PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA
INICIAÇÃO CIENTÍFICA
Análise do Efeito da Estabilização
Mecânica em Matrizes de Terra
RELATÓRIO FINAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA APRESENTADO POR:
Monique Nascimento dos Santos
ORIENTADORES:
Khosrow Ghavami (Professor Titular)
André Ricardo Alves Guedes Pinto (Doutorando)
RIO DE JANEIRO
Julho de 2012
Departamento de Engenharia Civil
SUMÁRIO
I.
RESUMO…………………………………………………………………….03
II.
OBJETIVO…………………………………………………………………..04
1.
INTRODUÇÃO……………………………………………………………...05
2.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ……………………………………………..07
2.1 O Solo……………………………………………………………………..07
2.1.1 Origem……………………………………………………………07
2.1.2 Definição…………………………………………………………07
2.1.3 Classificação……………………………………………………..08
2.1.4 Propriedades……………………………………………………..08
2.2 Estabilização do Solo…………………………………………………….09
2.2.1 Estabilização Física……………………………………………...09
2.2.2 Estabilização Mecânica………………………………………….10
2.2.3 Estabilização Química…………………………………………..10
2.3 A Água Presente no Solo………………………………………………...11
2.4 Construção com Terra Crua……………………………………………11
2.5 Sustentabilidade na Construção Civil………………………………….13
3.
METODOLOGIA EXPERIMENTAL……………………………………14
3.1 Materiais………………………………………………………………….14
3.2 Características físicas do solo…………………………………………...14
3.3 Preparação e ensaio dos corpos de prova………………………………15
3.3.1 Moldagem………………………………………………………..15
3.3.2 Ensaio de Compressão Simples…………………………………16
3.3.3 Ensaio de Compressão Diametral………………………………17
3.3.4 Ensaio de Absorção por Imersão……………………………….18
3.3.5 Ensaio de Absorção por Capilaridade…………………………18
3.4 Nomenclatura dos corpos de prova……………………………….……19
4.
RESULTADOS E DISCUSSÕES…………………………………………..20
4.1 Características físicas do solo…………………………………………...20
4.2 Análise da Resistência mecânica………………………………………..21
4.3 Análise da Durabilidade………………………………………………...24
5.
CONCLUSÕES……………………………………………………………...27
6.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………….28
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Departamento de Engenharia Civil
I.
RESUMO
Através da execução de uma extensa revisão bibliográfica com o intuito de se
estabelecer as variáveis envolvidas no estudo das tecnologias com construção com terra
crua, observou-se pouca informação a respeito da influência do teor de umidade durante
a compactação dos Blocos de Terra Comprimida (BTC) sob a resistência mecânica e
durabilidade. Seed e Chan (1959, apud PINTO, 2008) estudando a estrutura de
formação do solo nos ramos seco e úmido da curva de compactação observaram
algumas diferenças entre os dois ramos que deram origem ao direcionamento do estudo
efetuado nesta pesquisa.
O estudo realizado durante a presente pesquisa foi efetuado na Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro e teve como objetivo principal avaliar a
resistência mecânica e durabilidade de matrizes de terra compactadas em pontos
diferentes (umidades variáveis) mantendo-se constante a massa específica aparente seca.
Para isso, foram moldados corpos-de-prova cilíndricos cujas características foram
previamente estudadas e determinadas.
Supõe-se que na curva de umidade ótima existe um favorecimento da
resistência mecânica no ramo seco enquanto que no ramo úmido a durabilidade que
seria a mais favorecida. Assim, a compactação de um solo, com baixa quantidade de
água, produzirá arranjo floculado (não alinhado) das partículas, transmitindo melhor as
tensões impostas ao solo na parte ascendente da curva. Em contraposição, na parte
descendente da curva, conforme a quantidade de água é acrescida, o grau de
alinhamento aumenta, e a este estado de organização das partículas de argila, denominase arranjo dispersivo. Neste arranjo a percolação da água através do corpo-de-prova é
dificultada (PINTO, 2008).
