Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro – PUC-Rio
Iniciação Científica
2012.2/2013.1
Análise do Efeito da Estabilização
Mecânica em Matrizes de Terra
RELATÓRIO FINAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA APRESENTADO POR:
Monique Nascimento dos Santos
ORIENTADORES:
KhosrowGhavami (Professor Titular)
Alexander Zhemchuzhnikov(Doutorando)
Rio de Janeiro, 31 de julho de 2013.
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Departamento de Engenharia Civil
Sumário
AGRADECIMENTOS....................................................................................................................... 3
RESUMO .......................................................................................................................................... 4
OBJETIVO ........................................................................................................................................ 4
INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 5
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................................... 5
1)
O solo como material de construção ..................................................................................... 5
2)
Origem e definição do solo ..................................................................................................... 6
3)
Classificação e propriedades do solo .................................................................................... 7
4)
A presença de água no solo ................................................................................................... 8
5)
Estabilização do solo: química e mecânica .......................................................................... 8
6)
Preocupação Ambiental .......................................................................................................... 9
7)
Revisão bibliográfica dos ensaios mecânicos do solo como material de construção. ...... 9
METODOLOGIA EXPERIMENTAL...............................................................................................12
8)
Primeira parte: preparação e ensaio dos corpos de prova .................................................12
1.1)
Materiais utilizados .............................................................................................................12
1.2)
Características físicas ........................................................................................................12
1.3)
Preparação e ensaio dos corpos de prova .......................................................................12
RESULTADOS E DISCUSSÕES .....................................................................................................14
1)
Primeira parte .........................................................................................................................14
1.1)
Características físicas ........................................................................................................14
1.2)
Ensaio de Compressão Simples .......................................................................................16
1.3)
Ensaio de Compressão Diametral ....................................................................................16
2)
Segunda parte ........................................................................................................................18
CONCLUSÃO ..................................................................................................................................20
BIBLIOGRAFIA ..............................................................................................................................21
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AGRADECIMENTOS
Este trabalho é resultado da realização de um grande sonho nascido há alguns anos atrás
quando ingressei na faculdade e tivea vontade de um dia participarde pesquisas científicas e
poder contribuir um pouco mais para as mudanças que estão acontecendo em nosso país e fora
dele também.
Reconheço que a contribuição de inúmeras pessoas foi essencial para chegar até aqui.
Nada seria possível sem a ajuda de muitos que estiveram comigo nestes últimos tempos.
Em especial não poderia deixar de citar algumas delas e, por isso, gostaria de agradecer
as seguintes pessoas que foram mais do que essenciais durante minha trajetória.
Agradeço:
À Deus em primeiro lugar por me conceder, além do dom da vida, também o dom da
inteligência e me dar a oportunidade de poder me capacitar e atuar no que realmente amo.
Aos meus pais e familiares pela preparação para a vida, que com seus ensinamentos e
apoiome capacitaram a enfrentar os desafios encontrados.
Aos nossos colegas de turma que estiveram presente durante toda a graduação e que de
certa forma nos ajudaram a chegar até aqui e nos apoiaram em momentos de desespero.
Aos meus orientadores professor KhosrowGhavami e doutorando Alexander
Zhemchuzhnikovque me passaram seus conhecimentos acadêmicos e profissionais e me deram
a oportunidade de participar de uma pesquisa científica, fazendo com que eu evoluísse na vida
acadêmica, possibilitando-me descobrir novos horizontes.
Aos meus professores que me passaram todo o conhecimento necessário para estarmos
aptos a exercer a engenharia construindo aos poucos a realização de um grande sonho.
À todos o meu Muito Obrigado!
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RESUMO
Antes de dar início ao trabalho prático fez-se necessário buscar informações sobre a
tecnologia de construção com terra crua. Este aprofundamento gerou uma extensa revisão
bibliográfica onde observou-se pouca informação a respeito da influência do teor de umidade
durante a compactação sob a resistência mecânica e durabilidade. Considerando este trabalho
dividido em duas etapas, temos que na primeira parte focou-se em analisar esta influência do
teor de umidade com a construção de uma curva de umidade ótima pré-estudada com pontos
pré-determinados. Supõe-se que na curva de compactação existe um favorecimento da
resistência mecânica no ramo seco devido ao arranjo floculado das partículas que transmite
melhor as tensões enquanto que no ramo úmido a durabilidade que seria a mais favorecida, pois
o grau de alinhamento aumenta formando um arranjo dispersivo que dificulta a percolação de
água através do corpo-de-prova. (PINTO, 2008).
Primeiramente o solo foi caracterizado fisicamente e sua curva de compactação foi
determinada a uma tensão de 3 MPa de forma quase estática. Ao todo foram feitos 5 pontos
em que 1 deles seria o ponto ótimo formado pela máxima densidade aparente seca e os outros
4 formariam 2 pares com a mesma densidade seca, porém com umidades distintas de modo que
um se localiza-se no ramo seco da curva e o outro no ramo úmido. Após a determinação exata
desses pontos, foram moldados os corpos de prova num total de 120 para serem avaliados aos
7 e 35 dias submetidos aos ensaios de compressão simples, diametral, ensaio de absorção por
imersão e absorção por capilaridade.
Na segunda etapa deste trabalho foi realizado um estudo comparativo entre as
propriedades do solo estudado na primeira etapa e os solos estudados em diferentes outras
bibliografias presentes em artigos internacionais. É feita uma avaliação de como as
características do solo, envolvendo percentual de argila, condições de cura, umidade de
compactação, percentagem de cimento, podem influenciar a resistência do solo.
Na primeira etapa, os resultados confirmam um aumento da resistência à compressão
simples e diametral dos corpos de prova compactados no ramo seco (ramo ascendente), em
contrapartida, os espécimenes compactados no ramo úmido (ramo descendente) apresentaram
resultados de durabilidade superiores. Na umidade ótima ambos (resistência e durabilidade) são
satisfeitos.
