André Ricardo Alves Guedes Pinto

Fibras de curauá e sisal como reforço em matrizes de solo

Dissertação de Mestrado

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito parcial para obtenção do título de mestre em Engenharia Civil.

Orientador: Khosrow Ghavami

Rio de Janeiro Janeiro de 2008

André Ricardo Alves Guedes Pinto

Fibras de curauá e sisal como reforço em matrizes de solo

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito parcial para obtenção do título de mestre em Engenharia Civil.

Prof. Khosrow Ghavami Presidente/Orientador

Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio

Prof. Celso Romanel Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio

Prof. Alberto S.F.J. Sayão Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio

Prof. José Eugênio Leal Coordenador Setorial

do Centro Técnico Científico – PUC-Rio

Rio de Janeiro, 31 de janeiro de 2008

Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.

André Ricardo Alves Guedes Pinto

Graduou-se em Engenharia Civil pela UFPB (Universidade Federal da Paraíba) em 2004. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Mecânica das Estruturas, atuando principalmente nos seguintes temas: habitação social e materiais não convencionais.

Ficha Catalográfica

CDD: 624

Pinto, André Ricardo Alves Guedes

Fibras de curauá e sisal como reforço em matrizes de solo / André Ricardo Alves Guedes Pinto; orientador: Khosrow Ghavami. – Rio de Janeiro: PUC. Departamento de Engenharia Civil, 2007.

v., 103f.: il. ; 30 cm

Dissertação (mestrado) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil.

Inclui referências bibliográficas.

1. Engenharia Civil – Dissertação. 2. Matriz de solo. 3. Fibras Vegetais. 4. Curauá. 5. Sisal. 6. Solo-cimento-fibras. 7. Compactação quase estática. I. Ghavami, Khosrow. II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. III. Título.

Para meus pais e minha esposa Elaine, pela compreensão, apoio e paciência.

Agradecimentos

Nesta minha jornada de desenvolvimento profissional e pessoal, foram

muitas as pessoas que, de uma forma ou de outra, contribuíram para este processo.

Seria um despropósito a enumeração de todos os nomes, a lista seria

demasiadamente extensa, preenchendo inúmeras páginas. Assim, uma concisa

menção será oferecida a uns poucos.

Em primeiro, aos meus pais por serem meus espelhos e meus guias em toda

a história de minha vida, exemplo de força, dignidade e respeito. Um

agradecimento especial à minha esposa Elaine por ter me dividido, de forma única

e particular, com a Pós-graduação.

Em segundo, a Conceição Freire, pelo acolhimento de um estranho (eu) em

sua casa, em minha chegada à cidade do Rio de Janeiro.

Ao Departamento de Engenharia Civil, seus professores e funcionários, pela

oportunidade e carinho que despenderam para a realização deste trabalho.

Ao professor Normando Perazzo Barbosa, por ter me mostrado e ensinado

os caminhos para uma Engenharia Sustentável. Ao professor Khosrow Ghavami,

pela paciência, confiança, e em especial pela orientação, que só engrandeceram e

ornaram o caminho ao conhecimento científico.

Agradeço aos funcionários do LEM (Laboratório de Estruturas e Materiais)

pelo suporte técnico, essencial em trabalhos experimentais. José Nilson, Euclides

e equipe, pela colaboração e convívio prazeroso.

Por fim, e não menos importante, agradeço à CAPES, pelo apoio financeiro

(vital e necessário).

Resumo

Pinto, André Ricardo Alves Guedes; Ghavami, Khosrow. Fibras de curauá e sisal como reforço em matrizes de solo. Rio de Janeiro, 2008, 105 p. Dissertação de Mestrado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

A insustentabilidade da construção civil tem motivado a busca, nas últimas

três décadas, de materiais e tecnologias que envolvam menores quantidades de

energia, gerem menos resíduos e poluentes. O Grupo de Pesquisa de Materiais e

Tecnologias Não-Convencionais da PUC-Rio tem dedicado esforços neste

sentido, gerando e divulgando conhecimento sobre materiais ecológicos que

sejam, acessíveis à população de baixa renda e menos dependentes de tecnologias

e indústrias multinacionais. Dentre estas tecnologias alternativas, citam-se as

construções com terra, por apresentarem baixo consumo energético e emissão de

poluentes, além da matéria prima (solo) estar disponível abundantemente para

uso. Assim, é uma solução eficaz para o combate aos problemas ambientais e as

desigualdades sociais. Porém, para que as construções sejam resistentes e

duráveis, métodos de estabilização são utilizados com freqüência. Esta dissertação

avaliou a influência da adição de fibras vegetais (curauá e sisal) em matrizes de

solo, as fibras possuem comprimento de 25 e 35 mm, adicionados em 0,5% e 1%,

em peso de solo seco, juntamente com adições de 4 e 6% de cimento. Sob

carregamento estático, são moldados e extraídos espécimes cilíndricos (50x100

mm), assim, ensaios comuns a argamassas são utilizados para avaliar a resistência

das misturas. Os resultados indicam a potencialidade do processo de compactação

desenvolvido. A estabilização química acresceu na rigidez e resistência final dos

compósitos. A estabilização mecânica conduziu a espécimes de menor porosidade

e juntamente com a estabilização física proporcionou o enrijecimento das

misturas. Observa-se que as fibras melhoraram a capacidade de absorção de

energia pós-fissuração, impedindo a ruptura frágil das matrizes.

Palavras-chave Matriz de solo; fibras vegetais; curauá; sisal; solo-cimento-fibras;

compactação quase estática.

Abstract

Pinto, André Ricardo Alves Guedes; Ghavami, Khosrow. Curauá and sisal fibers as reinforcement in soil matrix. Rio de Janeiro, 2008, 105 p. Dissertação de Mestrado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

The development of low cost and energy, saving construction materials such

as Bamboo, vegetable fibers soil and different types of residues has been the

subject of extensive research since 1979 at PUC-Rio. These materials are now

called the Non-Conventional Materials and Technologies (NOCMAT) are

investigated in order to substitute the industrialized materials which have

contributed significantly to the climate change of our globe. It is now well

established that the most commonly used construction material Portland cement is

one of the most polluting one and its use needs to be reduced or to be substituted.

In addition with the expansion of the centralized industrialized materials the gap

between poor and rich is becoming wider and wider. Stabilized earth construction

has been studied by NOCMAT group. This thesis presents the recent results of an

investigation into the behavior of stabilized soil using vegetable fibers and/or

cement. The considered variables in this research program are: the influence of

two types of vegetable fiber, Curauá and Sisal, as reinforcement in two types of

soil matrix, Clayey and Sandy soils. The considered fibers were of 25 and 35 mm

length, with weight fractions of 0,5% and 1%, in relation to soil dry weight. The

studied chemical stabilizers were 4% and 6% of cement in relation to dry soil

weight. Cylindrical specimens of the size 50x100 mm were used to establish the

compression behavior and the tensile strength through diagonal compression tests.

The results indicate that the process of soil compacting is an effective method and

the chemical stabilization increased the rigidity and the strength of the

composites. It was found that the vegetable fibers have improved the post-

cracking behavior of the developed composites.

Keywords Soil matrix; vegetable fibers; curauá; sisal; soil-cement-fibers; quasi static

compaction.

Sumário

1. Introdução 16

2. Revisão Bibliográfica 19 2.1. Desenvolvimento Sustentável versus Construção Civil 19 2.2. Construção Sustentável 25 2.2.1. Alvenaria de Adobe 29 2.2.2. Taipa de Pilão 31 2.2.3. Taipa de Mão 33 2.2.4. Blocos de Terra Comprimida 34 2.3. Estabilização do Solo 35 2.3.1. Estabilização Mecânica 35 2.3.2. Estabilização Física 37 2.3.2.1. Agave sisalana – Sisal 43 2.3.2.2. Ananás erectifolius – Curauá 45 2.3.3. Estabilização Química 46

3. Metodologia Experimental 48 3.1. Materiais utilizados 48 3.2. Características físicas, químicas e mineralógicas dos solos 49 3.3. Características físicas das fibras vegetais 50 3.3.1. Geometria das fibras 50 3.3.2. Teor de umidade 50 3.3.3. Peso específico 50 3.3.4. Absorção d’água 51 3.4. Preparação e ensaio dos corpos de prova 53 3.4.1. Nomenclatura dos corpos de prova 57

4. Resultados e discussão 59 4.1. Características físicas, químicas e mineralógicas dos solos 59 4.1.1. Análise física do solo 59 4.1.1.1. Sistema Unificado de Classificação de Solos (USCS) 60 4.1.2. Análise química do solo argiloso (solo1) 61 4.1.3. Análise mineralógica do solo 62 4.2. Características físicas das fibras vegetais 63 4.2.1. Geometria e Peso específico 63 4.2.2. Índice de absorção d’água das fibras vegetais 65 4.3. Preparação e ensaio dos compósitos 68 4.3.1. Umidade ótima e Massa específica aparente seca máxima 68 4.3.2. Influência da porcentagem de aglomerante 70

4.3.3. Influência das fibras vegetais durante a compactação 73 4.3.4. Influência do comprimento e fração volumétrica das fibras 74 4.3.5. Comportamento dos compósitos reforçados 76 4.3.6. Ensaio de absorção d’água 84

5. Conclusões e Sugestões 86 5.1. Conclusões 86 5.2. Sugestões para trabalhos futuros 89

6. Referências Bibliográficas 90

Apêndice A 99 Apêndice B 101

Lista de figuras

Figura 1. Emissão de CO2 pelo uso de combustíveis (CDIAC, 2007).

21

Figura 2. Distribuição dos componentes do Déficit Habitacional Brasileiro (FUNDAÇÃO JOÃO PINHEIRO, 2006).

24

Figura 3. Ruas e casas da cidade de Bam – Irã, Ásia (GHAVAMI, 2007).

25

Figura 4. Construções da cidade de Navrongo – Gana, África (CRATERRE, 2004).

26

Figura 5. Construções em Chan chan – Perú, América do Sul (CRATERRE, 2004).

26

Figura 6. Construções em Isle d’Abeau – França, Europa (INTI, 2007).

27

Figura 7. Construções na Califórnia – EUA, América do Norte (CALEARTH, 2007).

27

Figura 8. Arquitetura da terra no Brasil e seus modos de produção.

28

Figura 9. Cena representando escravos produzindo tijolos de Adobe (DOAT et al, 1979).

29

Figura 10. Fôrmas, fabricação e construção em Adobe (BARBOSA e GHAVAMI, 2007).

31

Figura 11. Fôrma e processo de compactação (DOAT et al, 1979).

32

Figura 12. Construção em Taipa de Pilão – França (INTI, 2007).

32

Figura 13. Construção em Taipa de Mão – Brasil (MINKE, 2005; BARBOSA e GHAVAMI, 2007).

33

Figura 14. Máquina manual para a produção de blocos de terra comprimida e etapas de construção. a) CINVA-Ram, b) colocação da argamassa, c) assentamento do bloco, d) nivelamento e prumo. (KEEFE, 2005; BARBOSA e GHAVAMI, 2007).

34

Figura 15. Estrutura de uma microfibra vegetal. 40 Figura 16. Interação fibra/matriz de solo (Ghavami et al, 1999). 41 Figura 17. Mecanismo de propagação da fissura (CHAWLA,

1987 apud SALES, 2006). 43

Figura 18. Microscopia eletrônica de varredura da morfologia interna da fibra de sisal (ANDRADE et al, 2007).

44

Figura 19. Planta e fibra da Ananás erectifolius – curauá (MONTEIRO et al, 2006).

46

Figura 20. Microscopia eletrônica de varredura de fibras de curauá (PICANÇO, 2005).

46

Figura 21. Determinação do peso específico das fibras vegetais.

51

Figura 22. Procedimento experimental desenvolvido. a) fibras coladas nas placas de alumínio; b) varal posicionado sob uma superfície com água.

52

Figura 23. Moldes utilizados para confecção dos compósitos. a) detalhe das adaptações necessárias; b) molde+guia.

54

Figura 24. Máquina universal de ensaios utilizada para a compactação.

54

Figura 25. Máquina e instrumentação utilizada nos ensaios. a) ensaio de compressão simples; b) ensaio de compressão diametral.

56

Figura 26. Fixação dos extensômetros elétricos (ensaio de compressão simples).

57

Figura 27. Fixação dos extensômetros elétricos (ensaio de compressão diametral).

57

Figura 28. Distribuição granulométrica dos solos estudados. 59 Figura 29. Difratograma do solo (S). Q- Quartzo (SiO2) –

32,8%; K- Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) – 67,2%. 62

Figura 30. Difratograma do solo (SC). Q- Quartzo (SiO2) – 54,0%; K- Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) – 46,0%.

62

Figura 31. Estrutura atômica da argila caolinita (CALLISTER, 2006, p.37).

63

Figura 32. Variabilidade dos dados físicos e mecânicos (fibras de curauá e sisal).

65

Figura 33. Comparação entre ensaios de absorção d’água (fibras de curauá).

66

Figura 34. Ensaios de absorção d’água (sisal e curauá). 66 Figura 35. Ensaios de absorção d’água (sisal e curauá). 67 Figura 36. Curvas de compactação do solo argiloso (C). 68 Figura 37. Curvas de compactação do solo arenoso (S). 69 Figura 38. Comportamento do solo sob estabilização química

e mecânica. 71

Figura 39. Resistência média à compressão simples dos compósitos imersos em água.

73

Figura 40. Mecanismo de ruptura das fibras sob compactação (Consoli et al, 2005).

74

Figura 41. Pressão de compactação necessária para a produção dos corpos de prova.

74

Figura 42. Resistência média à compressão simples por fração volumétrica de fibras.

75

Figura 43. Resistência média à compressão diametral por fração volumétrica de fibras.

75

Figura 44. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso, fibras de curauá e sisal com comprimento de 25 mm e fração volum. de 1%.

77

Figura 45. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso, fibras de sisal com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%, aos 35 dias.

77

Figura 46. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, fibras de curauá com comprimento de 25 mm e fração vol. de 1%.

78

Figura 47. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, com fibras de sisal com comprimento de 25 e 35 mm e fração vol. de 1%.

79

Figura 48. Tensão-deformação dos compósitos com solo arenoso, fibras de curauá com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%.

80

Figura 49. Tensão-deformação dos compósitos com solo arenoso, fibras de sisal e curauá com comprimento de 25 mm e fração volum. de 1%.

80

Figura 50. Estimativas do Déficit Habitacional – Estado do Rio de Janeiro (Ministério das Cidades, 2000).

99

Figura 51. Estimativas do Déficit Habitacional – Região Metropolitana do Estado (Ministério das Cidades, 2000).

99

Figura 52. Faixas de Renda Mensal Familiar (Salários mínimos) – Estado do Rio de Janeiro (Ministério das Cidades, 2000).

100

Figura 53. Faixas de Renda Mensal Familiar (Salários mínimos) – Região Metropolitana do Estado (Ministério das Cidades, 2000).

100

Lista de tabelas

Tabela 1. Total de emissão de CO2, em 103/t. de carbono (CDIAC, 2007).

21

Tabela 2. Consumo energético e emissão de CO2, ano base 2007 (MME, 2007a).

22

Tabela 3. Consumo final de energia, ano base 2007 (MME, 2007a).

22

Tabela 4. Composição química das fibras vegetais, em % (ARSÉNE et al, 2003).

41

Tabela 5. Composição química das fibras de sisal, em %. 44 Tabela 6. Composição química das fibras de curauá, em %. 45 Tabela 7. Características físicas dos solos estudados, em %. 59 Tabela 8. Esquema para classificação pelo Sistema Unificado. 60 Tabela 9. Análise química (pH, complexo sortivo) do solo

argiloso. 61

Tabela 10. Análise química (ataque sulfúrico) do solo argiloso. 61 Tabela 11. Características físicas das fibras vegetais estudadas. 64 Tabela 12. Características físicas e mecânicas das fibras de

curauá e sisal. 64

Tabela 13. Quantidade de água absorvida do total seco e saturado, em %.

67

Tabela 14. Massa especifica aparente seca dos compósitos. 70 Tabela 15. Resistência média à compressão simples, em MPa. 72 Tabela 16. Resistência média à compressão diametral, em MPa. 72 Tabela 17. Módulo de elasticidade à compressão simples, em

GPa. 81

Tabela 18. Resistência média à compressão simples (MPa), compósitos argilosos.

82

Tabela 19. Resistência média à compressão diametral (MPa), compósitos argilosos.

82

Tabela 20. Resistência média à compressão simples (MPa), compósitos arenosos.

83

Tabela 21. Resistência média à compressão diametral (MPa), compósitos arenosos.

83

Tabela 22. Taxa de absorção d’água dos compósitos estudados, em %.

84

Lista de símbolos

CH Hidróxido de Cálcio CTC Troca catiônica CTA Troca aniônica

CV Coeficiente de variação cmolc/kg Centimol de cátion/kg da amostra

D Diâmetro dos espécimes E Módulo de elasticidade

ER Razão de erosão Gs Densidade real dos grãos H Umidade natural h Umidade

hot Umidade ótima Iabs Índice de absorção d´água

K Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) kWh/t Kilowatts por tonelada

IP Índice de Plasticidade L a) Leitura no frasco de Chapman

b) Comprimento dos espécimes LVDT Linear Variable Differential Transducers

LL Limite de Liquidez LP Limite de Plasticidade

m/dia Metro por dia P Carga aplicada nos testes de compressão diametral

Par Peso seco ao ar livre Pest Peso seco em estufa Pum Peso úmido

Pest50 Peso seco em estufa de 50g de fibras vegetais Q Quartzo (SiO2) T Capacidade de Troca Catiônica

TRB Transportation Research Board tep Tonelada equivalente de petróleo

tep/t Tonelada equivalente de petróleo por tonelada UR Umidade Relativa

V Volume ε40% Deformação produzida por 40% da tensão última (σ40%)

γ Massa específica das fibras vegetais γu Peso específico aparente úmido (densidade úmida) γs Peso específico aparente seco (densidade seca)

γs,max Peso específico aparente seco máximo (densidade seca máxima)

μm Micrometro μs Microstrain σc Resistência à compressão simples σt Resistência à compressão diametral

σ40% 40% da tensão última 2Ө Ângulo de incidência de Raios-X (Análise por Difratometria de

Raios-X)

Estamos diante de um momento crítico na história da Terra, numa época em que a humanidade deve escolher o seu futuro. À medida que o mundo torna-se cada vez mais interdependente e frágil, o futuro enfrenta, ao mesmo tempo, grandes perigos e grandes promessas. Para seguir adiante, devemos reconhecer que, no meio da uma magnífica diversidade de culturas e formas de vida, somos uma família humana e uma comunidade terrestre com um destino comum. Devemos somar forças para gerar uma sociedade sustentável global baseada no respeito pela natureza, nos direitos humanos universais, na justiça econômica e numa cultura da paz. Para chegar a este propósito, é imperativo que nós, os povos da Terra, declaremos nossa responsabilidade uns para com os outros, com a grande comunidade da vida, e com as futuras gerações.

A Carta da Terra – Preâmbulo

Disponível em: http://www.mma.gov.br/estruturas/agenda21/_arquivos/carta_terra.doc

Acessado em: Janeiro de 2005

1. Introdução

A revolução industrial é o marco zero do processo de produção mundial,

uma vez que, o homem passou a produzir e consumir em escala. A aceleração

deste processo trouxe consigo enormes ganhos econômicos, principalmente nas

nações industrializadas, em detrimento de tecnologia disponível e de grandes

parques industriais. Em países em desenvolvimento, como o Brasil, em virtude da

deficiência tecnológica, é prática comum a utilização extensiva dos recursos da

natureza como forma de compensação.

O Brasil é um país de industrialização tardia e, por via de conseqüência, não teve condições de competir em tecnologia como os países já industrializados. Para compensar a falta de competitividade, países como o Brasil se basearam nos baixos preços locais da mão de obra e da matéria prima na exploração predatória dos recursos naturais, [...] (MMA, 2000, p. 57).

Na atualidade observa-se que os recursos naturais, que pareciam

extremamente abundantes, começam a mostrar limitações e escassez bem antes do

esperado. As matérias-primas retiradas do ambiente natural, em todas as épocas e

em todos os países foram, pelo menos uma vez, desperdiçados pelo homem, em

uma atitude de desprezo brutal pelo futuro, e continuam a sê-lo, a não ser que uma

necessidade extrema obrigue a uma utilização mais cuidadosa.

Compreendendo que parte dos problemas ambientais tem origem nas

atividades produtivas, explica-se porque detectando e compreendendo os efeitos

criados por este sistema, encontrar-se-á meios para combater seus malefícios. A

sociedade, no âmbito mundial, vê a necessidade de mudanças, observada pelo

crescente número de reuniões de nível internacional, com o intuito de discutir e

encontrar soluções para se chegar ao chamado desenvolvimento sustentável.

Introdução 17

Dentre as conferências mundiais, destacam-se a convenção de Estocolmo, o

tratado de Amsterdã, o relatório do Clube de Roma, a ECO 92, a Rio+10, entre

outras comissões discursivas, algumas de caráter urgente, outras em longo prazo.

O setor da construção civil, esfera deste trabalho, coloca à disposição da

população muitos materiais e processos de uso imediato. No entanto, estes não

levam em conta o conceito de desenvolvimento sustentável. A inserção da questão

ambiental na atividade construtiva é uma necessidade diante dos problemas que o

mundo enfrenta. Além disso, os materiais e técnicas construtivas deveriam ser

acessíveis à população de baixo poder aquisitivo. Grande parte da população de

baixa renda fica à margem do mercado imobiliário legal, não tendo alternativa

senão buscar formas irregulares de habitação e ocupação do solo. Suas moradias

são comumente construídas de maneira precária em locais impróprios, como áreas

públicas das periferias, margens de córregos, terrenos íngremes, charcos ou áreas

de mangue. No Brasil o déficit habitacional é estimado em 7,9 milhões de

moradias, segundo dados da Fundação João Pinheiro (2006).

A descontrolada explosão demográfica humana aliada a políticas públicas

de habitação ineficientes e a planejamentos urbanos impróprios têm resultado no

aumento da pobreza, em maior concentração nas cidades e suas periferias, o que

tem causado todo o tipo de problemática concernente a grandes acúmulos

populacionais, como falta de infra-estrutura, de saneamento básico, de coleta de

lixo, de esgoto e de habitações, incentivando a insalubridade das moradias

existentes. Sendo tênue a linha que separa o problema habitacional aos demais

problemas de uma sociedade, tem-se visto a instauração do caos urbano que só

favorece à manutenção das disparidades sociais e ao aumento da violência.