O solo foi primeiramente caracterizado fisicamente e sua a curva de
compactação foi determinada a uma tensão de compactação de 3 Mpa. Observa-se que a
estabilização mecânica ocorreu de forma contínua e sem choque (compactação quase
estática). Foi fixado duas densidades além do ponto de umidade ótima (máxima
densidade aparente seca). Assim sendo, os espécimenes cilíndricos (100 x 50mm) foram
moldados em 5 pontos específicos da curva de umidade ótima compactada à 3MPa: 1
no pico da curva onde temos a umidade ótima e a densidade específica seca máxima, e
os outros 4 formariam 2 pares onde teriam a mesma densidade específica seca, porém
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um de cada par estaria no ramo seco e o outro no ramo úmido. Para cada um dos 5
pontos da curva foram moldados corpos-de-prova para a realização de ensaios de
compressão simples, compressão diametral, absorção por imersão e absorção por
capilaridade. Além disso, para cada ponto foram moldados três corpos-de-prova nos
quais comporiam uma média para a análise dos resultados, o que daria mais certeza na
realização dos ensaios. Os ensaios de compressão analisariam a resistência mecânica e
os de absorção analisariam a durabilidade para cada ponto determinado na compactação.
Sendo, portanto, 5 pontos com 3 corpos de prova para cada ponto e 4 ensaios para
serem executados aos 7 dias e aos 35 dias, no total foram moldados 120 corpos de prova.
Palavras-chave: compactação, corpos de prova, resistência, durabilidade, ensaio.
II. OBJETIVO
Quando falamos em estudos com solo, várias são as possibilidades de
aprofundamento neste ramo. Na pesquisa em questão os objetivos principais são a
analisar a influência causada na resistência mecânica e na durabilidade quando em uma
curva de umidade ótima mantém-se a massa específica aparente seca e varia-se a
umidade, tendo um ponto no ramo seco e um no ramo úmido da curva de uma dada
amostra de solo previamente conhecida. Em linhas gerais, teríamos como fruto do
trabalho, a demonstração do potencial que representa a construção com terra crua – um
dos mais antigos materiais de construção –, além do estudo mais aprofundado das
variáveis intrínsecas da estabilização mecânica. Apresentar as características do solo,
das particularidades do seu emprego como material de construção e demonstrar como e
onde inserir processos metodológicos que ao final evidenciem suas melhores
características. Pode-se destacar também, sua contribuição para o desenvolvimento de
materiais menos agressivos ao meio ambiente.
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1.
INTRODUÇÃO
O estudo mais detalhado do solo é de fundamental importância para o
desenvolvimento de pesquisa que demonstre o seu potencial construtivo. É um material
presente em abundância em todos os lugares, apresenta baixo custo e não é prejudicial à
natureza, pois é originado da mesma, além de outras qualidades. Inúmeros estudos vêm
sendo elaborados e executados com o solo e cada vez mais se sabe que este material
não-convencional é muito mais capaz do que antes se imaginava para a construção.
Nas últimas décadas têm se observado o interesse de inúmeros cientistas no
desenvolvimento e divulgação de materiais mais ecológicos (menor emissão de
poluição e geração de resíduos) e acessíveis (baixo custo). Os pesquisadores do
GMTENC (Grupo de Pesquisa de Materiais e Tecnologias não-Convencionais) têm se
dedicado ao estudo destes materiais inovadores, dentre estes cita-se as tecnologias de
construção com terra crua. Esta pesquisa científica também se encaminha para o estudo
do solo e sua potencialidade. Neste 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.
É relevante caracterizar o material antes de realizar qualquer ensaio de
resistência
mecânica
ou durabilidade.
Deve-se ter
conhecimento
pleno
do
comportamento do material, das suas características estruturais, da sua composição,
entre outros pontos. Os ensaios de caracterização deverão visar à caracterização física
do material. Esta é feita habitualmente recorrendo a ensaios de rotina simples como:
análises granulométricas, determinação dos limites de consistência e do teor de
umidade, ensaios de compactação, determinação da massa volúmica através de amostras
representativas e determinação da densidade das partículas sólidas. Este conjunto de
ensaios extremamente expeditos proporciona a obtenção de parâmetros índice que
identificam não só a natureza do solo, bem como podem ser correlacionados com as
suas propriedades mecânicas.