OBJETIVO
Realização de um estudo comparativo entre a composição de solo-cimento utilizada neste
projeto e a utilizada em diferentes outros artigos, envolvendo as características e propriedades
do solo e resultados obtidos a partir dos ensaios de resistência mecânica.
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INTRODUÇÃO
O desgaste do meio ambiente pelo seu consumo excessivo sem a devida reposição tem
sido motivo de preocupação em diversos setores. E não é diferente na construção civil. Há
algumas décadas pesquisadores tem se interessado em desenvolver e divulgar materiais
sustentáveis (que geram uma menor quantidade de lixo e poluem menos) e de fácil acesso as
classes menos favorecidas (apresentam baixo custo). Devido ao solo ser um material presente
em abundância em qualquer parte do mundo, apresentar baixo custo e não ser prejudicial à
natureza, pois advém dela, é importante estudar seu comportamento e avaliar o seu potencial
construtivo para que possamos aproveitá-lo de forma consciente.
Na primeira etapa deste projeto avaliou-se a influência na resistência mecânica e
durabilidade de matrizes de terra estabilizadas com cimento, compactadas com diferentes teores
de umidade mantendo-se constante a mesma massa específica aparente seca. Dando
continuidade ao projeto, foi então elaborado um modo de comparação entre os resultados
obtidos durante a conclusão da primeira etapa e resultados de diversos outros trabalhos
relatados em artigos internacionais.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1) O solo como material de construção
A terra crua foi um dos primeiros materiais de construção empregado pelo homem há
cerca de 10 mil anos, quando o homem deixou de ser nômade para aguardar o tempo de colheita
na agricultura e assim construiu sua edificação. Como materiais de construção ele utilizou o
que a natureza ofertava a ele incluindo a própria terra. Ao longo do tempo esses materiais
serviram para edificar casas, palácios, templos.
Figuras 1 e 2: Cidades construídas com terra crua no Irã. Bam (à esquerda), antes do terremoto e Yazd (à direita).
(BARBOSA E GHAVAMI, 2007).
Milênios depois surgiram então os materiais industrializados e, com isso, os materiais de
construção tradicionais foram sendo colocados de lado. Os materiais tradicionais se
desvalorizaram e foram rejeitados pelos mais ricos. A terra ficou sendo material de construção
para os mais pobres e com o passar do tempo, por eles não transmitirem corretamente as técnicas
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de construção através de suas gerações, as tecnologias de construção com terra foram sendo
esquecidas.
Já recentemente, por volta da década de 70, percebeu-se a necessidade de repensar esta
tecnologia antigamente utilizada. A energia não sendo inesgotável e com toda a poluição sendo
causada ao meio ambiente vinda das indústrias, surgiu a idéia de aproveitar os materiais
tradicionais.
Figuras 3 e 4: Construções coloniais de terra crua em Minas Gerais. (BARBOSA E GHAVAMI, 2007).
A terra crua possui enormes vantagens quando falamos de preservação do meio ambiente:
consome pouca energia, não polui, pode ser mais barata e mais apropriada que os materiais
industrializados em alguns casos. Existem numerosas formas de seu emprego, mas para isso é
muito importante que se tenha conhecimento.
2) Origem e definição do solo
O solo é constituído da camada mais superficial da crosta terrestre, onde se desenvolve
muitas plantas e vive uma grande variedade de animais.O solo é um meio complexo e
heterogêneo, produto de alteração do remanejamento e da organização do material original
(rocha, sedimento ou outro solo).Inicialmente na crosta terrestre só havia rocha e é daí que vem
o solo.Com a decomposição das rochas que inicialmente formavam a crosta terrestre e com o
processo de intemperismo ao longo do tempo causado pelos agentes de intemperismo, surgiu o
solo. Os principais fatores causadores desse intemperismo são as variações de temperatura, a
água ao congelar e degelar, o vento ao fazer variar a umidade do solo e a presença da fauna e
da flora promovendo ataque químico através de hidratação, hidrólise, oxidação, lixiviação,
troca de cátions, carbonatação, e outros (PINTO, 2000). Além dos agentes do intemperismo,
temos também os agentes erosivos e em especial podemos destacar a água como o principal.
Esses agentes transportam o solo e a água nesta função atua na forma de chuva, rio, lagos,
oceanos e geleiras.
Com o tempo e sob a ação do calor, do vento e da água, a rocha foi se desgastando e
formando uma parte mineral (areia, calcário e argila) e uma outra parte orgânica(húmus restos
de animais e vegetais em decomposição).
Quando um certo elemento, que compõe o solo, existe em maior quantidade que os
demais, caracteriza o tipo do solo. Os principais componentes da terra, fazendo uma abordagem
química, são a sílica, a alumina e a hematita, além da presença de outros componentes como
óxidos de potássio, sódio, titânio, cálcio, magnésio e outros. A percentagem de cada
componente varia.
Quanto à definição do solo podemos dizer que não uma única definição que englobe
totalmente todo o significado de solo. Contudo, existem diferentes definições sob pontos de
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vista geológico, pedológico, agrícola, geotécnico. A definição vai depender do enfoque que se
quer ter. Na Engenharia Civil, por exemplo, solo define-se como material escavável, que perde
sua resistência quando em contato com a água.
De acordo com Neves et al. (2009),solo é o material da crosta terrestre proveniente da
decomposição de rochas, constituído por elementos minerais e/ou orgânicos, que dependem da
composição química e mineralógica da rocha de origem, das características do relevo, dos
diferentes climas e do tempo de exposição às intempéries.