O Brasil é profundamente desigual e estruturalmente injusto. O relatório de

1999 do Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD) registra

que, os 20% mais pobres dividem entre si 2,5% da renda nacional, enquanto os

20% mais ricos ficam responsáveis por 63,4%. A elite brasileira é 32 vezes mais

rica que aqueles que se encontram no andar térreo desta pirâmide social. Em

níveis mundiais, a diferença entre o rendimento per capita dos 20% mais ricos e

dos 20% mais pobres aumentou de 30 para 1, em 1960, para 78 para 1, em 1994.

Betto (2000) comenta que, em uma sociedade desigual e injusta, a posse

exagerada de bens supérfluos é, no mínimo, uma ofensa a tantos que carecem de

bens imprescindíveis à vida, como o alimento, a saúde e a habitação.

Introdução 18

No campo da habitação, a introdução de novos materiais e tecnologias, com

a utilização de materiais locais, apresenta-se como alternativa para a redução dos

custos da produção. Desde 1979, o Grupo de Pesquisa de Materiais e Tecnologias

Não-Convencionais da PUC-Rio, têm-se dedicado e contribuído para o estudo

científico e desenvolvimento de materiais e tecnologias alternativas, estimulando

e promovendo a pesquisa e a difusão de conhecimentos nesta área, embasando a

aplicação de materiais naturais, de baixos custos energéticos, financeiros e

ambientais, na construção civil.

Dentre os materiais e tecnologias não-convencionais destaca-se o uso da

terra crua para construções habitacionais. Podendo ser aplicada de inúmeras

formas inclusive reforçada com fibras vegetais. Neste contexto, se insere o

objetivo geral desta pesquisa, que tem como foco avaliar os efeitos da adição de

fibras vegetais (sisal e curauá) sobre as propriedades mecânicas de matrizes de

solo. Especificamente determinou-se o teor ótimo de água para a máxima

densidade seca de um solo (encontrado em seu estado natural) e de um solo

corrigido granulometricamente, utilizando o método de compactação quase

estática. Além da definição do comprimento e porcentagem de fibras “ótima” para

as misturas com acréscimo de resistência mecânica (compressão e tração).

Considerando que uma pesquisa geradora de conhecimento científico resulta

da articulação de dois movimentos, do teórico com o prático, far-se-á no capítulo

2 a revisão bibliográfica, com uma breve conceituação sobre sustentabilidade, das

particularidades de técnicas de construção com terra crua, tipos de estabilização e

melhorias. No capítulo 3, é descrito o procedimento experimental utilizado e, no

capítulo 4, são apresentados os resultados e análises. No capítulo 5, têm-se as

conclusões e sugestões para futuros trabalhos.

2. Revisão Bibliográfica

2.1. Desenvolvimento Sustentável versus Construção Civil

O ambiente construído é o produto da transformação do meio, por técnicas

de manufatura dos recursos naturais e, dependendo da maneira como é obtida e/ou

transformada, causa maior ou menor impacto. Presznhuk (2005) comenta que

cada obra construída apresenta-se como um pequeno “ponto de poluição” que, de

forma dispersa e em grande número, acarreta em conseqüências consideráveis

para o meio ambiente. Além da poluição gerada pelo processo produtivo, verifica-

se o uso desmedido dos bens naturais. Segundo Pessis (2001, apud

SAVASTANO, 2001) a indústria da construção consome o equivalente a 16% de

toda a água potável no mundo, bem como utiliza diretamente ou indiretamente de

30 a 40% de toda energia consumida, gerando entre 20 e 30% de todo o lixo do

planeta. Sob este aspecto, Leonardo Boff, teólogo e escritor, comenta que:

Como espécie – Homo sapiens et demens -, temos ocupado já 83% do planeta, explorando para nosso proveito quase todos os recursos naturais. A voracidade é tal, que temos depredado os ecossistemas a ponto de a Terra ter superado já em 20% sua capacidade de suporte e regeneração. Mais ainda, fizemo-nos reféns de um modelo civilizatório depredador e consumista que, se universalizado, demandaria três planetas semelhantes ao nosso, [...] (TRIGUEIRO, 2003, p.35).

Sob este prisma, faz-se necessário um planejamento que vá além das

necessidades e aspirações das populações atuais, exigindo de imediato, a

incorporação das questões de dimensão ambiental, energética, social, política e

econômica.

Revisão Bibliográfica 20

O aço, o tijolo cerâmico cozido e o cimento são os materiais mais utilizados

na construção civil e estão entre os principais inimigos do meio ambiente, ora

ocasionando poluição através de seus rejeitos e processos de fabricação, ora

utilizando demasiadamente os recursos naturais finitos. Baier (1982 apud

SOUZA, 1993) indica, com respeito aos prejuízos ao meio ambiente, que a

produção de uma tonelada de aço – que alimenta inúmeros setores produtivos –

requer 50 m3 de oxigênio, lançando na atmosfera grandes quantidades de CO2. A

quantidade de escória que resulta deste processo é de montante considerável.

Os tijolos cerâmicos, por sua vez, são provenientes da queima da argila. O

barro (argila) é retirado de forma desorganizada e sem planejamento dos barreiros,

dissociada de procedimentos que contribuam para a recuperação do espaço

lavrado (CARVALHO, 2000). Para a produção de um milheiro de tijolos são

necessários aproximadamente 2 m3 (dois metros cúbicos) de biomassa, o que

equivale à cerca de 10 (dez) árvores de porte médio. No Nordeste brasileiro, sua

fabricação utiliza quase sempre a vegetação nativa como combustível,

contribuindo para a devastação de quase um milhão de quilômetros quadrados de

reservas como a mata atlântica, o cerrado e a caatinga (AGENDA 21, 2001).

Proporcionando o aumento do grave e preocupante processo de desertificação de

alguns estados brasileiros, além de contribuir com o aumento da liberação de CO2

para a atmosfera.

Já o cimento, provém da exploração de jazidas de calcário e argila, materiais

finitos e cuja retirada destrói sistematicamente a região de extração. O calcário

juntamente com a argila são calcinados em fornos para a produção do clínquer.

Nestes fornos utiliza-se como combustível o óleo, o gás natural – ambos

subprodutos do petróleo – além do carvão mineral e vegetal e em alguns casos

pneus. A queima de pneus além de emitir os chamados “gases do efeito estufa” é

em parte responsável pela poluição da atmosfera por enxofre, ocasionando chuvas

ácidas que podem causar acidificação das águas e do solo (LOBATO, 2004).

Estima-se que a quantidade de gás carbônico, liberada na atmosfera pela

indústria cimentícia, seja responsável por cerca de 7% da emissão de CO2 no

planeta. Um número que sobe para além dos 10% em países que vêm se

desenvolvendo rapidamente, como a China, que atualmente produz uma em cada

três toneladas de cimento empregadas no mundo. A cada ano, cerca de 1,7 bilhões

de toneladas de cimento Portland são produzidas, um espantoso total de 250 kg

Revisão Bibliográfica 21

por habitante no planeta (PIERCE, 2004). Segundo dados do CDIAC (Carbon

Dioxide Information Analysis Center) a emissão total de CO2, provenientes da

indústria cimentícia, ano base 2004, no Brasil, na China e nos Estados Unidos foi

de 5,17, 9,65 e 8,53% respectivamente (Tabela 1). A figura 1 ilustra a disparidade

entre nações quanto à emissão de CO2 por combustíveis fósseis (Brasil x EUA).

Tabela 1. Total de emissão de CO2, em 103t de carbono (CDIAC, 2007).

Brasil Estados Unidos da América

Mil

tone

lada

s de

carb

ono

Ano Ano

Figura 1. Emissão de CO2 pelo uso de combustíveis (CDIAC, 2007).

O acréscimo de gás carbônico na atmosfera implica no fenômeno conhecido

como “efeito estufa”. As conseqüências advindas do efeito estufa podem ser

observadas na atualidade com a lenta elevação dos níveis dos mares, provocado

pelo derretimento das geleiras e aumento da temperatura dos oceanos; alterações

das correntes marítimas, propiciando mudanças climáticas drásticas em muitas

regiões; alterações significativas na pluviosidade em diversas áreas continentais e;

Ano combustíveis fósseis produção de cimento – (% do total) Brasil

2002 88756 5172 - (5,83%) 2003 85426 4625 - (5,41%) 2004 90499 4680 - (5,17%)

China 2002 989567 98600 - (9,96%) 2003 1159593 117243 - (10,11%) 2004 1366554 131920 - (9,65%)

Estados Unidos da América 2002 1791456 141910 - (7,92%) 2003 1794932 146530 - (8,16%) 2004 1824421 155660 - (8,53%)

100000

75000

50000

25000

0

1800000

1350000

900000

450000

01900 1935 1970 2005 1800 1870 1940 2010

S

S – sólido L – liquido G – gasoso O – outros T - Total

S

L

T

GO

S – sólido L – liquido G – gasoso O – outros T - Total

T

L

GO

Revisão Bibliográfica 22

incremento da freqüência e da intensidade das tempestades tropicais, incluindo

furacões, ciclones, e outros.

Quanto ao consumo energético, os materiais de construção exigem

quantidades diferentes de energia, que varia de acordo com o nível de

industrialização e processo usado para conversão dos recursos naturais (KRÜGER

e SANTOS, 2003). A necessidade energética começa com a extração de matéria-

prima, processo de manufatura, transporte ao local da obra, bem como

compreende todo o processo construtivo. Assim, o incentivo ao uso de materiais

industriais conduz, por razões técnicas e/ou financeiras, a um aumento substancial

no consumo de energia, emissão de poluentes e desperdício. A tabela 2 apresenta

o consumo energético dos principais materiais de construção correlacionando-os a

emissão de CO2. A tabela 3 apresenta a necessidade energética das nações por

habitante.

Tabela 2. Consumo energético e emissão de CO2, ano base 2007 (MME, 2007a).

Material tep/t kWh/t kg.CO2/t** CO2 (Mt) ** Aço (usina integrada) 0,55 500 -- -- Aço (usina semi-integrada) 0,18 1700 -- -- FerroLigas 1,30 2800 - 13500 -- -- Fundidos 0,17 990 -- -- Alumínio 1,07 15000 -- -- Silício -- 12000 -- -- Cobre 0,32 1670 -- -- Pedra Britada -- 2,5 -- -- Minério de Ferro -- 17 -- -- Cerâmica Vermelha 0,052 17 185 24,4 Cerâmica de Revestimento 0,089 100 188 1,7 Cimento 0,076 109 263 11,0 Vidro 0,24 650 480 1,2

*tep - tonelada equivalente de petróleo **Elaboração DTTM/SGM (2007, apud MME, 2007b), ano base 2006. Tabela 3. Consumo final de energia, ano base 2007 (MME, 2007a).

Energia total (tep/hab) Energia Elétrica (kWh/hab) Brasil 1,08 2,086 EUA 7,91 13,338 China 1,24 1,600 América Latina 1,10 1,645 Mundial 1,77 2,516

Revisão Bibliográfica 23

Minimizar o consumo de materiais convencionais usando materiais,

métodos e tecnologias alternativas podem resultar em considerável economia

energética bem como a redução da emissão de CO2 (VENKATARAMA E

JAGADISH, 2003). Cabe ressaltar que materiais de elevado consumo energético

apresentam um alto valor agregado, impossibilitando que pessoas de baixo poder

aquisitivo os adquiram. Em resposta nos deparamos com índices mundiais

crescentes de deficiência habitacional.

A deficiência de moradias salubres é um problema mundial, tão grave, que a

ONU realizou duas conferências mundiais sobre assentamentos humanos - a

Habitat 1 em Vancouver, Canadá, 1976 e a Habitat 2, em Istambul, Turquia, 1996,

para discutir a situação e apresentar soluções (BRAGION, 2007). Segundo a

Declaração Universal dos Direitos Humanos, artigo 25, 1, adotada e proclamada

pela resolução 217 A, III, da Assembléia Geral das Nações Unidas em 10 de

dezembro de 1948 “Toda pessoa tem direito a um padrão de vida capaz de

assegurar a si e a sua família saúde e bem estar, inclusive alimentação, vestuário,

habitação, assistência médica e os serviços sociais indispensáveis...”. Porém o

direito a habitação ainda não é reconhecido legalmente por alguns países, e devido

a taxas crescentes de pobreza, a falta de habitação tornou-se um dos maiores

problemas humanos em todo o mundo.

No Brasil, estudos da Fundação João Pinheiro (2006), estimam uma

necessidade habitacional, no ano de 2005, de 7.902.699 moradias, o que significa

14,9% do total do estoque de domicílios. Em números absolutos, o déficit está

predominantemente concentrado nas áreas urbanas, 6.414.143 domicílios, dos

quais 2.226.730, nas regiões metropolitanas. Em termos da distribuição regional,

as regiões Sudeste e Nordeste são responsáveis por 71,4% destas carências.

Analisando o perfil das famílias segundo a faixa de renda, a quase totalidade

(96,3%) é de famílias que recebem até cinco salários mínimos, porém a carência é

maior em faixas mais baixas de renda. Observou-se o crescimento, no ano de

2000, de 82,5%, na faixa até três salários mínimos, para 90,3% em 2005.

O déficit habitacional é uma medida direta das carências de moradia de uma

determinada sociedade. A computação é realizada sob o número de habitações

precárias, de coabitações familiares e de ônus excessivos com aluguel. Na figura 2

é ilustrada a contribuição destas três componentes no total da insuficiência

habitacional brasileira.

Revisão Bibliográfica 24

Figura 2. Distribuição dos componentes do Déficit Habitacional Brasileiro (FUNDAÇÃO JOÃO PINHEIRO, 2006).

Por habitação precária entendem-se os domicílios improvisados e rústicos,

sem paredes de alvenaria ou madeira, resultando em desconforto e risco de

contaminação por doenças, em decorrência das condições de insalubridade. A

componente coabitação familiar compreende a soma das famílias que vivem junto

à outra família em um mesmo domicílio e das que vivem em cômodos. Ônus

excessivo com aluguel corresponde às famílias urbanas, com renda familiar de até

três salários mínimos, que moram em casa ou apartamento e que despendem mais

de 30% de sua renda com aluguel (FUNDAÇÃO JOÃO PINHEIRO, 2006).

Diante deste quadro, de profunda desigualdade social aliada à destruição

intensiva do meio ambiente e uso insensato de energias não renováveis, faz-se

necessária à adoção de um planejamento que incorpore as questões de dimensão

ambiental, social e energética. Observa-se que o atual padrão de desenvolvimento

está ultrapassado e equivocado, por ameaçar a sobrevivência da humanidade num

futuro recente. O desenvolvimento e a aplicação de materiais e métodos

construtivos que respeitem o meio ambiente, reduzam o consumo de energia e

sejam acessíveis à parcela marginalizada da sociedade, são instrumentos

adequados à indústria da construção civil para manutenção e efetiva sobrevida de

todo o planeta.

Revisão Bibliográfica 25

2.2. Construção Sustentável

O uso do solo como material de construção iniciou-se no momento em que

nossos ancestrais deixaram de ser nômades e passaram a cultivar seu próprio

alimento, cerca de 10.000 anos atrás. As primeiras cidades foram construídas com

terra, hoje, para construir nossas moradias, empregamos materiais de elevada

energia incorporada, de difícil reciclabilidade, caros e alguns incorporam

elementos tóxicos, como o caso das telhas de fibrocimento, que utilizam amianto,

substância prejudicial à saúde humana, como afirmam Ghavami e Sales (2005).

Algumas das grandes civilizações, berço da cultura ocidental como a persa e

a egípcia, construíram cidade inteiras com terra crua. A terra foi empregada para

edificar fortes, castelos, muralhas, templos, habitações, entre outros, em lugares

como o Saara, África Central e Oriental, América Latina e grande parte da

Europa, incluindo lugares com grandes índices de pluviosidade como Alemanha,

França, Suécia, Noruega e Dinamarca (TERRA, 2006). As figuras 3a,b ilustram

ruas e casas da cidade de Bam (Irã). Construções habitacionais em Gana (África)

podem ser visualizadas nas figuras 4a,b. Construções habitacionais (Figura 5a) e

templo indígena (Figura 5b) em Chan chan no Peru.

Figura 3. Ruas e casas da cidade de Bam – Irã, Ásia (GHAVAMI, 2007).

a) b)

Revisão Bibliográfica 26

Figura 4. Construções da cidade de Navrongo – Gana, África (CRATERRE, 2004).

Figura 5. Construções em Chan chan – Perú, América do Sul (CRATERRE, 2004).

Houben e Guillaud (1994) garantem que a terra é sem dúvida o material de

construção mais utilizado no mundo, sendo difícil encontrar um país que não

possua herança de edifícios em terra crua. A grande muralha da China, há 4.000

anos, foi construída inicialmente com terra batida e depois substituída por pedras

e tijolos; o templo de Ramsés II, no Egito, foi construído em Adobe há 3.200

anos; a parte central da Pirâmide do Sol em Teotihuacan, México, com uma base

de 225 m2 e 63 m de altura, foi construída entre 300 e 900 d.C., tem

aproximadamente 2 milhões de toneladas de terra. No Brasil, cidades como São

Paulo, Salvador, Rio de Janeiro, Ouro Preto, Diamantina e Paraty, entre outras,

têm em comum mais de quatro séculos de história que testemunham o uso

intensivo de técnicas de construção com terra crua. O bom desempenho das

construções é prova inconteste das possibilidades de emprego desse material de

qualidade, quando convenientemente empregado (SOUZA, 1993).

a) b)

a) b)

Revisão Bibliográfica 27

a)

b)

c) d)

e) f)

Nas proximidades de Lyon, França, uma cidade chamada Isle d’Abeau, foi

edificada inteiramente utilizando terra crua. As figuras 6 a,b,c,d ilustram algumas

destas construções. As figuras 7a,b,c,d, apresentam habitações em SuperAdobes, e

as figuras 7e,f referem-se a um centro de vivência em Blocos de Terra

Comprimida na Califórnia (EUA), projeto do arquiteto Nader Khalili.

Figura 6. Construções em Isle d’Abeau – França, Europa (INTI, 2007).

Figura 7. Construções na Califórnia – EUA, América do Norte (CALEARTH, 2007).

a)

b)

c) d)

Revisão Bibliográfica 28

Houben e Guillaud (1994) definem o solo como um processo longo de

deteriorização da rocha-mãe e evolução físico-química. Dependendo da rocha de

origem e das condições climáticas, aparece sob uma infinidade de formas e

variedade de características. O solo pode também ser definido como o material

constituído de partículas sólidas que apresentam, entre si, vazios parciais ou

totalmente preenchidos por água. É um sistema polifásico, formado por fases

sólidas, líquidas e gasosas.

A escolha da técnica construtiva dependerá, entre outros, das características

do solo, além do clima local e dos condicionantes físicos existentes, como

apontado por Lopes (2002). Dentre as possibilidades de utilização, Houben e

Guillaud (1994) apontam uma dúzia de diferentes métodos de construção,

atentando para as dezenas de variações que cada uma delas pode ter, de lugar em

lugar, nos cinco continentes, têm-se: Terra escavada; Terra cobrindo; Terra

preenchida; Terra recortada; Terra compactada; Terra moldada diretamente; Terra

empilhada; Terra extrudada; Terra moldada; Terra escoada; Terra aplicada e;

Terra revestindo.

No Brasil, da mesma forma que em Portugal, as técnicas mais utilizadas

foram o Adobe (terra moldada), a Taipa de pilão (terra compactada) e a Taipa de

mão (terra aplicada), encontrando-se exemplares em praticamente quase todo

território brasileiro (LOPES, 2002). Podem-se citar ainda os Blocos de Terra

Comprimida (BTC) e o Tijolo Cerâmico. A figura 8 ilustra as técnicas citadas

com seu respectivo modo de produção.

Figura 8. Arquitetura da terra no Brasil e seus modos de produção.

Industrial

Manual

Semi Industrial

Terra Moldada (Adobe) Terra Revestindo

(Taipa de Mão)

Terra Comprimida (Taipa de Pilão)

Blocos Comprimidos (Tijolos prensados)

Tijolos Cerâmicos

ARQUITETURA DA TERRA NO

BRASIL

Revisão Bibliográfica 29

Mukeerji e CRATerre (1988, apud LOPES, 2002) de uma maneira geral,

citam como principais vantagens da arquitetura com terra crua a disponibilidade

da terra em grandes quantidades; baixo custo para escavação e transporte, quando

a terra é proveniente do próprio local; a fácil assimilação por mão de obra não

qualificada; a resistência ao fogo; o desempenho climático; a baixa exigência de

energia para manufatura; o uso do solo não estabilizado, permitindo sua

reutilização ilimitada e por fim é um material não poluente.

2.2.1. Alvenaria de Adobe

Este tipo de técnica de construção com terra crua é utilizada pelo homem há

milênios. Elementos em Adobe foram encontrados no Turcomenistão, datando de

6.000 – 8.000 a.C. e na Assíria com 4.000 a.C.. No Egito, monumentos de 3.200

anos podem, ainda hoje, ser contemplados, como as cúpulas e as salas do templo

de Ramsés II (MINKE 2000). A figura 9 ilustra pinturas encontradas em templos

egípcios.

Figura 9. Cena representando escravos produzindo tijolos de Adobe (DOAT et al, 1979).

Adobes são produzidos manualmente, através do solo úmido dentro de

fôrmas retangulares de madeira ou aço. Os tijolos não possuem restrições quanto

as suas dimensões, apresentando variações nos lugares onde é encontrado. Podem

ser maciços ou furados, desde que os furos não representem mais que 15% da área

bruta em qualquer que seja o plano. Quanto ao seu emprego, os Adobes devem

estar secos, o tempo de secagem dependerá das condições climáticas da região.

Revisão Bibliográfica 30

Doat et al (1979) estabelecem que o solo mais adequado para produção dos

tijolos deve possuir entre 55 e 75% de areia, 10 e 28% de silte e de 15 a 18% de

argila. Eventualmente será aceitável material orgânico, desde que este não seja

superior a 3%. Alta concentração de matéria orgânica afetará a estabilidade dos

elementos de terra. Barbosa et al (1997) sugerem que o limite de liquidez

desejável esteja entre 20 e 50%. Em solo argiloso, se observarão fissuras

ocasionando perda de resistência e erosão. Se houver areia demais, o tijolo não

terá coesão suficiente para permanecer estável e poderá se desagregar.