A pesquisa em questão consiste em basicamente analisar, dada duas amostras
com uma mesma densidade específica seca e teores de umidades distintos, o que
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ocorrerá com cada uma devido à resistência mecânica e a durabilidade. Isto requer
avaliar a curva de compactação de Proctor. Nesta curva teremos um ponto fundamental
que equivale à umidade ótima do solo e a sua respectiva densidade específica seca
máxima. À esquerda deste ponto teremos o ramo seco e a direita do mesmo o ramo
úmido. Através de análises não muito profundas é possível prever que o ramo seco
favorece a resistência mecânica enquanto no ramo úmido o favorecimento é da
durabilidade. O objetivo é aprofundar estas análises e confirmar e ou não esta relação.
Quanto à resistência mecânica, serão executados os ensaios destrutivos de compressão
simples e compressão diametral (equivalente ao ensaio de tração). Quanto à
durabilidade, teremos os ensaios de absorção por capilaridade e absorção por imersão.
Após a realização dos ensaios se iniciará o processo de análise dos resultados
que indicarão se as suposições feitas para dar início à pesquisa estavam corretas ou não.
Os dados experimentais obtidos permitirão a avaliação da validade das duas etapas.
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2.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Solo
2.1.1. Origem
A maior parte do nosso planeta é constituída de água, cerca de 70 %, sendo
apenas os 30% restantes constituídos de terra. É nesta pequena parcela de terra ou solo
que habitamos, realizamos atividades diversas, nos sustentamos, construímos,
plantamos e retiramos minerais.
A origem do solo está na decomposição das rochas que inicialmente formavam
a crosta terrestre e sofreram intemperismo no decorrer do tempo. Agentes físicos e
químicos, também chamados de agentes do intemperismo, são os responsáveis por esta
decomposição. Os principais fatores 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.
2.1.2. Definição
Existem diferentes definições de solo sob os pontos de 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.
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2.1.3. Classificação
O solo pode ser classificado 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).
Outra classificação básica dos solos é feita em termos da dimensão das suas
partículas. O solo pode conter grãos 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 é dominante, 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 State Highway and Transportation
Officials), ASTM (American Society for Testing Materials) e CEN (Comité Européen
de Normalisation).
Tabela 1: Classificação das partículas do solo segundo a ABNT, AASHTO, ASTM e
CEN.
2.1.4. Propriedades
As mais importantes propriedades do solo para uso na construção são:
composição granulométrica, plasticidade, retração, umidade e grau de compactação
(durante a sua execução). Por meio de procedimentos simples de laboratório, é possível
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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).
2.2. Estabilização do Solo
O solo natural é um material complexo e variável, porém devido à sua
abundância e baixo custo oferece grandes oportunidades de emprego na engenharia.
Entretanto, é comum que o solo de uma localidade não preencha parcial ou totalmente
as exigências do engenheiro construtor. Assim, torna-se necessário escolher entre
aceitar o material tal como ele é e desenvolver o projeto de forma a contemplar 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 novo
material capaz de adequar-se de melhor forma as exigências do projeto (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.
2.2.1. Estabilização Física
Os métodos físicos envolvem a mudança de temperatura, a hidratação
(cimentação e endurecimento devido à hidratação de cimento portland), a evaporação
(secagem de solos reforçados com betume emulsionado) e adsorção.
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,
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a correção granulométrica ou a adição de fibras. Desta combinação de materiais, surge
um terceiro produto que agrega as propriedades de suas fases constituintes denominado
de material compósito (SALES, 2006, apud PINTO, 2008). Neste trabalho, não foi
utilizada este modo de estabilização no solo.
2.2.2. Estabilização Mecânica
Os métodos mecânicos são aqueles que não se adicionam nenhum material
estranho ao solo. Aumentam a densidade do solo, melhorando sua resistência mecânica
e durabilidade. Envolvem 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.
Segundo Seed e Chan (1959, apud PINTO, 2008) a quantidade de água
utilizada em um processo de compactação influencia diretamente na resistência e na
durabilidade do solo. Eles estudaram a estrutura de formação do solo nos ramos seco e
úmido da curva de compactação observando algumas diferenças entre os dois ramos que
deram origem ao direcionamento do estudo efetuado nesta pesquisa. No ramo seco da
curva, onde tem-se uma baixa quantidade de água, ocorre o favorecimento do arranjo
floculado (não alinhado) das partículas de argila. Já no ramo úmido, conforme a
quantidade de água é acrescida, o grau de alinhamento entre as partículas aumenta,
denominando-se arranjo dispersivo.