3) Classificação e propriedades do solo
A classificação do solo pode ser realizada dentro de diferentes critérios como, por
exemplo, a sua origem, sua composição química, tamanho das partículas presentes. Quanto à
sua origem, os solos formados por produtos do intemperismo no seu lugar de origem são
chamados de solos residuais. Já os solos que são transportados durante a sua formação podem
ser classificados em vários grupos, dependendo do seu modo de transporte e de deposição: solos
glaciais, aluviais, lacustres, marinhos, eólicos e coluviais (DAS, 2007).
Os solos recebem designações segundo as dimensões das partículas compreendidas entre
determinados limites convencionais. Geralmente, são classificados pela quantidade de grão do
tamanho argila, silte e areia, e, por vezes, agregados maiores, como cascalho e pedras. Para
determinar a percentagem de cada fração presente no solo é feita a análise granulométrica. No
Brasil, adota-se a ABNT/NBR 6502/95. "Dependendo de qual dos três componentes
édominante, falamos de um solo argiloso, siltoso ou arenoso" (MINKE, 2000).Na Tabela 2.2
estão representadas as classificações adotadas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas
Técnicas), AASHTO (American Association for StateHighwayandTransportationOfficials),
ASTM (American Society for TestingMaterials) e MIT (Massachusetts Instituteof
Technology).
Figura5: Escalas granulométricas adotadas pela A.S.T.M., A.A.S.H.T.O, M.I.T. e ABNT.
As mais importantes propriedades do solo para uso na construção são: composição
granulométrica, plasticidade, retração, umidade e grau de compactação (durante a sua
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execução). Por meio de procedimentos simples de laboratório, é possível conhecer a
granulometria de determinado solo e aferir sobre a sua adequabilidade para a construção.
Também é possível distinguir as percentagens de elementos constituintes do solo. O ensaio
granulométrico, além de facilitar a escolha de determinada técnica construtiva, permite saber
como corrigir a composição do material através da adição de elementos (técnica conhecida
como estabilização).
4) A presença de água no solo
A água é o maior responsável pela alteração das rochas e seus mais importantes
mecanismos de ataque são oxidação, hidratação, carbonatação e efeitos químicos da vegetação
(CAPUTO, 1980).O fenômeno do deslocamento da água através do solo é chamado de
percolação da água. As chuvas deflagram problemas em superfície, mas também por infiltração
alimentam o lençol freático e mudam as características e comportamento dos solos podendo
também ativar patologias por ação no subsolo.
O conhecimento do fluxo da água no solo é muito importante, pois ele é responsável por
um grande número de problemas práticos de engenharia, os quais podem ser resumidos em três
grupos: avazão da água através de maciços terrosos, drenos ou filtros, orecalque nas fundações
das obras e aestabilidade geral das massas de solo principalmente de taludes.
5) Estabilização do solo: química e mecânica
O solo natural é abundante e apresenta baixo custo comparado a outros materiais
utilizados na construção civil, porém também apresenta-se como um material complexo e
variável para o emprego na engenharia. É comum que o solo de umalocalidade não preencha
parcial ou totalmente as exigências doengenheiro construtor. Assim, torna-se necessário
escolher entre aceitar o material tal como ele é e desenvolver o projeto de forma acontemplar
as limitações que o solo impõe; remover o material e substituí-lo por outro de melhor qualidade;
ou alterar as propriedades do solo existente de modo a criar um novomaterial capaz de adequarse de melhor forma as exigências doprojeto (PINHEIRO).
Segundo Pinto (2008), 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.
As propriedades de um solo podem ser alteradas por métodos mecânicos,físicos e/ou
químicos.O tipo de estabilização escolhida depende das propriedades no estado natural,
propriedades desejadas para o solo estabilizado e dos efeitos no solo após a estabilização. Neste
trabalho apenas a estabilização química e mecânica foram utilizadas.
A estabilização química dos solos refere-se ao procedimento no qual uma quantidade de
material químico qualquer (aditivo) é adicionada ao solo natural, para melhorar uma ou mais
de suas propriedades de engenharia.Os estabilizantes utilizados podem serbetumes, cimento
Portland, cal, pozolanas, e outros.
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, apud PINTO, 2008). A estabilização química conduz a uma melhor resistência
mecânica e menor permeabilidade, proporcionando uma maior durabilidade.
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A estabilização mecânica é aquela que não seadicionam nenhum material estranho ao
solo. Aumenta-se a densidade do solo, melhorando sua resistência mecânica e durabilidade.
Envolve a redução de volume de vazios in situ do solo através da energia imposta;
preenchimento de vazios reduzindo os poros e inibindo a percolação da água e a erosão
provocada por ela, aumentando a durabilidade; aumento da compacidade, tendo-se o acréscimo
da resistência mecânica; drenagem e mantendo o conteúdo de água constante, a mistura de tipos
de solos diferentes.Em geral estas técnicas são combinadas com a compactação. O
carregamento efetuado durante a compactação pode gerar uma estabilização mecânica de
natureza dinâmica ou estática.Isto influencia na densidade seca e consequentemente no teor de
umidade ótima. Neste trabalho, foi-se utilizada a estabilização mecânica de natureza estática.
6) Preocupação Ambiental
Um dos assuntos mais discutidos entre os estudiosos referente a construção civil seria o
impacto que ela causa ao nosso meio ambiente quando não bem planejada. Reduzir o impacto
nas construções passa por dois fatores principais, a diminuição dos resíduos produzidos e do
desperdício de materiais. As duas questões estão muito próximas e é isso que faz com que as
soluções incluam, de uma forma ou de outra, o material utilizado.
A utilização desenfreada dos recursos naturais, sem qualquer consciência das
consequências que poderão surgir no futuro, é algo presente em nosso dia-a-dia. Uma ótima
alternativa para continuar promovendo o crescimento sem que ocorra comprometimento dos
nossos recursos é o desenvolvimento sustentável ou desenvolvimento com sustentabilidade.
