Desenvolvimento de uma metodologia de fabrico de blocos de terra comprimida com incorporação de materiais de mudança de fase

Ma ço 2021 Uni e sidade do Minho Escola de Engenha ia And é Filipe Sousa Campos Desen ol imen o de uma me odologia de ab ico de Blocos de Te a Comp imida com inco po ação de Ma e iais de Mudança de Fase Disse ação de Mes ado Mes ado In eg ado em Engenha ia Ci il T abalho e e uado sob a o ien ação do: P o esso Dou o José Luís Ba oso de Aguia P o esso Dou o F ancisco Fe ei a Ma ins ii Di ei os de au o And é Campos DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Es e é um abalho académico que pode se u ilizado po e cei os desde que espei adas as eg as e boas p á icas in e nacionalmen e acei es, no que conce ne aos di ei os de au o e di ei os conexos. Assim, o p esen e abalho pode se u ilizado nos e mos p e is os na licença abaixo indicada. Caso o u ilizado necessi e de pe missão pa a pode aze um uso do abalho em condições não p e is as no licenciamen o indicado, de e á con ac a o au o , a a és do Reposi ó iUM da Uni e sidade do Minho. iii And é Campos Ag adecimen os AGRADECIMENTOS A ealização des a disse ação é u o de um pe cu so académico de ap endizagem, abalho, empenho e es o ço que me concedeu as bases su icien es pa a a sua conclusão. Mas es a caminhada não se ealizou sozinha! Po isso, desde já, ag adeço a odas as pessoas que me acompanha am du an e es a e apa, que a ní el pessoal ou académico. Cabe-me ago a exp essa os mais since os ag adecimen os. Em p imei o luga , que ia ag adece à minha amília, p incipalmen e aos meus pais que ao longo da minha ida, semp e p opo ciona am as melho es condições pa a que pudesse aze o meu pe cu so a é es e dia, a eles que semp e me apoia am, acompanha am e soube am comp eende po ezes a minha ausência. Sem eles nada dis o se ia possí el. Um ag adecimen o mui o especial à minha namo ada po semp e me apoia e me mo i a nos momen os mais di íceis. Aos o ien ado es des a disse ação, o P o esso José Luís Ba oso de Aguia e o P o esso F ancisco Fe ei a Ma ins, pela excelen e o ien ação que me o nece am, pela pa ilha de conhecimen o cien í ico, pela disponibilidade, a enção e simpa ia que semp e demos a am. Ao Engenhei o Ca los de Jesus po odo o acompanhamen o e apoio p es ado, nomeadamen e as suges ões e concelhos que me deu ao longo da ealização da disse ação. A odos os écnicos do labo a ó io do Depa amen o de Engenha ia Ci il pela disponibilidade dispensada e boa disposição que demons a am, nomeadamen e, ao An ónio Ma os, Césa Gonçal es, José Gonçal es, Ma co Jo ge e Ca los Palha. A odos os meus amigos e colegas pelo apoio p es ado, que a ní el académico ou pessoal, e pela boa disposição que semp e demons a am. À Uni e sidade do Minho e à Di eção de Cu so de Engenha ia Ci il po odo o apoio p es ado du an e o ciclo de es udos. Po im ag adeço a odas as pessoas que con ibuí am, que di e a ou indi e amen e, du an e odo es e pe cu so académico. A odos ag adeço e dedico o esul ado des e abalho. i And é Campos Decla ação de in eg idade DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Decla o e a uado com in eg idade na elabo ação do p esen e abalho académico e con i mo que não eco i à p á ica de plágio nem a qualque o ma de u ilização inde ida ou alsi icação de in o mações ou esul ados em nenhuma das e apas conducen e à sua elabo ação. Mais decla o que conheço e que espei ei o Código de Condu a É ica da Uni e sidade do Minho. And é Campos Resumo RESUMO A cons ução em e a é uma écnica u ilizada em odo o mundo. É uma solução que ap esen a di e sas an agens quando compa ada com ou as soluções cons u i as, nomeadamen e um baixo alo de ene gia inco po ada, bom desempenho é mico e acús ico, ele ada esis ência ao ogo e cus o ela i amen e baixo. Es e ipo de cons ução é mui o e sá il is o pe mi i a u ilização de mui as écnicas di e en es, sendo a al ena ia de blocos de e a comp imida (BTC) uma das écnicas mais ecen es e a que se iu de base pa a es a disse ação. O BTC é uma melho ia da écnica de adobe e consis e em compac a mecanicamen e solo em um molde pa a diminui a po osidade e aumen a a esis ência do ma e ial. Apesa disso, uma das limi ações é a diminu a adequabilidade dos solos disponí eis localmen e, su gindo assim a es abilização dos mesmos como o ma de melho a as suas p op iedades. A inse ção de ma e ial de mudança de ase (PCM) em como obje i o os BTC’s a mazena em g andes quan idades de ene gia e dessa o ma eduzi as lu uações de empe a u a in e io , e o çando assim o con o o é mico e eduzindo as necessidades ene gé icas associadas à clima ização, indo assim ao encon o de uma cons ução que além de sus en á el se o na á ino ado a. De o ma a da desen ol imen o a in es igações an e io es, nes a disse ação ealizou-se uma campanha expe imen al de inindo pon os impo an es pa a di e sas mis u as de solo, água, cimen o e PCM, ais como a ca ac e ização do solo, a de inição de uma me odologia pa a a inco po ação de PCM nos BTC’s, as p op iedades ísicas e mecânicas dos blocos, e o compo amen o dos BTC’s quando subme idos a di e sas empe a u as. PALAVRAS-CHAVE: Blocos de e a comp imida; Ma e iais de mudança de ase; Du abilidade; P op iedades ísicas e mecânicas. i And é Campos Abs ac ABSTRACT Ea h based cons uc ion is a echnique used a ound he wo ld. I is a solu ion ha p esen s se e al ad an ages when compa ed o o he cons uc ion solu ions, namely a low alue o inco po a ed ene gy, good he mal and acous ic pe o mance, high esis ance o i e and ela i ely low cos . This ype o cons uc ion is e y e sa ile since i allows he use o many di e en echniques, he mason y o comp essed ea h blocks (CEB) being one o he mos ecen echniques and he one ha se ed as he basis o his disse a ion. CEB is an imp o emen o he adobe echnique and consis s o mechanically compac ing soil in a mold o dec ease po osi y and inc ease he ma e ial's esis ance. In spi e o his, one o he limi a ions is he educed sui abili y o he locally a ailable soils, hus esul ing in hei s abiliza ion as a way o imp o e hei p ope ies. The inse ion o phase change ma e ial (PCM) aims a CEB o s o e la ge amoun s o ene gy and hus educe luc ua ions in in e io empe a u e, hus ein o cing he mal com o and educing ene gy needs associa ed wi h ai condi ioning, hus mee ing a cons uc ion ha in addi ion o being sus ainable will become inno a i e. In o de o gi e de elopmen o p e ious in es iga ions, his disse a ion ca ied ou an expe imen al campaign de ining impo an poin s o di e en mix u es o soil, wa e , cemen and PCM, such as he cha ac e iza ion o he soil, he de ini ion o a me hodology o he inco po a ion o PCM in CEB, he physical and mechanical p ope ies o he blocks, and he beha io o CEB when subjec ed o di e en empe a u es. KEYWORDS: Comp essed ea h blocks; Phase change ma e ials; Du abili y; Physical and mechanical p ope ies. ii And é Campos Índices Índice 1 In odução ........................................................................................................................ 1 1.1 Enquad amen o ........................................................................................................ 1 1.2 Obje i os da disse ação ............................................................................................ 2 1.3 Desc ição da disse ação ........................................................................................... 2 2 A Cons ução em Te a ..................................................................................................... 4 2.1 Concei o e o igens ..................................................................................................... 4 2.2 Ma e iais ................................................................................................................... 9 2.2.1 O solo................................................................................................................ 9 2.2.2 Teo de água ................................................................................................... 10 2.2.3 Mé odos de es abilização do solo ..................................................................... 10 2.2.3.1 Es abilização ísica ....................................................................................... 11 2.2.3.2 Es abilização mecânica ................................................................................ 11 2.2.3.3 Es abilização química ................................................................................... 12 2.3 Técnicas Cons u i as .............................................................................................. 12 2.3.1 Taipa ............................................................................................................... 14 2.3.2 Tabique ........................................................................................................... 16 2.3.3 Adobe .............................................................................................................. 16 2.4 Van agens e incon enien es da Cons ução em Te a ............................................... 18 2.4.1 Van agens ....................................................................................................... 18 2.4.2 Incon enien es ................................................................................................ 19 2.5 Análise do Solo........................................................................................................ 20 2.6 Regulamen ação ..................................................................................................... 20 3 Blocos de Te a Comp imida ........................................................................................... 21 3.1 Enquad amen o ...................................................................................................... 21 3.2 Ca ac e ís icas dos BTC .......................................................................................... 23 iii And é Campos Índices 3.2.1 Blocos sólidos.................................................................................................. 23 3.2.2 Blocos ocos ..................................................................................................... 24 3.2.3 Blocos pe u ados ............................................................................................ 24 3.2.4 Blocos in e ligados ........................................................................................... 25 3.2.5 Blocos pa asísmicos ........................................................................................ 25 3.3 Bene ícios da cons ução em BTC ........................................................................... 26 3.4 Fab ico ................................................................................................................... 27 3.4.1 Equipamen os ................................................................................................. 30 3.5 Composições do solo pa a o ab ico de BTC ............................................................ 31 4 Ma e iais de Mudança de Fase ........................................................................................ 33 4.1 Enquad amen o ...................................................................................................... 33 4.2 Concei o ................................................................................................................. 33 4.3 Classi icação dos PCM ............................................................................................ 34 4.3.1 PCM’s o gânicos .............................................................................................. 35 4.3.2 PCM’s ino gânicos ........................................................................................... 36 4.3.3 PCM’s de mis u as eu éc icas .......................................................................... 37 4.4 Modos de inco po ação dos PCM nos ma e iais ....................................................... 38 4.4.1 P ocesso de imp egnação ................................................................................ 38 4.4.2 P ocesso de ime são ....................................................................................... 38 4.4.3 P ocesso de encapsulamen o........................................................................... 38 4.4.3.1 Mac oencapsulamen o ................................................................................. 39 4.4.3.2 Mic oencapsulamen o .................................................................................. 39 4.5 Aplicação de PCM’s na cons ução .......................................................................... 41 5 Campanha expe imen al ................................................................................................. 44 5.1 Enquad amen o ...................................................................................................... 44 5.2 Escolha do solo ....................................................................................................... 