Quanto à influência do teor de umidade, Barbosa et al (1997) descrevem,

para o caso do teor ser baixo, existe a possibilidade da formação de torrões de

terra que se aglomeram de forma independente, não se unindo adequadamente à

terra posta no molde. Por outro lado, caso o teor de umidade seja elevado,

resultará em uma acentuada retração do tijolo durante o processo de secagem,

proporcionando o aparecimento de fissuras. Conforme sugerido por muitos

autores, a terra a ser utilizada na produção dos tijolos deve permanecer em

descanso por no mínimo 24h. Essa prática melhora a qualidade dos blocos,

diminuindo a possibilidade de retração na secagem. Pode-se evitar a excessiva

fissuração dos tijolos de Adobe inserindo fibras vegetais ou fibras animais, além

de estabilizantes químicos como cimento, cal e betume (DOAT et al, 1979).

Para a execução das paredes, aconselha-se que os blocos devam estar

totalmente secos e que a espessura da argamassa de assentamento não deva ser

maior que 3 mm. No momento do assentamento, os tijolos devem ser umedecidos

previamente para que não absorvam a água necessária para hidratação do cimento

nas argamassas. Em nenhum caso a qualidade da argamassa deve ser inferior à

qualidade do bloco (NTE E.080, 1999).

Com relação à altura da alvenaria, Doat et al (1979) sugerem que a altura

máxima não deve exceder 1 m/dia, evitando assim a fissuração das juntas. Embora

algumas normas, a exemplo das normas peruana e mexicana (SALAS, 2002),

recomendem uma altura máxima, para construção, não superior a 1,5 m/dia. Na

figura 10a são apresentadas as fôrmas para a produção do Adobe. A figura 10b,

ilustra o processo de fabricação e a figura 10c demonstra uma construção

habitacional.

Revisão Bibliográfica 31

a b) c)

Figura 10. Fôrmas, fabricação e construção em Adobe (BARBOSA e GHAVAMI, 2007).

2.2.2. Taipa de Pilão

Tem-se registro desta técnica construtiva a pelo menos 5.000 a.C. na Assíria

(MINKE, 2000). O sistema construtivo consiste na disposição do solo em

camadas dentro de uma fôrma, esta fôrma é composta por duas tábuas paralelas

que delimitam a espessura da parede por seu distanciamento. O solo é então

submetido à compactação utilizando um socador (batedor) que pode ser manual

ou mecânico (elétrico ou pneumático). Na França está técnica é conhecida como

“Pise de Terre”, Espanha “Barro Apisonado ou Tapial”, na Alemanha

“Stampflehmbau”, “Taipa” em Portugal e no Brasil “Taipa de Pilão”.

Doat et al (1979) descrevem que o solo conveniente para este tipo de

construção deve ter entre 0 e 15% de cascalho, 40 a 50% de areia, 20 a 35% de

silte, 15 à 25% de argila e o solo não deve apresentar matéria orgânica. Por sua

vez, Pasino et al (1993) sugerem que para a construção se devam utilizar solos

argilosos.

Para controlar a fissuração da secagem do barro, aconselha-se a adição de

fibras vegetais em proporções inferiores a 0,5% em peso (PASINO et al, 1993). A

quantidade de água é fator importante, como citado por Doat et al (1979). O solo

não deve estar saturado. Assim, a quantidade de água deverá ser a mínima

possível para que se obtenha uma massa trabalhável e que não apresente

dificuldades para compactação.

A compactação é uma das fases fundamentais e a escolha do soquete

(socador) influenciará na resistência do muro construído. Pasino et al (1993)

sugerem soquetes manuais, com peso entre 10 e 15 kg, e o solo deve ser disposto

em camadas de 10 cm de altura. Segundo Minke (2000), a base do socador não

deve ter área menor que 60cm2 e maior que 200cm2 e o peso deve ser de 5 a 9 kg.

Revisão Bibliográfica 32

a b) c)

Pasino et al (1993) estabelecem que o solo dentro da fôrma deva ser golpeado

umas 60 vezes, para o caso do soquete de 10 kg, compactando uma área de

1000cm2.

Para as juntas entre as fileiras de taipa, é indicado borrifar água e escarificar

a superfície de contato. Camadas de 50 e 80 cm de altura são consideradas ideais

para se construir por dia e o máximo comprimento de cada bloco, de preferência,

não deve exceder 1,2 m. Minke (2000) sugere que, para evitar eventuais

problemas de retração, a alvenaria deve ser moldada inteiramente em sua extensão

vertical e sua desmoldagem realizada somente quando o topo da alvenaria é

atingido. As figuras 11 a,b ilustram detalhes da fôrma e a figura 11c ilustra o

processo de compactação sugerido por Doat et al (1979). Na figura 12 é

apresentado um exemplo de construção em Taipa de Pilão.

Figura 11. Fôrma e processo de compactação (DOAT et al, 1979).

Figura 12. Construção em Taipa de Pilão – França (INTI, 2007).

Revisão Bibliográfica 33

2.2.3. Taipa de Mão

Técnica largamente utilizada em regiões tropicais e sub-tropicais do mundo,

seguramente mais antiga que a Taipa de Pilão e o Adobe. “Barareque, Bareque ou

Quiche” na Espanha, “Lehmbewurf” na Alemanha (MINKE, 2000), “Tabique”

em Portugal, “Taipa de Mão” no Brasil ou também conhecida como “Taipa de

Sopapo, Taipa de Sebe, Barro Armado ou Pau a Pique”.

Segundo Di Marco (1984 apud LOPES, 2002) esta técnica consiste no

preenchimento, com uma mistura de água e terra e eventualmente fibras vegetais,

de uma ossadura interna de madeira, formada por ripas horizontais e verticais,

com amarração feita de tiras de couro, cipó, barbante, prego ou arame. Lopes

(2002) sugere o bambu como material a ser utilizado na armação, pois é uma

espécie vegetal resistente e de crescimento rápido, desde que, o material esteja

disponível localmente. O barro é jogado com as mãos sobre esta armação, e então

pressionado. Após a secagem da primeira camada, é aplicado reboco e posterior

pintura. A preparação da mistura para o barreado, em algumas regiões, usa apenas

terra e água, enquanto que em outras, são acrescidos fibras vegetais, esterco de

gado, cal ou cimento. Observa-se que a espessura do barro deve ser suficiente para

evitar eventuais fissuras por retração na secagem, alguns autores sugerem como

espessura mínima 20 mm. Os problemas advindos da fissuração vão desde o

aceleramento do processo de deterioração da construção até a proliferação de

insetos nocivos a população, como o barbeiro, vetor da doença de Chagas

(MINKE, 2000). Na figura 13a é ilustrada uma parede construída com a estrutura

de madeira. Nas figuras 13b,c a ossadura interna é de bambu.

Figura 13. Construção em Taipa de Mão (MINKE, 2005; BARBOSA e GHAVAMI, 2007).

a) b) c)

Revisão Bibliográfica 34

2.2.4. Blocos de Terra Comprimida

Os Blocos de Terra Comprimida, técnica conhecida na Europa desde o

século XVIII, são produzidos pela deposição da mistura (solo-cimento) em uma

fôrma e posterior prensagem. A mais conhecida prensa no mundo é a CINVA

Ram desenvolvida na Colômbia pelo chileno Ramires, na década de 50 (figura

14a). Sua vantagem em relação ao Adobe é que esta técnica utiliza menor

proporção de água, como conseqüência tem-se um menor índice de retração, além

de permitir estocagem imediata. Como desvantagem, o bloco comprimido

necessita ser estabilizado com cal ou cimento para que o mesmo atinja resistência

adequada para construção (MINKE, 2000). As figuras 14b,c,d ilustram as etapas

de assentamento dos blocos.

Figura 14. Máquina manual para a produção de blocos de terra comprimida e etapas de construção. a) CINVA-Ram, b) colocação da argamassa, c) assentamento do bloco, d) nivelamento e prumo. (KEEFE, 2005; BARBOSA e GHAVAMI, 2007).

Barbosa et al (1997) comentam que é necessário conhecer a distribuição

granulométrica do solo, o tipo de argila presente, a porcentagem de água, além da

pressão de compactação, da natureza e porcentagem de estabilizante e as

condições de cura. É conveniente que o solo apresente plasticidade e que seu

limite de liquidez seja menor que 45%. Quanto à distribuição granulométrica, é

desejável que o solo apresente entre 10% a 20% de argila, entre 10% a 20% de

silte e 50% a 70% de areia (BARBOSA, 2003). Reddy e Gupta (2005) sugerem

como mais indicados os solos arenosos que contenham predominantemente argila

não expansiva (caolinita), com fração de areia menor que 65% e fração argilosa

a) b) d) c)

Revisão Bibliográfica 35

em torno de 10%. A porcentagem do estabilizante depende do tipo de solo que se

vai empregar. O cimento adicionado ao solo trabalha reagindo quimicamente com

a água e com as partículas finas do solo. Segundo Barbosa et al (1997), em solos

argilosos é exigido no mínimo 6% de cimento, em peso de solo seco. Para solos

arenosos, bem graduados, é necessário no mínimo 4% de cimento.

2.3. Estabilização do Solo

A estabilização do solo compreende todos os processos naturais e artificiais

que objetivam melhorar características como resistência, durabilidade, e outras,

bem como garantir a manutenção destas melhorias no tempo de vida útil das obras

de engenharia. Houben e Guillaud (1994) definem que a estabilização implica na

modificação das propriedades solo-água, obtendo propriedades duradouras

compatíveis com uma aplicação particular. No caso das alvenarias é necessário

melhorar a resistência mecânica e a resistência à ação da água. A estabilização é

um problema complexo com número considerável de parâmetros envolvidos,

como as propriedades do solo, a melhoria que se deseja realizar, os custos que

envolvem a estabilização, a técnica construtiva, o sistema de construção adotado

além de custos para sua manutenção. A estabilização pode ser do tipo mecânico,

físico, químico, elétrico ou térmico. Uma breve descrição será feita sobre a

estabilização mecânica, a física e a química, por serem utilizadas de forma mais

corrente e por fazerem parte do escopo desta dissertação.

2.3.1. Estabilização Mecânica

O método de estabilização aumenta, através de meios mecânicos, a

densidade do solo, melhorando sua resistência e durabilidade. O aumento da

densidade é obtido pela redução dos vazios da mistura, através da energia

imposta. Com o aumento da compacidade, tem-se o acréscimo da resistência

mecânica. A redução dos poros também inibe a percolação da água e a erosão

provocada pela mesma, aumentando a durabilidade. Em relação ao conforto

térmico e acústico, tem-se observado enormes ganhos simultaneamente ao

aumento da densidade, também proporcionado pela redução dos vazios.

Revisão Bibliográfica 36

Proctor, em 1933, apresentou estudos que fundamentaram um dos mais

importantes princípios da Mecânica dos Solos, estabelecendo que a densidade de

um solo depende da quantidade de água durante o processo de compactação. Para

uma mesma energia de compactação, ao ser adicionada água ao solo, observa-se o

crescimento da densidade seca até certo ponto, denominado de ponto de “umidade

ótima”. A partir da umidade ótima a água adicionada proporciona o decréscimo da

densidade seca, pois o excesso de água finda por absorver a energia de

compactação alterando a estrutura do solo (GRANDE, 2003).

Estudando a estrutura do solo formada nos ramos seco e úmido da curva de

compactação, Seed e Chan (1959), observaram que uma pequena quantidade de

água resulta em alta concentração de eletrólitos, que formam uma dupla camada

de íons ao redor de cada partícula de argila. Está dupla camada conduz a uma

baixa repulsão inter-partícula, tendendo à floculação. Como conseqüência tem-se

um baixo grau de orientação entre as partículas de argila do solo compactado. A

este tipo de estrutura dá-se o nome de arranjo floculado. Quando a quantidade de

água é aumentada, a concentração de eletrólitos reduz, resultando em expansão da

dupla camada, acrescendo o grau de orientação das partículas. A este sistema é

dado o nome de dispersivo. Assim, a compactação de um solo, com baixa

quantidade de água, produzirá arranjo floculado (não alinhado) das partículas de

argila. Em contraposição, conforme a quantidade de água é acrescida, o grau de

alinhamento aumenta, e a este estado de organização das partículas de argila,

denomina-se arranjo dispersivo.

A natureza do carregamento de compactação também influencia na

densidade seca e consequentemente no teor de umidade ótima. No geral, a

estabilização mecânica pode ser de natureza dinâmica ou estática. Bahar et al

(2004), investigando os efeitos da combinação de estabilização química (cimento)

e estabilização mecânica por compactação (dinâmica, estática e vibro-estática),

observaram que os espécimes que apresentaram maior resistência à compressão,

foram moldados com umidade no ramo ascendente da curva de compactação em

comparação aos que permaneceram no ramo descendente. Os autores afirmam que

tal comportamento é devido à elevada resistência no rearranjo das partículas de

solo, já para o ramo descendente (ramo úmido) as partículas se arranjam mais

facilmente. Estas informações podem indicar que, em relação à resistência a

Revisão Bibliográfica 37

compressão simples, a estrutura floculada das partículas de argila do solo é mais

conveniente.

A busca por métodos de ensaios capazes de representar, em laboratório, as

condições vividas em campo, tem motivado pesquisadores a testar outros métodos

para obtenção do teor de umidade ótima dos solos. Reddy e Gupta (2005) afirmam

que as máquinas utilizadas para a produção de Blocos de Terra Comprimida,

através de sistemas de alavanca, aplicam um carregamento quase estático, então a

densidade seca máxima e a umidade ótima do solo não podem ser baseadas

somente pelo ensaio de Proctor. Barbosa et al (1997) indicam que pequenas

variações na umidade de moldagem podem conduzir a significativas mudanças na

densidade seca máxima e conseqüentemente na resistência de blocos de terra,

ratificando que o ideal é que se use a umidade ótima determinada pelo ensaio de

compactação estática.

Mesbah et al (1999) demonstram um método de compactação estática, que

permite a avaliação da umidade ótima entre outros parâmetros, em substituição ao

ensaio de Proctor, para a manufatura de blocos de terra. O método de produção de

corpos de prova sugere a moldagem de amostras cilíndricas, capazes de serem

ensaiadas por procedimentos comuns a espécimes de argamassa e concreto, a

exemplo dos ensaios de compressão simples e compressão diametral, além dos

modelos serem representativos de Blocos de Terra Comprimida.

2.3.2. Estabilização Física

Na estabilização física as propriedades do solo são alteradas modificando-se

sua textura. Este método consiste basicamente no emprego de um ou mais

materiais, de modo a se enquadrarem dentro de uma determinada especificação,

como, por exemplo, a correção granulométrica ou a adição de fibras (metálicas,

minerais, sintéticas ou vegetais). Desta combinação de materiais, surge um

terceiro produto que agrega as propriedades de suas fases constituintes. A este

novo material dá-se o nome de material compósito. Muitos compósitos têm sido

criados para prover a combinação de características mecânicas como rigidez,

tenacidade e resistência a altas temperaturas, entre outros (SALES, 2006). Em

geral, materiais compósitos são formados por duas fases, a primeira delas

Revisão Bibliográfica 38

denominada de fase matriz, a qual agrega a segunda fase, chamada de dispersiva.

A interação entre as fases governará as propriedades dos materiais compósitos,

que por sua vez, é influenciada por características físicas e químicas das fases

constituintes.

Para o caso da correção granulométrica de solos, a forma, tamanho e

distribuição das partículas são os parâmetros de influência. Barbosa e Souza

(2000) estudaram a estabilização granulométrica de dois solos de características

predominantemente arenosa, adicionando-lhes um terceiro solo argiloso. Os

ensaios de compressão simples foram realizados por meio de Blocos

Comprimidos de Terra. Os resultados indicam que os solos arenosos, que

normalmente não seriam capazes de compor blocos comprimidos, podem fazê-lo,

desde que a correção granulométrica proporcione uma porcentagem de finos

suficiente para dar-lhes a coesão necessária. Bahar et al (2004) observam que a

correção granulométrica influi positivamente para a redução da taxa de retração,

pois quando combinada com a estabilização química, obtêm-se menores índices

de retração.

Quanto à inserção de reforço fibroso em elementos de terra, embora existam

registros de sua utilização no Antigo Egito e em Roma (AGOPYAN, 1991),

pesquisas podem ser consideradas como escassas e ainda pouco se conhece sobre

seus efeitos, em detrimento da variabilidade dos solos e fibras. Sabe-se que, na

adição de fibras (fase dispersiva), a incompatibilidade física e/ou química é mais

acentuada, particularmente, para as fibras vegetais. A fase matriz possui muitas

funções, primeiramente envolve (agrupa) a fase dispersiva sendo responsável pela

distribuição dos esforços. Uma segunda função é proteger as fibras quanto ao

ataque ambiental, porém, um dos fundamentos básicos do estudo de materiais e

tecnologias não-convencionais, demonstra a sensibilidade das fibras vegetais à

alcalinidade de matrizes cimentícias (incompatibilidade química). Finalmente, a

matriz separa as fibras e em virtude desta característica, previne criando barreira

para a propagação de fissuras.

O acréscimo de resistência à tração de compósitos fibrosos, em comparação

a compósitos sem fibras, é certamente a mais importante propriedade obtida pela

estabilização, como apontado por Houben e Guillaud (1994). Barbosa e Ghavami

(2007) acrescentam que, além do ganho substancial de resistência à tração, a

inserção de fibras de alto ou baixo módulo de elasticidade em matrizes de solo é

Revisão Bibliográfica 39

capaz de impedir a fissuração durante a secagem, distribuindo as tensões de

retração em toda a massa do material, além de melhorar o comportamento do

material pós-fissuração, dando-lhe ductilidade e capacidade de absorver energia.

Sisal e coco foram estudados por Ghavami et al (1999), que inseriram 4%

de fibras, em peso de solo seco. Os autores observaram que as fibras impediram as

fissuras por retração. Toledo Filho et al (2005), investigando a influência no

comportamento da retração e fluência de compósitos cimentícios reforçados com

fibras vegetais, notaram que a retração é significativamente reduzida pela inclusão

das fibras, atentando ao fato, do aumento concomitante da retração por secagem

pela inserção volumétrica. A adição do reforço fibroso cria canais que facilitam a

saída da água dos compósitos, aumentando a incidência de regiões com fissuras.

Yetgin et al (2008) estudaram a influência da adição de fibras em 5 tipos

diferentes de solo, observando, em relação à trabalhabilidade, que à medida que se

acrescenta fibras vegetais há a necessidade de se aumentar a quantidade de água

em razão das propriedades higroscópicas das fibras. Porém, o aumento da

quantidade de água ocasiona o decréscimo da densidade e conseqüentemente da

resistência dos Adobes. Os solos arenosos com maiores quantidades de fibras

demonstraram-se mais frágeis (quebradiços). A taxa de retração aumentou

concomitantemente ao aumento de argila e água, observando-se o decréscimo da

taxa de retração com o aumento da fração volumétrica de fibras.

A resistência de tijolos e alvenarias monolíticas reforçados depende do tipo

e quantidade de fibras adicionadas, existindo uma porção dita “ótima” que não

deve ser excedida. Isto é justificado, uma vez que, uma grande quantidade de

fibras diminui a densidade, enquanto o número de áreas (pontos) de contato entre

fibra e solo decai, reduz a resistência do elemento de terra. Houben e Guillaud

(1994) sugerem uma proporção mínima de 4% de fibras, em volume. Porém,

contestando os autores, uma análise mais cuidadosa deve levar em conta o tipo de

fibra empregada, a técnica construtiva, o uso da construção, a técnica de

processamento de mistura, condições a que as fibras estarão submetidas, entre

outros. Neste trabalho avaliou-se a inserção de 0,5% e 1% de fibras, em peso seco

de solo, visto que a adição em volume é pouco precisa.

O que se chama habitualmente de fibra é um conjunto de filamentos

individuais, formadas por fibrilas e unidas por espécies químicas orgânicas não

cristalinas, as ligninas e as hemiceluloses. As fibrilas se orientam em ângulos

Revisão Bibliográfica 40

distintos, unindo-se e formando as diversas camadas que compõem a macrofibra.

Assim, e de forma simplificada, a celulose é um polímero natural que reforça o

material, a cadeia de celulose forma microfibrilas que, juntamente com a

hemicelulose, formam as fibrilas. As fibrilas são assentadas em várias camadas

para construir a estrutura da fibra. As fibras são cimentadas dentro da planta por

lignina (ARSÈNE et al, 2003). A estrutura de uma microfibra vegetal é ilustrada

na figura 15. Nesse esquema, vê-se a parede primária (P), com cerca de 0,05 μm

de espessura. A parede secundária é formada por três camadas distintas,

caracterizadas por diferentes alinhamentos das fibrilas. A camada S1 tem entre

0,1μm e 0,2 μm de espessura. A camada S2 tem de 2 μm a 10 μm de espessura. A

camada S3 é a mais interna, tendo cerca de 0,1 μm de espessura (SMOOK, 1989).

Na região central, uma cavidade denominada lúmen, é grande responsável pela

elevada absorção de água e baixa massa específica aparente (PICANÇO, 2005).

Figura 15. Estrutura de uma microfibra vegetal.

Li et al (2000) comentam que as porcentagens dos constituintes de uma

fibra podem variar segundo a localização da fibra na planta, idade, o tipo de solo,

o clima, processos de extração e de armazenagem, inclusive do período de corte e

beneficiamento da fibra. Todas estas variáveis, segundo Swamy (1990), são

responsáveis pela fragilidade, baixo módulo de elasticidade, alta absorção de

água, susceptibilidade ao ataque de fungos e insetos, pouca durabilidade em

ambientes alcalinos e variabilidade de propriedades até mesmo para fibras de

LúmenParede secundária S3

Microfibrilas de celulose cristalina

Região amorfa constituída principalmente de lignina

e hemicelulose

Parede secundária S2

Parede primária

Parede secundária S1

Ângulo espiral

10 μm a 25 μm

5 μm a 10 μm

Revisão Bibliográfica 41

Fibra naturalMatriz de solo

(saturado) Matriz de solo (seco)

Fibra expandida (umidade absorvida) Zona de transição

Matriz de solo (seco)

Fibra retraída (perda de umidade)

mesmo tipo. A tabela 4 demonstra a composição química das fibras de banana e

coco, segundo sua localização na planta.