Segundo a Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento criada pelas Nações
Unidas, desenvolvimento sustentável é aquele capaz de suprir as necessidades da geração atual,
garantindo a capacidade de atender as necessidades das futuras gerações. É o desenvolvimento
que não esgota os recursos para o futuro.
O conceito de Desenvolvimento Sustentável é apresentado pela primeira vez na década
de 80 pelo Relatório Brundtland, aos temas relacionados aos sistemas que envolvem a
Construção Civil (CORRÊA, 2009). O setor da construção civil, responsável por 15 a 50% do
consumo dos recursos naturais, é certamente o maior gerador de resíduos de toda a sociedade
(USP, 2003).
O significado de sustentabilidade na construção civil deve estar firme em todas as etapas
do processo construtivo, assim como em casos de demolição. Os responsáveis devem estar
cientes dos impactos ambientais que poderão gerar e desta forma devem tentar minimizá-los ao
máximo possível dentro do empreendimento.
7) Revisão bibliográfica dos ensaios mecânicos do solo como material de
construção.
A curva granulométrica do solo é uma das ferramentas mais úteis para avaliar a
adequação do material para construção de terra batida. Diferentes e por vezes contraditórias
proporções de argila, silte, areia e cascalho são propostos para abalroado solos de terra. Walker
a Jaquin (2012) investigaram a confiabilidade dos valores de referência atuais, através de testes
de amostras de terra bateu desempenho comparativo. Dez lotes de solo artificial (cinco deles
estabilizado com cimento e / ou cal) considerado adequado para a taipa de acordo com as
diretrizes atuais foram testados em termos de resistência à compressão, retração e erosão. A
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investigação mostra que, em conformidade com os critérios de distribuição de tamanho de
partículas de solo não só significa, necessariamente, a adequação de um solo de terra batida.
Com base nestes resultados, este trabalho propõe recomendações e critérios a serem
implementadas na avaliação do solo para a terra batida.
Hall e Djerbib (2003) apresentaram uma nova abordagem para a especificação e a
criação de métodos para terra batida, através de um processo de mistura de material de pedreira
graduada. Os métodos de solo são altamente consistentes e reprodutíveis, que permite o controle
preciso dos parâmetros tais como a distribuição de tamanho de partículas. Uma nova técnica
para a produção consistente de amostras de cubo de terra batida foi apresentado que satisfaz
NZS4298: 1998, e está em bom acordo com o padrão estabelecido para a compactação Proctor.
De acordo com o método proposto para a produção de amostras de terra, o nível de entrada de
energia usado para a compactação pode ser variada, dependendo do tipo de solo. Para um dado
esforço de compactação, a variação da densidade seca, devido ao tipo de solo não parece estar
diretamente relacionada coma característica não-confinado a resistência à compressão das
amostras de terra batida.
Segundo Reddy e Gupta (2004) blocos de solo-cimento também conhecidos como blocos
de terra comprimido ou de blocos de barro estabilizados são usados para carga de alvenaria
rolamento. O trabalho centra-se no estudo de várias características dos blocos de solo-cimento
utilizando solos muito arenosos através de uma investigação experimental. Características dos
blocos de solo-cimento com três conteúdos de cimento diferentes (6%, 8% e 12%) foram
analisados. O artigo relata resultados de influência do teor de cimento na resistência à
compressão, resistência à tração, a taxa inicial de absorção (IRA), absorção de água, a taxa de
absorção de água, porosidade e tamanho dos poros, as relações tensão-deformação e
propriedades elásticas de blocos de solo-cimento. Os resultados indicam que não há aumento
de 2,5 vezes na resistência para a duplicação do teor de cimento a partir de 6%. IRA diminui
drasticamente com o aumento do teor de cimento do bloco. O conteúdo dos blocos de água
saturada não é sensível ao teor de cimento, enquanto a taxa de absorção de humidade depende
muito do teor de cimento. O tamanho dos poros diminui com o aumento do conteúdo de cimento
de bloco, enquanto a porosidade de superfície é independente do teor de cimento. Solo-cimento
bloco módulo varia entre 2000 e 6000MPa. Módulo de elasticidade aumenta em 2,5 vezes,
quando o teor de cimento é aumentada de 6 a 8%, enquanto que o aumento no módulo é
marginal quando o conteúdo de cimento vai de 8 a 12%.
Jayasingh e Kamaladasa (2006) a fim de minimizar os impactos ambientais causados pela
exploração excessiva dos recursos naturais para a produção de material de construção, a
possibilidade de usar terra batida estabilizada com cimento para paredes estruturais foi avaliado.
Uma vez que a carga vertical capacidade de carga depende principalmente da resistência à
compressão, um estudo detalhado foi realizado para paredes de taipa construídas com três tipos
de solo comumente disponíveis laterítico no Sri Lanka. Os resultados indicam a possibilidade
de utilização de taipa por casas de um andar, que também pode ser estendido para sobrados. As
características de deformação de carga foram usadas para determinar os coeficientes parciais
de segurança adequados para o desenho estrutural.
Ciancio e Gibbings (2011) realizaram uma pesquisa que tem como objetivo melhorar as
técnicas insuficientes e inadequadas de controle de qualidade atualmente disponíveis de terra
batida estabilizada com cimento em canteiros de obras. Para atingir este objetivo, a comparação
entre a resistência à compressão de amostras cilíndricas tubulares e moldadas vêm sendo
investigados
experimentalmente.
A fim de obter uma compreensão mais profunda das causas adicionais que influenciam a
resistência das amostras de terra, as investigações sobre a finura da amostra, métodos de
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tamanho, forma e nivelamento foram também realizados. Este estudo mostra que, em certos
casos, o comportamento mecânico de concreto e cimento estabilizado taipa são semelhantes.