44 x And é Campos Índices Figu a 5.43: Ensaio à abso ção po ime são da mis u a de e e ência: a) ao im de 60 minu os; b) ao im de 120 minu os ........................................................................................................... 83 Figu a 5.44: Valo es da abso ção de água po ime são ........................................................... 84 Figu a 5.45: Compa ação en e a esis ência à comp essão e a abso ção de água po ime são 84 Figu a 5.46: P ocedimen o de ensaio da e osão à chu a: a) BTC p on a a se ensaiado; b) BTC a se ensaiado ........................................................................................................................... 85 Figu a 5.47: Ensaio à e osão da chu a da mis u a de e e ência ao im de: a) 5 minu os; b) 10 minu os; c) 15 minu os; d) 20 minu os ................................................................................... 86 Figu a 5.48: Desgas e de ido à e osão à chu a ao im dos ês ciclos das di e en es mis u as: a) 10% cimen o; b) 10% cimen o+25%PCM: c) 10% cimen o+50%PCM; d) 10% cimen o+75%PCM 87 Figu a 5.49: Desgas e po e osão da chu a ............................................................................ 88 Figu a 5.50: Abso ção po chu as ........................................................................................... 88 Figu a 5.51: Compa ação en e a esis ência à comp essão e o desgas e po e osão .............. 89 Figu a 5.52: Compa ação en e as esis ências à comp essão an es e depois do ensaio à chu a .............................................................................................................................................. 90 Figu a 5.53: P ocedimen o de ensaio da e mog a ime ia: a) equipamen o u ilizado; b) BTC depois de se ensaiado; c) egis o dos esul ados ao longo do ensaio ................................................. 91 Figu a 5.54: Aspe o isual an es e depois do ensaio de e mog a ime ia: a) e b) mis u a de e e ência; c) e d) mis u a 10%CEM + 25%PCM; e) e ) mis u a 10%CEM + 50%PCM; g) e h) mis u a 10%CEM + 75%PCM ............................................................................................................... 92 Figu a 5.55: Resul ado do ensaio de e mog a ime ia ............................................................ 93 x i And é Campos Índices Índice de abelas Tabela 2.1: Técnicas de cons ução em e a .......................................................................... 13 Tabela 2.2: Compa ação das emissões de di e en es ma e iais de cons ução ......................... 19 Tabela 3.1: Composição ideal do solo ..................................................................................... 32 Tabela 4.1: Ca ac e ís icas é micas de PCM's o gânicos ........................................................ 36 Tabela 4.2: Ca ac e ís icas é micas de PCM's ino gânicos ...................................................... 37 Tabela 4.3: Ca ac e ís icas é micas de PCM's de mis u as eu éc icas ..................................... 37 Tabela 5.1: Resul ados do ensaio expedi o da sedimen ação (medidas em cen íme os) .......... 46 Tabela 5.2: Resul ados do ensaio expedi o do equi alen e de a eia .......................................... 47 Tabela 5.3: Resul ados do ensaio expedi o da bola .................................................................. 48 Tabela 5.4: Pe cen agens da cu a g anulomé ica ................................................................. 53 Tabela 5.5: Composição química do solo ................................................................................ 62 Tabela 5.6: Quan idades da mis u a: solo, cimen o e água (kg/m³) ......................................... 64 Tabela 5.7: Quan idades da mis u a: solo, cimen o, água e PCM (kg/m³) ................................ 65 Tabela 5.8: Tempe a u a dos componen es da mis u a ........................................................... 69 Tabela 5.9: Resis ência mínima à comp essão ........................................................................ 71 Tabela 5.10: Resul ados aos 14 dias com inco po ação de cimen o ........................................ 72 Tabela 5.11: Resul ados da esis ência à comp essão dos BTC’s ............................................ 75 Tabela 5.12: Resul ado do módulo de elas icidade dos BTC's .................................................. 76 Tabela 5.13: Resul ados do coe icien e de abso ção de água po capila idade ......................... 80 Tabela 5.14: Resul ados da abso ção de água po ime são ..................................................... 83 Tabela 5.15: Resul ados do desgas e po e osão e a abso ção po chu as............................... 87 Tabela 5.16: Compa ação en e as comp essões an es e depois do ensaio à chu a ................ 90 x ii And é Campos Índices Índice de siglas e ab e ia u as a.C. An es de C is o d.C Depois de C is o BTC Bloco de Te a Comp imida ºC G aus Celcius mm Milíme os cm Cen íme os kg Quilog ama LNEC Labo a ó io Nacional de Engenha ia Ci il USA Es ados Unidos da Amé ica PCM Ma e iais de mudança de ase (Phase Change Ma e ials) NASA Adminis ação Nacional da Ae onáu ica e Espaço (Na ional Ae onau ics and Space Adminis a ion) μm Mic óme o LEST Labo a ó io de Es u u as da Uni e sidade do Minho LMC Labo a ó io de Ma e iais de Cons ução g G amas ml Milili o kj Quilojoule NP Não plás ico W Água S Solo C Cimen o 𝛾𝑤 Massa olúmica da água 𝛾𝑆 Massa olúmica do solo 𝛾𝐶 Massa olúmica do cimen o 𝛾𝑃𝐶𝑀 Massa olúmica do ma e ial de mudança de ase FRX Fluo escência de Raios X UNE Associação Espanhola de No malização e Ce i icação (Asociación Española de No malización) LVDT T ans o mado Di e encial Va iá el Linea (Linea Va iable Di e en ial T ans o me ) DTG De i ada da Te mog a ime ia 1 Capí ulo 1 – In odução And é Campos 1 In odução 1.1 Enquad amen o A cons ução em e a es á pa en e em odo o mundo e ep esen a uma g ande pe cen agem do pa imónio cons uído, sendo uma o ma de cons ui bas an e an iga. No en an o, apesa das suas inúme as an agens a ní el económico, ambien al e social, é mui as ezes menosp ezada po es a ainda associada à cons ução de países em desen ol imen o ou à memó ia de pob eza económica. As po encialidades da e a como ma e ial de cons ução são inúme as. É uma ma é ia-p ima abundan e e ácil de ex ai e u iliza sem equipamen os complexos, cujo cus o associado é eduzido. A sua ex ação e u ilização não dani icam os ecossis emas en ol en es, não libe am dióxido de ca bono e êm um consumo ene gé ico eduzido. As p op iedades hig o é micas da e a p opo cionam um bom isolamen o é mico e acús ico, uma au o egulação do eo de humidade no in e io das cons uções e ainda uma ele ada esis ência ao ogo. A cons ução em e a pe mi e conse a a adição da cons ução mundial, e ainda ap esen a eno mes possibilidades a qui e ónicas. Assim, a e a ap esen a-se como uma solução cons u i a acessí el às populações ca enciadas e sob e udo, uma solução cons u i a sus en á el, sendo o seu p incipal obs áculo, a aca esis ência à água. As écnicas da cons ução em e a são inúme as e a iam de egião pa a egião con o me as ca ac e ís icas de cada luga . Em Po ugal, as mais comuns são: a aipa, o abique, a al ena ia de adobe e mais ecen emen e a al ena ia de blocos de e a compac ada. Es a úl ima écnica pode se conside ada como uma e olução dos blocos de adobe de ido à compac ação do ma e ial du an e a sua p odução. Pa a além da melho ia das p op iedades mecânicas e de du abilidade ace ao adobe, a compac ação do ma e ial con e e aos BTC’s uma ele ada es abilidade dimensional, um acabamen o liso e a possibilidade de aplicação em ob a, sem necessidade de e es imen o. Os BTC’s podem e unções es u u ais, ou se em u ilizados como ma e ial de enchimen o. É p á ica comum eco e -se à es abilização da e a com di e en es p odu os, sendo os mais comuns o cimen o e a cal. Aos BTC’s podem se inco po ados á ios ma e iais. Nes a disse ação se ão inco po ados PCM, o que con ibui bene icamen e pa a a sus en abilidade, pois a inco po ação des es ma e iais na cons ução é uma solução cons u i a que ajuda a que o con o o é mico no in e io dos edi ícios seja alcançado sem que haja necessidade de eco e a equipamen os de clima ização, ou que o 2 Capí ulo 1 – In odução And é Campos uso des es seja minimizado, pois o PCM em uma ele ada capacidade de a mazenamen o de calo , o que pe mi e que os edi ícios possuam uma ele ada iné cia é mica. 1.2 Obje i os da disse ação A p esen e disse ação em como p incipal obje i o da con inuidade aos abalhos que êm indo a se desen ol idos na Uni e sidade do Minho, com o in ui o de ap o unda os conhecimen os ace ca da solução de BTC com a inco po ação de PCM, bem como, con ibui pa a a sua adequada ca ac e ização, o nando assim possí el implemen a es a solução em u u as cons uções. Os p incipais ocos des a disse ação são desen ol e uma me odologia de ab ico de BTC’s com a inco po ação de PCM, pois es e à empe a u a ambien e encon a-se no es ado sólido, mas pa a o ab ico dos BTC’s, pa a pode adiciona o PCM à mis u a, es e em de es a no es ado liquido pa a exis i uma mis u a homogénea; a alia as p op iedades ísicas e mecânicas de mis u as ab icadas com di e en es quan idades de PCM a a és de ensaios labo a o iais pa a de e mina a sua esis ência à comp essão, o módulo de elas icidade e ou os pa âme os elacionados com a du abilidade dos BTC’s; e po im analisa o compo amen o dos BTC’s com as di e en es quan idades de PCM quando subme idos a di e sas empe a u as a a és do ensaio de e mog a ime ia. 1.3 Desc ição da disse ação A disse ação encon a-se es u u ada em 8 capí ulos, sendo que o p esen e, a in odução co esponde ao p imei o capí ulo. Nes e capí ulo é e e uado um enquad amen o do es udo ealizado, assim como a ap esen ação dos obje i os p e endidos. No segundo capí ulo, é e e uada uma pesquisa bibliog á ica sob e a cons ução em e a. Nes e, é ap esen ada a his ó ia da cons ução em e a, assim como, a sua dis ibuição no mundo e em pa icula em Po ugal. Fo am ambém desc i as as écnicas cons u i as mais u ilizadas e e indo as suas an agens e incon enien es e os di e en es mé odos de es abilização da cons ução em e a. No e cei o capí ulo é abo dada a écnica de cons ução em e a em BTC de o ma de alhada, onde são e e idos quais os ipos e dimensões dos mesmos, quais as an agens e incon enien es, o seu p ocesso de ab ico e seus equipamen os, assim como as composições ípicas do solo des a écnica cons u i a. 3 Capí ulo 1 – In odução And é Campos No qua o capí ulo é ei a uma in odução aos PCM. Começa-se po in eg a o PCM no me cado global e p incipalmen e na cons ução. Pos e io men e, são abo dados emas e e en es aos ipos de ma e iais de mudança de ase e quais os mé odos de inco po ação que exis em a ualmen e. No quin o capí ulo é abo dado odo o p ocedimen o p á ico execu ado pa a a elabo ação da disse ação. Começa-se pela ca ac e ização do solo e e uada po di e en es ensaios labo a o iais, iden i ica-se o PCM e ligan e hid áulico u ilizados e p ocede-se ao dimensionamen o das mis u as pa a pos e io men e se passa à p odução e cu a dos BTC's. Du an e a ase de p odução elabo ou- se uma me odologia de inco po ação de PCM nos BTC. Seguidamen e, ap esen am-se os di e sos ensaios e e uados, em que es es incluem a me odologia de ensaio, iden i icação dos equipamen os e p o e es u ilizados, esul ados e conclusões. No sex o capí ulo são ap esen adas as conclusões ob idas com a ealização da p esen e disse ação assim como as pe spe i as u u as elacionadas com o ema es udado. Po ul imo, no sé imo e oi a o capí ulos são ap esen adas as e e ências bibliog á icas consul adas pa a a elabo ação da disse ação e os anexos e e enciados ao longo do abalho. 