores, o comportamento é contrário.
O módulo de elasticidade foi calculado a partir do diagrama tensão-
deformação conforme recomendado pela ASTM C469 e sugerido por Toledo
Filho (1997) aos 35 dias. O módulo é a inclinação da reta entre dois pontos fixos
no diagrama. O ponto inferior é o ponto onde a deformação é zero enquanto o
ponto mais alto é o ponto onde a tensão corresponde a 40% da tensão última. O
módulo de elasticidade é calculado pela equação 6, onde ε40% corresponde a
deformação longitudinal produzida pela tensão σ40%. Os resultados podem ser
observados na tabela 17.
%40
%40 )(εσ
=E (6)
Tabela 17. Módulo de elasticidade na compressão simples, em GPa.
C C6C C6C25FC1 C6C25FS1 C6C35FS1 E 2,35 4,24 5,00 4,15 2,40 S6C S6C25FC1 S6C25FS1 S6C35FC1 S6C35FS1 E 5,01 4,30 4,46 2,01 3,16
Observa-se, em geral, que tanto para solos argilosos quanto para arenosos, a
inclusão das fibras vegetais ocasionou o decréscimo do módulo de elasticidade em
comparação aos espécimes de referência (C6C e S6C). Comportamento análogo
ao observado por Barbosa (1996). Segundo o autor, o módulo de elasticidade
obtido para o solo estabilizado com emulsão asfáltica atingiu valores médios de
5,69 GPa, com a adição de fibras de sisal (0,7% em peso de solo) houve o
aumento da flexibilidade do compósito, com módulo de elasticidade de 3,45 GPa.
Ghavami et al (1999), observa o aumento da flexibilidade dos compósitos com a
adição de fibras vegetais. Os autores estudaram a adição de fibras de sisal e coco
com comprimento de 50 mm e adição volumétrica de 4%. Para os espécimes com
Resultados e Discussão 82
fibras de sisal a redução do módulo de elasticidade foi de aproximadamente 17%.
Para as fibras de coco a redução foi de 58%.
Nas tabelas 18 a 21 são apresentados a resistência média final à compressão
simples e diametral dos compósitos arenosos e argilosos com reforço fibroso.
Estabelecendo-se uma comparação entre os dois tipos de fibras (sisal e curauá),
observa-se a significativa superioridade de resistência dos compósitos de matriz
argilosa com fibras de curauá sob as de sisal e, o comportamento inverso para o
solo arenoso – compósitos com fibras de sisal sob fibras de curauá.
Tabela 18. Resistência média à compressão simples (MPa), compósitos argilosos.*
Tempo de Cura 7D 14D 28D 35D
C6C 3,34 (3,71) 3,35 (3,90) 3,71 (4,74) 3,89 (13,47) C6C25FS0,5 3,66 (3,08) 4,17 (2,29) 4,55 (5,22) 4,84 (2,05) C6C25FC0,5 3,73 (3,33) 4,31 (4,95) 5,12 (1,89) 5,16 (6,44) C6C35FS0,5 3,58 (2,42) 3,60 (4,25) 4,24 (3,67) 4,23 (11,12) C6C35FC0,5 4,22 (0,87) 4,43 (3,72) 5,16 (2,07) 5,05 (3,30) C6C25FS1 3,82 (3,06) 3,95 (7,71) 4,18 (4,60) 4,03 (2,00) C6C25FC1 3,73 (3,84) 4,27 (4,43) 4,60 (7,53) 4,62 (6,56) C6C35FS1 3,79 (2,36) 4,03 (5,65) 4,75 (2,32) 4,38 (6,33) C6C35FC1 3,98 (4,36) 4,43 (0,81) 4,93 (2,87) 4,98 (6,03)
* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.
Tabela 19. Resistência média à compressão diametral (MPa), compósitos argilosos.