Os resultados obtidos também indicam que a resistência das amostras tubulares é sempre menor
do que a de espécimes moldados.
De acordo com Reddy, Lal e Rao (2007) grandes números de edifícios de alvenaria com
blocos de solo-cimento existem na Índia e em muitos outros países. O artigo trata de um estudo
experimental sobre a influência da classificação do solo sobre as características dos blocos de
solo-cimento e resistência ao cisalhamento-bond de solo-cimento bloco trigêmeos alvenaria.
Influência do teor de argila do bloco de solo-cimento sobre as características de resistência,
absorção e durabilidade e resistência de união interfacial argamassa-bloco foi examinado.
Algumas das principais conclusões do estudo são: 1 - teor de argila ótima levando a força
máxima variando de 14-16%; 2 - o teor de água saturada dos blocos aumenta com o aumento
do teor de argila do bloco; 3 - taxa inicial de absorção diminui com o aumento do teor em argila
do bloco; 4 - a perda de peso depois de ensaio ASTM zero fio é mínimo quando o teor de argila
do bloco é de cerca de 16%, e 5 - teor de argila ideal para o mais alto módulo para os blocos e
para maior resistência ao cisalhamento é de cerca de 16%.
Bahr, Benazzoug e Kenai (2004) afirmam que construção em terra é comum no deserto e
em áreas rurais devido à sua abundância e mão de obra barata, e poderia ser um material
alternativo para a construção de habitação de baixo custo na Argélia. No entanto, a construção
em terra sofre com rachaduras de encolhimento, baixa resistência e falta de durabilidade. Este
artigo relata sobre a experiência argelina na construção de terra em habitação e dá uma avaliação
extensiva de um estudo experimental para investigar um solo estabilizado através de meios
mecânicos, tais como compactação e vibração e / ou estabilização química com cimento. O solo
utilizado foi caracterizado pela sua curva granulométrica e composição química. Foiaplicada a
compactação estática ou dinâmica por um método de queda de peso. Uma mistura de areia e
cimento também foi julgado. O efeito de cada método de estabilização em retração, resistência
à compressão, resistência à tracção e dividindo a resistência à água são resumidamente
relatadas. Os resultados experimentais mostraram que o melhor método de estabilização do solo
investigado, o que lhe dá uma boa resistência à compressão e uma melhor durabilidade a um
custo razoável, pode ser uma combinação de uma compactação mecânica e estabilização
química por cimento ou areia e cimento, até um determinado nível.
Walker e Stace (1996) apresentam os resultados de uma investigação em curso sobre os
efeitos das propriedades do solo e teor de cimento sobre as características físicas dos blocos de
terra comprimido e argamassas de solo. Uma série de blocos de ensaio foram fabricados
utilizando uma variedade de solos compostos, estabilizada com 5% e 10% de cimento, e
compactado com uma prensa manual. Os resultados de resistência à compressão saturada,
retração de secagem, durabilidade em molhagem / secagem e os testes de absorção de água são
apresentados no artigo. Em conjunto com os ensaios de blocos, a funcionalidade e
características de resistência à compressão adequada do solo:cimento e cimento:cal:areia
também foram estudados. A consistência da argamassa foi avaliada por meio de testes de
abatimento de cone e. Propriedades das argamassas de retenção de água também foram
medidos. Para um dado esforço de compactação, a força, a retração por secagem e as
características de durabilidade dos blocos de terra comprimido melhoraram com o aumento da
redução do teor de cimento e argila. O slumptest provou o meio mais confiável de avaliação do
solo: cimento de consistência de argamassa. Propriedades de retenção de água de solo:
argamassas de cimento aparecem bem adequadas para as características de absorção de água de
unidades típicas. Argamassas fortes foram intimamente relacionadoas com cimento e argila,
como esperado, mas eram menos do que as forças unitárias médias.
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Segundo Reddy e Kumar (2009) a taipa é uma alternativa eficiente e de baixa emissão de
carbono para paredes de suporte de carga. Este trabalho pretende analisar a influência do teor
de argila e teor de umidade sobre a resistência à compressão da taipa estabilizada com cimento
através de investigações experimentais. A resistência à compressão de prismas de taipa foi
monitorada tanto em condições seca e molhada (saturada). As principais conclusões deste
estudo são as seguintes: (a) o teor de argila ótimo para a força de compressão máxima é de cerca
de 16%, (b) a força de resistência à compressão da taipa estabilizada com cimento é sensível à
umidade, no momento do ensaio, (c) na condição de saturado a resistência é menos da metade
da resistência a seco e (d) a absorção de água (teor de água saturada) aumenta à medida que o
teor de argila da mistura de solo aumenta e é na faixa de 12 a 16% para os prismas com 8% de
cimento.
METODOLOGIA EXPERIMENTAL
8) Primeira parte: preparação e ensaio dos corpos de prova
1.1)
Materiais utilizados
Os corpos de prova moldados para execução dos ensaios são compostos de solo e uma
pequena adição de 6% de cimento. O solo é proveniente do distrito de Vila de Cava, no
município de Nova Iguaçu - Rio de Janeiro, o mesmo utilizado em outros trabalhos executados
no laboratório de engenharia civil da PUC-RJ. O cimento Portland composto com adição de
filler CPII-32F, marca Mauá, vendido em estabelecimentos comerciais de materiais de
construção foi utilizado como aglomerante na confecção dos espécimes. A água é proveniente
da rede de abastecimento da cidade do Rio de Janeiro.
1.2)
Características físicas
As características físicas do solo foram obtidas através dos procedimentos descritos 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.