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.
2.2.3. Estabilização Química
A estabilização química dos solos refere-se ao procedimento no qual uma
quantidade de material químico qualquer (aditivo) é adicionada ao solo natural, para
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melhorar uma ou mais de suas propriedades de engenharia. Os estabilizantes utilizados
podem ser betumes, 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.
2.3. A Água Presente no Solo
O solo é um produto da erosão química ou mecânica da rocha, através de
agentes como vento, chuva, rios, marés, geleiras e mudanças na temperatura. Entre
esses agentes, 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).
Em geotecnia o fenômeno do deslocamento da água através do solo é chamado
de percolação da água. Conhecer como se dá o 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: a vazão da água através de maciços terrosos,
drenos ou filtros, o recalque nas fundações das obras e a estabilidade geral das massas
de solo principalmente de taludes.
2.4. Construção com Terra Crua
A construção civil é uma atividade relativamente recente na história da
humanidade. Ela surgiu à cerca de 10 mil anos quando percebeu-se a necessidade de
construir moradias para a habitação (BARBOSA, 2005). Os materiais eram bem
primitivos e retirados da natureza. Um dos materiais dito essencial neste caso foi a terra.
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Departamento de Engenharia Civil
Figuras 1 e 2: Cidades construídas em terra crua no Iran: Bam (antes do terremoto de
2003) e Yazd. (BARBOSA E GHAVAMI, 2007).
A terra é um dos materiais mais abundantes na natureza. Sendo um material
natural, seu manuseio se faz com geração mínima de poluição. A partir dela, o homem
foi capaz de produzir belíssimas obras de engenharia, como são testemunhos as
magníficas pirâmides do Egito, os palácios da Pérsia e da Babilônia, as imensas
catedrais, castelos e mosteiros medievais e tantos outros monumentos fantásticos
erguidos pelas civilizações da história antiga da humanidade (BARBOSA, 2005).
Contudo, com o aprimoramento das técnicas e descobertas de novos materiais,
a terra foi sendo deixada de lado como material de construção, mas, nos dias atuais, a
terra crua ainda é um material bastante utilizado em edificações de diversos lugares
(BARBOSA E GHAVAMI, 2007).
Figuras 3 e 4: Construções modernas de terra: casa de luxo no Novo México, Estados
Unidos e Igreja no sul da França. (BARBOSA E GHAVAMI, 2007).
Construções realizadas com solo, quando bem planejadas e executadas, tem
uma durabilidade enorme, e oferecem muitas vantagens como conforto térmico,
regulação da umidade do ar, não tem resíduos de produtos químicos, e são muito
aconchegantes.
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Departamento de Engenharia Civil
Figuras 5 e 6: Construções coloniais de terra crua em Minas Gerais. (BARBOSA E
GHAVAMI, 2007).
2.5. Sustentabilidade na Construção Civil
Nos dias atuais, questões envolvendo o meio ambiente são um dos assuntos
mais discutidos entre estudiosos. Sabemos que 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.
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Departamento de Engenharia Civil
3.
MATERIAL E MÉTODOS
3.1. 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 aglomerante utilizado na confecção dos espécimenes foi o cimento Portland
composto com adição de filler CPII-32F, marca Mauá, vendido em estabelecimentos
comerciais de materiais de construção. A água é proveniente da rede de abastecimento
da cidade do Rio de Janeiro.
Figuras 7 e 8: Solo e cimento sendo pesados para a confecção dos espécimenes.
3.2. Características físicas do solo
Para a obtenção das características físicas do solo utilizado na confecção dos
corpos de prova foram adotados os 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.
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3.3. Preparação e ensaio dos corpos de prova
3.3.1. Moldagem
Um estudo com relação à curva de umidade ótima do solo foi necessário para a
determinação dos pontos que seriam usados na moldagem dos corpos de prova. Vários
pontos com diferentes umidade e massa específica aparente seca foram determinados e
os que apresentaram as características desejadas foram escolhidos. Esses 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 curva. Para cada ponto foram realizados ensaios de compressão simples,
compressão diametral, absorção por imersão e absorção por capilaridade. 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 9 e 10: 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°C e umidade relativa de 57%, aproximadamente,
permanecendo até o dia do ensaio.