4 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a 2 A Cons ução em Te a Nes e capí ulo p ocede-se a uma análise do es ado dos conhecimen os a ual na á ea da cons ução em e a. 2.1 Concei o e o igens Desde semp e que o Homem oi conseguindo ence as ba ei as c iadas pela na u eza, encon ando soluções e desen ol endo écnicas pa a a cons ução de ab igos. Os ma e iais u ilizados, as écnicas desen ol idas e os conhecimen os en ol idos são consequência na u al da sociedade de cada época. Desde há milha es de anos que a e a é u ilizada como ma e ial cons u i o em á ias ci ilizações po odo o mundo. Na Índia es ima-se que há ce ca de 80 milhões de habi ações em e a, o que equi ale a 30% do núme o de habi ações, enquan o na China esse núme o onda os 100 milhões. Na F ança 15% dos edi ícios u ais são cons uídos em e a ba ida [1], enquan o que no Pe u as casas cons uídas em e a ep esen am 40% do núme o o al de habi ações [2]. Es ima-se que ce ca de um e ço da população mundial, ap oximadamen e ês biliões de pessoas i e em cons uções ei as à base de e a [1], e es e núme o pode ascende aos 50% quando conside ados apenas os países em desen ol imen o [3]. Em bibliog a ia mais ecen e os núme os são mais exp essi os, e e indo que ce ca de me ade da população mundial i e em casas cons uídas com e a [4]. A e a é la gamen e u ilizada em inúme as pa es do mundo, es ando em ge al, mas nem semp e, di e amen e elacionada com a escassez de ecu sos inancei os das populações como na Amé ica La ina, A ica, o subcon inen e Indiano e ou as pa es da Ásia, o Medio O ien e e o Sul da Eu opa [2], como mos a a Figu a 2.1. Desde a an iguidade que a e a é u ilizada como ma e ial de cons ução de ido à sua abundância e ácil ob enção. Não é consensual a da a de início da cons ução em e a, exis indo di e sos au o es que apon am épocas di e en es pa a as p imei as cons uções. Segundo Ge no Minke es a cons ução já exis e há mais de 9000 anos [3]. Susan Pollock e e e que a u ilização da e a emon a os anos 5000 a 4000 a.C., po ou o lado Bjo n Be ge e e e que nos anos 7500 a.C. já se u iliza a a e a pa a cons ução [5] e Hugo Houben e Humbe Guillaud mencionam que o solo u iliza-se há ce ca de 10000 anos [6] 5 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a Figu a 2.1: Cons ução em e a a ní el mundial [2] São inúme os os casos de cons uções em e a, que execu adas há alguns milha es de anos a ás consegui am chega ao séc. XXI, como a G ande Mu alha da China, a Cidade de Shibam no Iémen, a Mesqui a de Djenné no Mali, a Pi âmide do Sol no México, en e ou as cons uções. A G ande Mu alha da China, exibida na Figu a 2.2, ap esen a oços cons uídos em aipa, há ap oximadamen e 3000 anos a ás. Impo a ambém e e i que mui os oços que inicialmen e o am cons uídos em aipa só mais a de o am e es idos com al ena ia de ped a [5]. Figu a 2.2: T oço da G ande Mu alha da China [5] [7] A Cidade de Shibam (Figu a 2.3), si uada no Iémen é ainda habi á el com ce ca de 7 mil habi an es, sendo a maio ia dos edi ícios cons uídos em e a, com as pa edes ex e io es em adobe que ão diminuindo a sua espessu a com a al u a de modo a a enua o peso do edi ício. Es as cons uções da adas do século XVI chegam a a ingi os 40 me os com ce ca de 11 anda es [8]. 6 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a Figu a 2.3: Cidade de Shibam, Iémen [8] Mesqui a de Djenné no Mali oi decla ada como pa imónio mundial pela UNESCO em 1988 [9], e é conside ada uma das cons uções mais icónicas do con inen e A icano, econs uída em adobe e e es ida com um eboco de e a no ano de 1906. A mesqui a em ce ca de 5600 m² e a o e p incipal em 16 me os de al u a [10], como mos a a Figu a 2.4: Figu a 2.4: Mesqui a de Djenné, Mali [9] [11] No México, a Pi âmide do Sol (Figu a 2.5) é cons i uída po um núcleo cen al de ce ca de 2 milhões de oneladas de e a compac ada [12] e e es ida com ped as e cascalho. Es a pi âmide com ce ca de 65 me os de al u a é conside ada a e cei a maio do mundo e a sua cons ução emon a o século II [13]. 7 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a Figu a 2.5: Pi âmide do Sol, México [13] Em Po ugal a cons ução em e a oi bas an e abundan e no passado, pois a ualmen e pode obse a -se em quase odo o país á ios edi ícios an igos, dos quais ilus am di e sas écnicas adicionais de cons ução em e a (adobe, aipa e abique). Não há uma da a ao ce o do início da cons ução, sendo que alguns au o es a i mam que su giu ap oximadamen e no ano 5000 a. C. [10], ou os au o es e e em que começou po di e en es ci ilizações em dis in os anos, como a Fenícia (1200 a.C. - 539 a.C.), Ca aginesa (700 a.C. - 146 a.C.) e o Impé io Romano (27 a.C. - 476 d.C.) [14]. De No e a Sul do país são á ios os exemplos de cons ução em e a, como po exemplo os Cas elos de Pade ne (Figu a 2.6) e Sil es (Figu a 2.7) em que as suas cons uções emon am os seculos XI [15] e IV [16], espe i amen e, e usam a aipa como écnica cons u i a. Figu a 2.6: Cas elo de Pade ne [15] Figu a 2.7: Cas elo de Sil es [16] 14 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a 2.3.1 Taipa A aipa é a p á ica de cons ução em e a mais conhecida em Po ugal. Es a écnica cons i ui uma es u u a monolí ica, que esul a do apiloamen o “ in si u ” da e a. Diz o di ado que “a e a de e se anspo ada po um coxo e ba ida po um louco”, ou seja, po um lado de e se dado empo de descanso à e a desde que é emo ida do local a é se aplicada na cons ução, e po ou o lado, de e se compac ada de o ma ené gica ao se aplicada na cons ução [28]. A sua execução consis e na compac ação da e a de idamen e humedecida den o de uma co agem de madei a Figu a 2.11). A e a é colocada no in e io da co agem em camadas en e 10 a 20 cm. Pa a compac a as camadas pode-se eco e a di e sas e amen as, podendo se ealizada manualmen e com o ecu so de um pilão ou com ecu so a equipamen os mecânicos, como o compac ado elé ico ou o compac ado pneumá ico, como se pode e na Figu a 2.12. A compac ação é e e uada a é a ingi a al u a p e endida sendo depois e i ada a co agem, concluindo-se a cons ução das pa edes [12]. Figu a 2.11: Cons ução em aipa: a) co agem de madei a; b) compac ação adicional [12] Figu a 2.12: Di e en es mé odos de compac ação [24] A aipa é p opícia pa a climas quen es e secos, com pouca p ecipi ação. É uma écnica de ácil execução e ap esen a uma ex u a lisa, sendo ácil a adap ação à paisagem. Com es a p á ica é possí el ob e pa edes com boa capacidade esis en e e iné cia é mica [28]. No en an o, 15 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a ap esen a alguns incon enien es, uma aca es abilidade la e al e pouca esis ência à água. Foi uma écnica mui o u ilizada no passado, mas ambém é mui o u ilizada na a qui e u a mode na [12], como se pode e na Figu a 2.13. Figu a 2.13: Cons ução em aipa: a) no o edi ício da emp esa Ricola, Suíça; b) piscina cobe a com pa edes ex e io es em aipa à is a, Espanha [10]; c) habi ação mode na em aipa, Beja [12] Es a écnica necessi a de algum empo pa a se ealizada, con udo, ecen emen e desen ol eu-se a aipa mecanizada, a a és da aplicação de co agens me álicas deslizan es e sis emas mecânicos de compac ação de e a (Figu a 2.14). Pa a es e p ocesso, eco e-se quase semp e a adições de cimen o ou cal à e a p ensada [5]. Figu a 2.14: Cons ução em aipa: a) co agens me álicas; b) compac ação com pilões mecanizados [12] 16 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a 2.3.2 Tabique O abique é uma écnica u ilizada na maio ia das ezes em pa edes di isó ias não esis en es e e os (Figu a 2.15). A sua execução consis e numa combinação de e a com uma es u u a de supo e, ge almen e em madei a. O p ocesso cons u i o é mis o, pois a madei a em a capacidade de supo e e a e a de enchimen o. Es e sis ema consis e em dispo ábuas de madei a o denadas e icalmen e, às quais são p egadas num segundo ní el as ipas de madei a ho izon ais ( asquio), pa a de seguida se em e es idas a uma a gamassa de e a. Usualmen e adiciona-se à e a, palha ou sáculos de espigas [29]. Figu a 2.15: Execução de abique em pa edes [28] e e os [30] As cons uções em abique possuem ge almen e um piso é eo em al ena ia de ped a e os es an es pisos em abique, uma ez que possuem um baixo peso. Na Figu a 2.16 são ap esen ados exemplos des e ipo de cons ução [24]. Figu a 2.16: Habi ações an igas em abique [24] 2.3.3 Adobe O adobe é uma écnica de cons ução adicional mui o an iga. A sua cons ução eque o uso de um solo plás ico e a giloso, po isso é sob e udo u ilizada em locais onde é possí el encon a água. A u ilização de solo a giloso le a ao apa ecimen o de issu as quando o adobe seca de ido 17 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a à e ação do ma e ial. Po isso, é cos ume e o ça o adobe mis u ando palha ou ou as ib as ege ais pa a e i a es e compo amen o [12]. O ab ico des es blocos consis e em modela pequenos blocos à mão ou em molde, no malmen e em madei a, sendo desen o mados ainda no es ado esco. Após es a ase, o bloco é seco à empe a u a ambien e e ao im da 4ª semana de secagem az-se o es e de qualidade dos blocos que consis e em e i ica se esis e ao peso de um homem. Se não esis i é adicionada mais a gila à mis u a pa a aumen a a esis ência mecânica após ab ico [28]. Figu a 2.17: Desmoldagem dos blocos de adobe [10] O assen amen o dos adobes é ealizado com a gamassa à base de e a de o ma a se ob e um melho compo amen o de conexão en e os ma e iais, uma ez que se man ém o mesmo ní el de e ação, e i ando-se assim o apa ecimen o de issu as ou des acamen o do ma e ial [12]. Figu a 2.18: Fases de cons ução de al ena ias em adobe: a) Ele ação das pa edes ex e io es e in e io es; b) Cons ução a é à co a dos ãos; c) Ma cação dos ãos; d) Cons ução a é ecebe os elemen os da cobe u a [28] 18 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a Ou a pa icula idade des e ipo de cons ução é a e sa ilidade des a écnica que pe mi e o seu uso, em al ena ias ex e io es e in e io es, como obse ado acima, mas ambém na cons ução de mu os, a cos, abóbadas e cúpulas [10], como se pode e i ica na Figu a 2.19. Figu a 2.19: Cons ução em adobe: a) Cúpula e a co [31]; b) abóbada [32] 2.4 Van agens e incon enien es da Cons ução em Te a A e a, um dos p imei os ma e iais de cons ução u ilizados pelo Homem oi um ma e ial menosp ezado ao longo dos anos, p incipalmen e pelos países desen ol idos onde a cons ução mais equen e é com be ão, aço, blocos e a gamassas. Mui o p o a elmen e es a escolha baseia- se no senso comum, no desconhecimen o das an agens da cons ução em e a e nas des an agens associadas a es a edi icação. 2.4.1 Van agens O solo como ma e ial de cons ução ap esen a di e sas an agens, que a ní el económico, ene gé ico, ecológico, social e cul u al. Os p incipais bene ícios são: a edução do cus o de cons ução, pois é um ma e ial u ilizado no local que não necessi a de anspo e e não eque mão-de-ob a quali icada nem equipamen os de ele ado cus o; a poluição é bas an e eduzida quando compa ada a ou os ma e iais, como se pode obse a na Tabela 2.2, uma ez que é um ma e ial u ilizado no seu es ado na u al, o almen e eu ilizá el e não óxico; em um bom isolamen o acús ico de ido à massa das pa edes [24]; é um ma e ial com boa pe meabilidade ao apo de água e não combus í el, logo pe mi e que as cons uções em e a possuam ele ada esis ência ao ogo [14] e em um excelen e desempenho é mico, is o que a e a possui uma po osidade e condu ibilidade é mica baixas [17], como mos a a Figu a 2.20. 19 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a Tabela 2.2: Compa ação das emissões de di e en es ma e iais de cons ução [33] Ma e ial Massa olúmica (kg/m³) Emissões (CO2/kg) Emissões (CO2/m³) Taipa (sem es abilização) 2200 0.004 9.7 Adobe 1200 0.06 74 Be ão a mado, be onado in si u 2360 0.14 320 Be ão a mado, p é- ab icado (2% aço) 2500 0.18 455 Pa ede de al ena ia em ijolo maciço 1600 0.19 301 Pa ede de al ena ia em ijolo u ado 670 0.14 95 Figu a 2.20: Condu ibilidade é mica associada à aipa, be ão e ijolo, espe i amen e [17] 2.4.2 Incon enien es Como qualque ma e ial de cons ução, a e a ambém ap esen a as suas des an agens, como po exemplo: a baixa esis ência mecânica que impossibili a a cons ução em al u a po azões que se p endem com a ulne abilidade aos sismos; a e ação ele ada que é consequência da secagem que desid a a a e a e p o oca a endilhação e a diminuição das p op iedades mecânicas; a ma é ia-p ima a u iliza ge almen e é he e ogénea [28]; pouco acei e na sociedade e conside ado po mui os um ma e ial de cons ução in e io ou de segunda escolha [14]; baixa du abilidade quando em con ac o com a água sendo necessá ia a manu enção equen e; baixa esis ência à lexão (Figu a 2.21) e à ação quando compa ado com ou os ma e iais e a al a de egulamen ação adequada pa a a cons ução [24]. Figu a 2.21: Resis ência à lexão associada à aipa não es abilizada, aipa es abilizada, be ão, e ijolo [17] 20 And é Campos Capí ulo 2 – A Cons ução em Te a 2.5 Análise do Solo A ca ac e ização de um de e minado solo é ealizada a a és de ensaios que pe mi em quan i ica di e sos ipos de p op iedades. Esses ensaios podem se subdi ididos, em ensaios expedi os a ealiza a ní el de campo com um ní el de iabilidade pouco ele ado e em ensaios de labo a ó io com um ní el de iabilidade al o. Os ensaios expedi os pe mi em pa a de e minadas si uações, algumas conclusões iniciais sob e que ipo de solo exis e disponí el no local, dispensando po isso a ealização de ensaios de labo a ó io, e que são mais dispendiosos. Os ensaios expedi os são: obse ação da co , es e do chei o, es e do a o, es e do b ilho, es e da ade ência, es e da sedimen ação, es e isual po penei ação expedi a, es e de e enção de água e es e de esis ência à secagem. Os ensaios de labo a ó io são ealizados segundo p ocedimen os no malizados, o que le a a esul ados mais igo osos e mais iá eis. Es es ensaios são a de e minação do eo de água, a ma é ia o gânica, a análise g anulomé ica, os limi es de consis ência, o ensaio de compac ação p oc o e o ensaio de esis ência à comp essão simples [34]. 2.6 Regulamen ação A al a de egulamen ação elacionada com a cons ução em e a em Po ugal, bem como o declínio na sua u ilização no século XX de ido à p e e ência da cons ução em ijolo de ba o cozido, le a am a que du an e es es anos se con inuasse a u iliza mé odos de p odução baseados no sabe empí ico adqui ido ao longo do empo, em ez de se in es i na e olução dos mesmas, segundo o conhecimen o cien í ico a ual [35]. De ac o a cons ução em Po ugal é desp o ida de qualque egulamen ação ou código, apenas exis e um documen o de ca ac e de ecomendação écnica elabo ado no LNEC pelos engenhei os Ruy Gomes e José Folque [20]. No en an o são á ios os países que possuem egulamen ação no âmbi o da cons ução em e a, esol endo p oblemas elacionados com a al a de documen os no ma i os que ga an em a qualidade e a segu ança da cons ução. Segundo Ho s Sch oede exis em documen os no ma i os na Alemanha, Suíça, Espanha, Aus ália, B asil, Colômbia, F ança, India, Quénia, Qui guis ão, Nepal, No a Zelândia, Nigé ia, Pe u, S i Lanka, EUA (No o méxico e Cali ó nia), Tunísia e no Zimbabué [36]. 