Agradecimentos - Departamento de Engenharia Civil

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Agradecimentos - Departamento de Engenharia Civil
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Agradecimentos
Ao orientador desta dissertação, Professor Saíd Jalali, pela sua liberdade e amplitude de
conceitos, sobretudo na abordagem de temáticas pouco convencionais, como é o caso deste
estudo. Pela sua orientação e disponibilidade baseadas num dinamismo, pragmatismo e
confiança carismáticos que se traduz num estímulo permanente à criatividade.
Aos Professores José P. Nunes e Raul Fangueiro pelas suas ajudas e colaboração
relativamente aos materiais próprios dos seus departamentos, Polímeros e Têxtil,
respectivamente.
À Escola de Engenharia da Universidade do Minho pelo apoio parcial através do projecto
IN2TEC e do projecto POCI/ECM/55889/2004 – Caracterização Mecânica, Acústica e
Térmica de Betões com Incorporação de Cortiça, financiado pelo FCT.
À Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra pelos ensaios térmicos
realizados.
Ao arquitecto irlandês, Professor Tom Wolley, pelos seus conselhos e bibliografia
disponibilizadas, resultantes da sua experiência prática sobre a construção em cânhamo.
Às empresas que cederam, por cortesia, os materiais necessários:
À Vidropol e ao Prof. Nunes, também pela visita às suas instalações além dos polímeros e
resinas; ao Sr. Augusto Teixeira da Cânhamo de Portugal pelas fibras importadas de
França; à Eng.ª Isabel da Quimidois pela impermeabilização de alguns provetes e por
alguns produtos cedidos; ao Sr. Lucien Sérgio e Gérard Leroux pelas placas importadas da
Nidacore e Bed-Ford; à Corticeira Pereira Gomes & Oliveira, Lda. pelo granulado de
cortiça.
A todos os técnicos do Laboratório de Engenharia Civil que de algum modo me ajudaram
na realização das amostras e ensaios.
Rute Maria Gonçalves Eires
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Um especial agradecimento a meus colegas de trabalho pela partilha diária de alegrias e
desventuras durante a realização deste estudo: Ao Mestre Alexandre Vargas pelas suas
dicas e boa disposição; ao Eng.º Alexandre Peyroteo e ao Eng.º Miguel Silva pelas suas
ajudas, incentivo e amizade; à Eng.ª Sónia Martins pela participação em alguns trabalhos
práticos de laboratório.
A todos aqueles que de alguma forma me deram força para continuar, contribuindo com os
seus gestos e palavras gentis de amizade, carinho e apoio, em especial a Lilia com partilhei
ideias, descontentamentos e vitórias.
E com Amor,
A toda a minha família, que sempre me apoiou em tudo, muito em particular, aos meus
pais que toda a sua vida nunca mediram esforços para os sucessos de suas filhas. Um
imenso obrigada pela vossa incansável dedicação e preocupação constantes. Este sucesso
também é vosso.
... Aos Nossos Amigos e Universo
Rute Maria Gonçalves Eires
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Resumo
A procura de uma arquitectura e construção sustentáveis tem fomentado a investigação de
produtos alternativos, baseados em materiais resultantes do aproveitamento de materiais
renováveis e resíduos industriais, convencionalmente designados por “green materials”,
por todo o Mundo.
O propósito desta dissertação é a pesquisa e desenvolvimento de novos materiais
compósitos utilizando diversos materiais, recuperando resíduos de inerentes propriedades
térmicas e acústicas. O granulado de cortiça, subproduto da indústria corticeira, a pasta de
celulose, a partir da reciclagem de desperdícios de papel e as fibras celulósicas de cânhamo
industrial. O ligante utilizado é a própria pasta de papel ou uma mistura pozolânica com
cal. O estudo visa a elaboração de placas e argamassas para elementos de construção não
estruturais, por exemplo, revestimentos, paredes divisórias, tectos falsos ou regularização
de pisos.
A cortiça é secularmente conhecida pela sua reduzida densidade, elasticidade,
compressibilidade, impermeabilidade e eficiência como isolante térmico, acústico e
vibrátil, sendo Portugal o país de maior produção. As fibras de cânhamo industrial,
cannabis sativa L, de um índice quase nulo de substância psicotrópica são da categoria das
fibras de juta, sisal, linho e coco. Estas fibras têm competido com as fibras sintéticas pelas
suas excelentes propriedades químicas e mecânicas, especialmente à tracção, resistências
térmica e acústica e características bactericidas.
A investigação concentra-se no estudo inicial de dosagens óptimas de materiais ligantes à
base de metacaulino e cal e o efeito da adição de minerais e activadores químicos.