As normas brasileiras padronizadas utilizadas descrevem o passo à passo realizado nos
ensaios de classificação do solo
1.3)
Preparação e ensaio dos corpos de prova
Moldagem
Fez-se necessário a realização de um estudo com relação à curva de umidade ótima do
solo para a determinação dos pontos que seriam usados na moldagem dos corpos de prova. Os
pontos escolhidos, 5 no total, formavam 2 pares coma mesma massa específica seca aparente e
umidades distintas e o outro era a umidade ótima e a massa específica aparente seca máxima da
12
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curva. Para cada ponto foram realizados ensaios de compressão simples, compressão diametral,
absorção por imersão e absorção por capilaridade (neste caso, só estaremos interessados nos
ensaios de compressão). Além disso, para cada ensaio em cada ponto confeccionou-se 3 corpos
de prova com o objetivo de estabelecer uma comparação na obtenção dos resultados. Os ensaios
foram executados aos 7 dias e aos 35 dias. Utilizou-se moldes de uso comum para a moldagem
de espécimenes de argamassa (50 x 100 mm).
Figuras 6 e 7: equipamentos utilizados na confecção dos corpos de prova.
O equipamento utilizado na moldagem foi uma máquina de ensaios, marca EMIC, com
capacidade de carga de 30 kN. Ela foi programada para compactar o solo a uma velocidade de
65 mm/s. Após a compactação, eles são extraídos e levados à câmara climática com temperatura
de 25°Ce umidade relativa de 57%, aproximadamente, permanecendo até o dia do ensaio.
Figuras 8 e 9: Máquina de ensaio EMIC e corpos de prova na câmara climática.
Ensaio de Compressão Simples
Este ensaio consiste em comprimir axialmente o corpo de prova a uma velocidade
constante (neste caso, 0,02 mm/s) e aumentando continuamente a força imposta a ele até que o
mesmo chegue ao seu limite e ocorra sua ruptura (os corpos de prova tendem a romper de
maneira a formar um cone). O espécimenes foram capeados com uma pasta feita com massa
plástica, areia fina e aditivo para melhorar a superfície de contato com o êmbolo da máquina,
garantindo uma melhor transmissão da força.
13
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Figuras 10 e 11: Ensaio de compressão simples e amostra já deformada pelo ensaio.
Ensaio de Compressão Diametral
O ensaio de compressão diametral serve para determinar a resistência à tração do solo.
Ele consiste em submeter o corpo de prova a uma linha de carga contínua longitudinalmente.
Essa força imposta provoca tensões a amostra que resiste até uma força máxima onde então é
dada a ruptura. O corpo de prova rompe com uma linha vertical, partindo o cilindro em duas
metades. Isso caracteriza à boa execução do ensaio. A velocidade de ensaio utilizada durante
a execução foi de 0,002 mm/s.
Figuras 12 e 13: Ensaio de compressão diametral e amostra já rompida.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
1) Primeira parte
1.1)
Características físicas
Como já dito anteriormente, uma etapa bem importante da pesquisa foi a determinação
dos pontos em que ocorreria a moldagem dos espécimenes. Para isso, vários pontos foram
moldados até a obtenção daqueles que apresentaram as características desejadas. Abaixo
encontra-se a curva de compactação do solo onde é possível visualizar os 5 pontos escolhidos
para a confecção dos corpos de prova. Eles foram numerados de 1 à 5, da esquerda para a direita
e em ordem crescente. Os pares 1 - 5 e 2 - 4 possuem a mesma massa específica seca aparente,
14
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porém com umidades distintas de modo que um deles localize-se no ramo seco e o outro no
ramo úmido. O ponto de número 3 é o ponto ótimo onde localiza-se a umidade ótima e a máxima
massa específica aparente seca.
Figura 14: Curva de compactação do solo.
A tabela abaixo apresenta as características físicas do solo utilizado, onde: LL – Limite
de Liquidez; LP – Limite de Plasticidade; IP – Índice de Plasticidade e; Gs – densidade relativa
dos grãos.
Figura 15: Características do solo.
A análise granulométrica do solo foi realizada segundo a NBR 7181 e os dados obtidos
geraram o seguinte gráfico:
% QUE PASSA DA AMOSTRA
TOTAL
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
0,001
0,010
0,100
1,000
DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS(MM)
10,000
Figura 16: Curva granulométrica do solo.
15
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1.2)
Ensaio de Compressão Simples
Analisando os dados obtidos nos ensaios de compressão simples pode-se notar que
tanto aos 7 dias quanto aos 35 dias ocorreu um aumento progressivo da resistência a partir do
primeiro ponto até o terceiro e, depois, nos pontos 4 e 5, a resistência cai com valores menores
que os anteriores. O ramo seco, pontos 1 e 2, apresenta maior resistência mecânica que o ramo
úmido, pontos 4 e 5. Já o ponto 3 que é o ponto ótimo, este apresenta a maior resistência em
relação a todos os outros.
3
Compressão Simples - 7 dias
Tensão(Mpa)
2,5
2
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
1,5
1
0,5
2,7E-02
2,4E-02
2,0E-02
1,7E-02
1,3E-02
1,1E-02
9,3E-03
8,3E-03
7,4E-03
6,5E-03
5,8E-03
5,1E-03
4,2E-03
3,2E-03
2,4E-03
1,8E-03
1,3E-03
1,0E-03
6,7E-04
3,3E-04
0,0E+00
0
Deformação
Figura 17: Gráfico tensão x deformação de cada ponto retirado do ensaio de compressão simples aos 7 dias.
4
Compressão Simples - 35 dias
3,5
3
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
2
1,5
1
0,5
2,2E-02
2,1E-02
1,7E-02
1,3E-02
1,1E-02
1,0E-02
9,2E-03
8,4E-03
7,8E-03
7,2E-03
6,8E-03
6,3E-03
5,8E-03
5,0E-03
3,7E-03
2,7E-03
2,0E-03
1,5E-03
1,1E-03
7,1E-04
3,6E-04
0
-0,5
0,0E+00
Tensão(Mpa)
2,5
Deformação
Figura 18: Gráfico tensão x deformação de cada ponto retirado do ensaio de compressão simples aos 35 dias.