Tempo de Cura 7D 14D 28D 35D
C6C 0,355 (14,91) 0,322 (7,44) 0,409 (15,22) 0,394 (0,97) C6C25FS0,5 0,414 (3,68) 0,437 (5,77) 0,383 (4,56) 0,458 (6,75) C6C25FC0,5 0,411 (1,34) 0,384 (10,01) 0,463 (4,13) 0,462 (10,30) C6C35FS0,5 0,389 (3,79) 0,381 (4,75) 0,454 (5,39) 0,377 (7,28) C6C35FC0,5 0,427 (1,19) 0,424 (2,47) 0,461 (5,61) 0,503 (5,38) C6C25FS1 0,474 (7,15) 0,486 (7,02) 0,432 (5,32) 0,419 (0,79) C6C25FC1 0,482 (0,45) 0,439 (7,76) 0,460 (6,09) 0,512 (11,03) C6C35FS1 0,517 (21,00) 0,447 (4,01) 0,529 (11,81) 0,458 (10,58) C6C35FC1 0,401 (1,15) 0,452 (14,27) 0,464 (6,35) 0,524 (2,91)
Resultados e Discussão 83
Tabela 20. Resistência média à compressão simples (MPa), compósitos arenosos.*
Tempo de Cura 7D 14D 28D 35D
S6C 2,76 (3,34) 2,38 (11,47) 2,87 (6,60) 2,85 (11,58) S6C25FS0,5 3,62 (2,44) 4,55 (4,95) 4,35 (2,72) 4,52 (9,51) S6C25FC0,5 3,57 (5,84) 4,21 (8,23) 5,08 (3,12) 5,10 (3,58) S6C35FS0,5 3,83 (4,46) 4,37 (0,85) 5,52 (4,66) 4,19 (3,16) S6C35FC0,5 3,57 (6,90) 4,04 (7,16) 3,97 (9,06) 3,88 (5,08) S6C25FS1 4,64 (1,22) 5,34 (8,77) 5,70 (2,28) 6,00 (6,84) S6C25FC1 3,80 (3,69) 4,69 (3,85) 4,94 (4,49) 4,80 (8,01) S6C35FS1 4,26 (7,48) 5,59 (3,51) 5,25 (7,36) 5,35 (6,29) S6C35FC1 4,39 (0,87) 4,85 (5,96) 5,86 (4,60) 5,75 (1,49)
* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.
Tabela 21. Resistência média à compressão diametral (MPa), compósitos arenosos.*
Tempo de Cura 7D 14D 28D 35D
S6C 0,265 (5,26) 0,231 (17,11) 0,204 (9,52) 0,316 (2,44) S6C25FS0,5 0,392 (1,95) 0,431 (1,79) 0,453 (9,68) 0,466 (10,00) S6C25FC0,5 0,404 (10,24) 0,444 (1,73) 0,524 (7,81) 0,479 (4,57) S6C35FS0,5 0,413 (4,04) 0,437 (0,82) 0,449 (4,66) 0,411 (1,01) S6C35FC0,5 0,332 (6,13) 0,355 (10,31) 0,501 (2,90) 0,448 (12,98) S6C25FS1 0,47 (5,02) 0,55 (1,92) 0,60 (7,70) 0,61 (9,50) S6C25FC1 0,46 (8,75) 0,48 (5,83) 0,52 (2,16) 0,54 (7,63) S6C35FS1 0,48 (12,38) 0,59 (6,06) 0,53 (6,71) 0,59 (5,80) S6C35FC1 0,46 (5,43) 0,56 (5,17) 0,62 (4,75) 0,61 (14,71)
* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.
Para ambos os solos, a análise da fração volumétrica das fibras indica que,
para as fibras de sisal de 25 e 35 mm de comprimento, o acréscimo na fração
volumétrica aumentou a resistência final à compressão simples (1% sob 0,5%),
exceto para compósitos argilosos com fibras de 25 mm de comprimento, adições
de 0,5% sob 1%. Para as fibras de curauá, notadamente se observa o aumento de
resistência dos compósitos com adições de 0,5% sob adições de 1%, exceto para
fibras de 35 mm (1% sob 0,5%). Para a compressão diametral as maiores
resistências foram obtidas em compósitos com maior quantidade de fibras.
Resultados e Discussão 84
4.3.6. Ensaio de absorção d’água
Os ensaios de absorção realizados em compósitos são, em geral, testes para
medir a durabilidade do material (BAHAR et al, 2004). Visto que, a porosidade
traz inconvenientes as matrizes, com representativa queda de resistência
mecânica, além da susceptibilidade a erosão. Venkatarama e Jagadish (1987)
observaram o rápido decrescimento da denominada razão de erosão (ER) – razão
entre o volume de solo removido pelo volume de água respingada – com a
redução da porosidade, proporcionado pelo aumento da densidade.