15
Departamento de Engenharia Civil
Figuras 11 e 12: Máquina de ensaio EMIC e corpos de prova na câmara climática.
3.3.2. Ensaio de Compressão Simples
O ensaio de compressão simples consiste em comprimir axialmente o corpo de
prova a uma velocidade constante e aumentando continuamente a força imposta a ele
até que o mesmo chegue ao seu limite e ocorra sua ruptura. Neste ensaio a velocidade
utilizada foi de 0,02 mm/s. 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. Deve-se observar o modo de
ruptura da amostra para se ter certeza que o ensaio foi bem realizado. Corpos de prova
submetidos a ensaio de compressão simples tendem a romper de maneira a formar um
cone.
Figuras 13 e 14: Ensaio de compressão simples e amostra já deformada pelo ensaio
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3.3.3. 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 uma linha de carga contínua
longitudinalmente. Essa força imposta provoca tensões á 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. O modo de
calcular a tensão a partir da força já não é igual ao calculado em compressão simples,
visto que a área de contato muda. A fórmula utilizada é a seguinte:
Onde:
σ = resistência à tração
P = carga aplicada no ensaio
D = diâmetro do corpo de prova
L = altura do corpo de prova
Figuras 15 e 16: Ensaio de compressão diametral e amostra já rompida.
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3.3.4. Ensaio de Absorção por Imersão
O ensaio de absorção por imersão é bem simples do ponto de vista da sua
execução. Primeiramente todos os corpos de prova foram pesados e medidos seu
diâmetro e sua altura para determinação da massa inicial e do volume inicial.
Posteriormente, um recipiente com água foi preparado de modo que a água contida
dentro dele deixasse os espécimenes totalmente submersos. Marcou-se a hora do início
do ensaio e em seguida colocou-se as amostras dentro do recipiente com água. Ali,
submersos, ele ficariam exatamente por 24hs e então, após decorrido esse período, eles
seriam retirados, pesados e medidos para a determinação quantidade de água que cada
um absorveu. Após a medição foram levados à estufa à 100°C onde permaneceram por
24 horas e depois retirados, pesados e medidos novamente.
3.3.5. Ensaio de Absorção por Capilaridade
Inicialmente, todas as amostras foram pesadas e medidas assim como no ensaio
de absorção por imersão. Em seguida, os corpos de prova foram colocados dentro de um
recipiente onde continha água exatamente a uma altura de 5mm, mantendo-se o nível no
recipiente constante com o auxílio de um sistema constituído por uma boia, uma
mangueira e um galão de água, simulando uma caixa d’água. Foram efetuadas leituras a
partir do momento da colocação das amostras dentro do recipiente em intervalos de
tempo previamente determinados: 1 minuto, 5, 10, 15, 30, 60, 120, 180, 240, 360, 1440,
2880, 4320 e 5760 minutos. Para cada tempo eram lidos a nova massa e a altura que a
água subiu no corpo de prova, estando o mesmo com apenas os 5 mm de água em
contato direto. Ao fim do ensaio, após efetuadas todas as leituras, os espécimenes foram
levados à estufa com aproximadamente 100°C por no mínimo 24 horas e depois
retirados, pesados e medidos.
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Departamento de Engenharia Civil
Figura 17: Espécimenes sendo ensaiados.
3.4. Nomenclatura dos corpos de prova
Os corpos de prova moldados foram nomeados de forma a serem facilmente
identificados no momento da realização dos ensaios. A lógica adotada foi a seguinte: as
duas primeiras siglas identificavam qual o ensaio que deveria ser executado com o
espécime. A seguir eram identificados quantos dias deu-se o processo de cura do corpo
de prova. Posteriormente, os dois últimos números referiam-se o primeiro a que ponto
da curva de umidade ótima o corpo de prova pertencia e, o segundo a qual era o número
do corpo de prova. A seguir seguem alguns exemplos:
CS7D11 – Compressão Simples aos 7 dias, corpo de prova número 1 do ponto 1;
CD35D52 – Compressão Diametral aos 35 dias, corpo de prova número 2 do ponto 5;
AI7D23 – Absorção por Imersão aos 7 dias, corpo de prova número 3 do ponto 2;
AC35D41 – Absorção por Capilaridade aos 35 dias corpo de prova número 1 do ponto 4.