1.3)
Ensaio de Compressão Diametral
Já na compressão diametral, que representa o comportamento à tração do solo, os
valores obtidos representam cerca de 6,5 à 12% em comparação com os resultados da
compressão simples. Logo, a tração em relação à compressão em solos apresenta
comportamento parecido com o concreto. No concreto a tração é cerca de 10 vezes menor que
a compressão. No solo encontrou-se que a resistência à tração está entre 6,5 e 12% da resistência
16
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à compressão. Notou-se que aos 7 dias ocorreu um aumento da resistência a partir do ponto 1
até o ponto 5. Já aos 35 dias, aconteceu o mesmo que em compressão simples: um aumento de
1 a 3 e um decréscimo em 4 e 5. O ramo seco também apresentou-se mais resistente que o ramo
úmido, e o ponto ótimo foi o mais resistente de todos.
0,25
Compressão Diametral - 7 dias
Tensão (Mpa)
0,2
0,15
0,1
0,05
0,0E+00
1,0E-03
2,0E-03
3,1E-03
4,4E-03
5,7E-03
7,0E-03
8,3E-03
9,6E-03
1,1E-02
1,2E-02
1,4E-02
1,5E-02
1,6E-02
1,7E-02
1,9E-02
2,0E-02
2,1E-02
2,3E-02
2,4E-02
2,5E-02
0
Deformação
Figura 19: Gráfico tensão x deformação de cada ponto retirado do ensaio de compressão diametral aos 7 dias.
0,45
0,4
Compressão Diametral - 35 dias
0,35
0,3
Tensão(Mpa)
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0,0E+00
6,3E-04
1,3E-03
1,9E-03
2,5E-03
3,3E-03
4,1E-03
5,0E-03
5,8E-03
6,6E-03
7,3E-03
7,9E-03
8,7E-03
9,4E-03
1,0E-02
1,1E-02
1,2E-02
1,3E-02
1,4E-02
1,4E-02
1,5E-02
1,6E-02
1,7E-02
1,8E-02
1,8E-02
0
-0,05
Deformação
Figura 20: Gráfico tensão x deformação de cada ponto retirado do ensaio de compressão diametral aos 35 dias.
Os corpos de prova que tiveram um processo de cura maior, 35 dias, houve um ganho
entre 40 e 70% a mais de resistência nos ensaios de compressão simples e diametral.
Figura 21: Tensões Máximas obtidas em cada ponto pelos ensaios de compressão simples e diametral aos 7 e 35
dias.
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2) Segunda parte
Nome
Granulometria (%)
Amostra argila silte
1
5
25
2
30
0
3
15
15
4
30
20
5
40
20
6
10
15
7
10
5
8
20
0
9
30
10
10
5
25
532
6
14
622
6
14
712
6
14
802
6
14
433
10
20
523
10
20
613
10
20
703
10
20
424
13
27
514
13
27
SCB1
9
17,7
SCB2
9
17,7
SCB3
9
17,7
areia pedreg.
50
20
50
20
50
20
40
10
20
20
50
25
40
45
60
20
20
40
50
20
50
30
60
20
70
10
80
0
40
30
50
20
60
10
70
0
40
20
50
10
73,3
73,3
73,3
-
Cimento
Limites
%
5
4,5
4
4
4,5
6
8
12
LL % PI %
15,6
3,1
26,1 13,8
18
9,7
24,8 13,4
34,5 18,4
15,4
5,3
17,3
7,9
22,3 12,1
38,5 23,3
15,4
4
44,6 23,9
44,6 23,9
44,6 23,9
Sandy
8,4
59,4
32,2
6
-
-
Laterite
14,4
29,6
56
6
-
-
Clayey
limest.
19
limest.
13
laterite
19
SCB41
SCB42
SCB43
19,1
30,4
50,5
6
-
-
Densid. Resist.
à
OMC seca
Referência
Comp.