21 And é Campos Capí ulo 3 – Blocos de Te a Comp imida 3 Blocos de Te a Comp imida Os Blocos de Te a Comp imida (BTC) são uma no a écnica de cons ução, desen ol ida nos empos mode nos, que combina as écnicas ances ais do adobe e da aipa, ão comuns em Po ugal. Em ez de se em moldados ou compac ados à mão, os blocos são o mados comp imindo uma ce a quan idade de e a ligei amen e humedecida, den o de uma p ensa mecânica de aço. Es a comp essão o na possí el ex ai o a p esen e na e a, a im de impe meabiliza o bloco e aumen a a sua esis ência. Compa ado com os adobes e ou os blocos moldados à mão, o BTC é comple amen e egula no amanho e na o ma, e mui o mais denso [37]. Figu a 3.1: Blocos de adobe [38] s blocos de e a comp imida [39] Es es blocos são conhecidos como ijolo ecológico po se em uma al e na i a sus en á el em compa ação aos ou os mé odos cons u i os [40]. 3.1 Enquad amen o As p imei as en a i as de BTC o am ealizadas nos inícios do século XIX, em F ança. O a qui e o F ançois Coin e aux ab icou pequenos BTC em que usa a os pés pa a comp imi a e a húmida den o de pequenos moldes de madei a. Mais a de desen ol eu a “C écise”, uma p ensa manual de i ada de uma p ensa de inhos, na qual usou pa a ab ica os BTC usados pa a cons ui a cidade de La Roche-Su -Yon. Anos mais a de, a pa i da década de 50 do século XX, mais p ecisamen e em 1952 o engenhei o Colombiano Raúl Rami ez in en ou uma no a p ensa manual, a “Cin aRam” (Figu a 3.2) [37]. Com es a p ensa oi possí el ob e blocos de e a com o ma e amanhos mais egula es, e aumen a as esis ências mecânicas como a esis ência à comp essão, ao desgas e e à e osão, ace aos adobes adicionais [38]. 22 And é Campos Capí ulo 3 – Blocos de Te a Comp imida Figu a 3.2: P ensa o iginal Cin aRam [37] [14] Em Po ugal, a cons ução em BTC oi pouco di undida is o que a sua ein enção nos anos 50, na Colômbia, coincidiu com o abandono das écnicas de cons ução em e a em Po ugal [10]. No en an o, a ualmen e es a écnica cons u i a em indo a aumen a de ido à ele ada sus en abilidade que lhe es á associada com a an agem adicional de ap esen a desempenhos supe io es às al ena ias de adobe [41]. A Figu a 3.3 ap esen a uma habi ação si uada no Alen ejo em que as al ena ias, que ex e io es, que in e io es são em BTC sólidos [5]. Figu a 3.3: Cons ução de al ena ias com ecu so a BTC, Alen ejo [5] 23 And é Campos Capí ulo 3 – Blocos de Te a Comp imida 3.2 Ca ac e ís icas dos BTC Os BTC podem e unções es u u ais ou se u ilizados como ma e ial de enchimen o. Têm um acabamen o liso de ido à moldagem o que lhes pe mi e se em aplicados em ob a sem necessidade de e es imen o, aduzindo-se numa an agem económica e ambien al. De ido à compac ação da e a du an e a moldagem, os blocos escos (logo após moldagem) ap esen am esis ência su icien e pa a se em anspo ados e empilhados pa a a ase de cu a (Figu a 3.4), com cuidado pois as a es as dos blocos escos são acilmen e dani icadas. Es a ca ac e ís ica pe mi e uma ocupação mais e icaz do espaço de a mazenamen o dos blocos em elação aos blocos de adobe [10]. Figu a 3.4: Cu a dos BTC em ambien e húmido [42] As dimensões dos BTC dependem dos moldes da p ensa u ilizada, sendo que algumas p ensas pe mi em a p odução de á ios blocos (mais pequenos) em simul âneo. As dimensões p oduzidas a iam mui o de país pa a país, con udo as mais co en es são: 250 x 140 x 90 mm³ a 300 x 150 x 120 mm³. No que espei a à o ma dos BTC, es a pode a ia dependendo do molde a u iliza na p ensa, o que pe mi e a p odução de di e en es ipos de blocos. Segundo Rigassi exis em cinco ipos de amílias dos BTC. Es as designam-se po blocos sólidos, blocos ocos, blocos pe u ados, blocos in e ligados e blocos pa asísmicos [23]. 3.2.1 Blocos sólidos Os blocos sólidos ou blocos maciços (Figu a 3.5) ge almen e êm a o ma p ismá ica podendo se cubos, pa alelepípedos, p ismas, e c. A sua u ilização é mui o di e si icada. [23]. 30 And é Campos Capí ulo 3 – Blocos de Te a Comp imida Figu a 3.15: P ocesso de ab ico dos BTC [14] 3.4.1 Equipamen os Os equipamen os pa a o ab ico dos BTC denominam-se de p ensas. Es as êm e oluído mui o ao longo dos anos, e hoje em dia é possí el encon a p ensas manuais, bem como p ensas hid áulicas [37]. Nos dias de hoje exis em di e sas p ensas manuais (Figu a 3.16), de di e en es ma cas, baseadas no mecanismo da Cin aRam. Es as p ensas aplicam p essões da o dem dos 2MPa, embo a exis am p ensas capazes de aplica p essões supe io es, es as, êm no en an o, o incon enien e de se em bas an e pesadas e ca as. Es es blocos compac ados com ecu so a p ensas manuais eque em mais mão-de-ob a e empo de ab ico. Tem a an agem de se mais económico em e mos de consumo ene gé ico e a acilidade de anspo e pa a o local da ob a, podendo ab ica - se blocos com a e a do p óp io e eno [41]. Segundo Rigassi as p ensas manuais podem p oduzi ce ca de 300 a 1500 BTC po dia [23]. Figu a 3.16: P ensas manuais pa a o ab ico dos BTC [46] 31 And é Campos Capí ulo 3 – Blocos de Te a Comp imida Os BTC compac ados em p ensa hid áulica, não eque em o ça manual, o nando-se num p ocesso de ab ico mais ápido, sob e udo em máquinas que p ensam di e sos blocos ao mesmo empo. Es es blocos ap esen am esis ências mecânicas subs ancialmen e maio es em elação aos p ensados manualmen e. Tendo ainda uma maio esis ência ao con ac o com a água, uma ez que o ajus e en e as pa ículas é maio , exis indo meno quan idade de azios. As p ensas hid áulicas podem se ixas ou mó eis (Figu a 3.17). A mobilidade des as úl imas pe mi e a execução dos blocos no local da ob a, al como nas p ensas manuais, u ilizando a e a do local, com a an agem de uma maio apidez de ab ico. Assim, é possí el man e uma maio sus en abilidade des e ipo de cons ução, e i ando o anspo e desnecessá io e economicamen e des an ajoso de blocos [41]. Dependendo se as p ensas são ixas ou mó eis, es as podem p oduzi ce ca de 2000 a 10000 e 1500 a 4000 BTC po dia, espe i amen e [23]. Figu a 3.17: P ensas hid áulicas pa a o ab ico dos BTC: a) ixa [41]; b) mó el [17] 3.5 Composições do solo pa a o ab ico de BTC A qualidade dos BTC depende do ipo de solo que se u iliza, sendo undamen al e e ua a ca ac e ização do mesmo. A composição mine alógica e a g anulome ia são dos a o es mais impo an es pa a a elabo ação de um BTC com qualidade, onde a quan idade dos di e en es cons i uin es, ais como a gila, sil e e ma e ial a enoso, in luenciam a qualidade do bloco a p oduzi [43]. Vá ios au o es e no mas e e en es a BTC de inem quais as pe cen agens mais adequadas, dos di e en es cons i uin es do solo. A Tabela 3.1 mos a a composição ideal do solo segundo di e sos au o es e no mas. 32 And é Campos Capí ulo 3 – Blocos de Te a Comp imida Tabela 3.1: Composição ideal do solo [43] Rigassi (1985) Ba bosa (2002) No ma Aus aliana HB 195 (2002) No ma Colombiana NTC 5324 (2004) Manual do BTC U uguai (2006) No ma Espanhola UNE 41410 (2008) A eia 25-80% 50-70% 45-80% 28-82% 40-80% 28-82% Sil e 10-25% 10-20% 10-30% 15-50% 0-20% 15-50% A gila 8-30% 10-20% 5-25% 10-30% 5-35% 10-30% Em análise à Tabela 3.1 podemos conclui que as composições ideais dos di e sos au o es não é mui o díspa , e em média a pe cen agem co esponden e à a gila é ce ca de 10 a 30%, pa a o sil e é igualmen e 10 a 30% e pa a a a eia é de 35 a 80%. No que espei a aos solos es abilizados, o g upo CRATe e es abeleceu a pe cen agem de cimen o pa a a es abilização de solos pa a a p odução de BTC de e enquad a -se no in e alo de 6-10%. Já No mando Ba bosa e e e que es a pe cen agem de e es a en e 4% a 6% [21]. 33 And é Campos Capí ulo 4 – Ma e iais de Mudança de Fase 4 Ma e iais de Mudança de Fase 4.1 Enquad amen o Os PCM’s começa am a se u ilizados no século XIX, na indús ia dos anspo es, pois e am equen emen e usados pa a a conse ação de me cado ias du an e o seu anspo e. A NASA inco po ou os PCM’s que nos seus a os dos as onau as, ap o ei ando a capacidade des es ma e iais pa a man e a empe a u a do co po, ace às empe a u as nega i as exis en es no espaço, que nas sondas e na es en iadas pa a o espaço. Na á ea da medicina, exis em alguns p odu os como po exemplo cobe o es que êm a capacidade de abso e as empe a u as al as dos doen es eb is. Na indús ia êx il inúme as emp esas êm indo a desen ol e pa en es sob e a iadas soluções de aplicação des es ma e iais no es uá io. Da mesma o ma alguns ab ican es de bo as de ski ambém já inco po am es e ipo de ma e ial [47]. Na cons ução o ele ado c escimen o e o aumen o dos pa âme os de con o o, le a am à inco po ação dos PCM’s nos edi ícios, pois es es o e ecem g andes á eas pa a o a mazenamen o e ans e ência de calo [48]. 4.2 Concei o Os PCM’s são ma e iais de a mazenamen o de ene gia, que êm densidades de a mazenamen o de ene gia é mica supe io es em compa ação com os ma e iais de a mazenamen o de calo sensí eis, ap esen ando ca ac e ís icas únicas no que diz espei o à e enção e pos e io libe ação de calo a uma empe a u a cons an e, di e enciando-os dos es an es ma e iais u ilizados na cons ução. Es es são de inidos como subs âncias que êm a capacidade de al e a o seu es ado ísico den o de um in e alo de empe a u a, a mazenando o calo la en e a a és da mudança de ase sólida pa a líquida ( eação endo é mica), sendo es e calo abso ido, e libe ado pos e io men e quando as empe a u as descem, passando assim da ase líquida pa a a ase sólida ( eação exo é mica) [49]. Como mos a a Figu a 4.1, os PCM’s quando se encon am a uma empe a u a abaixo do seu pon o de usão es ão no es ado sólido. Com o aumen o da empe a u a, e quando es a a inge o pon o de usão, o PCM abso e a ene gia e muda de ase, pa a o es ado liquido. Quando a 34 And é Campos Capí ulo 4 – Ma e iais de Mudança de Fase empe a u a diminui o PCM in e e a mudança de ase e ao solidi ica libe a a ene gia a mazenada a a és de calo la en e [50]. Figu a 4.1: Diag ama de mudança de ase sólido-líquido [51] Os PCM’s são ca ac e izados pela g ande capacidade de a mazenamen o de ene gia. A Figu a 4.2 mos a es a capacidade de a mazenamen o de ene gia de alguns ma e iais, nomeadamen e a água, a ped a, a madei a, o plás ico e as pa a inas. Es e úl imo ma e ial é um compos o dos PCM’s, e i á se abo dado mais à en e. Na igu a é acilmen e pe ce í el que a pa a ina em uma capacidade de a mazenamen o de ene gia mui o supe io à dos ou os ma e iais, ce ca de 3 ezes mais do que a água e 6 ezes mais do que a ped a, po exemplo [52]. Figu a 4.2: Capacidade de a mazenamen o de ene gia de alguns ma e iais [52] 4.3 Classi icação dos PCM Os ma e iais de mudança de ase são ca ac e izados segundo as ases de ansição, is o é, a mudança en e os es ados da ma é ia. Es as mudanças podem se en e gás-líquido, sólido-gás, 35 And é Campos Capí ulo 4 – Ma e iais de Mudança de Fase sólido-líquido e sólido-sólido. Os dois p imei os, gás-líquido, sólido-gás, êm uma u ilidade limi ada pois necessi am de g andes olumes na aplicação dos espe i os sis emas onde se in eg am. Os PCM sólido-sólido ap esen am alo es de en alpia 2 simila es aos sólido-líquido, e como p incipal an agem, des aca-se o ac o de não ha e ma é ia no es ado líquido o que acili a o uso e o manuseamen o do ma e ial. Po úl imo a ansição de sólido-líquido [53] que compa ando com as es an es é a melho pa a o a mazenamen o de ene gia é mica [54]. Es a ansição é a que ai se abo dada nes a disse ação. Os PCM’s sólido-líquido podem se subdi ididos em ês g upos baseados na sua composição química: os o gânicos, os ino gânicos e po ul imo as mis u as eu éc icas. Os compos os o gânicos podem se di ididos em pa a inas e não pa a inas, enquan o os compos os ino gânicos podem se di ididos em hid a os de sal e me ais. As mis u as eu éc icas são uma mis u a de dois ou mais componen es, que se undem e c is alizam o mando uma mis u a de c is ais compos os [55], como ilus a a Figu a 4.3. Figu a 4.3: Classi icação dos PCM [47] 4.3.1 PCM’s o gânicos Como já oi e e ido, os PCM o gânicos, podem se di ididos em pa a inas e não pa a inas (os ácidos go dos). As pa a inas são longas cadeias linea es cons i uídas po ca bono e hid ogénio. Es as ap esen am uma empe a u a de usão que a ia em unção do núme o de á omos de ca bono. Os ácidos go dos são PCM o gânicos com ca ac e ís icas semelhan es às pa a inas, com a an agem de ap esen a em mudanças de ase mais ní idas, ou seja, mudam de ase com maio acilidade e pe an e empe a u as in e io es. Con udo ap esen am um cus o supe io ao das pa a inas pa a além do ac o de se em ma e iais ligei amen e co osi os [56]. 2 A ene gia de en alpia é quan idade de ene gia que o PCM consegue abso e pa a libe a pos e io men e [84]. 