Figura 18: Exemplo de corpos de prova identificados.
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4.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1. Características físicas do solo
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, 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 19: 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.
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Tabela 2: Características do solo
A análise granulométrica do solo foi realizada segundo a NBR 7181 e os dados
obtidos geraram o seguinte gráfico:
Figura 20: Curva granulométrica do solo.
4.2. Análise da Resistência Mecânica
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.
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Figura 21: Gráfico tensão x deformação de cada ponto retirado do ensaio de compressão
simples aos 7 dias.
Figura 22: Gráfico tensão x deformação de cada ponto retirado do ensaio de compressão
simples aos 35 dias.
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 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
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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.
Figura 23: Gráfico tensão x deformação de cada ponto retirado do ensaio de compressão
diametral aos 7 dias.
Figura 24: 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.
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Tabela 3: Tensões Máximas obtidas em cada ponto pelos ensaios de compressão
simples e diametral aos 7 e 35 dias.
4.3. Análise da Durabilidade
Os resultados obtidos nos ensaios de absorção por imersão geraram alguns
gráficos interessantes a serem analisados. O primeiro representa a variação volumétrica
dos corpos de prova em função do tempo de cura, 7 ou 35 dias. Observando este gráfico
pode-se visualizar que ocorre um decréscimo de variação no volume a partir do ponto 1
até o ponto 5. Os pontos 1 e 2 são os que mais variaram de volume no decorrer do
ensaio e isto pode significar também que estes foram os pontos que mais absorveram
água durante o ensaio. Também é possível observar que aos 7 dias as amostras variam
muito mais de volume que aos 35 dias. Quanto maior o tempo de cura dos espécimenes,
menor é a variação de volume deles.
Figura 25: Gráfico representando variação volumétrica x tempo de cura.
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Outro gráfico importante a ser retirado do ensaio de absorção por imersão é o
da taxa de absorção pelo tempo de cura. Neste caso pode-se observar que a taxa de
absorção de água é maior nos primeiros pontos, ou seja, nos pontos compactados com
uma menor umidade. Além disso, percebe-se que a taxa de absorção para as amostras
que ficaram em processo de cura por 35 dias é muito maior que aos 7 dias, em alguns
casos, como nos pontos 3 , 4 e 5, a absorção aos 35 dias é maior que o dobro da
absorção aos 7 dias.
Figura 26: Gráfico representando taxa de absorção x tempo de cura.
Outro ensaio realizado para a análise da durabilidade foi o ensaio de absorção
por capilaridade. Como já descrito anteriormente, neste ensaio anotou-se a altura da
água na amostra e a nova massa em determinados intervalos de tempo. A partir desses
dados coletados foi possível confeccionar um gráfico representado a taxa de absorção
em função do tempo de ensaio. É possível observar que a taxa de absorção aumenta com
o decorrer do tempo e olhando especificamente cada ponto pode-se notar que os pontos
1 e 2 possuem uma taxa de absorção de água maior que os pontos 4 e 5. O ponto 3 é um
intermediário entre os dois ramos. Ou seja, no ramo seco ocorre uma maior absorção de
água e no ramo úmido a absorção é menor. Possivelmente, isto deve-se ao arranjo
floculado no ramo seco no qual a percolação da água é livre. Já no ramo úmido a
percolação da água é dificultada pelo maior grau de alinhamento das partículas. Abaixo
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encontram-se os gráficos feitor para os 7 dias e para os 35 dias. Aos 35 dias nota-se que
a taxa de absorção é cerca de metade da absorção aos 7 dias.
Figura 27: Gráfico representado taxa de absorção x tempo de ensaio para 7 dias.
Figura 28: Gráfico representado taxa de absorção x tempo de ensaio para 35 dias
Deste modo, através dos ensaios para durabilidade fica comprovado que a
absorção de água é maior no ramo seco e é inversamente proporcional ao tempo de cura.
Por isso, a durabilidade é favorecida no ramo úmido, visto que a percolação da água é
dificultada pelo arranjo laminar.
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CONCLUSÕES
Durante uma pesquisa científica existem diferentes etapas a serem cumpridas
até que se obtenha 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.
Através de uma extensa revisão bibliográfica feita no início desta pesquisa
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 partiu-se 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.
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.
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