kg/m³ (Mpa)
%
5,8 1971,76
0,3
8,3 1969,28 0,56
6,4 2005,35 0,34
7,4 1791,03 0,42
Walker e
9,6 1758,13 0,54
Jaquin,
5,6 1994,74 4,56
(2012)
5,4 2152,84
8,3
7,4 1939,57 3,88
9,4 1793,15
2,6
5,3 6022,42 5,87
7 à 9 2141,83 0,90
7 à 9 2141,83 0,98
7 à 9 2069,89 0,77
7 à 9 2015,68 1,10
Hall e
7 à 9 2160,87 1,40
Djerbib
7 à 9 2130,28 1,38
(2003)
7 à 9 2129,74 1,47
7 à 9 2066,14 1,16
7 à 9 2079,94 1,37
7 à 9 2098,03 1,08
10
1800
3,13
Reddy e
Gupta
10
1800
5,63
(2004)
10
1800
7,19
9,5 à
11
2000
2,47
Jayasingh e
9,5 à
Kamaladasa
11
2000
2,03
(2006)
9,5 à
11
2000
1,82
0
0
68
32
10
-
-
9,15
2091
>5
0
0
76
24
10
-
-
8,85
2091
>5
50
-
10
4
4
4
30,3
25,4
24,7
17
10,5
6,2
9,15
15,89
15,7
15,25
2091
1738
1749
1738
>5
5,3
8,33
5,56
0
0
50
21,7 17,7 60,6
16,3 15,4 68,3
10,9 13,1 76
Ciancio e
Gibbings
(2011)
Reddy, Lal
e Rao
(2007)
18
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Departamento de Engenharia Civil
SCB44
SCB81
SCB82
SCB83
SCB84
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
83,7
60,6
68,3
76
83,7
30,3
30,3
30,3
30,3
30,3
30,3
30,3
76,6
70,4
64,2
51,8
39,4
33,2
76,6
70,4
64,2
51,8
39,4
33,2
7,7
7,7
7,7
7,7
7,7
7,7
7,7
8,2
10,3
12,4
16,6
20,8
22,9
8,2
10,3
12,4
16,6
20,8
22,9
4
8
8
8
8
2
4
6
8
10
12
15
5
5
5
5
5
5
10
10
10
10
10
10
23,4
30,3
25,4
24,7
23,4
39
39
39
39
39
39
39
21,9
23,7
26,7
32,7
39,8
44,3
21,9
23,7
26,7
32,7
39,8
44,3
4,1
17
10,5
6,2
4,1
15
15
15
15
15
15
15
3,1
7,2
15,7
19,8
21,8
3,1
7,2
15,7
19,8
21,8
94,8
-
8
30
9
31,6 18,1 50,3
-
8
30
9
13,9 65,1
-
8
30
9
4
15,8 11,6 72,6
-
8
30
9
5
12,6 10,4
77
-
8
30
9
6
1
2
3
4
5
9
54,5
54,5
54,5
54,5
54,5
82,1
38,97
38,97
38,97
38,97
38,97
-
8
6
6
6
6
6
30
59
59
59
59
59
9
26,93
26,93
26,93
26,93
26,93
1
2
3
5,4 10,9
21,7 17,7
16,3 15,4
10,9 13,1
5,4 10,9
62
62
62
62
62
62
62
11,2
4
15,3
4
19,4
4
27,6
4
35,8
4
39,9
4
11,2
4
15,3
4
19,4
4
27,6
4
35,8
4
39,9
4
-
21
5,2
8,9
6,53
6,53
6,53
6,53
6,53
14,87
15,28
14,97
14,84
14,66
11
11
11
11
11
11
11
14,6
16,4
18,1
21,1
24,8
27,3
13,1
14,4
17,2
20,7
23,1
25,9
12 à
13
13 à
13
14 à
13
15 à
13
16 à
13
17 à
13
20
20,5
21,3
24
25,2
1749
1733
1749
1751
1737
1760
1760
1760
1760
1760
1760
1760
1733
1702
1659
1584
1503
1408
1775
1757
1671
1620
1520
1452
5
9,86
12,04
9,77
8,1
4,3
5,5
6,5
7,3
7,8
8
8,2
3,67
2,95
2,34
1,45
0,39
0,3
7,11
5,78
4,71
3,86
2,91
2,13
1800
-
1800
3,6
1800
3,4
1800
3,9
1800
2,8
1800
1640
1660
1720
1660
1640
2,5
2,94
3,38
3,28
2,92
2,89
Bahr,
Benazzoug
e Kenai
(2004)
Walker e
Stace
(1996)
Reddy e
Kumar
(2009)
Monique,
2013
19
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro – PUC-Rio
Departamento de Engenharia Civil
CONCLUSÃO
Foram cumpridas diferentes etapas durante esta pesquisa científica até que se obteve
um resultado final de acordo com o que se esperava ou não. É muito gratificante confirmar as
suposições iniciais, no entanto, quando os resultados esperados não são alcançados deve-se
entender o motivo ou possível erro que levou a isto.
Foi realizada uma extensa revisão bibliográfica que se iniciou durante a primeira parte
da iniciação e deu continuidade nesta segunda etapa. Com isso pôde-se conhecer mais um pouco
como é o comportamento do solo, para que serve, as mudanças que se pode fazer nele para
melhorar sua estabilidade, e acima de tudo apresentá-lo como uma alternativa de material de
construção sustentável para a construção civil.
Posteriormente, o solo que seria utilizado passou por ensaios regulamentados pela
ABNT para o conhecimento de suas características e propriedades. Feitas as análises
necessárias, iniciou-se o estudo da curva de compactação do solo que daria origem aos pontos
que seriam utilizados na confecção dos corpos de prova. Já com os pontos determinados partiuse para a etapa de moldagem dos espécimenes, com umidade e massa específica aparente seca
conhecidos. Essas amostras foram levadas à câmara climática onde permaneceram por 7 ou 35
dias em processo de cura. Decorrido estes tempos foram realizados os ensaios de absorção por
imersão e por capilaridade e os ensaios de compactação simples e diametral que deram origem
aos resultados no qual seriam avaliados mais a frente. Os resultados demonstraram a influência
do teor de umidade na resistência mecânica e durabilidade das matrizes de solo.
Os dados confirmam um aumento da resistência à compressão simples e diametral dos
corpos de prova compactados no ramo seco (ramo ascendente) da curva de compactação, em
contrapartida, os especímenes compactados no ramo úmido (ramo descendente) apresentaram
resultados de durabilidade superiores. Na umidade ótima ambos (resistência e durabilidade) são
satisfeitos.
Na segunda etapa da iniciação foi feita uma comparação entre diferentes artigos de
autores conhecidos no campo de solo-cimento e os resultados obtidos durante os ensaios deste
trabalho.
Os resultados desta pesquisa preenchem uma lacuna existente no desenvolvimento de
materiais e tecnologias não convencionais em que o material pesquisado é o solo para uso em
construções com terra crua.
20
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro – PUC-Rio
Departamento de Engenharia Civil
BIBLIOGRAFIA
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459: Solo - determinação
do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984b. 6 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6508: grãos de solo que
passam na peneira de 4,8 mm – determinação da massa específica. Rio de Janeiro, 1984d. 8 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180: Solo - determinação
do limite de plasticidade. Método de ensaio. Rio de Janeiro, 1984c. 3 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181: Solo: análise
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