A porosidade admite a percolação da água, ocasionando danos nas
estruturas e/ou elementos de terra. Walker e Stace (1997) comentam que a
absorção de água aumenta concomitantemente à adição de argila na mistura.
Relacionando a quantidade de aglomerante e o índice de absorção do bloco de
terra, os autores observam que os elementos com uma maior concentração de
cimento têm reduzidas suas taxas de absorção d’água.
O aumento da porosidade do solo também pode ser decorrente da adição de
fibras, proporcionado por sua alta atividade higroscópica. Nesta pesquisa,
observou-se que as fibras de curauá têm índice de absorção de água mais elevado
em comparação às fibras de sisal, o que leva à suposição de que a zona de
transição nos compósitos com fibras de curauá é mais espessa e com menor
número de pontos de contato e assim maior quantidade de vazios. Porém os
ensaios de absorção realizados não demonstram tal comportamento. A tabela 22
apresenta a taxa de absorção d’água, imersos por 24 horas.
Tabela 22. Taxa de absorção d’água dos compósitos estudados, em %.*
C6C C6C25FS1 C6C25FC1 C6C35FS1 C6C35FC1 Média 19,97 (0,60) 19,99 (1,87) 20,20 (1,00) 20,17 (0,71) 19,70 (2,09) S6C S6C25FS1 S6C25FC1 S6C35FS1 S6C35FC1 Média 13,59 (0,67) 14,27 (1,15) 14,19 (2,36) 14,24 (0,83) 14,20 (0,38)
* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.
Embora a influência da porcentagem de finos no solo, confirme o
comportamento observado por Walker e Stace (1997) – a taxa de absorção
aumenta com a quantidade de argila –, nos compósitos fibrosos, observou-se que
as taxas de absorção permanecem próximas às de compósitos sem fibras,
Resultados e Discussão 85
indicando que a adição do reforço fibroso não influiu no aumento da porosidade
do material, mesmo havendo fibras de atividade higroscópica distintas. Nota-se
que a taxa de absorção permanece sob um mesmo patamar, ≈20% para solos
argilosos e, ≈14,2% para solos arenosos. O comportamento dos compósitos pode
ser decorrente da compressibilidade das fibras vegetais. Coutts e Warden (1990,
apud SAVASTANO, 1992) e Rodrigues (2004), observam que as fibras vegetais,
além de higroscópicas, são compressíveis. A compactação age retirando boa parte
da água absorvida pelas fibras (devolvendo-a a matriz), além de comprimi-las,
melhorando a zona de transição (maior número de pontos de contato diminuindo a
porosidade), além de enrijecer a matriz de modo a impedir que as fibras voltem a
seu formato tubular original. Entretanto, observações em nível microscópico,
aliadas ao processamento digital de imagens, permitem uma análise mais concisa
sobre a zona de transição (fibra e matriz) e, são fundamentais e necessários para o
prosseguimento desta pesquisa em trabalhos futuros.
5. Conclusões e Sugestões
Esta dissertação avaliou a influência na adição, em matrizes de solo, de
fibras vegetais (curauá e sisal) com comprimentos de 25 e 35 mm, adicionados em
0,5% e 1%, além da adição de 4 e 6% de cimento, em peso de solo. Sob
carregamento estático, foram moldados e extraídos espécimes cilíndricos (50x100
mm). Ensaios de absorção d´água, de compressão simples e diametral avaliaram a
durabilidade e resistência dos compósitos. Os resultados dos experimentos, após a
compilação e análise, permitiram as conclusões apresentadas. As sugestões se
baseiam na observação de lacunas de dados e informações, julgadas úteis e
essenciais para o melhor entendimento da interação fibra/matriz de solo e
norteiam futuros trabalhos sobre este tema.
5.1. Conclusões
A aferição do diâmetro das fibras vegetais utilizando uma lente com régua
graduada com magnificação de 10x (fissurômetro) não se mostrou uma
metodologia adequada, embora os dados obtidos se intercalem com as
informações disponíveis na literatura. Os coeficientes de variação (CV) foram
elevados, 50,89% para fibras de curauá e 31,37% para fibras de sisal. O CV das
fibras de curauá pode indicar a variabilidade do diâmetro deste tipo de fibra ao
longo de seu comprimento, que entre outros, influenciará na interface fibra/matriz.