Tabela 4. Composição química das fibras vegetais, em % (ARSÉNE et al, 2003).

Natureza da fibra Lignina Celulose Hemicelulose Extrativos Outros Folha da bananeira 24,84 25,65 17,04 9,84 22,63 Caule da bananeira 15,07 31,48 14,98 4,46 34,01 Coco (fruto) 46,48 21,46 12,36 8,77 10,93 Folha do Coqueiro 29,70 31,05 19,22 1,74 18,29

A variabilidade da composição química das fibras vegetais influencia

diretamente a chamada zona de transição. Essa zona é a região interfacial entre as

duas fases (fibra e matriz), responsável pelo comportamento do compósito. Sendo

uma camada delgada, de 50 a 100 μm de espessura, a zona de transição

geralmente é mais fraca que as demais fases, e contém uma distribuição

heterogênea, de diferentes tipos e quantidades de estruturas sólidas, poros e

microfissuras, sendo sujeita a modificações com o tempo, umidade e temperatura

(SAVASTANO e AGOPYAN, 1999).

A formação da zona de transição é conduzida por características intrínsecas

das fibras vegetais, como o índice de absorção d’água, a morfologia, a rugosidade

e a porosidade. Estudos indicam que fibras com altos índices de absorção

apresentam uma zona de transição mais espessa. A alta taxa de absorção das fibras

vegetais inibe o chamado efeito parede, e produz um forte fluxo de água em

direção às fibras, induzindo ao aumento da relação água/cimento. Isto pode vir a

produzir o efeito de enrijecimento da fibra após a hidratação, além do acúmulo de

cristais de portlandita sem arranjo definido, criando uma região frágil

(SAVASTANO e AGOPYAN, 1999). O comportamento das fibras vegetais

inseridas em uma matriz de solo é ilustrado na figura 16.

Figura 16. Interação fibra/matriz de solo (GHAVAMI et al, 1999).

Revisão Bibliográfica 42

Com o intuito de minimizar o efeito negativo proporcionado pela alta

atividade higroscópica das fibras vegetais, Ghavami et al (1999), estudando tipos

de tratamento, observaram que o tratamento com substâncias hidrofugantes,

reduziu a espessura da zona interfacial, melhorando a aderência entre fibra e

matriz, além da efetiva proteção das fibras contra a alcalinidade da água do poro

das matrizes cimentícias.

Bisanda (2000) aplicou tratamento anti-alcalino para melhorar a zona

interfacial fibra/matriz. Os resultados comprovaram a alta dependência das

propriedades compressivas dos compósitos fibrosos com a rigidez interfacial. As

fibras imersas na matriz, sob carregamento compressivo são susceptíveis a micro-

flambagem, embora a matriz sendo rígida, não dá garantia de um perfeito

confinamento da fibra. A fibra utilizada nos estudos foi o sisal em uma matriz

polimérica (epóxi).

Com a melhoria do desempenho da zona de transição, consegue-se

promover o trabalho solidário entre as duas fases, através de uma maior e melhor

aderência. Acrescenta-se ainda, o aumento de resistência mecânica dos

compósitos através do aproveitamento mais eficiente da capacidade de carga das

fibras. Em contrapartida, uma zona interfacial mais fraca favorece a absorção de

energia (tenacidade) pós-pico através do arrancamento da fibra. Assim,

compósitos com baixa aderência são mais tenazes e menos resistentes à

compressão simples.

Sales (2006) explica que, em um compósito sob tensão, as fissuras começam

a se propagar pela matriz. Quando a fissura se aproxima da fibra a propagação se

interrompe momentaneamente (figura 17a), em detrimento da zona interfacial.

Sendo a interface uma zona de baixa resistência (comparada à resistência da

matriz e fibra), o cisalhamento interfacial e a contração lateral da fibra e matriz –

provocados pela tensão atuante –, resultam no descolamento e deflexão da fissura

na direção normal à interface (figura 17b). Neste momento parte do carregamento

é absorvido pela deformação da fibra e ruptura dos pontos de contato da zona de

transição (figura 17c). Com o aumento da tensão, pode ocorrer o descolamento

e/ou ruptura da fibra (figura 17d).

Revisão Bibliográfica 43

a) b) c) d)

Figura 17. Mecanismo de propagação da fissura (CHAWLA, 1987 apud SALES, 2006).

Segundo Harmia (1996, apud SILVA, R., 2003) o descolamento das fibras

ocorre geralmente quando as fibras estão orientadas paralelamente à direção da

propagação da trinca, nas fibras orientadas perpendicularmente, são observados

com maior freqüência o deslizamento e fratura das mesmas. Para ambos os

mecanismos, o comprimento da fibra exerce significativa influência. Neste

trabalho, a influência do comprimento de ancoragem foi determinada com fibras

com comprimento de 25 mm e 35 mm.

Morrissey et al (1985, apud SAVASTANO, 1992) estudaram o

comprimento crítico (comprimento em que as fibras rompem antes de escorregar)

para fibras vegetais em matriz de pasta de cimento. Os autores concluíram que a

resistência de aderência das fibras não é proporcional ao comprimento de

ancoragem e depende, sobretudo, de pontos localizados onde a aderência é maior.

Assim, comprimento crítico deve ser considerado comprimento em que se torna

maior a probabilidade de ocorrência de ancoragem localizada e de alta resistência

ao cisalhamento.

2.3.2.1. Agave sisalana – Sisal

Li et al (2000) comentam que o sisal – Agave sisalana – está entre as fibras

vegetais mais utilizadas no planeta. Sendo a principal fibra dura produzida no

mundo, correspondendo a aproximadamente 70% da produção comercial de todas

as fibras desse tipo. Em 2000 eram produzidos 4,5 milhões de toneladas

anualmente no mundo, sendo o Brasil um dos maiores produtores. Dados da

Embrapa (2007) indicam que a produção anual é de 140.000 toneladas. O cultivo

se concentra na região Nordeste, sendo os estados da Bahia (36 municípios),

Revisão Bibliográfica 44

Paraíba (34 municípios) e Rio Grande do Norte (5 municípios) os principais

produtores, com 93,5%, 3,5% e 3,0%, respectivamente, da produção nacional.

Atualmente a fibra beneficiada é destinada à indústria de cordoaria para

confecção de cordas, cordéis, tapetes, capachos, etc., sendo também excelente

matéria prima para a fabricação de celulose, papéis finos e para a indústria

farmacêutica. Uma planta produz cerca de 200-250 folhas e cada uma contém

cerca de 1000-1200 pacotes de fibras, compostas por 4% de fibras, 8% de matéria

seca e aproximadamente 90% de água. O processo de produção da fibra de sisal,

em sua quase totalidade, ainda é feito com a máquina desfibradora paraibana,

conhecida por problemas de mutilação causados aos seus operadores. O

desfibramento deve ser feito logo após a colheita quando a folha é golpeada e, por

raspagem, elimina-se a polpa que envolve as fibras. Uma máquina operada por

dois homens pode beneficiar 6.000 folhas ao dia, cerca de 90 a 120 kg de fibras

(IBICT, 2007). Na tabela 5 tem-se a composição química das fibras de sisal. A

figura 18 apresenta imagens em microscopia eletrônica de varredura da

morfologia interna da fibra de sisal.

Tabela 5. Composição química das fibras de sisal, em %.

Natureza da fibra Lignina Celulose Hemicelulose Extrativos Outros Sisala 11 73,11 13,33 1,33 1,23 Sisalb 26 38,2 26 -- 9,8 Sisalc 8 - 11 67 - 78 10 - 14,5 -- 4 - 7,5

a Bledzki and Gassan (1999, apud ARSÈNE et al, 2003); bRamakrishna e Sundararajan (2005); cSilva, A., (2003).

Figura 18. Microscopia eletrônica de varredura da morfologia interna da fibra de sisal (ANDRADE et al, 2007).

100 μm 50 μm a) b)

Revisão Bibliográfica 45

2.3.2.2. Ananás erectifolius – Curauá

Planta característica da Amazônica paraense, o curauá, pertencente à família

das bromeliáceas, cujo nome científico, Ananás erectifolius, a identifica como

sendo da família do abacaxi (Ananás comosus), é uma planta com grande

potencial para o uso de suas fibras lignocelulósicas (d’ALMEIDA et al, 2006). O

fruto é semelhante, em aspecto e sabor, ao abacaxi (LOBATO, 2003 apud

PICANÇO, 2005). Embora comestível (figura 19a), o interesse econômico pelo

curauá está primordialmente associado às fibras extraídas de suas folhas. A planta

não possui espinhos o que facilita o corte e manejo. Suas folhas são rígidas eretas

e com faces planas, medem de 4 a 5 cm de largura, 5 mm de espessura e 1,5 m de

comprimento (PICANÇO, 2005; d’ALMEIDA, 2006). Espécie nativa e rústica, o

curauá não é exigente quanto ao solo, crescendo até em solo arenoso e pouco fértil

inclusive em área degradadas (RFI, 2006). Produtores colhem duas safras por ano

do curauá nativo, onde cada planta produz entre 20 e 24 folhas. As fibras

representam 6 e 8% da composição de cada folha, totalizando quase 2 quilos de

fibras por planta.

A indústria automobilística utiliza o curauá para construção de freios e

outras peças em substituição à fibra de vidro. Conforme apontado por d’Almeida

et al (2006), as fibras picadas são misturadas com sobras de cobertores e tapetes

descartadas pela indústria têxtil para reforçar matrizes de polipropileno, utilizados

no teto e nas partes internas do compartimento de bagagem de automóveis.

Picanço (2005), utilizando as fibras de curauá em compósitos cimentícios,

observou que os resultados de características físicas e mecânicas habilitam a

utilização da fibra para o reforço de matrizes cimentícias, uma vez que, as fibras

oferecem ganhos substanciais à ductibilidade e à capacidade de resistência pós-

fissuração, em contraste a matrizes cimentícias não reforçadas. Na tabela 6 pode

ser visualizada a composição química das fibras de curauá. As figuras 19b e 20a,b

apresentam imagens em microscopia eletrônica de varredura das fibras de curauá.

Tabela 6. Composição química do curauá, em % (LEÃO et al, 2002 apud PAOLI, 2007).

Natureza da fibra Lignina Celulose Hemicelulose Extrativos Outros Curauá 7,5 73,6 9,9 -- 9

Revisão Bibliográfica 46

Figura 19. Planta e fibra da Ananás erectifolius – curauá (MONTEIRO et al, 2006).

Figura 20. Microscopia eletrônica de varredura de fibras de curauá (PICANÇO, 2005).

2.3.3. Estabilização Química

A estabilização química dos solos refere-se às alterações produzidas em sua

massa pela introdução de uma quantidade de aditivo. Quando utilizada para solos

granulares visa principalmente melhorar sua resistência ao cisalhamento (causado

pelo atrito produzido pelo contato das superfícies das partículas), por meio de

adição de pequenas quantidades de ligantes nos pontos de contato dos grãos

(HOUBEN e GUILLAUD, 1994). Dentre os aglomerantes, cita-se o cimento

Portland, cal, pozolanas, materiais betuminosos e certas resinas.

O estabilizante químico mais utilizado é o cimento, sua ação no solo se dá

precisamente da mesma maneira que no concreto. A reação com a água forma um

gel coloidal cimentício insolúvel, capaz de dispersar-se e preencher os poros,

endurecendo para formar uma matriz contínua de melhor resistência que envolve

as partículas de solo ligando as juntas (COOK e SPENCE, 1983). Handy (1958,

apud GRANDE, 2003) também observa a formação de um gel coloidal,

10 μm 100 μm

a) b)

a) b)

Revisão Bibliográfica 47

descrevendo que na interface do grão de solo ocorre uma combinação de ligações

mecânicas com as superfícies minerais, que apresentam certa rugosidade, somadas

às ligações químicas dessa interface. Quando ocorre a formação do CH, os íons de

cálcio encontram-se disponíveis na mistura e estes se associam à superfície dos

argilominerais que possuem capacidade de troca de cátions. O melhor solo para

estabilização é aquele que apresenta pequenas quantidades de argila, consistindo

muitas vezes de areia e cascalho.

Walker (1995) observa que a resistência à compressão decresce com a

redução do cimento e aumento do índice de plasticidade. A redução da resistência,

devido à presença de argila, foi mais evidente em solos com plasticidade entre

15% e 25%. A queda de resistência é atribuída ao efeito enfraquecido da ligação

da argila e cimento. Embora o cimento reaja estabilizando minerais argilosos, a

resistência da estrutura coloidal/cimento é significativamente mais fraca do que a

estrutura granular/cimento.

Em Bahar et al (2004) e Kenai et al (2006), a adição de cimento, em

matrizes de solo, reduziram sua permeabilidade. Isto demonstra que a

estabilização química conduz a uma melhor resistência mecânica e menor

permeabilidade, proporcionando uma maior durabilidade. Os autores ainda

observam um significativo decréscimo da retração, entre 20 e 44% para solos

estabilizados com 6 e 10% de cimento, respectivamente.

Uma outra forma de estabilização química, embora não seja escopo desta

dissertação, é a adição de minerais denominados pozolanas. Estas adições

minerais possuem alguma sílica e alumínio em forma amorfa que, na presença da

água, podem combinar-se quimicamente com a cal, para formar compostos

semelhantes aos silicatos e aluminatos de cálcio hidratado. Cimentos alternativos,

como apontado por Savastano (2001), podem ser adequados para substituir em

parte ou totalmente o cimento Portland, trazendo como vantagem a economia

energética, a reciclabilidade dos resíduos e a redução do custo de produção.

3. Metodologia Experimental

3.1. Materiais utilizados

Para a produção dos espécimes foi utilizado um solo proveniente do distrito

de Vila de Cava, no município de Nova Iguaçu - Rio de Janeiro. As razões da

escolha do local de extração do solo levaram em conta as necessidades

habitacionais da região e adjacências (Belford Roxo, Duque de Caxias e São João

de Meriti) que formam uma área extremamente pobre no Estado do Rio de Janeiro

(ver Apêndice A). Esta ação é justificada, uma vez que, se tem por objetivo futuro

a recomendação de soluções habitacionais (sustentáveis) para a região. O solo

extraído foi inicialmente denominado de solo 1. Adições de areia lavada foram

necessárias e a esta nova configuração denominou-se solo 2.

Dois tipos de fibras vegetais foram utilizadas (curauá e sisal), com

comprimento de 25 e 35 mm. As fibras de sisal foram adquiridas em loja de

material de construção. Assim, as condições de beneficiamento, armazenamento e

exposição são desconhecidas. As fibras de curauá são do mesmo lote das

utilizadas por Picanço (2005). Cabe observar que as fibras estiveram

acondicionadas por 3 (três) anos em sacos plásticos, em ambiente não controlado,

sujeito à ação de insetos, fungos, variações de umidade e temperatura. As

condições de extração e enriquecimento também não são conhecidas.

O aglomerante utilizado foi o CPII-32F (cimento Portland com filler), marca

Mauá, comercialmente vendido em lojas de materiais de construção. A água é

proveniente da rede de abastecimento da cidade do Rio de Janeiro.

Metodologia Experimental

49

3.2. Características físicas, químicas e mineralógicas dos solos

Os ensaios de classificação física dos solos seguiram os procedimentos

adotados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).

NBR 7181/1984 – Solo – Análise granulométrica;

NBR 6459/1984 – Solo – Determinação do Limite de Liquidez;

NBR 7180/1984 – Solo – Determinação do Limite de Plasticidade;

NBR 6508/1984 – Solo – Determinação da massa específica aparente;

NBR 7182/1986 – Solo – Ensaio de compactação.

Os ensaios de classificação química realizados foram os de complexo

sortivo, pH e ataque sulfúrico. Nessas análises apenas os minerais secundários

como argilominerais, óxidos cristalinos de ferro e de alumínios e amorfos são

decompostos. Esses minerais são os representantes principais das frações finas dos

solos e principais responsáveis por sua atividade. Pelo ataque sulfúrico

determinam-se os teores de óxidos de sílica, alumínio, ferro e titânio expressos em

g/kg; enquanto que o complexo sortivo se refere à presença de cátions trocáveis

existentes nos solos, expressos em cmolc/kg (BRANT, 2005). A análise química

foi realizada no Centro Nacional de Pesquisa de Solos CNPS/EMBRAPA e a

metodologia experimental segue como o estabelecido pelo manual de métodos de

análise de solos da Embrapa (1979).

A análise mineralógica tem a finalidade de identificar os argilominerais que

constituem a fração argilosa do solo e foi realizada por Difratometria de Raios-X

(DRX), que consiste basicamente na incidência de um feixe de Raio-X

monocromático na amostra, o feixe difratado é expresso através de picos que se

destacam da linha de base, registrados num difratograma que relaciona

intensidades de difração obtidas em ângulos 2Ө. A DRX permite identificar todas

as espécies cristalinas contidas numa amostra, geralmente com porcentagem em

peso não inferior a 1%. O instrumento utilizado na realização destes ensaios foi

um difratômetro de marca SIEMENS, modelo D5000, que operou com emissão de

feixe de radiação de Raios-X, varrendo a faixa angular (2Ө) de 3º a 80º com passo

de 0,02s, tempo de coleta por passo de 1s e temperatura de 25ºC. Os ensaios

foram realizados no Laboratório de Difração de Raios-X do Departamento de

Ciências dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio.

Metodologia Experimental

50

3.3. Características físicas das fibras vegetais

3.3.1. Geometria das fibras

A transferência de esforços da matriz para o reforço fibroso que determinará

o comportamento do compósito resultante é influenciada, entre outros, pelo

comprimento e diâmetro das fibras (AGOPYAN e SAVASTANO, 2003). Assim,

é importante e necessária a avaliação destes parâmetros. Neste estudo foram

adotados dois comprimentos de fibra (25 mm e 35 mm). O diâmetro das fibras

avaliado é a média de 25 medições. As fibras foram secas ao ar, escolhidas

aleatoriamente e analisadas em dois pontos distintos ao longo do comprimento,

totalizando 50 pontos de medição. Um fissurômetro foi utilizado na estimativa do

diâmetro. O fissurômetro é uma lupa para medição de fissuras com aumento de

10x, com escala graduada de 10 mm e precisão de 0,01 mm.

3.3.2. Teor de umidade

Para medir o teor de umidade natural as fibras primeiramente foram

mantidas ao ar livre por 5 dias, seu peso ao ar (Par) foi determinado em balança

eletrônica com precisão de 0,01 g. Posteriormente as fibras foram colocadas em

estufa a uma temperatura entre 105-110ºC por 24 horas, e pesadas novamente

(Pest). A umidade natural foi estimada utilizando a equação 1.

%100.est

estar

PPP

H−

= (1)

3.3.3. Peso específico

O peso específico das fibras foi medida utilizando o frasco de Chapman.

Adotando-se a metodologia de Picanço (2005), as fibras foram cortadas com

comprimento médio de 30 mm e secas em estufa até constância de peso. Por

constância de peso entende-se duas pesagens consecutivas, espaçadas de 2 horas,

Metodologia Experimental

51

que não apresentem variação maior que 0,1%. Dentro do frasco de Chapman

colocou-se 400 ml de água e 50 g de fibras. As fibras são deixadas imersas em

água, por 24 horas, antes de ser efetuada a leitura do volume de água deslocada.

Este procedimento é necessário para que a água ocupe o lugar dos vazios das

fibras (figura 21). A equação 2 permitiu a estimativa do peso específico, onde

Pest50 equivale a 50g de fibras secas em estufa e L é a leitura feita no frasco de

Chapman.

40050

−=LPestγ (2)

Figura 21. Determinação do peso especifico das fibras vegetais.

3.3.4. Absorção d’água

O procedimento para a obtenção do índice de absorção d´água (Iabs), segue

como realizado por Toledo Filho (1997). As fibras secas em estufa por 24 horas, a

uma temperatura entre 105 e 110ºC, são pesadas em balança eletrônica e

posteriormente embebidas em água. O peso úmido é obtido em seguidos

intervalos de tempo, 5 min, 15 min, 30 min, 60 min, 120 min e depois em

períodos de 24 horas.

Metodologia Experimental

52

a) b)

A equação 3 é utilizada para medir a capacidade de absorção d’água das

fibras. Pest representa o peso da fibra seca em estufa e Pum o peso úmido (após

imersão).

est

estumabs P

PPI

−= (3)

O ensaio é realizado com a aplicação de papel absorvente para a retirada do

excesso de água das fibras antes da pesagem. Em decorrência da ausência de

especificações quanto à taxa de absorção mínima e máxima do papel absorvente e

conjecturando que esta taxa pode influenciar significativamente no ensaio,

extraindo além da água em excesso, surgiu a necessidade da realização

(desenvolvimento) de um ensaio que dispensasse o uso do papel.

Na metodologia desenvolvida, as fibras são cortadas e coladas pela

extremidade em pequenas placas de alumínio (figura 22a). A cola utilizada foi o

Sikadur 32 gel. Após a secagem da cola, as placas com fibras foram levadas à

estufa, entre 105 e 110ºC, até a obtenção de constância de peso e no mínimo por

24 horas. As placas são pesadas e fixadas em um varal posicionado sob uma

superfície líquida, de modo que as fibras vegetais fiquem integralmente imersas

em água (figura 22b). Durante o ensaio a temperatura da água variou entre 23,2ºC

e 23,8ºC. Em seguidos intervalos de tempo as placas são retiradas, agitadas para

remover o excesso de água e então pesadas em balança eletrônica com precisão de

0,01 g.

Figura 22. Procedimento experimental desenvolvido. a) fibras coladas nas placas de alumínio; b) varal posicionado sob uma superfície com água.

Metodologia Experimental

53

3.4. Preparação e ensaio dos corpos de prova

Nesta pesquisa, um dos parâmetros fundamentais, para a produção de

espécimes representativos, é o controle da umidade durante a compactação.