36 And é Campos Capí ulo 4 – Ma e iais de Mudança de Fase Os PCM o gânicos ca a e izam-se essencialmen e po ap esen a em uma usão cong uen e, es abilidade é mica e química, pouco ou nenhum sub-a e ecimen o e no malmen e não são co osi os pa a o ma e ial que o en ol e. Es es compos os não são óxicos e ap esen am ele ado calo de usão. Ap esen am des an agens como a baixa en alpia de mudança de ase, baixa condu ibilidade é mica e in lamabilidade [51]. A Tabela 4.1 ap esen a alguns PCM’s o gânicos e as espe i as ca ac e ís icas é micas. Tabela 4.1: Ca ac e ís icas é micas de PCM's o gânicos [53] PCM Tempe a u a de mudança de ase (ºC) En alpia de mudança de ase (kJ/kg) Es ea a o de bu ilo 19 140 Pa a ina C16 - C18 20-22 152 Pa a ina C13 - C24 22-24 189 Dodecanol 26 200 Te adecanol 38 205 Pa a ina C18 (45 - 55%) 28 244 4.3.2 PCM’s ino gânicos Os PCM´s ino gânicos são cons i uídos po sais hid a ados e me álicos. Es es o am os ma e iais mais es udados no início da in es igação dos PCM´s. Es es PCM’s ca a e izam-se essencialmen e po ap esen a em uma maio en alpia de mudança de ase. Quando compa ados com os PCM’s o gânicos, os PCM’s ino gânicos ap esen am meno es abilidade química, são mais económicos, não são in lamá eis e ap esen am boa condu ibilidade é mica. Con udo, podem so e sub-a e ecimen o e decomposição, a e ando as suas p op iedades de mudança de ase. Alguns des es compos os podem se co osi os pa a a maio ia dos me ais [56] A Tabela 4.2 ap esen a alguns PCM’s ino gânicos e as espe i as ca ac e ís icas é micas. 37 And é Campos Capí ulo 4 – Ma e iais de Mudança de Fase Tabela 4.2: Ca ac e ís icas é micas de PCM's ino gânicos [53] PCM Tempe a u a de mudança de ase (ºC) En alpia de mudança de ase (kJ/kg) Ni a o de manganésio hexahid a ado 25,8 125,9 Ni a o de zinco hexahid a ado 36,4 147 Clo e o de cálcio hexahid a ado 29 190 Flu e o de po ássio e ahid a ado 18,5 231 Sul a o de sódio decahid a ado 32 251 Ni a o de lí io ihid a ado 30 296 4.3.3 PCM’s de mis u as eu éc icas As mis u as eu éc icas como oi e e ido são uma mis u a de dois ou mais componen es de na u eza o gânica, ino gânica ou ambas, alcançando-se assim um ma e ial de mudança de ase com ca ac e ís icas melho adas. A a és de uma adequada mis u a des es compos os é possí el ob e um PCM com um baixo pon o de usão. Des a o ma podem ap esen a empe a u as de ansição de es ado ísico mais adequadas às necessidades, do que as empe a u as de mudança de es ado ísico ob idas pelos compos os indi iduais da mis u a em ques ão [56]. As mis u as eu éc icas êm ainda como an agem a baixa densidade de a mazenamen o e o e ecem um calo la en e po unidade de massa ele ado. Quan o às des an agens des e ipo de PCM’s es ão elacionadas com o seu cus o ele ado, com a al a de dados sob e as suas p op iedades e a sua disponibilidade limi ada [51]. A Tabela 4.3 ap esen a alguns PCM’s de mis u as eu éc icas e as espe i as ca ac e ís icas é micas. Tabela 4.3: Ca ac e ís icas é micas de PCM's de mis u as eu éc icas [53] PCM Tempe a u a de mudança de ase (ºC) En alpia de mudança de ase (kJ/kg) Clo e o de cálcio/Clo e o de magnésio 25 127 Ni a o de cálcio/Ni a o de magnésio 30 136 Clo e o de cálcio/b ome o de cálcio 14 140 Ácido cáp ico-láu ico 21 143 Ace a o de sódio/U eia 30 200 38 And é Campos Capí ulo 4 – Ma e iais de Mudança de Fase 4.4 Modos de inco po ação dos PCM nos ma e iais Os PCM’s podem se u ilizados de di e en es manei as e como al, êm e ei os di e en es no desempenho da sua unção, de a mazenamen o de calo . Assim, es es podem se inco po ados a di e sos ma e iais a a és dos p ocessos de imp egnação, de ime são, e ainda po encapsulamen o [53]. O mé odo mais p omisso é o de encapsulamen o, mais conc e amen e o mic oencapsulamen o, como se á abo dado com po meno mais à en e [51]. 4.4.1 P ocesso de imp egnação Es e modo de aplicação consis e em adiciona o PCM em solução aquosa (es ado líquido) ou solução pul e izada (es ado sólido), di e amen e a uma mis u a de gesso, be ão ou a gamassa, po exemplo. Es e mé odo é simples, é o mais económico compa a i amen e aos es an es e dispensa o uso de qualque equipamen o que não é no mal na ab icação de be ão ou ou a mis u a con encional. Como des an agem ap esen a p oblemas em e mos de incompa ibilidade com ma e iais de uso comum na cons ução, um cla o en a e pa a se iá el como al e na i a [53]. 4.4.2 P ocesso de ime são Es e p ocesso consis e em me gulha o ma e ial num banho de PCM p e iamen e de e ido, pa a es e se abso ido po capila idade, e de seguida endu ece nos po os do ma e ial. Se a empe a u a ambien e o in e io à empe a u a de mudança de ase, o PCM em de se p e iamen e aquecido. O p ocedimen o de ime são concede ao ma e ial uma maio capacidade é mica, mas como incon enien es é um p ocesso conside a elmen e mo oso e du an e a ida ú il do ma e ial, ao qual se adicionou o PCM, pode á ocasiona -se si uações de azamen o, du an e os ciclos é micos do ma e ial abso ido, o que al e a a capacidade é mica do p odu o [53]. 4.4.3 P ocesso de encapsulamen o A inco po ação de PCM po encapsulamen o, como e e ido an e io men e, é a écnica que ap esen a maio sucesso na sua aplicação em casos eais. Is o po que, uma ez encapsulado e i a-se o con ac o di e o en e o PCM e o ma e ial, o que pode ia causa p oblemas de incompa ibilidades, p oblema es e que pode oco e nos dois mé odos an e io men e e e idos. 39 And é Campos Capí ulo 4 – Ma e iais de Mudança de Fase A cápsula que e es e o PCM é cons i uída po um ma e ial polimé ico, que az com que se e i em pe das de PCM nas mudanças de ase. Es a unciona como uma ba ei a que ga an e a p o eção e o isolamen o do PCM, man endo in ac as as p op iedades do ma e ial. Como se pode e i ica a segui exis em dois ipos de encapsulamen o: o mac oencapsulamen o e o mic oencapsulamen o. 4.4.3.1 Mac oencapsulamen o O mac ocapsulamen o concede di e sas melho ias ao PCM, pois pe mi e que o mesmo se man enha den o da cápsula nos es ados sólido e líquido. As mac ocápsulas podem ap esen a di e en es o ma os: es é icas, cilínd icas, pa alelepípedos, en e ou as, como mos a a Figu a 4.4. Figu a 4.4: Di e en es ipos de mac ocápsulas [56] [57] Es as cápsulas são de ácil aplicação e ácil manuseamen o, ganhando uma cla a an agem em elação aos mé odos e e idos an e io men e. Mas como des an agens ap esen am uma baixa condu ibilidade é mica o que le a a es es ende em a solidi ica -se nas pa edes no encapsulamen o o que impede a e icácia na ans e ência de calo , o ele ado cus o [53] e a di iculdade em adap a os sis emas de cons ução à p esença des e ipo de PCM [58]. 4.4.3.2 Mic oencapsulamen o As cápsulas u ilizadas no mic oencapsulamen o (Figu a 4.5) são de inidas como pequenas pa ículas es é icas, e possuem um diâme o no malmen e en e 1 e 1000 μm, mas p e e encialmen e en e 1 a 60 μm. A designação des e mé odo e do mac oencapsulamen o p o ém do amanho das cápsulas u ilizadas em cada p ocesso. No p imei o são u ilizadas cápsulas de maio dimensão, no segundo cápsulas de meno dimensão, espe i amen e [56]. 46 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al segunda ma ca e subme e-se no amen e a p o e a a 20 ciclos no agi ado . Po im, coloca-se a p o e a na e ical e deixa-se a epousa sem pe u bações ce ca de 18 ho as. Figu a 5.3: Aspe o inal dos solos nas p o e as no inal do ensaio expedi o da sedimen ação: a) Vá zea; b) Gamil; c) Midões; d) Sequeade Com os ensaios expedi os p e ende-se e qual a al u a de ma e ial g anula co esponden e às pa ículas que icam deposi adas no undo das p o e as (al u a sedimen a ) e a al u a do ma e ial que ica em suspensão (al u a locula ). Essas al u as são ap esen adas na Tabela 5.1. Tabela 5.1: Resul ados do ensaio expedi o da sedimen ação (medidas em cen íme os) Vá zea Gamil Midões Sequeade Al u a sedimen a 5,0 4,5 8,5 8,0 Al u a locula 12,0 10,9 5,2 6,7 Em análise à Com os ensaios expedi os p e ende-se e qual a al u a de ma e ial g anula co esponden e às pa ículas que icam deposi adas no undo das p o e as (al u a sedimen a ) e a al u a do ma e ial que ica em suspensão (al u a locula ). Essas al u as são ap esen adas na Tabela 5.1. Tabela 5.1 é possí el obse a que os solos que ap esen am meno al u a de ma e ial g anula são os solos de Vá zea e Gamil. Os solos de Midões e Sequeade ap esen am uma al u a de ma e ial g anula mui o supe io à dos ou os solos. 47 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al 5.2.2 Equi alen e de a eia O ensaio de equi alen e de a eia pe mi e es ima a pe cen agem de a eia exis en e na ação do solo com dimensões in e io es a 2 mm, endo po base as dis in as elocidades de deposição das pa ículas do solo dispe sas numa suspensão de solo e loculan e. Es e ensaio segue a especi icação do LNEC E 199 de 1967, à exceção da amos a de solo em que es a oi passada no penei o 4 mm. De seguida enche-se uma p o e a cilínd ica a é à ma ca in e io com loculan e, e in oduz-se o solo. A suspensão é agi ada com ecu so a um agi ado mecânico du an e 30 segundos e, pos e io men e, in oduzido loculan e po in e médio do ubo de la agem, inse ido a é à base do p o e e, de modo a p o oca a suspensão das pa ículas mais pequenas acima das pa ículas de a eia, a é que a suspensão a inja a ma ca supe io . Po im, após 20 minu os, medem-se os alo es da al u a li e o al e da al u a da camada supe io do loculado a é à base da p o e a cilínd ica [60]. Como se pode obse a pela Tabela 5.2 o solo que ap esen a maio pe cen agem de a eia é o de Midões, enquan o que o que ap esen a meno pe cen agem é o da Vá zea e os es an es solos ap esen am alo es in e médios. Também nos ensaios expedi os de sedimen ação é o solo de Midões que ap esen a maio al u a de ma e ial g anula , mas é o solo de Gamil que ap esen a a meno al u a desse ma e ial. Con udo, a al u a sedimen a do solo de Gamil es á mui o p óxima da al u a sedimen a do solo da Vá zea. Tabela 5.2: Resul ados do ensaio expedi o do equi alen e de a eia Vá zea Gamil Midões Sequeade Equi alen e de a eia (%) 20,6 29,9 37,4 33,0 5.2.3 Ensaio expedi o da bola Pa a a ealização do ensaio da bola, u iliza-se uma po ção de solo e água. O p ocedimen o consis e em mis u a bem o solo com a água a é se o ma uma bola com boa consis ência com auxílio das mãos. A Figu a 5.4 ilus a as bolas o madas pa a as qua o amos as de solo ecolhidas. 48 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.4: Bolas o madas com o ensaio: a) Vá zea; b) Gamil; c) Midões; d) Sequeade Es e ensaio depende um pouco do pon o de is a e da sensibilidade do ope ado , mas sendo o mais impo an e que o execu an e consiga o ma a bola com boa consis ência, signi icando isso que a quan idade de a gila p esen e no solo é acei á el e mui o p o a elmen e que o solo seja bom pa a a cons ução de blocos. Na Tabela 5.3 ap esen am-se os esul ados do p esen e ensaio. Tabela 5.3: Resul ados do ensaio expedi o da bola Localização Peso do solo seco (g) Peso do solo a o ma a bola (g) Teo de água (%) Vá zea 1350,6 1683,4 24,6 Gamil 1482,5 1723,0 16,2 Midões 1335,0 1697,1 27,1 Sequeade 1566,9 2022,3 29,1 Como se pode e na Tabela 5.3, os solos ecolhidos na Vá zea e em Gamil são aqueles que pe mi em ob e uma bola consis en e com o meno eo em água. Pa a além disso, es es solos ap esen am, no ensaio expedi o de sedimen ação, uma meno al u a de ma e ial g anula o que lhes pe mi e e uma maio consis ência na o mação da bola. À maio quan idade de ma e ial ino des es solos co esponde á uma pe cen agem de a gila cujo papel é de e minan e na cons ução dos blocos de e a. Tendo em con a es es dois pa âme os, são excluídos os solos de Midões e de Sequeade. Pa a op a en e o solo da Vá zea e de Gamil eco eu-se à análise isual da amos a. Isso pe mi iu iden i ica a exis ência de ma é ia o gânica no solo da Vá zea. Dado se de e i a a p esença de ma é ia o gânica na cons ução de blocos de e a, op ou-se po escolhe o solo de Gamil pa a a con inuação dos es udos que se ap esen am a segui . 5.3 Recolha do solo e de e minação da massa olúmica in si u Como de e minado an e io men e, o solo escolhido é o de Gamil. Es e solo é p o enien e de um e eno numa zona de esca ação pa a u u amen e se cons ui um pa ilhão. 