Os dados obtidos da medição massa específica das fibras se apresentaram
condizentes com a literatura pesquisada. Destacando que as fibras de curauá
apresentam índices superiores às fibras de sisal (12%), demonstrando uma maior
presença de estrutura sólida, o que pode indicar uma maior resistência mecânica,
conforme afirma Picanço (2005).
Conclusões e Sugestões 87
O índice de absorção d´água obtido pela metodologia desenvolvida
apresentou valores superiores ao procedimento sugerido por Tôledo Filho (1997),
indicando a forte influência da taxa de absorção do papel utilizado no ensaio. A
comparação entre os resultados dos ensaios demonstra diferenças significativas,
para o caso das fibras de curauá, a diferença é quase o dobro. Independentemente
do procedimento experimental adotado, observou-se que a taxa de absorção das
fibras ocorre mais intensamente nos primeiros minutos de imersão, estabilizando-
se nas horas subseqüentes. Fibras de curauá atingem 82,6% e as fibras de sisal
67,7% de sua capacidade de absorção nos 5 primeiros minutos.
Os ensaios de compactação estática em moldes cilíndricos (50x100 mm) se
mostraram adequados para estimativa da umidade ótima, observando que o
comportamento das curvas foram condizentes à teoria. O solo argiloso apresentou
curvas achatadas, enquanto o solo arenoso apresentou curvas com um máximo
proeminente. Quando houve variação da energia de carregamento alterou-se a
densidade seca máxima concomitantemente com a umidade ótima.
Na análise da influência da estabilização química nas matrizes de solo, os
resultados demonstram o expressivo acréscimo de rigidez e resistência final
conforme houve a adição de cimento. Os espécimes argilosos, em estado seco,
apresentaram resistências últimas superiores aos arenosos, porém, em condição
saturada o comportamento foi inverso. A redução de resistência para as matrizes
argilosas foi de aproximadamente 58%, compósitos arenosos reduziram em torno
de 30% e compósitos fibrosos (matrizes argilosas e arenosas) tiveram uma
redução com índices médios de 40%. Os dados indicam que matrizes arenosas,
estabilizadas com cimento, se comportam mais satisfatoriamente a ação da água
que matrizes argilosas, visto que a redução atingiu níveis mais baixos.
Quanto a adição de reforço fibroso em solos argilosos, submetidos à
compressão simples e diametral, a fração “ótima” para fibras de sisal e curauá,
com comprimento de 25 mm, varia entre 4 e 8%. Para elementos sujeitos a tração,
teores de fibra acima de 1% podem gerar compósitos mais resistentes. É evidente
que, recomendações quanto ao comprimento e fração volumétrica “ideais”, devem
levar em consideração a solicitação mecânica ao qual o elemento de terra estará
submetido, as características físicas e químicas da matriz e fibras, além das
condições ambientais aos quais os compósitos estarão submetidos.
Conclusões e Sugestões 88
Além de acrescer na capacidade resistiva, as fibras vegetais transmitiram
ductibilidade e resistência pós-fissuração (tenacidade) para as matrizes de solo.
Nas matrizes argilosas as adições de fibras de curauá proporcionaram o
enrijecimento de todos os compósitos submetidos à compressão simples, já para
as fibras de sisal observa-se o comportamento inverso, mais acentuado para fibras
com comprimento de 35 mm. Porém para os compósitos sujeitos a compressão
diametral, as fibras de sisal e curauá de 35 mm aumentaram a rigidez, em virtude
de um maior número de pontos de contato, proporcionado por fibras mais longas,
melhorando a distribuição de tensão da matriz para as fibras.
Para as matrizes arenosas, a adição do reforço fibroso ocasionou a queda da
rigidez dos compósitos, tanto a compressão simples quanto a diametral. Para as
fibras de sisal observa-se um melhor comportamento para fibras longas (35 mm),
já para as fibras de curauá os melhores resultados foram obtidos dos compósitos
com fibras de 25 mm. Em geral, para as fibras de sisal, o acréscimo na fração
volumétrica aumentou a resistência final à compressão simples (1% sob 0,5%).