Assim, o primeiro passo foi o de determinar as curvas de compactação para os

solos estudados. Convencionalmente, o ensaio para a determinação da curva de

compactação é o ensaio normal de Proctor. Padronizado pela ABNT (1986), o

ensaio consiste na compactação de uma amostra de solo dentro de um recipiente

cilíndrico em camadas, sob a ação de um número determinado de golpes com um

soquete de peso determinado, a uma altura também normatizada. O ensaio é

repetido para diferentes teores de umidade, determinando-se, para cada um deles,

o peso específico aparente. Com os dados obtidos, traça-se a curva γs = f(h) –

curva da densidade pela umidade –. A umidade ótima (hot) corresponde ao peso

específico aparente seco máximo (γs,max). A energia de compactação desse ensaio

e de aproximadamente 6 kg.cm/cm3 ≈ 0,6 MPa. Evidentemente, se a energia de

compactação for outra, obter-se-ão valores diferentes de hot e γs,max. Sabe-se que à

medida que a energia de compactação aumenta, o teor de umidade ótima decresce

com o crescimento da densidade seca máxima.

Como referido, as máquinas utilizadas para a produção de Blocos de Terra

Comprimida, aplicam, através de um sistema de alavanca, um carregamento quase

estático, assim, para a moldagem de amostras representativas de blocos

comprimidos, é necessário que a compactação seja realizada nestas condições.

Baseando-se no trabalho de Mesbah et al (1999), amostras cilíndricas foram

moldadas, e o procedimento de compactação segue como descrito abaixo.

Os moldes utilizados são de uso comum para a moldagem de espécimes de

argamassa (50x100 mm), porém, para a determinação das curvas de compactação,

houve a necessidade de adaptações nos moldes de aço. As figuras 23a,b ilustram o

molde e a guia utilizada. Para ambos (molde e guia), foi indispensável o reforço

com anéis de aço, para que pudessem suportar o carregamento a que seriam

submetidos. A colocação de um anel de borracha na guia foi para evitar que,

durante a compactação, a mistura fosse expelida pela abertura no molde.

Metodologia Experimental

54

a) b)

Anel de borracha

Anel de aço

Braçadeira

Gui

a M

olde

Travessão

Célula de carga

Molde + Guia

Figura 23. Moldes utilizados para confecção dos compósitos (ABNT, 1994a). a) detalhe das adaptações necessárias; b) molde+guia.

O procedimento experimental consistiu na deposição do material (solo +

água) dentro do molde e guia e posterior posicionamento na máquina de ensaios e

aplicação do carregamento (figura 24). O equipamento utilizado é uma EMIC,

modelo DL-3000, com capacidade de carga de 30 kN. Estabelecido o primeiro

ponto da curva de compactação, os demais pontos são obtidos de maneira análoga,

a exceção da quantidade de água, que varia entre 2 e 3%. Após o carregamento o

espécime é nivelado, retirado do molde e pesado. São extraídas três amostras de

solo, pesadas e levadas à estufa por 24 horas, a uma temperatura de 105ºC.

Figura 24. Máquina universal de ensaios utilizada para a compactação.

Metodologia Experimental

55

A massa úmida do espécime compactado (Pu) e o volume (V) permitem a

determinação do peso específico aparente úmido (γu), através da equação 4.

Computada a umidade na compactação, o peso especifico aparente seco é então

determinado pela equação 5.

VPu

u =γ (4)

hu

s +=

100100 . γ

γ (5)

A quantidade de água utilizada na moldagem dos espécimes correspondeu à

umidade ótima obtida nos ensaios de compactação estática. Na preparação dos

compósitos, o solo e o cimento são combinados (em estado seco) em um Mixer

por 1 minuto, 70% da água é adicionada aos poucos durante os 2 minutos

seguintes. As fibras vegetais são adicionadas lentamente com as mãos, cuidando

para a manutenção de uma mistura homogênea (MESBAH et al, 2004). Após a

adição das fibras vegetais o restante da água (30%) é adicionado. O processo

completo de mistura é finalizado em 7 minutos. A mistura úmida permanece em

saco plástico lacrado para evitar a perda de umidade para o meio e é utilizada no

prazo máximo de 1 hora. O total produzido por vez foi o equivalente para a

moldagem de 6 (seis) corpos de prova. A massa úmida é depositada no molde, e

então posicionada com a guia no equipamento para compactação. O embolo

anexado à máquina de ensaios, compacta o solo a uma velocidade de 65 mm/s, tal

qual a velocidade de compactação das máquinas manuais de tijolos. Após a

compactação e extração, os espécimes são classificados e levados à câmara

climática (25ºC e UR 90%) permanecendo até o dia do ensaio.

Os ensaios mecânicos realizados foram o de compressão simples e

compressão diametral, segundo regulamenta a ABNT (1994b, 1994c), além do

ensaio de absorção d’água (ABNT, 1984e). Foi utilizada uma máquina de ensaios,

marca CONTENCO, com aquisição automática dos dados de cargas e

deslocamento, usando-se uma célula de carga com capacidade de 50 kN e um

LVDT (Linear Variable Differential Transducers) com escala de 1” (25,4 mm) e

precisão de 1,27mm, posicionado sob o prato da prensa (Figura 25). Baseado nas

Metodologia Experimental

56

Célula de carga

a) b)

recomendações da ABNT (1994b), os ensaios foram executados com velocidade

de carregamento de 0,55 MPa/s, continuamente e sem choques.

Figura 25. Máquina e instrumentação utilizada nos ensaios. a) ensaio de compressão simples; b) ensaio de compressão diametral.

Os ensaios avaliaram a influência da estabilização mecânica, física e

química nas matrizes de solo. A fração de cimento nas misturas variou de 4% e

6%, em peso de solo seco. A escolha foi baseada nas considerações de Barbosa et

al (1997). Segundo os autores, para solos argilosos é desejável um teor de cimento

não inferiores a 6%. Para solos arenosos é indicado no mínimo 4%.

Na adição das fibras vegetais, foi analisada, durante o processo de

compactação, a influência do comprimento e da variação volumétrica das fibras

sob compressão simples e compressão diametral, além da análise da influência do

reforço fibroso na porosidade do compósito. A escolha da fração volumétrica das

fibras (0,5 e 1%) aliou o conhecimento teórico com o prático. Experimentações

prévias indicaram que o equipamento disponível, somente permitiria uma

homogeneização adequada, para misturas com volume de fibra inferiores a 1%.

Guimarães (1990) comenta que a porção volumétrica depende da técnica de

processamento utilizada para a mistura e do tipo de fibra.

Alguns espécimes foram instrumentados com extensômetros elétricos, tanto

à compressão simples quanto à compressão diametral. Os equipamentos foram

posicionados na metade da altura dos corpos de prova, nas direções longitudinal e

transversal, conforme ilustrado nas figuras 26 e 27.

Corpos de prova

Metodologia Experimental

57

LDP

tração ...2

πσ =

Extensômetro elétrico longitudinal e transversal

Capeamento (massa plástica)

Roseta – extensômetro elétrico longitudinal, transversal e diagonal

Capeamento (massa plástica) 50 mm

100

mm

Figura 26. Fixação dos extensômetros elétricos (ensaio de compressão simples).

Figura 27. Fixação dos extensômetros elétricos (ensaio de compressão diametral).

3.4.1 Nomenclatura dos corpos de prova

Das combinações de aglomerante, do tipo, do comprimento e da adição

volumétrica das fibras vegetais, para cada solo, têm-se dez compósitos distintos.

A nomenclatura adotada para o solo argiloso é C e para o solo arenoso é S. O

sistema de denominação das demais variáveis segue como descrito abaixo. O

primeiro termo determina o tipo de solo (C ou S), o segundo é referente à

quantidade de cimento, 4 e 6% (4C e 6C), os números subseqüentes indicam o

comprimento da fibra (25 e 35 mm), o par de letras identifica o tipo de fibra, FS

para sisal e FC para curauá, por fim, a seqüência é finalizada com a fração

volumétrica adicionada (0,5 e 1%). Como exemplo, o compósito C6C35FC1

Metodologia Experimental

58

indica solo argiloso com 6% de cimento, com fibras de Curauá de 35 mm de

comprimento adicionados 1%, em peso de solo seco.

A influência do período de cura também foi analisada para os 7, 14, 28 e 35

dias, denotado como 7D, 14D, 28D e 35D respectivamente, assim, ao final da

designação de cada corpo de prova é indicado seu tempo de cura. A decisão por

um ensaio em período mais longo (35 dias) é decorrente da constatação de que as

presenças de hemicelulose, lignina e açúcares, entre outras substâncias, são

comprovadamente inibidoras do desenvolvimento das propriedades resistivas das

matrizes cimentícias. Assim, é de interesse que se prolongue o tempo de cura para

além do convencional, conforme apontado nos estudos de Venuat (1983, apud

SARMIENTO e FREIRE, 1997), Swamy (1990) e Ramakrishna e Sundararajan

(2005).

4. Resultados e discussão

4.1. Características físicas, químicas e mineralógicas dos solos 4.1.1. Análise física do solo

A tabela 7 apresenta as propriedades físicas dos solos estudados, onde: LL –

Limite de Liquidez; LP – Limite de Plasticidade; IP – Índice de Plasticidade e; Gs

– densidade dos grãos. Na figura 28 é ilustrada sua distribuição granulométrica.

Tabela 7. Características físicas dos solos estudados, em %.

Areia Silte Argila LL LP IP Gs Solo 1 38,81 11,14 50,05 75,80 40,86 34,94 2,68 Solo 2 77,95 5,45 16,60 34,48 19,77 14,71 2,70

Porc

enta

gem

que

pas

sa (%

)

Diâmetro dos Grãos (mm)

Figura 28. Distribuição granulométrica dos solos estudados.

( )

0

20

40

60

80

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Solo 1

Solo 2 Areia lavada

Resultados e Discussão 60

Com base nas propriedades físicas é possível classificar o solo, conforme já

antecipado, um solo tem característica argilosa e o outro arenosa. Classificar um

solo é incluí-lo em um determinado grupo composto por solos de características e

propriedades geotécnicas similares (LAMBE e WHITMAN, 1969). O sistema

utilizado para classificação do solo foi o Sistema Unificado de Classificação de

Solos (USCS).

4.1.1.1. Sistema Unificado de Classificação de Solos (USCS)

Este sistema, primeiramente considera a porcentagem de finos (passante na

peneira #200) presentes no solo. Se esta porcentagem for inferior a 50%, o solo

será considerado como solo de granulação grosseira, G ou S. Se for superior a

50%, o solo será considerado de granulação fina, M, C ou O (PINTO, 2006, p.53).

Em resumo, o esquema de classificação é apresentado na tabela 8. O solo 1 foi

classificado como uma argila inorgânica de média e alta plasticidade (OH) e o

solo 2 como uma areia argilosa, misturas bem graduadas de areia e argila (SC).

Tabela 8. Esquema para classificação pelo Sistema Unificado.

% P #200 <50

G > S:G

% P #200 <5 GW CNU >4 e 1< CC <3 GP CNU <4 ou 1> CC >3

% P #200 >12 GC

GM 5< #200 <12 GW-GC, GP-GM, etc.

S > G:S

% P #200 <5 SW CNU >6 e 1< CC <3 SP CNU <6 ou 1> CC >3

% P #200 >12 SC

SM 5< #200 <12 SW-SC, SP-SC, etc.

% P #200 >50

C CL

CH

M ML

MH

O OL OH

Resultados e Discussão 61

4.1.2. Análise química do solo argiloso (solo 1)

As partículas do solo apresentam cargas elétricas negativas e/ou positivas,

sendo que as diferenças entre estas cargas induzem à retenção de cátions ou

ânions (PESSÔA, 2006). Este fenômeno é chamado troca ou adsorção iônica,

podendo ser catiônica (CTC) (Al3+, Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+, etc) ou aniônica

(CTA) (NO3-, PO4-, HPO42-, HCO3-, SO42-, etc). O complexo sortivo indica quais

são os cátions trocáveis presentes na amostra de solo. Os resultados, apresentados

na tabela 9, demonstram que o valor de troca catiônica (T = 4,9 cmolc/kg),

qualifica a argila presente como sendo do tipo caolinita. Segundo Mitchell (1993,

apud PESSÔA, 2006), a capacidade de troca catiônica para este tipo de

argilomineral varia em cmolc/kg de 3 a 15.

Tabela 9. Análise química (pH, complexo sortivo) do solo argiloso.

pH (1:2,5) Complexo sortivo cmolc/kg Valor V %

++

+

3

3

AlSAl.100

% água KCl (1N) Mg2+ K+ Na+ Valor S

(soma) Al3+ H+ Valor T (soma)

4,8 4,0 0,8 0,02 0,02 0,8 0,7 3,4 4,9 16 47 cmolc/kg (centimol de cátion/kg da amostra)

O ensaio de Ataque Sulfúrico (H2SO4) fornece o valor do índice ki, que é a

relação entre as quantidades de sílica (SiO2) e alumínio (Al2O3) presente no solo,

e serve para indicar o grau de intemperização do mesmo. Valores elevados de ki

indicam menor grau de intemperização. Baixos valores indicam um maior grau

(PESSÔA, 2006). O solo analisado apresenta um valor de ki igual a 1,02 (tabela

10), coerente com os solos caoliníticos que apresentam normalmente o valor de

2,0 para esta relação.

Tabela 10. Análise química (ataque sulfúrico) do solo argiloso.

Ataque por H2SO4 (1:1) - NaOH (0,8%) g/kg

32

2

OAlSiO

(ki)3232

2

OFeOAlSiO+

(kr) 32

32

OFeOAl

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 138 229 72 8,3 1,02 0,85 4,99

Resultados e Discussão 62

4.1.3. Análise mineralógica do solo

As análises de difração de Raio-X são ilustradas nas figuras 29 e 30. O

exame mineralógico identificou a argila predominante, nos dois tipos de solo,

como sendo do tipo caolinita. A argila do tipo caolinita é pouco expansiva, em

detrimento de sua estrutura química, assim, é mais desejável na produção de

elementos e/ou tijolos de terra (REDDY e GUPTA, 2005). Barbosa et al (1997)

mencionam que a argila caolinita e ilita são mais indicadas em contraposição ao

uso da argila do tipo montmorilonita, em virtude da mesma ser muito expansiva,

ocasionando aumento indesejável de volume em presença de água.

2Ө

Figura 29. Difratograma do solo (S). Q- Quartzo (SiO2) – 32,8%; K- Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) – 67,2%.

Inte

nsid

ade

2Ө

Figura 30. Difratograma do solo (SC). Q- Quartzo (SiO2) – 54,0%; K- Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) – 46,0%.

Inte

nsid

ade

0

500

1000

1500

2000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

KK

Q

Q

KK

K

Q

Q

0

500

1000

1500

2000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

K K K Q

KKK Q

Resultados e Discussão 63

A caolinita – Al2(Si2O5)(OH)4 – é o argilomineral mais freqüentemente

encontrado na natureza. Este argilomineral é formado pelo empilhamento regular

de camadas 1:1, um plano de tetraedros (Si2O5)2- e outro de octaedros Al2(OH)42+,

ligadas entre si através de pontes comuns de íons O2- e íons OH- (figura 31),

formando uma estrutura fortemente polar que se mantém estável na presença de

água.

Figura 31. Estrutura atômica da argila caolinita (CALLISTER, 2006, p.37).

4.2. Características físicas das fibras vegetais

4.2.1. Geometria e Peso específico

Na tabela 11 são apresentados os resultados do diâmetro, do teor de

umidade natural e massa especifica das fibras. As fibras de sisal estudadas

possuem duas vezes o diâmetro das fibras de curauá e, observando os coeficientes

de variação (CV), presume-se que as fibras de curauá apresentam uma maior

inconstância ao longo de seu comprimento em comparação as fibras de sisal,

podendo gerar uma zona interfacial descontinua e frágil. Quanto ao peso

específico, as fibras de curauá apresentam índices maiores (12%), comparados

com as fibras de sisal.

Camada de Al2(OH)42+ Camada de (Si2O5)2-

Plano de ânions intermediário

Al3+

OH-

Si4+

O2-

Resultados e Discussão 64

Tabela 11. Características físicas das fibras vegetais estudadas.*

Tipo de fibra Diâmetro (mm) Teor de umidade (%) Peso específico (kN/m3) Curauá 0,115 (50,89) 13,60 (2,55) 12,91 (2,15) Sisal 0,228 (31,37) 16,79 (3,03) 11,34 (0,47)

* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.

Os dados obtidos foram comparados aos encontrados na literatura

pesquisada (Tabela 12). O diâmetro das fibras de curauá se intercala aos obtidos

por Picanço (2005), porém com um coeficiente de variação superior (50,89%). O

autor aferiu o diâmetro através de um projetor de perfil e paquímetro, concluindo

que a medição pelo projetor de perfil foi mais adequada, pelo baixo coeficiente de

variação, em comparação ao paquímetro. Quanto à massa específica das fibras,

observa-se uma proximidade entre resultados, com coeficientes de variação pouco

divergentes entre si. Cabe lembrar que as fibras de curauá, embora pertençam a

um mesmo lote (extraídas de uma mesma plantação e beneficiadas igualmente), as

fibras permaneceram por 3 (três) anos acondicionadas em sacos plásticos, em

ambiente de umidade e temperatura não controlada, sujeita a ataque de fungos e

insetos, o que pode justificar a perda de massa específica (4%), entre um trabalho

e outro.

Tabela 12. Características físicas e mecânicas das fibras de curauá e sisal.*

Tipo de fibra Diâmetro (mm)

Teor de umidade (%)

Massa específica (kN/m3)

Resistência a Tração (MPa)

Curauá Este trabalho 0,115 (50,89) 13,60 (2,55) 12,91 (2,15) --

Picanço, 2005 0,127 (29,25) 11,47 (32,0) 13,47 (2,93) 195 - 832,5 0,092 (42,35) -- -- --

Sisal

Este trabalho 0,228 (31,37) 16,79 (3,03) 11,34 (0,47) -- Ghavami et al, 1999 0,15 (--) 13,30 (--) 9,30 (--) 580

Toledo Filho, 1997 0,12 (23,8) 13,30 (8,80) 9,00 (8,90) 577,5 (42,66) Prabakar e Sridharb, 2002 0,25(--) -- 9,62 (--) 286 Agopyan e Savastano, 2003 -- -- 13,70 (--) 347 - 378

Swamy, 1975a 0,01-0,05 -- 15,00 (--) 800 CEPED, 1982a 0,019 -- 12,70 (--) 458,4

Chand et al, 1988a 0,05-0,30 -- 14,50 (--) 530 - 640 Bentur e Mindess, 1990a 0,01-0,05 -- 15,00 (--) 800

* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %. a Sales (2006).

Resultados e Discussão 65

Para as fibras de sisal, observam-se diferenças significativas. A dispersão

entre os dados pode ser decorrente do solo, do clima, do processo de extração das

fibras, do tratamento, estocagem e outros (LI et al, 2000). Na figura 32 é ilustrada

a variabilidade entre os resultados deste trabalho e os disponíveis. Savastano e

Agopyan (1998, apud SALES, 2006) indicam a ocorrência de coeficientes de

variação superiores a 50%, para determinadas características físicas de alguns

tipos de fibras.

CV

Figura 32. Variabilidade dos dados físicos e mecânicos (fibras de curauá e sisal).

4.2.2. Índice de absorção d’água das fibras vegetais

A figura 33 ilustra os resultados dos ensaios de absorção das fibras de

curauá pela metodologia desenvolvida e pelo procedimento experimental de

Toledo Filho (1997). Em uma primeira análise, conforme havia sido conjecturado,

o papel absorvente removeu parte da água absorvida pela fibra. A busca por

ensaios de absorção mais precisos é justificável pela forte influência, da

higroscopicidade das fibras, sobre a zona interfacial com a matriz. O método

desenvolvido demonstra ser confiável em razão do comportamento observado,

índices crescentes de absorção nos primeiros minutos seguida por estabilização

nas horas subseqüentes. Porém, uma análise dos parâmetros variáveis, com um

maior número de ensaios e com uma variedade mais abrangente de espécimes

vegetais, deve ser realizada.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Diâmetro Teor deumidade

Massaespecífica

Resistência aTração

Sisal Curauá

Resultados e Discussão 66

Á

gua

abso

rvid

a (%

)

Tempo (horas)

Figura 33. Comparação entre ensaios de absorção d’água (fibras de curauá).

A figura 34 apresenta a comparação entre os índices de absorção obtidos

(método desenvolvido) para as fibras de sisal com as encontradas no trabalho de

Savastano e Agopyan (1999). A diferença entre dados é significante, mesmo

considerando que as fibras de sisal possuem origem, beneficiamento e

armazenamento distintos. Comparando-se os tipos de fibras estudadas, observa-se

que as fibras de curauá são mais higroscópicas que as de sisal.

Águ

a ab

sorv

ida

(%)

Tempo (minutos)

Figura 34. Ensaios de absorção d’água (sisal e curauá).

Os ensaios indicam que, independentemente do tipo de método utilizado, há

um significativo acréscimo de absorção nos primeiros 10 minutos (Figura 34),

permanecendo praticamente estável nos minutos seguintes. Em geral, mais de

50% da capacidade higroscópica age nos primeiros 15 minutos de contato com a

água (PIMENTEL e SAVASTANO, 1999; SAVASTANO e AGOPYAN, 1999;

0

100

200

300

400

500

600

700

0 1 2 3 4 5 6

Método desenvolvido neste trabalho

Método experimental (Toledo Filho, 1997)

0

100

200

300

400

500

600

700

0 10 20 30 40 50 60

Curauá

Sisal

Sisal - (Savastano e Agopyan, 1999)

Resultados e Discussão 67

TOLEDO FILHO, 1997; TOLEDO FILHO et al, 1999). Na tabela 13 são

apresentadas a quantidade de água absorvida do total seco e do total saturado.

Tabela 13. Quantidade de água absorvida do total seco e saturado, em %.

minutos dias 5 30 45 60 360 2 4 10

Cur

auá do total seco 585,7 598,0 601,2 582,1 590,5 628,4 649,6 709,3

do total saturado 82,6 84,3 84,8 82,1 83,3 88,6 91,6

Sisa

l do total seco 348,9 426,3 422,6 402,7 421,5 401,1 482,2 515,7

do total saturado 67,7 82,7 82,0 78,1 81,7 77,8 93,5

De acordo com a tabela 13, observa-se que as fibras de curauá atingiram

82,6% de sua capacidade absorsiva nos primeiros 5 minutos, estabilizando-se ao

final do primeiro dia (24 horas). As fibras de sisal atingem 67,7% da saturação,

nos 5 minutos iniciais, permanecendo estável ao final do 4º dia (96 horas). Na

figura 35, pode se observar o comportamento das fibras utilizadas neste trabalho e

as utilizadas por Toledo Filho (1997).