49 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Como se pode isualiza na Figu a 5.5, o solo ap esen a mui o cascalho e ped egulhos. Pa a a sua ex ação p imei amen e emo eu-se uma camada supe icial, que podia con e ma é ia o gânica, e só depois é que se ex aiu o solo, ce ca de 0,60 m³. Figu a 5.5: Aspe o isual do solo escolhido Pa a a de e minação da massa olúmica c a ou-se um ubo cilínd ico de aço no solo a é à ace supe io do mesmo ica so e ada. De seguida limpou-se o solo ci cundan e do ubo e e i ou-se o mesmo asando ambas as aces, como mos a na Figu a 5.6. Figu a 5.6: P ocesso de ex ação do solo pa a a de e minação da massa olúmica O ubo de aço u ilizado em de al u a 393 mm, de diâme o in e no 82,9 mm e um peso de 2,42 kg. O peso do p o e e cilínd ico com um solo é de 6,32 kg, o que pe az um peso do solo de 3,90 kg. Cálculo da massa olúmica: 50 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑣𝑜𝑙ú𝑚𝑖𝑐𝑎= 3,90 𝜋×0,04145²×0,393=1838,54 𝑘𝑔/𝑚³ 5.4 Ensaios labo a o iais Pa a a cons ução dos BTC’s, inicialmen e é necessá io es uda o solo a u iliza , bem como odos os componen es en ol en es. Assim, es e capí ulo p e ende es uda a ca ac e ização do solo pa a a p odução dos BTC’s. Pa a p ocede à a aliação e ca ac e ização do solo, é necessá io eco e a ensaios labo a o iais ealizados no Labo a ó io de Es u u as da Uni e sidade do Minho (LEST). A execução dos ensaios pe mi e a ca a e ização geo écnica do solo. Nes e sen ido, ealiza am-se os seguin es ensaios: análise g anulomé ica com sedimen ação, limi es de consis ência, ensaio de compac ação p oc o , equi alen e de a eia, azul me ileno, a de e minação da densidade das pa ículas sólidas e a análise química (FRX), sendo es e úl imo ealizado no Labo a ó io de Engenha ia Mecânica. Ao longo des e subcapí ulo se ão desc i os os ensaios ealizados, bem como os esul ados ob idos e sua análise. Na p epa ação do solo pa a a ealização dos ensaios, p imei amen e penei ou-se o solo com o penei o 4 mm (à exceção da amos a do solo da análise g anulomé ica) ejei ando-se a ação e ida, e de seguida colocado em es u a du an e 24 ho as à empe a u a de 105 ºC de modo a elimina oda a humidade do solo. Pos o is o, p ocedeu-se à homogeneização e esqua elamen o do solo pa a que as amos as u ilizadas nos ensaios possuíssem uma dis ibuição das pa ículas uni o me. Po im embala am-se as amos as nas quan idades necessá ias pa a os ensaios. Figu a 5.7: Homogeneização, esqua ejamen o e embalamen o do solo 5.4.1 Análise g anulomé ica com sedimen ação Es e ensaio em como obje i o de e mina a quan idade de pa ículas pelo amanho, a pa i de uma de e minada amos a de solo, conhecendo assim a ex u a des e. Pa a a ealização des e 51 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al ensaio o am u ilizados uma sé ie de penei os com di e en es abe u as. A análise g anulomé ica oi ealizada con o me a especi icação do LNEC E196 de 1966. Numa p imei a ase do ensaio, começa-se po penei a a amos a a é se ob e o solo que ica e ido no penei o #10, conside ando es e como um conjun o de g ãos g ossos compos o po cascalho e a eia, dependendo do diâme o de cada pa ícula e egis a-se a massa da ação que ica em cada penei o. Numa segunda ase, o solo passado no penei o #10 oi de idamen e esqua elado a é se ob e uma ação de ap oximadamen e 100 g amas como indica a especi icação. Pos e io men e, adicionou-se 100 ml de solução an i loculan e à amos a e aquece- se a mesma, po o ma a exis i uma melho dispe são en e as pa ículas e coloca-se a solução num agi ado elé ico du an e um pe íodo de 15 minu os. Em seguida ans e e-se a suspensão pa a um penei o de #200, e la a-se o solo com água des ilada pa a uma p o e a. Nes e p ocesso, o solo e ido no penei o #200 é seco em es u a a 105 ºC pa a pos e io men e penei a nos penei os de dimensão in e io ao #10. As amos as de solo que passa am pelo #200 são analisadas po sedimen ação, de o ma a dis ingui as pe cen agens de inos exis en es e classi ica o solo. O ensaio de sedimen ação consis e na medição da elocidade de queda das pa ículas do solo em suspensão, uma ez que cada pa ícula de solo em a sua massa olúmica, o que de e mina a sua elocidade de queda. P imei amen e, com a p o e a de 1000 ml que con ém o solo la ado, obs uiu-se a sua abe u a com a mão e agi a-se igo osamen e. Pos o is o, coloca-se a p o e a na bancada e c onome a-se o empo. De seguida in oduz-se o densíme o na p o e a a é uma p o undidade ligei amen e supe io à posição de lu uação, de modo a não in luencia o esul ado e e e uam-se lei u as ao im de 1, 2, 5, 15, 30, 60, 250, 1440 e 2880 minu os (48 ho as) [61]. Na Figu a 5.8 ilus a os á ios momen os do ensaio. 52 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.8: P ocesso de ensaio g anulomé ico: a) penei ação do solo; b) aquecimen o da amos a; c) agi amen o da mis u a; d) ans e i a solução pa a penei o #200; e) la agem da mis u a; ) medição da suspensão Pela obse ação e análise da cu a da Figu a 5.9 pode-se conclui que o solo ap esen a uma g anulome ia con ínua com uma boa dis ibuição de g ãos, es ando p esen es os qua o ipos: seixo, a eia, sil e e a gila. 53 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.9: Cu a g anulomé ica do solo Na Tabela 5.4, que aduz a cu a g anulomé ica ep esen ada acima, pode-se obse a que maio i a iamen e o solo é compos o po a eia ace à ação ela i a à a gila. Tabela 5.4: Pe cen agens da cu a g anulomé ica F ação (mm) Pe cen agem (%) Seixo > 2,0 26,0 A eia 2 a 0,06 54,5 Sil e 0,06 a 0,002 15,5 A gila < 0,002 4,0 A no ma HB 195-2002 (S anda ds Aus ália) ecomenda pe cen agens mínimas de a gila de 5% e 10% pa a BTC´s es abilizados e não es abilizados, espe i amen e. O a, a pe cen agem de 4% ob ida nes e es udo es á ligei amen e abaixo do alo ecomendado pa a solos es abilizados e é bas an e in e io aos 10% ecomendados pa a solos não es abilizados o que signi ica que o eo de a gila do solo pode se insu icien e pa a desen ol e esis ência mecânica e esis ência adequadas à água [62]. Pos o is o, pa a além de analisa a cu a g anulomé ica ob ida oi ambém ealizada uma análise compa a i a com ou os usos g anulomé icos p opos os po ou os au o es. Des e modo, em p imei o luga é compa ada a cu a ob ida com o uso p opos o po Viana da Fonseca, que mos a uma cu a ípica de solos esiduais do No e de Po ugal, no qual ensaiou mais de duas cen enas de solos (Figu a 5.10). O ac o de a cu a do solo se enquad a em quase oda a en ol en e do uso, exce o na ação g ossa do solo, exp essa que es e pode se conside ado um solo ep esen a i o do no e de Po ugal [63]. 54 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.10: Fuso g anulomé ico ap esen ado po Viana da Fonseca [63] com a cu a do solo de Gamil O c i é io p opos o po Houben & Guillaud [64] e a no ma espanhola UNE 41410 [65] ap esen am os limi es in e io e supe io do uso g anulomé ico do solo que conside am adequado pa a a cons ução em BTC. Na Figu a 5.12 são ap esen ados esses limi es bem como a cu a g anulomé ica do solo de Gamil. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,001 0,01 0,1 110 100 % de passados Tamanho das pa iculas (mm) Viana da Fonseca Fuso Sup. Fuso In . Solo de Gamil 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,001 0,01 0,1 110 100 % de passados Tamanho das pa iculas (mm) Houben and Guillaud Fuso Sup. Fuso In . Solo de Gamil Figu a 5.11: Fuso g anulomé ico ap esen ado po Houben & Guillaud [64] com a cu a do solo de Gamil 55 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.12: Fuso g anulomé ico ap esen ado pela no ma espanhola UNE 41410 [65] com a cu a do solo de Gamil Pela análise dos usos g anulomé icos acima, pode conclui -se que em ambos os casos é ealçado o ac o de o solo ap esen a uma baixa pe cen agem de inos, pois a cu a g anulomé ica do solo na ação da a gila e do sil e si ua-se abaixo dos usos in e io es. Também se pode conclui que o solo em g anulome ia plausí el pa a a ação g ossa, que comp eende ap oximadamen e a ação acima dos 0,08 mm. 5.4.2 Limi es de consis ência Os limi es de consis ência, ambém conhecidos po limi es de A e be g, são eo es em água que co espondem a on ei as de es ados de compo amen o dis in os de um solo ino e pe mi em a alia o compo amen o de um solo, que passa no penei o de 0,420 mm (nº 40 ASTM), quando se encon a na p esença de água [66]. O ensaio do limi e de liquidez consis e em a alia o eo em água do solo que ep esen a a passagem do solo do compo amen o moldá el pa a o compo amen o luído. Es e ensaio oi e e uado segundo a no ma NP 143-1969 “De e minação dos limi es de consis ência”. Pa a o ensaio, inicialmen e é p epa ada uma amos a de solo com água des ilada, a é se o ma uma pas a homogénea e consis en e. Es a pas a, de seguida é colocada na concha de Casag ande, onde é abe o um sulco com um comp imen o de ce ca de 1 cm, az-se ba e a concha com uma dada cadência numa base ígida e egis a-se o núme o de pancadas necessá ias pa a que as duas me ades da amos a se unam. Em seguida e i a-se uma po ção de solo da zona do sulco e de e mina-se o seu eo em água. Repe indo o ensaio qua o ezes, az-se a média dos eo es em 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,001 0,01 0,1 110 100 % de passados Tamanho das pa iculas (mm) UNE 41410 Fuso Sup. Fuso In . Solo de Gamil 62 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Tabela 5.5: Composição química do solo Componen e químico Fó mula química Pe cen agem (%) Dióxido de silício ou sílica SiO2 58,0 Óxido de alumínio ou alumina Al2O3 25,7 Óxido de e o (III) Fe2O3 11,5 Óxido de po ássio K2O 3,13 Dióxido de i ânio TiO2 1,35 Pen óxido de ós o o P2O5 0,17 Óxido de cálcio CaO 0,12 Óxido de manganês MnO 0,04 A a és da análise do Tabela 5.5 podemos conclui que o solo é compos o maio i a iamen e po dióxido de silício, em ce ca de 58%. Possui ainda quan idades conside á eis de óxido de alumínio e óxido de e o, com pe cen agens de 25,7% e 11,5 %, espe i amen e. Todos os ou os componen es químicos do solo ep esen am apenas 4,8% do o al dos componen es. Como se pode obse a em imagens do solo ap esen adas an e io men e (po exemplo, e Figu a 5.13 e Figu a 5.15) o mesmo ap esen a uma colo ação a e melhada que lhe é con e ida pela pe cen agem signi ica i a de óxido de e o. 5.5 Ou os elemen os pa a a mis u a dos BTC Como se cons a a ao longo dos capí ulos an e io es, o solo é o p incipal ma e ial pa a o ab ico dos BTC. Pa a o dimensionamen o das mis u as assume um papel impo an e a sua massa olúmica. Tendo em a enção que o solo usado nas mis u as ap esen a uma densidade das pa ículas de 2,75, a sua massa olúmica se á de 2750 kg/m³. Pa a o ab ico dos BTC’s hou e necessidade da u ilização de um ligan e, designadamen e o cimen o Po land CEM I 42.5 R (anexo 1) com uma massa olúmica eal de 3150 kg/m³. Es e cimen o é de ele ado desempenho com g ande ea i idade e ápido desen ol imen o de esis ência mecânica. O obje i o do uso des e ligan e é pa a ob e maio es esis ências mecânicas e ambém colma a a al a de a gila no solo [72]. Um dos obje i os da p esen e disse ação é es uda o compo amen o dos BTC com a inco po ação de ma e iais de mudança de ase. Des e modo, o PCM u ilizado é da RUBITHERM do ipo RT 22 HC (anexo 2). Es e ma e ial em uma al a c is alinidade e uma capacidade de 63 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al a mazenamen o de 190 kJ/kg, que é maio em ce ca de 30 % em compa ação com os ma e iais de a mazenamen o con encionais. Es e PCM é o gânico e ap esen a uma massa olúmica de 700 kg/m³ no es ado líquido e 760 kg/m³ no es ado sólido com uma empe a u a de ansição en e os es ados solido/líquido de 22 ºC [73]. Po im, u ilizou-se água po á el, endo es a uma massa olúmica de 1000 kg/m³. 5.6 Dimensionamen o das mis u as Após a ealização dos ensaios da ca ac e ização do solo e pa a numa ase seguin e p ocede ao ab ico dos BTC, p imei amen e é necessá io e e ua o dimensionamen o das mis u as. Como e e ido an e io men e ealiza am-se 3 ipos de mis u as, uma com solo e água, ou a com solo, cimen o (em di e sas pe cen agens) e água, e po im ou a com solo, cimen o, PCM (em di e sas pe cen agens) e água. A mis u a de e e ência que co esponde à mis u a do solo e água oi dimensionada de aco do com o alo do eo em água ob ido no capí ulo 5.2.3 Ensaio expedi o da bola, pois des a o ma ga an e-se uma abalhabilidade adequada. Reco endo à de inição do eo em água e usando o eo em água ob ido no ensaio da bola (16,2%) ob ém-se a seguin e elação en e o peso da água, W, e o peso do solo seco, S: 𝑊=0.162×𝑆 (5.1) Sendo assim, a a és da exp essão (5.1), pa a cada peso de solo p e endido é possí el calcula di e amen e a quan idade de água necessá ia pa a a mis u a. A segunda mis u a é compos a po solo, cimen o e água, endo sido es abelecidas pa a o cimen o as pe cen agens de 5, 10 e 20 %. O cálculo do dimensionamen o da mis u a p ocedeu-se a a és dum sis ema de equações, em que a p imei a equação é a elação en e o solo e o cimen o nas pe cen agens acima e e idas, a segunda é a azão líquido/sólido, em que es a é igualada ao eo ó imo da bola, e po im a equação undamen al do dimensionamen o que elaciona os ma e iais com as suas massas olúmicas eais, em suma emos: 64 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al { 𝐶=0.05×𝑆 𝑊 𝑆+𝐶=0,162 𝑆 𝛾𝑆+𝐶 𝛾𝐶+𝑊 𝛾𝑊=1 (5.2) De no a que, na p imei a equação é o cálculo pa a a pe cen agem de cimen o de 5%, al ando ilus a o sis ema pa a as es an es pe cen agens. Os esul ados do sis ema de equações (5.2) encon am-se esumidos na Tabela 5.6. Tabela 5.6: Quan idades da mis u a: solo, cimen o e água (kg/m³) Quan idade de Ma e iais (kg/m3) % CEM 5 10 20 SOLO 1819 1743 1607 ÁGUA 309 311 312 CEM I 42,5 91 174 321 De e e i que pa a as ês mis u as onde oi inco po ado cimen o nas ês pe cen agens e e idas oi ealizado o ensaio da bola (Figu a 5.21) e como esul ado a bola ap esen ou uma boa consis ência e i meza, o que indica que o eo de água adicionado (16,2%) conduz a uma boa mis u a pa a o ab ico dos BTC. Figu a 5.21: Ensaio da bola da mis u a solo, cimen o e água: a) 5% cimen o; b) 10% cimen o; c) 20% cimen o Po im, a mis u a compos a po solo, cimen o, água e PCM, em que as pe cen agens de PCM impos as inicialmen e no plano da disse ação de 40, 80 e 120% ela i amen e ao cimen o, e ela am-se in iá eis, pois da am uma quan idade de água mui o baixa de ido ao PCM nos cálculos en a como liquido, o que em como consequência a não hid a ação do cimen o, e es e, deixa de unciona como