Para as fibras de curauá, se nota-se o aumento de resistência dos compósitos com
adições de 0,5% sob adições de 1%. Para a compressão diametral as maiores
resistências foram obtidas em compósitos com maiores quantidades de fibras.
Contrariamente ao relatado por muitos pesquisadores, a adição de reforço
fibroso não proporcionou o aumento da porosidade dos compósitos. A
estabilização mecânica criou tensões internas que comprimiram as fibras vegetais,
gerando regiões interfaciais (fibra/matriz) mais densas e homogêneas, impedindo
o inchamento das fibras com a absorção d’água. Os resultados demonstram que a
taxa de absorção para os espécimes argilosos se manteve sob um mesmo patamar
de 20%, enquanto compósitos arenosos a uma taxa de 14%.
Os resultados obtidos demonstram que os métodos de estabilização,
utilizadas nesta pesquisa, interagem e se complementam. A estabilização química
permitiu o enrijecimento e acréscimo na resistência dos compósitos. A
estabilização mecânica conduziu a espécimes de menor porosidade, permitindo
uma melhor interação entre fibra/matriz. Por fim, a estabilização física
proporcionou o enrijecimento da matriz de solo, observado pelo acréscimo de
resistência em pequenas deformações, além do aumento na capacidade de
absorção de energia pós-fissuração, impedindo a ruptura frágil comum em
matrizes sem fibras.
Conclusões e Sugestões 89
5.2. Sugestões para trabalhos futuros
• Existe a necessidade de obtenção de mais informações sobre as
características físicas e mecânicas das fibras vegetais. Tais como: diâmetro,
massa específica e índice de absorção, resistência à tração, módulo de
elasticidade e resistência de aderência interfacial com a matriz de solo.
Além de observações e análises em nível microscópico da interação
fibra/matriz.
• Propõe-se também um estudo mais abrangente sobre as curvas de
compactação geradas pela metodologia utilizada (compactação estática),
com uma maior variedade de solos, considerando a influência do atrito
gerado entre a parede do molde e o solo compactado. Além da análise da
estrutura das argilas presentes no solo após a compactação, sobretudo em
relação à resistência mecânica e taxa de absorção capilar de espécimes
moldados no ramo ascendente e descendente da curva.
• Estudos da influência da estabilização química por polímeros naturais (óleo
de mamona, linhaça, babosa e palma) em matrizes de solo.
• Avaliação da durabilidade dos compósitos, incluindo ensaios acelerados e
por exposição em ambiente natural. Além de estudos que enfoquem
tratamentos para minorar problemas de degradação.
• Correlação entre os dados obtidos nos espécimes cilíndricos e em espécimes
prismáticos (Blocos de Terra Comprimida), considerando como parâmetros
de influência, a forma e o tamanho.
6. Referências Bibliográficas ABNT. NBR 7181: Solo: análise granulométrica. Rio de Janeiro, 1984a. 13 p. ______ . NBR 6459: Solo: determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984b. 6 p. ______ . NBR 7180: Solo: determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 1984c. 3 p. ______ . NBR 6508: Solo: determinação da massa específica aparente. Rio de Janeiro, 1984d. 8 p. ______ . NBR 8492: Tijolo maciço de solo-cimento - Determinação da resistência à compressão e da absorção d'água. Rio de Janeiro, 1984e. 5 p. ______ . NBR 7182: Solo: ensaio de compactação. Rio de Janeiro, 1986. 10 p. ______ . NBR 5738: Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto. Rio de Janeiro, 1994a. 9 p. ______ . NBR 5739: Concreto - ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1994b. 9 p. ______ . NBR 7222: Argamassa e concreto – Determ. da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1994c. 3 p. AGENDA 21 (Brasil), Encontro Regional – Nordeste. Brasília [s.n.], 2001. 48p. AGOPYAN, V. Materiais Reforçados com Fibras para a Construção Civil nos Países em Desenvolvimento: O Uso de Fibras Vegetais. São Paulo, 1991. 104 p. Tese (Livre-Docência) – Departamento Tecnológico de Construção Civil, Universidade de São Paulo (USP). AGOPYAN, V.; SAVASTANO, H. Jr. Compósitos Cimentícios Reforçados com Fibras vegetais e suas Aplicações. In: FREIRE, W. J.; BERALDO, A. L. (Org.). Tecnologias e Materiais Alternativos de Construção. Campinas: Editora Unicamp, 2003. p. 121-144.