Tempo (horas)

Figura 35. Ensaios de absorção d’água (sisal e curauá).

Águ

a ab

sorv

ida

(%)

0100200300400500600700800

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264

Sisal

Curauá

Sisal - (Toledo Filho, 1997)

Resultados e Discussão 68

4.3. Preparação e ensaio dos compósitos 4.3.1. Umidade ótima e Massa específica aparente seca máxima

As figuras 36 e 37 ilustram as curvas obtidas pelo método de compactação

quase estática desenvolvida e pelo ensaio de Proctor. Solos bem graduados (S),

geralmente apresentam curvas de compactação com um máximo acentuado, ao

contrário dos solos de graduação uniforme (C), que se caracterizam por curvas

achatadas. Quanto à credibilidade do método desenvolvido, observa-se que a

variação da energia de carregamento alterou a densidade seca máxima

concomitantemente com a umidade ótima, seguindo os preceitos estabelecidos

pela literatura.

Teor de umidade (%)

Figura 36. Curvas de compactação do solo argiloso (C).

Mas

sa e

spec

ífica

apa

rent

e se

ca (g

/cm

3 )

1,101,151,201,251,301,351,401,451,501,551,601,651,70

18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

0,6 MPa

1 MPa

2 MPa

3 MPa

Ensaio de Proctor

Curva de saturação

Curvas de compactação

Resultados e Discussão 69

M

assa

esp

ecífi

ca a

pare

nte

seca

(g/c

m3 )

Teor de umidade (%)

Figura 37. Curvas de compactação do solo arenoso (S).

O ensaio de Proctor e o método de compactação desenvolvido são

realizados em moldes de tamanhos distintos, e assim, o atrito entre a parede do

molde e a massa compactada será diferente. Neste trabalho, na moldagem dos

espécimes, desconsiderou-se tal influência. Mesbah et al (2004) comentam que o

elemento de solo (tijolo, painel, cilindro, etc.) é diretamente influenciado pelo

atrito do molde, pela energia de compactação e pela natureza do carregamento

(estático ou dinâmico). Venkatarama e Jagadish (1993, apud MESBAH et al,

1999) submeteram o solo à compactação estática impondo um deslocamento da

amostra até a obtenção de um volume constante, com o intuito de aproximar o

procedimento em laboratório ao ocorrido na prática para a produção de tijolos. Os

autores observaram uma dissipação de energia da ordem de 30%, ocasionado pelo

atrito do solo com o molde.

Para a moldagem dos compósitos utilizou-se a umidade ótima obtida pelo

ensaio de compactação quase estática. Porém, sabe-se que a adição de cimento

e/ou fibras vegetais alteram o teor de umidade, e também a massa específica

aparente seca. Deste modo, decidiu-se pela fixação da densidade (1,66 g/cm3 para

o solo argiloso e 1,88 g/cm3 para o solo arenoso) para todos os compósitos

moldados. Na tabela 14 pode-se observar a regularidade dos valores da massa

especifica aparente seca, proporcionado pelo procedimento adotado.

1,401,451,501,551,601,651,701,751,801,851,901,952,00

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

0,6 MPa

1 MPa

2 MPa

3 MPa

5 MPa

Ensaio de Proctor

Curva de saturação

Curvas de compactação

Resultados e Discussão 70

Tabela 14. Massa especifica aparente seca dos compósitos.

Espécimes γs (g/cm3) CV (%) Espécimes γs (g/cm3) CV (%) C6C 1,665 0,15 S6C6 1,886 0,08 C6C25FS1 1,661 0,31 S6C25FS1 1,882 0,11 C6C25FC1 1,663 0,29 S6C25FC1 1,880 0,20 C6C35FS1 1,655 0,26 S6C35FS1 1,879 0,41 C6C35FC1 1,664 0,29 S6C35FC1 1,885 0,10

A densidade dos corpos de prova foi baseada em informações obtidas na

literatura. Reddy e Gupta (2005) sugerem que o tijolo prensado deva ter densidade

seca preferencialmente maior que 1,8 g/cm3. Barbosa e Souza (2000) estudaram

Blocos de Terra Comprimida (sem estabilizante) com densidade de ≈ 1,8 g/cm3.

Rolim et al (1999), na comparação de resistência à compressão simples de

espécimes cilíndricos, tijolos e painéis de solo-cimento, estudaram compósitos

com densidade de 1,96 g/cm3. Dallacort et al (2002) comentam que prensas

manuais de tijolos produzem amostras com massa específica da ordem de

1,80g/cm3. Walker (1995) produziu tijolos, em prensa manual, com densidades

entre 1,60 e 1,80 g/cm3 com solos argilosos e entre 1,82 e 1,90 g/ cm3 com solos

arenosos. Com o objetivo futuro de correlacionar espécimes cilíndricos e

prismáticos, optou-se por manter a densidade dentro deste intervalo.

4.3.2. Influência da porcentagem de aglomerante

Reddy e Gupta (2005), analisando a influência da estabilização química

(cimento) na confecção de Blocos de Terra Comprimida, observaram entre outros,

que a resistência à compressão e tração dos blocos aumentou conforme houve o

acréscimo da quantidade de aglomerante, ressaltando o comportamento de

crescimento linear da resistência à tração direta. A correlação, frequentemente

linear, entre resistência a compressão simples e quantidade de cimento, também

foram observadas nos estudos de Morel et al (2007). Consoli et al (1998) afirmam

que mesmo a adição de 1% de cimento em peso de solo seco, ocorre o aumento da

rigidez e do pico de resistência da matriz de solo. Como o esperado, os ensaios

mecânicos confirmaram o significativo acréscimo na resistência final dos

compósitos, simultaneamente a adição de aglomerante. A figura 38 ilustra o

Resultados e Discussão 71

Quantidade de cimento

crescimento ascendente das resistências mecânicas médias, conferindo a função

linear de crescimento da resistência pela quantidade de cimento.

Figura 38. Comportamento do solo sob estabilização química e mecânica.

Os efeitos da adição de cimento foram investigados por Walker e Stace

(1997) para solos de características físicas distintas. Os autores observam uma

maior resistência mecânica dos blocos de solo-cimento com maiores

concentrações de cimento e menores quantidades de argila. A redução é

decorrente do aumento da plasticidade da mistura, e é atribuída ao efeito frágil da

ligação entre a pasta de cimento e a matriz inerte de solo.

Bahar et al (2004) analisaram, entre outros, os efeitos da estabilização

química (cimento) e estabilização física (correção granulométrica) sob períodos de

cura distintos, e observaram o significativo aumento de resistência à compressão

dos espécimes com solos corrigidos granulometricamente e com maiores

concentrações de cimento. Os autores afirmam que o melhora do comportamento

à compressão é devido aos produtos de hidratação do cimento.

Kenai et al (2006) comentam que os produtos hidratados preenchem os

vazios da matriz e realçam a rigidez da estrutura de solo, pela formação de um

grande número de ligações de silicato de cálcio hidratado (CSH) e aluminato de

Res

istê

ncia

Méd

ia (M

Pa)

Com

pres

são

Sim

ples

C

ompr

essã

o D

iam

etra

l

-6,00

-5,00

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00 0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00%

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00%

Solo Argiloso (C) Solo Arenoso (S)

Walker (2000 apud Morel et al, 2007)

Reddy e Gupta (2005)

Resultados e Discussão 72

cálcio hidratado (CAH). Nas tabelas 15 e 16 são apresentadas as resistências

médias (média de três amostras) às ações mecânicas, ao longo do tempo de cura.

Tabela 15. Resistência média a compressão simples, em MPa.*

Tempo de Cura 7D 14D 21D 28D 35D

C 1,52 (3,44) 1,36 (5,83) 1,37 (5,30) 1,38 (1,46) 1,45 (3,81) C4C 2,42 (6,39) 2,75 (10,67) 2,78 (6,89) 2,72 (2,19) 2,63 (1,62) C6C 3,34 (3,71) 3,35 (3,90) 3,56 (4,97) 3,71 (4,74) 3,89 (13,47) S4C 1,90 (4,46) 2,08 (2,39) --- 2,78 (1,24) 2,78 (2,13) S6C 2,76 (3,34) 2,38 (11,47) 2,96 (8,20) 2,87 (6,60) 2,85 (11,58)

* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.

Tabela 16. Resistência média a compressão diametral, em MPa.*

Tempo de Cura 7D 14D 21D 28D 35D

C 0,138 (3,52) 0,119 (14,8) 0,122 (7,71) 0,134 (8,95) 0,146 (3,98) C4C 0,277 (1,37) 0,223 (5,60) 0,302 (6,77) 0,353 (9,11) 0,258 (7,88) C6C 0,355 (14,9) 0,322 (7,44) 0,415 (6,03) 0,409 (15,2) 0,394 (0,97) S4C 0,168 (2,82) 0,217 (4,11) --- 0,197 (9,34) 0,227 (7,25) S6C 0,265 (5,26) 0,231 (17,1) 0,239 (8,97) 0,204 (9,52) 0,316 (2,44)

* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.

Neste trabalho, a razão de compósitos com solo argiloso atingirem maiores

resistências, quando comparados a compósitos arenosos, está no fato que as

obtenções da resistência à compressão simples e diametral foram realizadas em

espécimes não saturados. É sabido que compósitos ensaiados em estado seco

apresentam maiores índices de resistência do que em estado saturado, e a razão

entre resistências está diretamente interligada à quantidade de argila presente no

solo, como observado por Walker (1995). Em trabalho mais recente, Walker

(2004) observou uma redução da resistência de matrizes de solo, entre 40 e 75%,

após imersão em água. Bahar et al (2004) confirmam a influência da imersão em

água, na resistência mecânica dos corpos de prova. Os espécimes imersos 48h

tiveram a resistência à compressão simples reduzida em 60% em comparação aos

espécimes não imersos. Os pesquisadores reforçam que a redução aos esforços

mecânicos foi mais significativa em amostras com menores porcentagens de

aglomerantes, a redução das amostras com teores acima de 10% de cimento foi,

em geral, de 50% de sua resistência. Segundo Morel et al (2007), a resistência é

reduzida, devido, entre outros, à pressão nos poros pela ação da água.

Resultados e Discussão 73

A figura 39 ilustra os resultados obtidos na imersão prévia por 24 horas dos

compósitos analisados neste trabalho, onde pode ser observado que a resistência

dos compósitos de matriz arenosa foi significativamente superior aos de matriz

argilosa. Para os compósitos argilosos a redução da resistência dos espécimes

saturados comparados aos espécimes em estado seco foi, em geral, de 58%. Já nos

compósitos arenosos, a redução foi de ≅ 30%. Para as amostras reforçadas com

fibras a redução alcançou índices médios de 40%. Os dados apontam que os solos

arenosos, sob a ação da água, se comportam mais satisfatoriamente que os solos

argilosos, visto que a perda de resistência atingiu níveis mais baixos.

Figura 39. Resistência média a compressão simples dos compósitos imersos em água.

4.3.3. Influência das fibras vegetais durante a compactação

Consoli et al (2005) submeteram amostras de areia fina reforçadas com

fibras de polipropileno (distribuídas randomicamente) a testes de compressão

isotrópica. A análise revelou mudanças significativas durante a compressão

devido à inclusão das fibras sintéticas. As fibras foram retiradas após os ensaios,

onde foi constatado que grande parte delas havia se rompido, indicando que as

fibras atuam durante a compactação absorvendo parte da energia imposta,

demonstrado pela deformação e ruptura das mesmas (figura 40).

σ c (M

Pa)

1,98

1,68

2,46

1,50

2,65

1,66

2,76

1,47

2,41

1,41

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

1

C6CS6CC6C25FS1S6C625FS1C6C625FC1S6C25FC1C6C35FS1S6C35FS1C6C35FC1S6C35FC1C

V (4

,73%

) CV

(0,4

2%)

CV

(8,2

9%)

CV

(4,7

4%)

CV

(3,2

5%)

CV

(7,8

2%)

CV

(6,9

6%)

CV

(4,3

2%)

CV

(8,6

0%)

CV

(3,0

9%)

Resultados e Discussão 74

Fibras

Partículas

Compressão das partículas

Movimento das partículas

Fibras submetidas a tração devido ao movimento relativo das partículas

Figura 40 - Mecanismo de ruptura das fibras sob compactação (CONSOLI et al, 2005).

Neste trabalho, o comportamento observado por Consoli et al (2005) pôde

ser confirmado durante a produção dos espécimes. As amostras com adição de

fibras vegetais necessitaram de uma maior pressão para a compactação em

comparação aos espécimes sem fibras, comprovando a atuação das fibras durante

a confecção dos corpos de prova (figura 41).

Figura 41. Pressão de compactação necessária para a produção dos corpos de prova.

4.3.4. Influência do comprimento e fração volumétrica das fibras

Bouhicha et al (2005) analisando a adição da fibra da palha da cevada em

matrizes de solo, observaram um acréscimo de resistência à compressão de 10 a

20% para adições até 1,5% de fibras, em peso seco de solo, o qual dependeu do

tipo de solo utilizado. A adição de fibras acima de 3,5%, em peso seco de solo,

ocasionou uma queda de resistência de 45%. Yetin et al (2008) estudando a

inserção de reforço fibroso em tijolos de Adobe, observaram o decréscimo da

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Deformação (mm)

Pres

são

de C

ompa

ctaç

ão (M

Pa)

S6C S6C25FC1 S6C25FS1

Resultados e Discussão 75

resistência à compressão simples concomitantemente ao aumento da adição de

fibras. Concluindo que o máximo de fibras adicionadas aos tijolos deve se

restringir a 0,5% do peso do solo seco.

As figuras 42 e 43 ilustram o significativo aumento da resistência mecânica

dos compósitos estudados em razão da adição de fibras vegetais e do tempo de

cura. Observa-se que para a compressão simples a fração “ótima” varia em torno

de 0,4 e 0,8%, para ambas as fibras. Analisando a resistência à compressão

diametral, observa-se o crescimento linear da adição das fibras de sisal e curauá

com comprimento de 25 mm, indicando que o limite ultrapassa 1%. Já os

compósitos com fibras de curauá com comprimento de 35 mm apresentaram

comportamento linear de crescimento até 0,4%, com desempenho constante a

partir da inclusão de 0,6%, em peso de solo seco.

Fração volumétrica de fibras Tempo de cura

Figura 42. Resistência média à compressão simples por fração volumétrica de fibras.

Fração volumétrica de fibras Tempo de cura

Figura 43. Resistência média à compressão diametral por fração volumétrica de fibras.

Res

ist.C

ompr

essã

o Si

mpl

es (M

Pa)

Res

ist.

Com

pres

são

Dia

met

ral (

MPa

)

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0%0,001,002,003,004,005,006,00

7 14 28 35

C C6C C6C25FS C6C25FC

C6C35FCσc (MPa)

dias

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0%0,000,100,200,300,400,500,60

7 14 28 35

C C6C C6C25FS C6C25FC

C6C35FCσt (MPa)

dias

Resultados e Discussão 76

4.3.5. Comportamento dos compósitos reforçados

Ghavami et al (1999) investigando a introdução de fibras vegetais (sisal e

coco) em matrizes de solo, observaram que o reforço fibroso acresceu na

capacidade de absorção de energia dos compósitos. A explicação dada pelos

autores fundamenta-se na redistribuição das forças internas do solo para as fibras,

mencionando que as fibras trabalham juntamente com o solo, observando que em

grande parte houve o arrancamento das fibras. O aumento da capacidade de

resistência pós-fissuração em matrizes de solo, também foi observado nos estudos

de Yetin et al (2008), Bouhicha et al (2005), Segetin et al (2007), Prabakar e

Sridharb (2002), entre outros.

Nos espécimes estudados, as fibras vegetais modificaram satisfatoriamente

o comportamento frágil das matrizes de solo. Strain-gages forneceram dados que

demonstram o comportamento dúctil com significativo acréscimo de resistência

pós-fissuração, permitindo ao compósito grande capacidade de absorção de

energia (tenacidade). Porém, a instrumentação não foi muito favorecida pela

pequena resistência das matrizes de solo. Embora a cola utilizada (Araldite) seja

suficientemente deformável, observou-se em todos os casos, o desprendimento da

instrumentação por falha na matriz. Assim, além dos strain-gages foi utilizado um

medidor de deslocamento (LVDT) para auxiliar nas medições. Os gráficos

individuais dos ensaios de compressão simples e diametral encontram-se no

Apêndice B.

A figura 44 ilustra o comportamento tensão-deformação dos compósitos

com solo argiloso, fibras de curauá e sisal com comprimento de 25 mm e fração

volumétrica de 1%. Analisando-se a influência da adição de aglomerante, tanto à

compressão simples quanto para diametral, nota-se um aumento substancial de

rigidez da mistura de solo-cimento (C6C) em contraposição ao solo sem

aglomerante (C). Quanto à inserção de reforço fibroso, observa-se um

considerável aumento na capacidade de deformação com o enrijecimento do

compósito. Os espécimes C6C25FC1 apresentaram valores de rigidez à

compressão simples e diametral equiparável aos compósitos sem fibras (C6C),

enquanto nos compósitos com sisal (C6C25FS1) observa-se o decréscimo.

Resultados e Discussão 77

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 2,5 5,0

1 C-35D 2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 4 C6C25FC1-35D

1

3

2

4

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,0 0,3 0,5

1 C-35D 2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 4 C6C25FC1-35D

1

3 2

4

Conjectura-se que a relação de aspecto (razão entre comprimento e diâmetro) das

fibras tenha sido responsável pelo comportamento adverso das misturas.

Deformação (μs) Deformação (μs)

Figura 44. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso, fibras de curauá e sisal com comprimento de 25 mm e fração volumétrica de 1%.

Deformação (μs) Deformação (μs)

Figura 45. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso, fibras de sisal com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%, aos 35 dias.

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o D

iam

etra

l (M

Pa)

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o Si

mpl

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Pa)

Res

istê

ncia

à C

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essã

o Si

mpl

es (M

Pa)

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o D

iam

etra

l (M

Pa)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,0 0,3 0,5

1 C-35D 2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 5 C6C35FS1-35D

1

3 2

5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 2,5 5,0

1 C-35D 2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 5 C6C35FS1-35D

1

3

2

5

Resultados e Discussão 78

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 2,5 5,0

2 C6C-35D 4 C6C25FC1-35D 6 S6C-35D 8 S6C25FC1-35D

8

2

6

4

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,0 0,3 0,5

2 C6C-35D 4 C6C25FC1-35D 6 S6C-35D 8 S6C25FC1-35D

8

2

6

4

Na figura 45 é ilustrado o comportamento da variação do comprimento da

fibra de sisal. Na compressão simples observa-se o decréscimo de

aproximadamente 73% na rigidez, entretanto na compressão diametral os

compósitos com fibras de 35 mm apresentaram rigidez superior aos espécimes

com reforço de 25 mm. A figura 46 se refere ao comportamento tensão-

deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, com fibras de curauá de

25 mm de comprimento e 1% de fração volumétrica. Observa-se que a rigidez a

compressão simples das matrizes argilosas é superior as matrizes arenosas.

Conjectura-se que influenciado pela elevada atividade higroscópica da fibra de

curauá, aliada ao fato que solos argilosos apresentam uma forte ligação entre as

partículas de água, resultou em um maior número de áreas (pontos) de contato

entre matriz e fibra. Análises microscópicas são necessárias para uma melhor

compreensão do comportamento observado. Com a inclusão do reforço fibroso,

para a compressão diametral, observa-se a queda de rigidez com aumento da

capacidade de deformação para o solo arenoso. Guimarães (1990), em seus

estudos, observa que um melhor desempenho foi obtido quando a relação de

aspecto das fibras foi aumentada. Porém, segundo o autor, existe um limite, onde

a rigidez e resistência do compósito são reduzidas.

Deformação (μs) Deformação (μs)

Figura 46. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, fibras de curauá com comprimento de 25 mm e fração volumétrica de 1%.

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o Si

mpl

es (M

Pa)

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o D

iam

etra

l (M

Pa)

Resultados e Discussão 79

Deformação (μs) Deformação (μs)

Figura 47. Tensão-deformação dos compósitos com solo argiloso e arenoso, com fibras de sisal com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%.

A figura 47 ilustra o comportamento dos compósitos (C e S) reforçados,

com fibras de sisal com 25 e 35 mm de comprimento, adicionados

volumetricamente em 1%, do peso do solo seco. Observa-se, para a matriz

argilosa, que a adição de fibras de 35 mm elevaram a rigidez, em contrapartida,

para as matrizes arenosas o aumento do comprimento da fibra ocasionou o

decrescimento da rigidez.

A variação de comprimento das fibras de curauá para matrizes arenosas é

ilustrado na figura 48. Na observação há o indicio da influência da ancoragem na

rigidez dos compósitos ensaiados. Para as fibras de curauá, o maior comprimento

das fibras proporcionou uma melhor ancoragem na matriz de solo. Presume-se

que a presença de maior número de pontos de contato na interface das fibras de

35mm de comprimento, melhora a distribuição de tensão da matriz para as fibras,

consequentemente, eleva a rigidez do compósito, embora, apresente rigidez

inferior aos espécimes sem fibras.

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o Si

mpl

es (M

Pa)

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o D

iam

etra

l (M

Pa)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 2,5 5,0

2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 5 C6C35FS1-35D 6 S6C-35D 7 S6C25FS1-35D 9 S6C35FS1-35D

6

2

9

7

5 3

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,0 0,3 0,5

2 C6C-35D 3 C6C25FS1-35D 5 C6C35FS1-35D 6 S6C-35D 7 S6C25FS1-35D 9 S6C35FS1-35D

6

2

9

7 5

3

Resultados e Discussão 80

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 2,5 5,0

6 S6C-35D 8 S6C25FC1-35D 10 S6C35FC1-35D

10

8

6

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,0 0,3 0,5

6 S6C-35D 8 S6C25FC1-35D 10 S6C35FC1-35D

10

8

6

Deformação (μs) Deformação (μs)

Figura 48. Tensão-deformação dos compósitos com solo arenoso, fibras de curauá com comprimento de 25 e 35 mm e fração volumétrica de 1%.

Deformação (μs) Deformação (μs)

Figura 49. Tensão-deformação dos compósitos com solo arenoso, fibras de sisal e curauá com comprimento de 25 mm e fração volumétrica de 1%.