ligan e. Pa a soluciona es e p oblema o am ado adas ou as 65 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al pe cen agens de PCM, 25, 50 e 75%. No que espei a a dosagem de cimen o, es a oi de aco do com o capí ulo 5.9.1 “Ensaio à comp essão p elimina ”, em que es ipula que a dosagem de 10% de cimen o é a ó ima (es a opção pela pe cen agem de 10% de cimen o é jus i icada nesse mesmo capi ulo). O dimensionamen o da mis u a é semelhan e à an e io com algumas al e ações: a dosagem de cimen o é ixada em 174 kg/m³ que co esponde a 10% de cimen o como se pode obse a na Tabela 5.6, ac escen a-se uma no a equação ao sis ema em que es ipula a elação en e o PCM e o cimen o (no sis ema (5.3) ilus a pa a 25% de PCM, al ando as es an es pe cen agens), a azão líquido/sólido inc emen a-se o PCM no nume ado , uma ez que o PCM na mis u a unciona como líquido apesa de quando a empe a u a baixa o seu pon o de usão es e compo a -se como um sólido, e na equação undamen al ac escen a-se a pa cela ela i a ao PCM, em esumo emos: { 𝐶=174 𝑃𝐶𝑀=0,25×𝐶 𝑊+𝑃𝐶𝑀 𝑆+𝐶 =0,162 𝑆 𝛾𝑆+𝐶 𝛾𝐶+𝑊 𝛾𝑊+𝑃𝐶𝑀 𝛾𝑃𝐶𝑀 =1 (5.3) O esul ado do sis ema de equações pa a odas as pe cen agens de PCM encon a-se sin e izado na Tabela 5.7. Tabela 5.7: Quan idades da mis u a: solo, cimen o, água e PCM (kg/m³) De no a que pa a es as ês mis u as ambém oi ealizado o ensaio da bola (Figu a 5.22) e como nas mis u as com solo, cimen o e água o esul ado oi semelhan e, a bola ap esen ou uma boa consis ência e i meza, o que aduz que o eo de líquido adicionado (16,2%) conduz a uma boa mis u a pa a o ab ico dos BTC. Quan idade de Ma e iais (Kg/m3) % PCM 25 50 75 SOLO 1707 1671 1636 ÁGUA 261 212 163 10 % CEM I 42,5 174 174 174 PCM 44 87 131 66 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.22: Ensaio da bola da mis u a solo, cimen o, PCM e água: a) 25% PCM; b) 50% PCM; c) 75% PCM 5.7 Fab ico dos BTC O p ocesso de ab ico dos BTC é di idido em 4 ases dis in as: a p epa ação e pesagem dos ma e iais necessá ios, a mis u a dos ma e iais, a p ensagem dos blocos e a sua espe i a cu a. Quan o à p imei a ase, a p epa ação do solo, es e oi passado no penei o 4 mm e seco em es u a du an e 24 ho as a 105 ºC. Na pesagem dos ma e iais, com auxílio das dosagens calculadas no capí ulo an e io de e mina am-se as quan idades de ma e iais necessá ios pa a cada bloco ou conjun o de blocos, dependendo de quan os blocos se iam execu a . Na ase seguin e, a mis u a dos ma e iais ealizou-se com auxílio de uma mis u ado a mecânica de eixo e ical. Pa a ealiza a mis u a de e e ência (solo e água), começou-se po coloca o solo na mis u ado a e de seguida adicionou-se água len amen e. Quan o à mis u a com solo, cimen o e água, p imei amen e adiciona-se o solo e de seguida o cimen o e mis u ou-se a é se alcança uma mis u a homogénea, e de seguida ac escen ou-se água len amen e. Du an e odo es e p ocesso de homogeneização oi necessá io pa a a mis u ado a e, com uma colhe de ped ei o, mis u a o ma e ial seco que não oi alcançado pelas pás da mis u ado a, de o ma a ob e uma mis u a o mais homogénea possí el, como se pode obse a na Figu a 5.23. Figu a 5.23: P ocesso de ab ico da mis u a: a) mis u a a mis u a seca; b) adiciona agua à mis u a; c) mis u a o ma e ial seco 67 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Quan o à p ensagem dos blocos, es a oi ealizada com o auxílio da p ensa manual da ma ca “App o-Tecnho” e modelo “Te s a am” com um molde de 220 x 105 x 135 mm, como mos a a Figu a 5.24. Figu a 5.24: P ensa manual “Te s a am" P imei amen e pesou-se a quan idade de solo necessá ia pa a cada bloco, de o ma a que cada um i esse a mesma quan idade de ma e ial pa a ga an i a uni o midade de odos os BTC ab icados. De seguida, p eencheu-se o molde da p ensa com a mis u a p oduzida, endo-se semp e o cuidado de p essiona os can os do mesmo, de modo a ga an i que não exis em espaços azios na ace in e io do molde. Após es a p imei a p essão, comple a-se o p eenchimen o do molde, inalizando-se o p ocesso com o ni elamen o da mis u a. Depois de comp imido o bloco na p ensa, es e oi cuidadosamen e e i ado da p ensa. Figu a 5.25: P ocesso de p ensagem do BTC: a) in odução da mis u a no molde; b) ni elamen o da mis u a; c) BTC p ensado den o do molde; d) BTC p ensado o a do molde 68 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Po im, no p ocesso de cu a, os BTC’s o am colocados sob e uma supe ície plana du an e 28 dias, com a pa icula idade de deixa espaço en e eles pa a que hou esse ci culação de a , como mos a a Figu a 5.26. Figu a 5.26: P ocesso de cu a dos BTC 5.8 Me odologia de inco po ação do PCM nos BTC Pa a ealiza a inco po ação do PCM nos BTC es uda am-se á ias al e na i as, sendo que odas elas e am em unção de aquece ou os ma e iais ou os equipamen os acima da empe a u a de usão do PCM. Po im, ado ou-se po aquece que os ma e iais (solo, cimen o, água e PCM), que os equipamen os (p ensa, bacia e as pás da mis u ado a) em es u a à empe a u a de 60ºC du an e 1 ho a, à exceção da p ensa em que oi colocado um aquecedo sob e es a du an e 1 ho a, como mos a a Figu a 5.27. Figu a 5.27: Aquecimen o da p ensa Com odos os componen es colocados a aquece , a empe a u a a iou en e eles no inal do empo p e endido. A média ob ida em cada um pode se consul ada na Tabela 5.8. 69 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Tabela 5.8: Tempe a u a dos componen es da mis u a Componen e Tempe a u a (ºC) Solo 55 Cimen o 53 Água 45 PCM 56 Balde e pás da mis u ado a 40 P ensa 42 Em suma, a me odologia comp eende os seguin es pon os: 1. Pesa-se os ma e iais e coloca-se a aquece odos os componen es como desc i o acima; 2. Ao im de 1 ho a, coloca-se o solo na mis u ado a e logo de seguida o cimen o e mexe-se a é à mis u a ica homogénea; 3. Com a mis u ado a em uncionamen o, adiciona-se o PCM len amen e e deixa-se mexe a é a mis u a ica no amen e uni o me; 4. Repe idamen e, com a mis u ado a em uncionamen o, adiciona-se a água len amen e e deixa-se mexe a é a mis u a ica homogénea; 5. Pesa-se a quan idade de solo p e endida pa a um bloco e coloca-se na p ensa e e e ua-se a p ensagem; 6. Po im, coloca-se o bloco numa supe ície e i icada du an e os 28 dias de cu a. De no a que, pa a ealiza a mis u a u ilizou-se uma mis u ado a mecânica de eixo e ical de pequenas dimensões ao in és da u ilizada nas an e io es, e ambém du an e o p ocesso da mis u a u ilizou-se um secado pa a man e a empe a u a de ce ca de 40ºC da mis u a, como se pode obse a na Figu a 5.28a), e ambém odo o p ocesso de ab ico dos BTC com a inco po ação de PCM. 70 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.28: P ocesso de ab ico da mis u a: a) mis u ado a e secado u ilizados; b) adiciona o solo e o cimen o; c) adiciona o PCM e a água à mis u a; d) e i icação da empe a u a da mis u a 5.9 Ensaios ealizados aos BTC Os ensaios abaixo desc i os o am ealizados após a cu a de 28 dias dos BTC e o am ealizados na Uni e sidade do Minho no Labo a ó io de Es u u as, no Labo a ó io de Ma e iais de Cons ução e no Labo a ó io de Vias de Comunicação. 5.9.1 Ensaio à comp essão p elimina O ensaio à comp essão, do pon o de is a da esis ência é a análise mais signi ica i a. Es e ensaio consis e na colocação do BTC en e dois p a os numa p ensa mecânica ligada a um sis ema hid áulico, e seguidamen e a aplicação de uma o ça cons an e a é à u u a do mesmo. A esis ência à comp essão dos BTC’s a ia de aco do com o ipo de solo e com o uso de ligan es ou adju an es. Quan o à esis ência à comp essão mínima não há um equisi o mínimo a alcança , mas di e sos au o es mencionam á ios alo es que os BTC’s de em cump i , como se pode obse a na Tabela 5.9. 71 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Tabela 5.9: Resis ência mínima à comp essão [74] [43] Au o Resis ência mínima à comp essão (MPa) NTC 5324 2,0 NBR 8491 1,7 UNE 41410 1,3 DIN 18945 2,5 CRATe e 2,0 Es e ensaio oi ealizado aos BTC’s es abilizados com cimen o, com o in ui o de seleciona qual a composição de cimen o (5, 10 ou 20%) ó ima pa a as condições desejadas, pois com o esul ado des e ensaio p ocede-se o ab ico dos BTC’s com inco po ação PCM mas com a composição de cimen o ó ima. A ealização do ensaio segue a no ma EN 772-1 de 2002 [75] mas com algumas exceções: a quan idade de p o e es a ensaia e a e i icação dos mesmos. Pa a a execução do ensaio u iliza am-se ês BTC de cada mis u a, que p imei amen e o am pesados e medidos. Seguidamen e, a e i icação dos p o e es oi e e uada com ca ão, que se colocou em ambas as aces (supe io e in e io ), pois ajuda a que o ca egamen o execu ado seja uni o me. De seguida, os BTC’s o am colocados e alinhados com o cen o do p a o da p ensa, como se pode obse a na Figu a 5.29. A ca ga ealizada du an e o ensaio e e um con olo de deslocamen o a uma elocidade de 0,5kN/s. Figu a 5.29: Ensaio à comp essão simples: a) p epa ação do BTC; b) ealização do ensaio; c) o u a do BTC O empo de cu a dos p o e es ensaiados oi de 14 dias e não de 28 dias, pois os esul ados ob idos na Tabela 5.10 são pa a uma compa ação en e as di e en es pe cen agens de cimen o e pa a obse a qual a o dem de g andeza a é à o u a. 78 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al enche-se o ecipien e com água a é que o ní el a inja 5 + 1mm acima da ace in e io do BTC. Po im, egis am-se as massas dos p o e es húmidos, espaçadas po di e en es empos, nomeadamen e 0 – 10 – 20 – 30 – 60 – 90 – 120 minu os e de ho a a ho a a é pe aze 8 ho as no p imei o dia, e nos es an es dias a á ias ho as do dia, a é que a massa abso ida se es abiliza. An e io men e à medição da massa, coloca-se o p o e e numa base não abso en e du an e 60±5 segundos e só depois p ocede-se à pesagem [78]. A Figu a 5.36 mos a o p ocedimen o de ensaio enunciado acima. Figu a 5.36: P ocedimen o de ensaio de abso ção de capila idade: a) e b) BTC's colocados à abso ção po capila idade; c) colocação dos BTC's numa supe ície não abso en e; d) pesagem dos BTC's Pa a a mis u a de e e ência não oi possí el conclui o ensaio, pois o bloco ao longo das pesagens em ez de ganha massa de ido à abso ção da água, es a a a pe de massa de ido à desag egação do bloco, como se pode obse a na Figu a 5.37. As es an es mis u as pe manece am in ac as sem quaisque al e ações nos BTC’s. a) b) c) d) 79 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al 0 5 10 15 20 25 020 40 60 80 100 Abso ção de água po capila idade (kg/m²) Tempo (√min) 10CEM 10CEM+25PCM 10CEM+50PCM 10CEM+75PCM Figu a 5.37: Ensaio à abso ção po capila idade da mis u a de e e ência: a) ao im de 60 minu os; b) ao im de 120 minu os Depois de e e uadas as medições de odas as mis u as, os esul ados expe imen ais ob idos da capila idade o am calculados pela exp essão (5.4), que es abelece a di isão en e o aumen o de massa num de e minado espaço de empo pela á ea do BTC. 𝐴𝑐𝑖 (𝑔/𝑚𝑚²)=𝑀𝑖−𝑀0 𝐴𝐵𝑇𝐶 (5.4) O compo amen o de abso ção de água po capila idade (Figu a 5.38) é ep esen ado po um g á ico com duas ases dis in as: a p imei a ase é e e en e ao mecanismo de anspo e em ma e iais po osos, na qual, a pene ação depende da axa de abso ção da supe ície em con ac o com a água. Es e oço é de inido a é que haja uma al e ação b usca do andamen o do g á ico, onde o decli e da e a angen e passa a se menos acen uado, e le indo o cessa da abso ção ápida e iniciando-se a abso ção len a na qual o mecanismo de anspo e de água oco e po di usão [79]. Figu a 5.38: Resul ados do compo amen o da abso ção de água po capila idade a) b) 80 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Como se pode cons a a o açado da Figu a 5.38, con i ma a oco ência de dois oços dis in os no p ocesso de abso ção, em que a al u a da ascensão capila oi mais ápida pa a a mis u a de 10% de cimen o e 75% de PCM, e o opos o pa a a mis u a de 10% de cimen o e 25% de PCM. A mis u a 10% cimen o ap esen a uma abso ção po capila idade linea na ase de abso ção ápida, e ambém a que ap esen a uma maio abso ção de água no global. As mis u as 10% de cimen o e 25% de PCM e 10% de cimen o e 50% de PCM ap esen am uma meno abso ção de água no global quando compa adas com as es an es mis u as. Median e a Figu a 5.38, ob ém-se o coe icien e de abso ção, sendo es e de e minado na ase de abso ção ápida de água capila a a és de uma eg essão linea , como se pode obse a na Figu a 5.39 e consul a os esul ados na Tabela 5.13 e na Figu a 5.40. Figu a 5.39: Reg essão linea da abso ção de água po capila idade Tabela 5.13: Resul ados do coe icien e de abso ção de água po capila idade Mis u a Coe icien e de abso ção de água po capila idade (kg/m²) REFERÊNCIA - 10CEM 0,4153 10CEM+25PCM 0,1686 10CEM+50PCM 0,2463 10CEM+75PCM 0,8279 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 5 10 15 20 25 Abso ção de água po capila idade (kg/m²) Tempo (√min) 10CEM 10CEM+25PCM 10CEM+50PCM 10CEM+75PCM 81 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.40: Coe icien e de abso ção de água po capila idade Em análise aos esul ados acima pode-se conclui que o PCM em pequenas quan idades é bené ico pa a a abso ção à capila idade quando compa ado com o bloco de 10% de cimen o, de endo-se ao ac o da diminuição do núme o de po os. Pa a pe cen agens de PCM ele adas e