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99
7. Apêndice A: Déficit habitacional do Estado do Rio de Janeiro
Figura 50. Estimativas do Déficit Habitacional – Estado do Rio de Janeiro (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2000).
Figura 51. Estimativas do Déficit Habitacional – Região Metropolitana do Estado (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2000).
100
Figura 52. Faixas de Renda Mensal Familiar (Salários mínimos) – Estado do Rio de Janeiro (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2000).
Figura 53. Faixas de Renda Mensal Familiar (Salários mínimos) – Região Metropolitana do Estado (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2000).
101
Apêndice B: curvas tensão x deformação – compressão simples (σc) e compressão diametral (σt).
A.1 Matriz argilosa sem reforço (C)
σ c (M
Pa)
Deformação (strain)
A.2 Matriz argilosa com 6% de cimento (C6C)
σ c (M
Pa)
Deformação (strain)
A.3 Matriz argilosa com 6% de cimento, fibras de curauá de 25 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (C6C25FC1)
σ c (M
Pa)
Deformação (strain)
σ t (M
Pa)
σ t (M
Pa)
σ t (M
Pa)
0,0
0,20,4
0,60,8
1,01,2
1,4
1,6
-0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0 0,001 0,0020,00
0,020,04
0,060,08
0,100,12
0,14
0,16
-0,0003 -0,0002 -0,0001 0 0,0001 0,0002
longitudinal transversal diagonal
longitudinal transversal diagonal
0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0
-0,003 -0,002 -0,001 0 0,0010,000,050,100,150,200,250,300,350,400,45
-0,0002 -0,0001 0 0,0001
longitudinal transversal diagonal
longitudinal transversal
0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,45
-0,00005 0 0,00005 0,0001 0,000150,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
-0,005 0 0,005 0,01
longitudinal transversal diagonal
transversal diagonal
102
A.4 Matriz argilosa com 6% de cimento, fibras de sisal de 35 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (C6C35FS1)
σ c (M
Pa)
Deformação (strain)
A.5 Matriz arenosa com 6% de cimento (C6C)
σ c (M
Pa)
Deformação (strain)
A.6 Matriz arenosa com 6% de cimento, fibras de curauá de 25 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (S6C25FC1)
σ c (M
Pa)
Deformação (strain)
σ t (M
Pa)
σ t (M
Pa)
σ t (M
Pa)
0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0
-0,01 -0,005 0 0,005 0,010,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
-4E-04 -3E-04 -2E-04 -1E-04 0 0,0001 0,0002
longitudinal transversal diagonal
longitudinal transversal
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
-0,004 -0,002 0 0,002 0,0040,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
-0,0001 -0,00005 0 0,00005 0,0001
longitudinal transversal diagonal
longitudinal transversal
0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0
-0,01 -0,005 0 0,0050,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
-0,01 -0,005 0 0,005 0,01
longitudinal transversal diagonal
longitudinal transversal diagonal
103
A.7 Matriz arenosa com 6% de cimento, fibras de curauá de 35 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (S6C35FC1)
σ c (M
Pa)
Deformação (strain)
A.8 Matriz arenosa com 6% de cimento, fibras de sisal de 25 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (S6C25FS1)
σ c (M
Pa)
Deformação (strain) A.9 Matriz arenosa com 6% de cimento, fibras de sisal de 35 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (S6C35FS1)
σ c (M
Pa)
Deformação (strain)
σ t (M
Pa)
σ t (M
Pa)
σ t (M
Pa)
0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50
-0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,0250,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
-0,015 -0,01 -0,005 0 0,005 0,01
longitudinal transversal diagonal
longitudinal transversal
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
-0,01 -0,005 0 0,005 0,010,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
-0,001 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006
longitudinal transversal diagonal
longitudinal transversal
0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50
-0,00075 -0,00025 0,00025 0,000750,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
-0,01 -0,008 -0,006 -0,004 -0,002 0 0,002 0,004
longitudinal transversal diagonal
longitudinal transversal diagonal