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o Si

mpl

es (M

Pa)

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o D

iam

etra

l (M

Pa)

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o Si

mpl

es (M

Pa)

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o D

iam

etra

l (M

Pa)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 2,5 5,0

6 S6C-35D 7 S6C25FS1-35D 8 S6C25FC1-35D

8

6

7

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,0 0,3 0,5

6 S6C-35D 7 S6C25FS1-35D 8 S6C25FC1-35D

8

6

7

Resultados e Discussão 81

Na figura 49, compara-se a rigidez dos compósitos, de uma mesma matriz

(S), porém com tipos diferentes de fibras, de mesmo comprimento e inclusão

volumétrica. Conforme ilustrado, nos ensaios a compressão simples e diametral, é

evidente o acréscimo de rigidez dos compósitos reforçados com sisal sob os

compósitos com fibras de curauá. É necessário frisar que as fibras adicionadas têm

comprimento de 25 mm, para as fibras de 35 mm, baseando-se nas observações

anteriores, o comportamento é contrário.

O módulo de elasticidade foi calculado a partir do diagrama tensão-

deformação conforme recomendado pela ASTM C469 e sugerido por Toledo

Filho (1997) aos 35 dias. O módulo é a inclinação da reta entre dois pontos fixos

no diagrama. O ponto inferior é o ponto onde a deformação é zero enquanto o

ponto mais alto é o ponto onde a tensão corresponde a 40% da tensão última. O

módulo de elasticidade é calculado pela equação 6, onde ε40% corresponde a

deformação longitudinal produzida pela tensão σ40%. Os resultados podem ser

observados na tabela 17.

%40

%40 )(εσ

=E (6)

Tabela 17. Módulo de elasticidade na compressão simples, em GPa.

C C6C C6C25FC1 C6C25FS1 C6C35FS1 E 2,35 4,24 5,00 4,15 2,40 S6C S6C25FC1 S6C25FS1 S6C35FC1 S6C35FS1 E 5,01 4,30 4,46 2,01 3,16

Observa-se, em geral, que tanto para solos argilosos quanto para arenosos, a

inclusão das fibras vegetais ocasionou o decréscimo do módulo de elasticidade em

comparação aos espécimes de referência (C6C e S6C). Comportamento análogo

ao observado por Barbosa (1996). Segundo o autor, o módulo de elasticidade

obtido para o solo estabilizado com emulsão asfáltica atingiu valores médios de

5,69 GPa, com a adição de fibras de sisal (0,7% em peso de solo) houve o

aumento da flexibilidade do compósito, com módulo de elasticidade de 3,45 GPa.

Ghavami et al (1999), observa o aumento da flexibilidade dos compósitos com a

adição de fibras vegetais. Os autores estudaram a adição de fibras de sisal e coco

com comprimento de 50 mm e adição volumétrica de 4%. Para os espécimes com

Resultados e Discussão 82

fibras de sisal a redução do módulo de elasticidade foi de aproximadamente 17%.

Para as fibras de coco a redução foi de 58%.

Nas tabelas 18 a 21 são apresentados a resistência média final à compressão

simples e diametral dos compósitos arenosos e argilosos com reforço fibroso.

Estabelecendo-se uma comparação entre os dois tipos de fibras (sisal e curauá),

observa-se a significativa superioridade de resistência dos compósitos de matriz

argilosa com fibras de curauá sob as de sisal e, o comportamento inverso para o

solo arenoso – compósitos com fibras de sisal sob fibras de curauá.

Tabela 18. Resistência média à compressão simples (MPa), compósitos argilosos.*

Tempo de Cura 7D 14D 28D 35D

C6C 3,34 (3,71) 3,35 (3,90) 3,71 (4,74) 3,89 (13,47) C6C25FS0,5 3,66 (3,08) 4,17 (2,29) 4,55 (5,22) 4,84 (2,05) C6C25FC0,5 3,73 (3,33) 4,31 (4,95) 5,12 (1,89) 5,16 (6,44) C6C35FS0,5 3,58 (2,42) 3,60 (4,25) 4,24 (3,67) 4,23 (11,12) C6C35FC0,5 4,22 (0,87) 4,43 (3,72) 5,16 (2,07) 5,05 (3,30) C6C25FS1 3,82 (3,06) 3,95 (7,71) 4,18 (4,60) 4,03 (2,00) C6C25FC1 3,73 (3,84) 4,27 (4,43) 4,60 (7,53) 4,62 (6,56) C6C35FS1 3,79 (2,36) 4,03 (5,65) 4,75 (2,32) 4,38 (6,33) C6C35FC1 3,98 (4,36) 4,43 (0,81) 4,93 (2,87) 4,98 (6,03)

* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.

Tabela 19. Resistência média à compressão diametral (MPa), compósitos argilosos.

Tempo de Cura 7D 14D 28D 35D

C6C 0,355 (14,91) 0,322 (7,44) 0,409 (15,22) 0,394 (0,97) C6C25FS0,5 0,414 (3,68) 0,437 (5,77) 0,383 (4,56) 0,458 (6,75) C6C25FC0,5 0,411 (1,34) 0,384 (10,01) 0,463 (4,13) 0,462 (10,30) C6C35FS0,5 0,389 (3,79) 0,381 (4,75) 0,454 (5,39) 0,377 (7,28) C6C35FC0,5 0,427 (1,19) 0,424 (2,47) 0,461 (5,61) 0,503 (5,38) C6C25FS1 0,474 (7,15) 0,486 (7,02) 0,432 (5,32) 0,419 (0,79) C6C25FC1 0,482 (0,45) 0,439 (7,76) 0,460 (6,09) 0,512 (11,03) C6C35FS1 0,517 (21,00) 0,447 (4,01) 0,529 (11,81) 0,458 (10,58) C6C35FC1 0,401 (1,15) 0,452 (14,27) 0,464 (6,35) 0,524 (2,91)

Resultados e Discussão 83

Tabela 20. Resistência média à compressão simples (MPa), compósitos arenosos.*

Tempo de Cura 7D 14D 28D 35D

S6C 2,76 (3,34) 2,38 (11,47) 2,87 (6,60) 2,85 (11,58) S6C25FS0,5 3,62 (2,44) 4,55 (4,95) 4,35 (2,72) 4,52 (9,51) S6C25FC0,5 3,57 (5,84) 4,21 (8,23) 5,08 (3,12) 5,10 (3,58) S6C35FS0,5 3,83 (4,46) 4,37 (0,85) 5,52 (4,66) 4,19 (3,16) S6C35FC0,5 3,57 (6,90) 4,04 (7,16) 3,97 (9,06) 3,88 (5,08) S6C25FS1 4,64 (1,22) 5,34 (8,77) 5,70 (2,28) 6,00 (6,84) S6C25FC1 3,80 (3,69) 4,69 (3,85) 4,94 (4,49) 4,80 (8,01) S6C35FS1 4,26 (7,48) 5,59 (3,51) 5,25 (7,36) 5,35 (6,29) S6C35FC1 4,39 (0,87) 4,85 (5,96) 5,86 (4,60) 5,75 (1,49)

* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.

Tabela 21. Resistência média à compressão diametral (MPa), compósitos arenosos.*

Tempo de Cura 7D 14D 28D 35D

S6C 0,265 (5,26) 0,231 (17,11) 0,204 (9,52) 0,316 (2,44) S6C25FS0,5 0,392 (1,95) 0,431 (1,79) 0,453 (9,68) 0,466 (10,00) S6C25FC0,5 0,404 (10,24) 0,444 (1,73) 0,524 (7,81) 0,479 (4,57) S6C35FS0,5 0,413 (4,04) 0,437 (0,82) 0,449 (4,66) 0,411 (1,01) S6C35FC0,5 0,332 (6,13) 0,355 (10,31) 0,501 (2,90) 0,448 (12,98) S6C25FS1 0,47 (5,02) 0,55 (1,92) 0,60 (7,70) 0,61 (9,50) S6C25FC1 0,46 (8,75) 0,48 (5,83) 0,52 (2,16) 0,54 (7,63) S6C35FS1 0,48 (12,38) 0,59 (6,06) 0,53 (6,71) 0,59 (5,80) S6C35FC1 0,46 (5,43) 0,56 (5,17) 0,62 (4,75) 0,61 (14,71)

* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.

Para ambos os solos, a análise da fração volumétrica das fibras indica que,

para as fibras de sisal de 25 e 35 mm de comprimento, o acréscimo na fração

volumétrica aumentou a resistência final à compressão simples (1% sob 0,5%),

exceto para compósitos argilosos com fibras de 25 mm de comprimento, adições

de 0,5% sob 1%. Para as fibras de curauá, notadamente se observa o aumento de

resistência dos compósitos com adições de 0,5% sob adições de 1%, exceto para

fibras de 35 mm (1% sob 0,5%). Para a compressão diametral as maiores

resistências foram obtidas em compósitos com maior quantidade de fibras.

Resultados e Discussão 84

4.3.6. Ensaio de absorção d’água

Os ensaios de absorção realizados em compósitos são, em geral, testes para

medir a durabilidade do material (BAHAR et al, 2004). Visto que, a porosidade

traz inconvenientes as matrizes, com representativa queda de resistência

mecânica, além da susceptibilidade a erosão. Venkatarama e Jagadish (1987)

observaram o rápido decrescimento da denominada razão de erosão (ER) – razão

entre o volume de solo removido pelo volume de água respingada – com a

redução da porosidade, proporcionado pelo aumento da densidade.

A porosidade admite a percolação da água, ocasionando danos nas

estruturas e/ou elementos de terra. Walker e Stace (1997) comentam que a

absorção de água aumenta concomitantemente à adição de argila na mistura.

Relacionando a quantidade de aglomerante e o índice de absorção do bloco de

terra, os autores observam que os elementos com uma maior concentração de

cimento têm reduzidas suas taxas de absorção d’água.

O aumento da porosidade do solo também pode ser decorrente da adição de

fibras, proporcionado por sua alta atividade higroscópica. Nesta pesquisa,

observou-se que as fibras de curauá têm índice de absorção de água mais elevado

em comparação às fibras de sisal, o que leva à suposição de que a zona de

transição nos compósitos com fibras de curauá é mais espessa e com menor

número de pontos de contato e assim maior quantidade de vazios. Porém os

ensaios de absorção realizados não demonstram tal comportamento. A tabela 22

apresenta a taxa de absorção d’água, imersos por 24 horas.

Tabela 22. Taxa de absorção d’água dos compósitos estudados, em %.*

C6C C6C25FS1 C6C25FC1 C6C35FS1 C6C35FC1 Média 19,97 (0,60) 19,99 (1,87) 20,20 (1,00) 20,17 (0,71) 19,70 (2,09) S6C S6C25FS1 S6C25FC1 S6C35FS1 S6C35FC1 Média 13,59 (0,67) 14,27 (1,15) 14,19 (2,36) 14,24 (0,83) 14,20 (0,38)

* os valores entre () representam o coeficiente de variação (CV), em %.

Embora a influência da porcentagem de finos no solo, confirme o

comportamento observado por Walker e Stace (1997) – a taxa de absorção

aumenta com a quantidade de argila –, nos compósitos fibrosos, observou-se que

as taxas de absorção permanecem próximas às de compósitos sem fibras,

Resultados e Discussão 85

indicando que a adição do reforço fibroso não influiu no aumento da porosidade

do material, mesmo havendo fibras de atividade higroscópica distintas. Nota-se

que a taxa de absorção permanece sob um mesmo patamar, ≈20% para solos

argilosos e, ≈14,2% para solos arenosos. O comportamento dos compósitos pode

ser decorrente da compressibilidade das fibras vegetais. Coutts e Warden (1990,

apud SAVASTANO, 1992) e Rodrigues (2004), observam que as fibras vegetais,

além de higroscópicas, são compressíveis. A compactação age retirando boa parte

da água absorvida pelas fibras (devolvendo-a a matriz), além de comprimi-las,

melhorando a zona de transição (maior número de pontos de contato diminuindo a

porosidade), além de enrijecer a matriz de modo a impedir que as fibras voltem a

seu formato tubular original. Entretanto, observações em nível microscópico,

aliadas ao processamento digital de imagens, permitem uma análise mais concisa

sobre a zona de transição (fibra e matriz) e, são fundamentais e necessários para o

prosseguimento desta pesquisa em trabalhos futuros.

5. Conclusões e Sugestões

Esta dissertação avaliou a influência na adição, em matrizes de solo, de

fibras vegetais (curauá e sisal) com comprimentos de 25 e 35 mm, adicionados em

0,5% e 1%, além da adição de 4 e 6% de cimento, em peso de solo. Sob

carregamento estático, foram moldados e extraídos espécimes cilíndricos (50x100

mm). Ensaios de absorção d´água, de compressão simples e diametral avaliaram a

durabilidade e resistência dos compósitos. Os resultados dos experimentos, após a

compilação e análise, permitiram as conclusões apresentadas. As sugestões se

baseiam na observação de lacunas de dados e informações, julgadas úteis e

essenciais para o melhor entendimento da interação fibra/matriz de solo e

norteiam futuros trabalhos sobre este tema.

5.1. Conclusões

A aferição do diâmetro das fibras vegetais utilizando uma lente com régua

graduada com magnificação de 10x (fissurômetro) não se mostrou uma

metodologia adequada, embora os dados obtidos se intercalem com as

informações disponíveis na literatura. Os coeficientes de variação (CV) foram

elevados, 50,89% para fibras de curauá e 31,37% para fibras de sisal. O CV das

fibras de curauá pode indicar a variabilidade do diâmetro deste tipo de fibra ao

longo de seu comprimento, que entre outros, influenciará na interface fibra/matriz.

Os dados obtidos da medição massa específica das fibras se apresentaram

condizentes com a literatura pesquisada. Destacando que as fibras de curauá

apresentam índices superiores às fibras de sisal (12%), demonstrando uma maior

presença de estrutura sólida, o que pode indicar uma maior resistência mecânica,

conforme afirma Picanço (2005).

Conclusões e Sugestões 87

O índice de absorção d´água obtido pela metodologia desenvolvida

apresentou valores superiores ao procedimento sugerido por Tôledo Filho (1997),

indicando a forte influência da taxa de absorção do papel utilizado no ensaio. A

comparação entre os resultados dos ensaios demonstra diferenças significativas,

para o caso das fibras de curauá, a diferença é quase o dobro. Independentemente

do procedimento experimental adotado, observou-se que a taxa de absorção das

fibras ocorre mais intensamente nos primeiros minutos de imersão, estabilizando-

se nas horas subseqüentes. Fibras de curauá atingem 82,6% e as fibras de sisal

67,7% de sua capacidade de absorção nos 5 primeiros minutos.

Os ensaios de compactação estática em moldes cilíndricos (50x100 mm) se

mostraram adequados para estimativa da umidade ótima, observando que o

comportamento das curvas foram condizentes à teoria. O solo argiloso apresentou

curvas achatadas, enquanto o solo arenoso apresentou curvas com um máximo

proeminente. Quando houve variação da energia de carregamento alterou-se a

densidade seca máxima concomitantemente com a umidade ótima.

Na análise da influência da estabilização química nas matrizes de solo, os

resultados demonstram o expressivo acréscimo de rigidez e resistência final

conforme houve a adição de cimento. Os espécimes argilosos, em estado seco,

apresentaram resistências últimas superiores aos arenosos, porém, em condição

saturada o comportamento foi inverso. A redução de resistência para as matrizes

argilosas foi de aproximadamente 58%, compósitos arenosos reduziram em torno

de 30% e compósitos fibrosos (matrizes argilosas e arenosas) tiveram uma

redução com índices médios de 40%. Os dados indicam que matrizes arenosas,

estabilizadas com cimento, se comportam mais satisfatoriamente a ação da água

que matrizes argilosas, visto que a redução atingiu níveis mais baixos.

Quanto a adição de reforço fibroso em solos argilosos, submetidos à

compressão simples e diametral, a fração “ótima” para fibras de sisal e curauá,

com comprimento de 25 mm, varia entre 4 e 8%. Para elementos sujeitos a tração,

teores de fibra acima de 1% podem gerar compósitos mais resistentes. É evidente

que, recomendações quanto ao comprimento e fração volumétrica “ideais”, devem

levar em consideração a solicitação mecânica ao qual o elemento de terra estará

submetido, as características físicas e químicas da matriz e fibras, além das

condições ambientais aos quais os compósitos estarão submetidos.

Conclusões e Sugestões 88

Além de acrescer na capacidade resistiva, as fibras vegetais transmitiram

ductibilidade e resistência pós-fissuração (tenacidade) para as matrizes de solo.

Nas matrizes argilosas as adições de fibras de curauá proporcionaram o

enrijecimento de todos os compósitos submetidos à compressão simples, já para

as fibras de sisal observa-se o comportamento inverso, mais acentuado para fibras

com comprimento de 35 mm. Porém para os compósitos sujeitos a compressão

diametral, as fibras de sisal e curauá de 35 mm aumentaram a rigidez, em virtude

de um maior número de pontos de contato, proporcionado por fibras mais longas,

melhorando a distribuição de tensão da matriz para as fibras.

Para as matrizes arenosas, a adição do reforço fibroso ocasionou a queda da

rigidez dos compósitos, tanto a compressão simples quanto a diametral. Para as

fibras de sisal observa-se um melhor comportamento para fibras longas (35 mm),

já para as fibras de curauá os melhores resultados foram obtidos dos compósitos

com fibras de 25 mm. Em geral, para as fibras de sisal, o acréscimo na fração

volumétrica aumentou a resistência final à compressão simples (1% sob 0,5%).

Para as fibras de curauá, se nota-se o aumento de resistência dos compósitos com

adições de 0,5% sob adições de 1%. Para a compressão diametral as maiores

resistências foram obtidas em compósitos com maiores quantidades de fibras.

Contrariamente ao relatado por muitos pesquisadores, a adição de reforço

fibroso não proporcionou o aumento da porosidade dos compósitos. A

estabilização mecânica criou tensões internas que comprimiram as fibras vegetais,

gerando regiões interfaciais (fibra/matriz) mais densas e homogêneas, impedindo

o inchamento das fibras com a absorção d’água. Os resultados demonstram que a

taxa de absorção para os espécimes argilosos se manteve sob um mesmo patamar

de 20%, enquanto compósitos arenosos a uma taxa de 14%.

Os resultados obtidos demonstram que os métodos de estabilização,

utilizadas nesta pesquisa, interagem e se complementam. A estabilização química

permitiu o enrijecimento e acréscimo na resistência dos compósitos. A

estabilização mecânica conduziu a espécimes de menor porosidade, permitindo

uma melhor interação entre fibra/matriz. Por fim, a estabilização física

proporcionou o enrijecimento da matriz de solo, observado pelo acréscimo de

resistência em pequenas deformações, além do aumento na capacidade de

absorção de energia pós-fissuração, impedindo a ruptura frágil comum em

matrizes sem fibras.

Conclusões e Sugestões 89

5.2. Sugestões para trabalhos futuros

• Existe a necessidade de obtenção de mais informações sobre as

características físicas e mecânicas das fibras vegetais. Tais como: diâmetro,

massa específica e índice de absorção, resistência à tração, módulo de

elasticidade e resistência de aderência interfacial com a matriz de solo.

Além de observações e análises em nível microscópico da interação

fibra/matriz.

• Propõe-se também um estudo mais abrangente sobre as curvas de

compactação geradas pela metodologia utilizada (compactação estática),

com uma maior variedade de solos, considerando a influência do atrito

gerado entre a parede do molde e o solo compactado. Além da análise da

estrutura das argilas presentes no solo após a compactação, sobretudo em

relação à resistência mecânica e taxa de absorção capilar de espécimes

moldados no ramo ascendente e descendente da curva.

• Estudos da influência da estabilização química por polímeros naturais (óleo

de mamona, linhaça, babosa e palma) em matrizes de solo.

• Avaliação da durabilidade dos compósitos, incluindo ensaios acelerados e

por exposição em ambiente natural. Além de estudos que enfoquem

tratamentos para minorar problemas de degradação.

• Correlação entre os dados obtidos nos espécimes cilíndricos e em espécimes

prismáticos (Blocos de Terra Comprimida), considerando como parâmetros

de influência, a forma e o tamanho.

6. Referências Bibliográficas ABNT. NBR 7181: Solo: análise granulométrica. Rio de Janeiro, 1984a. 13 p. ______ . NBR 6459: Solo: determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984b. 6 p. ______ . NBR 7180: Solo: determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 1984c. 3 p. ______ . NBR 6508: Solo: determinação da massa específica aparente. Rio de Janeiro, 1984d. 8 p. ______ . NBR 8492: Tijolo maciço de solo-cimento - Determinação da resistência à compressão e da absorção d'água. Rio de Janeiro, 1984e. 5 p. ______ . NBR 7182: Solo: ensaio de compactação. Rio de Janeiro, 1986. 10 p. ______ . NBR 5738: Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto. Rio de Janeiro, 1994a. 9 p. ______ . NBR 5739: Concreto - ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1994b. 9 p. ______ . NBR 7222: Argamassa e concreto – Determ. da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1994c. 3 p. AGENDA 21 (Brasil), Encontro Regional – Nordeste. Brasília [s.n.], 2001. 48p. AGOPYAN, V. Materiais Reforçados com Fibras para a Construção Civil nos Países em Desenvolvimento: O Uso de Fibras Vegetais. São Paulo, 1991. 104 p. Tese (Livre-Docência) – Departamento Tecnológico de Construção Civil, Universidade de São Paulo (USP). AGOPYAN, V.; SAVASTANO, H. Jr. Compósitos Cimentícios Reforçados com Fibras vegetais e suas Aplicações. In: FREIRE, W. J.; BERALDO, A. L. (Org.). Tecnologias e Materiais Alternativos de Construção. Campinas: Editora Unicamp, 2003. p. 121-144.