i ica-se o almen e o opos o pois o coe icien e de abso ção da mis u a 10% de cimen o e 75% é ce ca de 5 ezes supe io ao da mis u a 10% de cimen o e 25%. Po úl imo, azendo uma compa ação en e a esis ência à comp essão e o coe icien e de abso ção de água po capila idade das di e en es mis u as (Figu a 5.41), pode-se a i ma que es a segue uma elação ap oximadamen e linea , em que quan o maio a esis ência à comp essão meno o coe icien e de abso ção, ou seja quan o maio a esis ência à comp essão maio é a du abilidade dos BTC’s compos os po PCM. Figu a 5.41: Compa ação en e a esis ência à comp essão e o coe icien e de abso ção de água po capila idade y = -0,159x + 1,3724 R² = 0,9472 0 0,3 0,6 0,9 0 2 4 6 8 10 Coe icien e de abso ção de água po capila idade (kg/m²) Resis ência à comp essão (MPa) 10CEM+25PCM 10CEM+50PCM 10CEM+75PCM 0 0,3 0,6 0,9 REF 10CEM 10CEM+25PCM 10CEM+50PCM 10CEM+75PCM Coe icien e de abso ção de água po capila idade (kg/m²) 82 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al 5.9.4 Ensaio de abso ção de água po ime são Uma ou a o ma de abso ção de água nos BTC’s de i a da sua ime são. O ensaio em causa pe mi e a quan i icação do olume de azios acessí eis no BTC quando subme ido a es e ensaio. No p esen e ensaio es a am-se um BTC po cada mis u a ealizada, seguindo a especi icação do LNEC E-394, em que p imei amen e coloca-se os p o e es num ecipien e com água de modo a que es es iquem subme sos em 1/3 da sua al u a, du an e um pe íodo de uma ho a. De seguida epe e-se o p ocesso adicionando água ao ecipien e a é pe aze 2/3 e a o alidade da al u a dos p o e es, ambos em pe íodos de uma ho a. Pos o is o, agua da-se a é que os p o e es a injam massa cons an e, em que es a é conside ada quando a di e ença en e as massas ob idas en e duas pesagens consecu i as in e aladas de 24 ho as oi in e io a 0,1%, e de seguida egis am- se as massas do p o e e sa u ado - M1 e a hid os á ica – M2. Po im p ocede-se à secagem do BTC em es u a en ilada à empe a u a de 105±5ºC a é massa cons an e como e e ido acima e egis a-se a massa do p o e e seco – M3 [80]. A Figu a 5.42 mos a o p ocedimen o de ensaio e e ido acima. Figu a 5.42: P ocedimen o do ensaio de abso ção de água po ime são: a) ime são dos BTC’s; b) pesagem do p o e e sa u ado; c) pesagem hid os á ica De e e i que como no ensaio an e io , pa a mis u a de e e ência não oi possí el conclui o ensaio, is o que na ime são do BTC na água, es e começou a pe de massa de ido à desag egação do bloco, a é ao pon o do desmo onamen o ao im de duas ho as (Figu a 5.43). Pa a as es an es mis u as, os BTC’s man i e am-se in ac os sem ap esen a al e ações a ní el geomé ico e isual. 83 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.43: Ensaio à abso ção po ime são da mis u a de e e ência: a) ao im de 60 minu os; b) ao im de 120 minu os Após odas as a e as e e uadas p ocedeu-se ao a amen o dos alo es, em que oi possí el analisa os esul ados ob idos da abso ção de água po ime são dos BTC’s de e minados a pa i da equação (5.5) calculada em unção da massa do p o e e sa u ado em água (M1), massa hid os á ica (M2) e massa do p o e e seco (M3) 𝐴𝑖(%)=𝑀1−𝑀3 𝑀1−𝑀2×100 (5.5) Po im, a abso ção de água po ime são ob e e-se po pe cen agem de massa, al como indicado na Tabela 5.14. Tabela 5.14: Resul ados da abso ção de água po ime são Mis u a Abso ção de água po ime são (%) REFERÊNCIA - 10CEM 28,11 10CEM+25PCM 21,45 10CEM+50PCM 23,82 10CEM+75PCM 26,72 Após os alo es adqui idos na Tabela 5.14 p ocedeu-se a cons ução da a iação desses alo es ilus ados na Figu a 5.44. a) b) 84 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.44: Valo es da abso ção de água po ime são Em análise aos esul ados da abso ção de água po ime são pode-se conclui que o PCM é bené ico pa a concen ações baixas ela i amen e à mis u a de 10% de cimen o. Com o aumen o da quan idade de PCM nas mis u as é no á el um aumen o da abso ção de água po ime são nos p o e es. Es a causa pode-se de e a uma má ligação en e o solo, o ligan e e o PCM, o que esul a num aumen o de azios. Po úl imo, azendo uma compa ação en e a esis ência à comp essão e a abso ção de água po ime são das di e en es mis u as (Figu a 5.45), pode-se a i ma que quan o maio a esis ência à comp essão meno o coe icien e de abso ção, ou seja quan o maio a esis ência à comp essão maio é a du abilidade dos BTC’s compos os po PCM. Figu a 5.45: Compa ação en e a esis ência à comp essão e a abso ção de água po ime são 5.9.5 Ensaio da e osão à chu a O ensaio da e osão à chu a em como obje i o a alia o compo amen o dos BTC’s em elação à deg adação o iginada pela queda de água sob e as aces do mesmo, de e minando assim o desgas e po e osão. y = -1,1873x + 31,149 R² = 0,9842 17 19 21 23 25 27 29 0 2 4 6 8 10 Abso ção de água po ime são (%) Resis ência à comp essão (MPa) 10CEM+25PCM 10CEM+50PCM 10CEM+75PCM 0 5 10 15 20 25 30 REF 10CEM 10CEM+25PCM 10CEM+50PCM 10CEM+75PCM Abso ção de água po ime são (%) 85 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Pa a a execução do ensaio es a am-se dois BTC’s po cada mis u a ealizada, seguindo a me odologia p opos a po Rezende, em que a alia a e osão plu ial oco ida em al ena ias ex e io es du an e 50 anos de exposição, conside ando os pa âme os clima ológicos mais ag essi os de Po ugal ( egião de Penhas Dou adas). A ealização do ensaio consis e em p imei amen e coloca os p o e es em es u a à empe a u a de 105±5ºC a é a ingi em a massa cons an e. De seguida pesa-se o BTC e coloca-se sob a ede me álica do simulado de chu a (anexo 4), e p ocessa-se à simulação da queda da chu a expondo os blocos du an e 120 minu os a um ja o de água cónico com um caudal de 14,26 l/min a uma p essão de saída de 45 kPa [81]. O p ocedimen o do p esen e ensaio é ilus ado na Figu a 5.46. Figu a 5.46: P ocedimen o de ensaio da e osão à chu a: a) BTC p on a a se ensaiado; b) BTC a se ensaiado Após o ensaio coloca-se o BTC numa supe ície não abso en e du an e 30 minu os, pa a de seguida egis a a massa húmida. Po im, coloca-se no amen e o BTC na es u a à empe a u a de 105±5ºC a é a ingi a massa cons an e e egis a-se a sua massa seca. Es e p ocesso é epe ido ês ezes pa a cada BTC ensaiado de modo a c ia ês ciclos de ensaio. Como oco ido nos ensaios an e io es, pa a a mis u a de e e ência não oi possí el conclui o ensaio, is o que o BTC em con ac o com a água eje ada pelo ja o começa a desag ega -se ao im de poucos minu os como se pode obse a na Figu a 5.47. a) b) 86 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.47: Ensaio à e osão da chu a da mis u a de e e ência ao im de: a) 5 minu os; b) 10 minu os; c) 15 minu os; d) 20 minu os Obse ando a Figu a 5.48 pode-se analisa o aspe o isual no inal dos ês ciclos pa a as es an es qua o mis u as, e pode-se conclui que pa a a mis u a de 10% de cimen o e pa a a de 10% de cimen o com 25% de PCM o desgas e de ido à e osão isualmen e é mui o baixo ou nulo, enquan o que pa a as mis u as com inco po ação de 50 e 75% de PCM o desgas e já é mais isí el sob e udo na úl ima mis u a. Pa a a de e minação do desgas e de e osão e da abso ção pela chu a eco e-se às massas p e iamen e egis adas, em que a di e ença en e as massas secas é conside ada como desgas e à e osão e a di e ença en e a massa seca e a massa húmida como abso ção pela chu a, como se pode obse a nas equações (5.6) e (5.7) espe i amen e. 𝐷𝑒 (%)=(𝑚𝑠𝑖 −𝑚𝑠𝑓)×𝑚𝑠𝑖 −1×100 (5.6) 𝐴𝑏𝑐ℎ (%)=(𝑚𝑢−𝑚𝑠𝑓)×𝑚𝑢 −1×100 (5.7) Po im, o desgas e po e osão da chu a e a abso ção média po chu as ob i e am os esul ados pe cen uais da . a) c) b) d) 87 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al Figu a 5.48: Desgas e de ido à e osão à chu a ao im dos ês ciclos das di e en es mis u as: a) 10% cimen o; b) 10% cimen o+25%PCM: c) 10% cimen o+50%PCM; d) 10% cimen o+75%PCM a) b) c) d) 94 And é Campos Capí ulo 5 – Campanha expe imen al pode-se e i ica no módulo de elas icidade, em que a mis u a 10%CEM + 25%PCM ob ém 1012 MPa, enquan o que na mis u a 10%CEM adqui e 998 MPa e a mis u a 10%CEM + 50%PCM alcança 589 MPa. Nos ensaios de du abilidade o mesmo se e i ica, a mis u a 10%CEM + 25%PCM conduz aos melho es esul ados em quase odos os campos. No ensaio de abso ção po capila idade a mis u a e e ida em o meno coe icien e de abso ção (0,1689 kg/m²), seguida a mis u a 10%CEM + 50%PCM com 0,2463 kg/m². No ensaio de abso ção po ime são o mesmo se e i ica, pois a mis u a 10%CEM + 25%PCM ob ém uma abso ção de 21,45% e a mis u a 10%CEM + 50%PCM 23.82%. No ensaio de e osão po chu a o mesmo não se e i ica, pois o desgas e po e osão é meno pa a a mis u a 10%CEM com 0,044% enquan o que a mis u a 10%CEM + 25%PCM em um desgas e de 0,11%. Es e desgas e aumen a sucessi amen e com o aumen o g adual da quan idade de PCM. A mis u a de e e ência ob e e os pio es esul ados nos ensaios: na comp essão ob e e 1,1 MPa, o que é in e io à comp essão mínima ap esen ada na Tabela 5.9 e aos ijolos con encionais. Nos ensaios de abso ção de água po capila idade, abso ção de água po ime são e e osão da chu a o BTC desmo onou-se após alguns minu os em con ac o com a água, logo pode-se conclui que a mis u a de e e ência é in iá el pa a a cons ução. A mis u a 10%CEM + 75%PCM ap esen a esul ados in e io es em odos os ensaios quando compa adas com as es an es mis u as que con êm PCM. Po im, pode-se e i ica que a esis ência a comp essão es á di e amen e elacionada com a du abilidade dos BTC’s, pois quan o meno o desgas e à e osão, quan o meno a abso ção de água po ime são e quan o meno a abso ção po capila idade, maio é a esis ência à comp essão. 95 And é Campos Capí ulo 6 – Conclusão 6 Conclusão 6.1 Conclusões ge ais Pelos di e sos ensaios labo a o iais pode-se e i ica que o solo é compos o maio i a iamen e po a eia e uma pequena pa e de a gila, o que ai de encon o aos esul ados dos ensaios à mis u a de e e ência em que os alo es da esis ência à comp essão o am in e io es ao mínimo ecomendado e nos ensaios de du abilidade não o am concluídos pois o BTC desmo onou-se em con ac o com a água. Es e ac o de e-se ao solo con e pouca a gila na sua cons i uição, pois es a unciona como ligan e. A u ilização do dimensionamen o de mis u as demons a que é bas an e an ajoso e bené ico no sen ido écnico pa a o ab ico dos BTC, conseguindo um mé odo de cálculo pa a ob e as quan idades necessá ias pa a a p odução das composições das mis u as dos BTC. A me odologia ado ada pa a a inco po ação do PCM nos BTC é bené ica, pois ao adiciona o PCM e du an e a ealização da mis u a, es e não muda de ase pa a o seu es ado sólido. Nes e abalho e i icou-se que à medida que se aumen a a inco po ação de PCM nos BTC’s a esis ência mecânica ai diminuindo, à exceção pa a pequenas quan idades de PCM que é bené ico pa a a mis u a. A is o, de e-se ao ac o do PCM não pe mi i a hid a ação do cimen o pa a g andes quan idades de PCM e di icul a a cu a dos BTC’s nos 28 dias, ou seja, a inco po ação em excesso de PCM na mis u a di icul a o con ac o do cimen o com a água, e a dando as eações de endu ecimen o do cimen o, como é comp o ado no ensaio à comp essão após o ensaio da e osão da chu a em que os blocos o am colocados na es u a a 105ºC e a esis ência à comp essão inal oi supe io à esis ência à comp essão inicial, de ido ao ac o de acele a as eações de endu ecimen o do cimen o na es u a. Po im, pode-se conclui que no global dos ensaios a mis u a que ap esen a bons esul ados que ao ní el mecânico, que ao ní el da du abilidade ace à sus en abilidade é a mis u a 10%CEM + 50%PCM, pois a esis ência à comp essão (6,5 MPa) é supe io à mínima ecomendada e ambém aos ijolos con encionais, e quan o os ensaios de du abilidade ap esen a esul ados in e médios ace às es an es mis u as. 96 And é Campos Capí ulo 6 – Conclusão 6.2 In es igação u u a a desen ol e A ealização da p esen e disse ação con ibuiu pa a um aumen o da po encialidade e desempenho dos BTC’s, como soluções cons u i as mais sus en á eis e ambien almen e mais limpas. Con udo, o p esen e es udo é apenas uma pequena abo dagem que de e se complemen ada com ou os abalhos de in es igação que isem um conhecimen o mais ap o undado do compo amen o des e ma e ial de cons ução. Como al, pa a uma maio solidez na u ilização de BTC’s, como solução cons u i a, são suge idos alguns emas de desen ol imen o u u o:  Com ecu so a ensaios de mic oscópico ele ónico de a imen o (MEV), e i ica a exis ência ou não de azios à medida que se ai aumen ando a pe cen agem de PCM na mis u a;  A alia as p op iedades mecânicas dos BTC’s com inco po ação de PCM quando subme idos a di e sas empe a u as du an e a ase da cu a e da ealização do ensaio;  Em labo a ó io execu a pa edes em BTC de modo a pe mi i aze a di isão en e dois compa imen os pa a analisa o compo amen o é mico en e ambas as aces quando expos as à es ação do io (In e no) e do calo (Ve ão). 97 And é Campos Capí ulo 7 – Re e ências bibliog á icas 7 Re e ências bibliog á icas [1] R. Rael, “Ea h a chi ec u e,” S uc . A chi ., pp. 962–970, 2013. [2] M. Blonde , G. Villa Ga cia, S. B ze , and Á. Rubiños, “Ea hquake-Resis an Cons uc ion o Adobe Buildings: A Tu o ial,” EERI/IAEE Wo ld Hous. Encycl., ol. 56, no. 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