Seguindo-se a realização de compósitos de fibras de cânhamo com a mistura estudada,
formando um betão leve. Paralelamente, foram estudados compósitos de pasta de papel e
granulado de cortiça com a incorporação de alguns aglutinantes e aditivos minerais em
reduzidas quantidades. Em última análise, os compósitos obtidos são caracterizados,
mediante testes laboratoriais para avaliação das suas propriedades físicas, e avalia-se a
possibilidade da sua conjugação com materiais de suporte leves.
Palavras-chave: Materiais Não Convencionais; Sustentabilidade; Valorização de Resíduos; Fibras
celulósicas; Isolamento térmico e acústico; Revestimentos.
Rute Maria Gonçalves Eires
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Rute Maria Gonçalves Eires
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Abstract
The need for sustainable architecture and construction has amplified the research for
alternative products, using renewable materials and industrial wastes that are
conventionally called “green materials” around the world.
The objective of this dissertation is the development of new composite materials using
industrial wastes, with inherent thermal and acoustic properties, such as granulated cork, a
by-product of cork industry, cellulose pulp, from recycling of paper residues, and hemp
fibres. The binder used is either cellulose pulp or lime-pozzolan mixture. The study aims at
development of composite boards and mortars for non structural elements of construction,
such as dry walls and ceiling or floor levelling and filling.
Cork is known for its reduced density, elasticity, compressibility, impermeability and
thermal, acoustic insulation and vibration absorption. Portugal is the largest producer and
exporter of cork. The hemp fibres, cannabis sativa L, being devoid of almost any
psychotropic substances, are natural fibres similar to jute staple fibres, sisal, flax and
coconut fibre. These fibres have competed with synthetic fibres for their excellent
chemical and mechanical properties, especially tensile strength, thermal and acoustics
insulation properties and bactericidal characteristics.
This research work in the first stage dealt with the development of an optimal binder using
metakaolin and lime. The strength gain of this mixture was enhanced significantly using
small amounts of low cost activators. The final mixture was used for production of
composites using hemp fibres. A lightweight concrete was developed using hemp fibres
and the most promising binder previously studied. The other line of research considered
development of composites using paper pulp and granulated cork with the incorporation of
small amounts of polymeric binders and mineral additives. The physical and mechanical
properties of the material thus obtained were studied through laboratory tests. Furthermore,
the possibility of its use in conjugation with light structural support was investigated.
Key words: Unconventional Materials; Sustainability; Waste Valorisation; Cellulosed fibres; Thermal and
Acoustical Isolating; Coverings.
Rute Maria Gonçalves Eires
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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ÍNDICE GERAL
Resumo...................................................................................................................v
Abstract................................................................................................................vii
Índice de figuras................................................................................................ xiii
Índice de quadros............................................................................................ xviii
0–
Enquadramento......................................................................................................1
1.
Considerações iniciais...........................................................................................2
2.
Introdução .............................................................................................................2
3.
Objectivos ..............................................................................................................4
4.
Estrutura da dissertação ......................................................................................7
I-
A sustentabilidade dos materiais de construção ...................................................9
1.
Arquitectura sustentável e materiais de construção........................................10
2.
Materiais não convencionais ..............................................................................15
2.1.
Materiais naturais...............................................................................................15
2.2.
Materiais à base de resíduos industriais ou agro-industriais .........................16
II -
Utilização de Materiais de Construção de Base Celulósica................................23
1.
O cânhamo...........................................................................................................24
1.1.
Evolução histórica...............................................................................................26
1.2.
O cânhamo industrial na construção ................................................................27
1.2.1.
Utilização da secção celulósica em betão leve...................................................27
1.2.2.
Utilização de fibras como isolamento................................................................31
2.
A cortiça e o granulado obtido da sua transformação ....................................32
2.1.
A cortiça...............................................................................................................32
2.2.
Os granulados de cortiça ....................................................................................33
2.3.
Os aglomerados de cortiça .................................................................................34
3.
Os resíduos de papel e a pasta celulósica ..........................................................35
3.1.
O papel .................................................................................................................35
3.2.
O triturado de papel e a pasta de papel ............................................................36
Rute Maria Gonçalves Eires
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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III -
Materiais utilizados, preparação de provetes e procedimentos de ensaios........ 37
1.
Caracterização dos materiais usados................................................................ 38
1.1.
O metacaulino ..................................................................................................... 38
1.1.1.
Origens e obtenção do metacaulino .................................................................. 38
1.1.2.
Aplicações na construção ................................................................................... 38
1.1.3.
Metacaulino utilizado ......................................................................................... 39
1.2.
A cal
1.2.1.