91

ANDRADE, T. E. JR.; C. R. RAMBO, C. R.; SIEBER, H.; MARTINELLI, A. E.; MELO, D. M. A., Influência da temperatura de infiltração de alumínio gasoso em ligninocelulósicos nas propriedades de Al2O3 biomórfica. Cerâmica, 2007. vol. 53, nº 325, paginação irregular. ARSÈNE, M.A.; SAVASTANO H. Jr; ALLAMEH, S.M.; GHAVAMI, K.; SOBOYEJO, W.O. Cementitious composites reinforced with vegetable fibers. In: 1st Inter American Conference on Non-Conventional Materials (IAC-NOCMAT – João Pessoa), João Pessoa [s.n.], 2003. p. 1-27. BAHAR, R; BENAZZOUG, M; KENAI, S. Performance of compacted cement-stabilised soil. Cement & Concrete Composites, 2004. vol. 26, p. 811-820. BARBOSA, N. P. Construção com Terra Crua do material à estrutura. João Pessoa, 1996. 118p. Monografia apresentada para Professor Titular da Área de Estruturas de Tecnologia da Construção Civil, Universidade Federal da Paraíba (UFPB). BARBOSA, N. P.; TOLEDO FILHO, R. D.; GHAVAMI, K. Construção com Terra Crua. In: TOLEDO FILHO, R. D.; NASCIMENTO, J. B. W. GHAVAMI, K. (Ed.). Materiais de Construção Não Convencionais. [S.I.] Sociedade Brasileira de Engenharia Agrícola, 1997. p. 113-144. BARBOSA, N. P.; SOUZA, S. M. T. Estabilização granulométrica de solos para confecção de tijolos prensados de terra crua. In: Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído (ENTAC), Salvador [s.n.], 2000. p. 1043-1050. BARBOSA, N. P. Transferência e Aperfeiçoamento da tecnologia Construtiva com Tijolos Prensados de Terra Crua em Comunidades Carentes. In: Gestão da Qualidade & Produtividade e Disseminação do Conhecimento da Construção Habitacional. [S.I.] Coletânea Habitare/Inovação, 2003. vol. 2, p. 12-39. BARBOSA, N. P.; GHAVAMI, K. Terra crua para edificações. In: ISAIA, G. C. (Org.). Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciências e Engenharia de Materiais. [S.I.] IBRACON, 2007. p. 1505-1538. BETTO, F. A Avareza. In: SADER, E. (Org.). Sete pecados do capital. Rio de Janeiro: Record, 2000. 221 p. BISANDA, E. T. N. The Effect of Alkali Treatment on the Adhesion Characteristics of Sisal Fibres, Applied Composite Materials, 2000. vol. 7, p.331–339. BOUHICHA, M.; AOUISSI, F.; KENAI, S. Performance of composite soil reinforced with barley straw, Cement & Concrete Composites, 2005. vol. 27, p.617-621.

92

BRAGION, L. Déficit habitacional exige medidas urgentes. [S.I.]. Disponível em: <http://www.comciencia.br/comciencia/?section=8&edicao=25&id=281&ti> Acesso em: Agosto de 2007. BRANT, F. A. C. Propriedades físicas, químicas, mineralógicas e mecânicas de um perfil de solo residual basáltico localizado em um corte da Ferrovia Norte-Sul, no estado de Tocantins. Rio de Janeiro, 2005, 153p. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). CALEARTH. [S.I.]. Disponível em: <http://www.calearth.org/> Acesso em: Novembro de 2007. CALLISTER, W. D. Jr. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Abordagem Integrada. Rio de Janeiro: LTC- Editora, 2006, 702 p. CARVALHO, J. S. Novas Experiências de Gestão Pública e Cidadania. In: Projeto de Ações Integradas nas Olarias de Teresina (PAI). Rio de Janeiro: FGV, 2000. 296 p. CDIAC (Carbon Dioxide Information Analysis Center). Disponível em: < http://cdiac.ornl.gov/ftp/ndp030/nation1751_2003.ems> Acesso em: Outubro de 2007. CONSOLI, N.C.; PRIETTO, P. D. M.; ULBRICH, L. A. Influence of fiber and cement addition on behavior of sandy soil, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1998. p. 1211-1214. CONSOLI, N.C.; CASAGRANDE, M.D.T.; COOP, M.R. Effect of Fiber Reinforcement on the Isotropic Compression Behavior of a Sand, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2005. p. 1434-1426. COOK, D. J.; SPENCE, R. J. S. Building Materials in Developing Countries. [S.I.] Wiley, 1983. 335 p. CRATERRE-EAG, Navrongo Cathedral: The merge of two cultures. In: Navrongo-Bolgatanga Diocese/Ghana Museums and Monuments/Getty Grant Programme and French Embassy in Ghana. [S.I] CRATerre, 2004. 40p. DALLACORT, R.; LIMA H. C. Jr; WILLRICH, F. L.; BARBOSA N. P. Resistência à compressão do solo-cimento com substituição parcial do cimento Portland por resíduo cerâmico moído. In: Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande [s.n.], 2002. vol. 6, nº 3, p. 511-518. d’ALMEIDA, J. R. M.; MONTEIRO, S. N.; AQUINO, R. C. M. P., LOPES, F. P. D.; CARVALHO, E. A. C. Comportamento Mecânico e Características Estruturais de Compósitos Poliméricos Reforçados com Fibras Contínuas e Alinhadas de Curauá. Revista Matéria, 2006. vol. 11, nº 3, p. 197 – 203.

93

DOAT, P.; HAYS, A.; HOUBEN, H.; MATUK, S.; VITOUX, F. Construire en Terre. França: GAMMA; CRATerre, 1979. 670 p. EMBRAPA (Brasil). Manual de Métodos de Análise de Solo. Rio de Janeiro: EMBRAPA; Serviço Nacional de Levantamento e Conservação de Solos (SNLCS), 1979. vol. 1, paginação irregular. EMBRAPA. Fibras vegetais – Agave sisalana. [S.I.]. Disponível em: <http://www.cnpa.embrapa.br/produtos/sisal/index.html> Acesso em: Janeiro de 2007 FUNDAÇÃO JOÃO PINHEIRO. Déficit habitacional no Brasil 2005. Belo Horizonte: Fundação João Pinheiro, Centro de Estatística e Informações, 2006, 120 p. GHAVAMI, K. Ecological Materials and Technologies for Sustainable Buildings. In: Inter Conference on Non-Conventional Materials and Technologies in Ecological and Sustainable Construction (IC-NOCMAT). Maceió [s.n.], 2007. Palestra de abertura. GHAVAMI, K.; TÔLEDO FILHO, R. D.; BARBOSA, N. P. Behaviour of composite soil reinforced with natural fibres. Cement & Concrete Composites, 1999. vol. 21, p. 39-48. GHAVAMI, K.; SALES, A. T. C. Materiais não-convencionais usando fibras vegetais em compósitos cimentícios. In: Inter American Conference on Non-Conventional Materials and Technologies in Ecological and Sustainable Construction (IAC-NOCMAT – Rio). Rio de Janeiro [s.n.], 2005. p. 1-15. GRANDE, F. M., Fabricação de tijolos modulares de solo-cimento por prensagem manual com e sem adição de sílica ativa. São Carlos, 2003. 115p. Dissertação (Mestrado em Arquitetura) – Faculdade de Arquitetura, Universidade de São Paulo (USP). GUIMARÃES, S. S., Vegetable fiber-cement composites. In: SOBRAL, H.S. (Org.). Vegetable plants and their fibres as building materials. [S.I.] II RILEM, 1990 p. 98-107. HOUBEN, H.; GUILLAUD, H. Earth Construction: A comprehensive guide. [S.I.] Earth Construction Series – Interm. Technology Publications, 1994. p. 362. IBICT. Produção de Sisal. Matéria de 29/11/2006. Disponível em: <http://sbrt.ibict.br/upload/sbrt4006.html?PHPSESSID=8291cf057ccb5215a354a200ccd4efe2> Acesso em: Janeiro de 2007. INTI (International Internet Community for Environment, Human Rights, Development and Peace). Disponível em: <http://www.inti.be/ecotopie/pise.html> Acesso em: Dezembro de 2007.

94

KEEFE, L. Earth building: Methods and materials repair and conservation. [S.I.] Taylor & Francis, 2005, p. 196. KENAI, S.; BAHAR, R.; BENAZZOUG, M. Experimental analysis of the effect of some compaction methods on mechanical properties and durability of cement stabilized soil. Journal Mater. Science, 2006. vol. 41, p. 6956-6964. KRÜGER, E. L.; SANTOS M. D. The Use of Earth as an Appropriate Building Material in Brazilian Low-Cost Housing. In: 1st Inter American Conference on Non-Conventional Materials (IAC-NOCMAT - João Pessoa). João Pessoa [s.n.], 2003. p. 1-10. LAMBE, T.W.; WHITMAN, R.V. Soil Mechanics. [S.I.] John Wiley & Sons, Inc., 1969, p. 553. LI, Y.; MAI, Y.-W.; YE, L. Sisal fibre and its composites: a review of recent developments, Composites Science Technology, 2000. vol. 60, p. 2037-2055. LOBATO, J. Barato e acessível. In: Ciência Hoje, vol. 35, n° 205, ed. junho, p.47, 2004. LOPES, W. G. R. A taipa de mão no Brasil. In: I Seminário Ibero-americano de Construção com Terra (PROTERRA). Salvador: Edit. C. Neves, 2002. p. 8-15. MESBAH, A.; MOREL, J. C.; OLIVIER, M. Comportement des sols fins argileux pendant un essai de compactage statique: détermination des paramètres pertinents, Materials and Structures / Matériaux et Constructions, 1999. vol. 32, p. 687-694. MESBAH, A.; MOREL, J. C.; WALKER, P.; GHAVAMI, K. Development of a direct tensile test for compacted earth blocks reinforced with natural fibers, Journal of Materials in Civil Engineering, 2004. Vol. 16, p. 95-98. MINKE, G. Earth Construction Handbook: The building material earth in modern Architecture. [S.I.] WIT Press, 2000. 206 p. MINKE, G. Manual de construcción para viviendas antisísmicas de tierra, Alemanha: Forschungslabor für Experimentelles Bauen (Universidad de Kassel), 2005. 51 p. MMA – Ministério do Meio Ambiente. Redução das desigualdades sociais. BEZERRA, M. C. L.; FERNANDES, R. C. (Coord.). Brasília: Ministério do Meio Ambiente; Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis; Consórcio Parceria 21, 2000. 180 p. MME – Ministério de Minas e Energia. Sinopse Mineração e Transformação Mineral 2007. Secretária de Geologia, Mineração e Transformação Mineral (SGM). Disponível em: < http://www.mme.gov.br/site/menu/select_main_m=45> Acesso em: Novembro de 2007, 2007a.

95

MME – Ministério de Minas e Energia. Anuário Estatístico 2007: Setor de Transformação de Não-Metálicos. Secretária de Geologia, Mineração e Transformação Mineral (SGM). Disponível em: < http://www.mme.gov.br/site/> Acesso em: Novembro de 2007, 2007b. MONTEIRO, S. N.; AQUINO, R. C.; LOPES, F. P.; CARVALHO, E. A.; d`ALMEIDA, J. R. Comportamento mecânico e características estruturais de compósitos poliméricos reforçados com fibras contínuas e alinhadas de curauá. Revista Matéria, 2006. vol. 11, nº 3, p. 197-203. MOREL, J. C.; PKLA, A.; WALKER, P. Compressive strength testing of compressed earth blocks. Construction and Building Materials, 2007. vol. 21, p. 303-309. NTE E.080. Norma Técnica de Edificación E.080 Adobe. Comitê especializado (Org.), BLASCO, A. B. (pres.), 1999. 22 p. PAOLI, M. A. Substituição da fibra de vidro por fibras vegetais, Instituto de química UNICAMP. Disponível em: <http://lpcr.iqm.unicamp.br/arquivos/ia.pdf> Acesso em: Novembro de 2007. PASINO, G. O.; NEVES, C. M. M.; NEUMANN, J. V.; RAMOS, A. S. B. Recomendaciones para la elaboración de normas técnicas de edificaciones de Adobe y Tapial. In: PASINO, G. O. (Org.). CYTED. Salvador: HABITERRA, 1993. p. 11-34. PESSÔA, T. O.A. Avaliação da Influência da Mineralogia, Índice de Vazios e Teor de Umidade em Propriedades Térmicas de Solos. Rio de Janeiro, 2006, 163p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). PICANÇO, M. S. Compósitos cimentícios reforçados com fibras de curauá. Rio de Janeiro, 2005, 101p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). PIERCE, F. Cimento ecológico pode reduzir efeito estufa. Disponível em: <http://www.herbario.com.br/cie/aquec/cimeco.htm> Acesso em: Outubro de 2004 PIMENTEL, L. L.; SAVASTANO, H. Jr. Viabilidade do aproveitamento de resíduos de fibra vegetal para fins de obtenção de material de construção. In: Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande [s.n.], 2000. vol. 4, nº 1, p. 103-110. PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. São Paulo: Oficina de Textos, 2006. 355 p.

96

PRABAKAR, J.; SRIDHARB, R. S. Effect of random inclusion of sisal fibre on strength behaviour of soil, Construction and Building Materials, 2002. vol. 16, p. 123–131. PRESZNHUK, A.; LIE UGAYA, C. M.; CERRI, J. A. Construções Sustentáveis: Levantamento de Alternativas para Minimizar os Impactos Ambientais de uma Construção Residencial. In: Inter American Conference on Non-Conventional Materials and Technologies in Ecological and Sustainable Construction (IAC-NOCMAT – Rio), 2005. p. 543-552. RAMAKRISHNA, G; SUNDARARAJAN, T. Studies on the durability of natural fibres and the effect of corroded fibres on the strength of mortar, Cement & Concrete Composites, 2005. vol. 27, p. 575-582. REDDY, B. V. V.; GUPTA, A. Characteristics of soil-cement blocks using highly sandy soils. Materials and Structures, 2005, vol. 38, p. 651-658. RFI, O Brasil Nativo/ O curauá - A folha amazônica que virou arte Disponível em: <http://www.rfi.fr/actubr/articles/068/article_124.asp> Acesso em: Janeiro de 2007. RODRIGUES, C. S. Efeito da adição de cinza de casca de arroz no comportamento de compósitos cimentícios reforçados por polpa de bambu. Rio de Janeiro, 2004, 265p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). ROLIM, M. M.; FREIRE, W. J.; BERALDO, A. L. Análise comparativa da resistência à compressão simples de corpos-de-prova, tijolos e painéis de solo-cimento. In: Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande [s.n.], 1999, vol. 3, nº 1, p. 89-92. SALAS, P. C. Normas para Diseño y Construcción con Tierra. In: I Seminário Ibero-americano de Construção com Terra (PROTERRA). Salvador: Edit. C. Neves, 2002. p. 1-9. SALES, A. T. C. Retração, fluência e fratura em compósitos cimentícios reforçados com polpa de bambu. Rio de Janeiro, 2006, 273p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). SARMIENTO, R. C.; FREIRE, W. J. Argamassa de cimento e areia combinada com fibras de bagaço de cana-de-açúcar. Eng. Agríc., 1997. vol. 17, nº 2, p.1-8. SAVASTANO, H. Jr. Zona de transição entre fibras e pasta de cimento Portland: caracterização e inter-relação com as propriedades mecânicas do compósito. São Paulo, 1992, 249 p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo (USP).

97

SAVASTANO, H. Jr.; AGOPYAN, V. Transition zone studies of vegetable fibre-cement paste composites, Cement and Concrete Composites, 1999, vol. 21, p. 49-57. SAVASTANO, H. Jr. Sustainable cement based materials and techniques for rural construction. Agrobuilding, 2001, p. 8-27. SEED, H. B.; CHAN, C. K. Structure and strength characteristics of compacted clays. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 1959. p. 87-127. SEGETIN, M.; JAYARAMAN, K.; XU, X. Harakeke reinforcement of soil-cement building materials: Manufacturability and properties. Building and Environment, 2007. vol. 42, p. 3066-3079. SILVA, A. C. Compósitos reforçados com fibras de celulose (CRFC): aspectos relativos à durabilidade. In: Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP. São Paulo: EPUSP, 2003. p. 1-14. SILVA, R. V. Compósitos de resina de poliuretano derivada de óleo de mamona e fibras vegetais. São Carlos, 2003, 139 p. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Faculdade de Materiais, Universidade de São Paulo. SMOOK, G. A. Handbook for Pulp and Paper Technologist. KOCUREK, M.J. (Ed.). Canada : Joint Executive Committee of the Vocational Education Committees of Pulp and Paper Industry, 1989. SOUZA, S. M. T. Tijolos de Terra Crua Reforçada com Fibras Vegetais. Campina Grande, 1993, 135 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Departamento de Tecnologia da Construção Civil, Universidade Federal da Paraíba (UFPB) SWAMY, R. N. Vegetable fibre reinforced cement composites – a false dream or a potential reality?. In: SOBRAL, H.S. (Org.). Vegetable plants and their fibres as building materials. [S.I.] II RILEM, 1990. p. 98-107. TERRA, Construir con Tierra. Disponível em: <http://www.enbuenasmanos.co> Acesso em: Agosto de 2006. TOLEDO FILHO, R. D. Materiais Compósitos Reforçados com Fibras Naturais: Caracterização Experimental. Rio de Janeiro, 1997, vol. 1 e 2, 483 p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). TOLEDO FILHO, R.; JOSEPH, K.; GHAVAMI, K.; ENGLAND, G. L. The use of sisal fibre as reinforcement in cement based composites. In: Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande [s.n.], 1999, vol. 3, nº 2, p. 245-256.

98

TOLEDO FILHO, R.; GHAVAMI, K.; SANJUÁN, M. A.; ENGLAND, G. L. Free, restrained and drying shrinkage of cement mortar composites reinforced with vegetable fibres. Cement & Concrete Composites, 2005. vol. 27, p. 537-546. TRIGUEIRO, A. Meio Ambiente no Século 21: 21 especialistas falam da questão ambiental nas suas áreas de conhecimento. Rio de Janeiro: Sextante, 2003. 367 p. VENKATARAMA, R. B. V.; JAGADISH, K. S. Spray Erosion Studies on Pressed Soil Blocks. Building and Environment, 1987, vol. 22, nº 2, p. 135-140. VENKATARAMA R. B. V.; JAGADISH, K. S. Embodied energy of common and alternative building materials and technologies. Energy and Buildings, 2003. vol. 35, p. 129–137. YETGIN, S.; ÇAVDAR, Ö., ÇAVDAR, A. The effects of the fiber contents on the mechanic properties of the Adobes. Construction and Building Materials, 2008. vol. 22, p. 222-227. WALKER, P. J. Strength, Durability and Shrinkage Characteristics of Cement Stabilised Soil Blocks. Cement & Concrete Composites, 1995, vol. 17, p. 301-310. WALKER, P. J.; STACE, T. Properties of some cement stabilised compressed earth blocks and mortars. Materials and Structures, 1997, vol. 30, p. 545-551. WALKER, P. J. Strength and erosion characteristics of earth blocks and earth block masonry. Journal of Materials in Civil Engineering, 2004. vol. 16, p.497-506.

99

7. Apêndice A: Déficit habitacional do Estado do Rio de Janeiro

Figura 50. Estimativas do Déficit Habitacional – Estado do Rio de Janeiro (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2000).

Figura 51. Estimativas do Déficit Habitacional – Região Metropolitana do Estado (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2000).

100

Figura 52. Faixas de Renda Mensal Familiar (Salários mínimos) – Estado do Rio de Janeiro (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2000).

Figura 53. Faixas de Renda Mensal Familiar (Salários mínimos) – Região Metropolitana do Estado (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2000).

101

Apêndice B: curvas tensão x deformação – compressão simples (σc) e compressão diametral (σt).

A.1 Matriz argilosa sem reforço (C)

σ c (M

Pa)

Deformação (strain)

A.2 Matriz argilosa com 6% de cimento (C6C)

σ c (M

Pa)

Deformação (strain)

A.3 Matriz argilosa com 6% de cimento, fibras de curauá de 25 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (C6C25FC1)

σ c (M

Pa)

Deformação (strain)

σ t (M

Pa)

σ t (M

Pa)

σ t (M

Pa)

0,0

0,20,4

0,60,8

1,01,2

1,4

1,6

-0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0 0,001 0,0020,00

0,020,04

0,060,08

0,100,12

0,14

0,16

-0,0003 -0,0002 -0,0001 0 0,0001 0,0002

longitudinal transversal diagonal

longitudinal transversal diagonal

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0

-0,003 -0,002 -0,001 0 0,0010,000,050,100,150,200,250,300,350,400,45

-0,0002 -0,0001 0 0,0001

longitudinal transversal diagonal

longitudinal transversal

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,45

-0,00005 0 0,00005 0,0001 0,000150,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

-0,005 0 0,005 0,01

longitudinal transversal diagonal

transversal diagonal

102

A.4 Matriz argilosa com 6% de cimento, fibras de sisal de 35 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (C6C35FS1)

σ c (M

Pa)

Deformação (strain)

A.5 Matriz arenosa com 6% de cimento (C6C)

σ c (M

Pa)

Deformação (strain)

A.6 Matriz arenosa com 6% de cimento, fibras de curauá de 25 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (S6C25FC1)

σ c (M

Pa)

Deformação (strain)

σ t (M

Pa)

σ t (M

Pa)

σ t (M

Pa)

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0

-0,01 -0,005 0 0,005 0,010,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

-4E-04 -3E-04 -2E-04 -1E-04 0 0,0001 0,0002

longitudinal transversal diagonal

longitudinal transversal

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

-0,004 -0,002 0 0,002 0,0040,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

-0,0001 -0,00005 0 0,00005 0,0001

longitudinal transversal diagonal

longitudinal transversal

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0

-0,01 -0,005 0 0,0050,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

-0,01 -0,005 0 0,005 0,01

longitudinal transversal diagonal

longitudinal transversal diagonal

103

A.7 Matriz arenosa com 6% de cimento, fibras de curauá de 35 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (S6C35FC1)

σ c (M

Pa)

Deformação (strain)

A.8 Matriz arenosa com 6% de cimento, fibras de sisal de 25 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (S6C25FS1)

σ c (M

Pa)

Deformação (strain) A.9 Matriz arenosa com 6% de cimento, fibras de sisal de 35 mm de comprimento adicionadas em 1%, peso de solo seco (S6C35FS1)

σ c (M

Pa)

Deformação (strain)

σ t (M

Pa)

σ t (M

Pa)

σ t (M

Pa)

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50

-0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,0250,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

-0,015 -0,01 -0,005 0 0,005 0,01

longitudinal transversal diagonal

longitudinal transversal

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

-0,01 -0,005 0 0,005 0,010,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

-0,001 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006

longitudinal transversal diagonal

longitudinal transversal

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50

-0,00075 -0,00025 0,00025 0,000750,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

-0,01 -0,008 -0,006 -0,004 -0,002 0 0,002 0,004

longitudinal transversal diagonal

longitudinal transversal diagonal