Origens e obtenção da cal .................................................................................. 40
1.2.2.
Aplicações na construção ................................................................................... 42
1.2.3.
A mistura de pozolana com cal.......................................................................... 42
1.2.4.
A cal utilizada...................................................................................................... 43
1.3.
Activadores.......................................................................................................... 44
1.4.
O cânhamo........................................................................................................... 46
1.5.
A pasta de papel.................................................................................................. 47
1.6.
O granulado de cortiça....................................................................................... 48
2.
Preparação e cura de provetes .......................................................................... 51
2.1.
Provetes cilindricos de misturas de metacaulino e cal .................................... 51
2.2.
Provetes cúbicos de betão leve de cânhamo ..................................................... 53
2.3.
Fabrico e cura das placas de betão leve de cânhamo ...................................... 54
2.4.
Fabrico e cura de placas de pasta de papel e cortiça....................................... 55
3.
Procedimentos de ensaios laboratoriais............................................................ 57
3.1.
Ensaios de resistência à compressão ................................................................. 57
3.2.
Ensaios de resistência à flexão........................................................................... 58
3.3.
Ensaios de compressão/descompressão ............................................................ 58
3.4.
Ensaios de absorção por capilaridade .............................................................. 59
3.5.
Determinação de condutividade térmica.......................................................... 59
IV –
Estudo de alguns factores que influenciam o comportamento mecânico de
................................................................................................................. 40
misturas de metacaulino e cal ............................................................................. 63
1.
Efeito da percentagem de cal em misturas de metacaulino e cal ................... 64
1.1.
Caracterização dos provetes .............................................................................. 64
1.2.
Análise de resultados da resistência à compressão.......................................... 65
Rute Maria Gonçalves Eires
x
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2.
Efeito de activadores em misturas de metacaulino e cal .................................66
2.1
Análise de resultados da resistência à compressão ..........................................67
3.
Efeito da temperatura em misturas de metacaulino e cal ...............................68
3.1.
Análise de resultados da resistência à compressão ..........................................69
4.
Conclusão.............................................................................................................70
V-
Betão leve de cânhamo .........................................................................................73
1.
Betão leve de cânhamo .......................................................................................74
1.1.
Ensaios de resistência à compressão .................................................................78
1.2.
Absorção de água – efeito de hidrofugante de superfície................................81
2.
Placas de betão leve de cânhamo .......................................................................85
2.1.
Resistência à flexão, compressão/descompressão e de compressão simples ..85
3.
Conclusão.............................................................................................................86
VI –
Compósito de granulado de cortiça e pasta de papel...........................................89
1.
Placas de cortiça e pasta de papel......................................................................90
1.1.
Ensaios de resistência à flexão e de compressão/descompressão....................95
1.2.
Ensaios de absorção por capilaridade...............................................................95
1.3.
Ensaios de determinação do coeficiente de condutividade térmica ...............98
2.
Conclusão.............................................................................................................99
VII –
Utilização de suporte estrutural..........................................................................101
1.
Placas com suporte alveolar de cartão ou polímero ......................................102
1.1.
Aplicação de betão leve CP ..............................................................................103
1.2.
Aplicação de compósito de granulado de cortiça e pasta de papel...............103
1.2.1.
Ensaios de resistência à flexão .........................................................................107
1.2.2.
Ensaios de determinação de coeficiente de condutividade térmica..............108
2.
Placas com suporte de polímero reforçado com fibra de vidro (FRP).........109
2.1
Aplicação de betão leve CP ..............................................................................109
3.
Conclusão...........................................................................................................111
Rute Maria Gonçalves Eires
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VIII –
Conclusões e trabalhos futuros.......................................................................... 113
1.
Conclusões ......................................................................................................... 114
1.1.
Estudo de alguns factores que influenciam o comportamento mecânico de
misturas de metacaulino e cal.......................................................................... 114
1.1
Betão leve de cânhamo ..................................................................................... 114
1.2
Compósito de granulado de cortiça e pasta de papel .................................... 115
1.4.
Utilização de suporte estrutural ...................................................................... 116
2.
Proposta para futuras investigações ............................................................... 118
Rute Maria Gonçalves Eires
xii
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura
1
Legenda
Pag.
Ciclos de vida dos materiais
17
2a
Desperdícios de papel e cartão para reciclagem
18
2b
Processo de trituração do papel
18
3a
Casas de Papel - Kobe, Japan, 1994 / Kaynasli;
18
3b
Casa de Papel - Lake Yamanaka, Yamanashi, Japan, 1995
18
4a
Exemplos de construção com papercrete
19
4b
Exemplos de construção com papercrete
19
6
Caule fibroso de cânhamo industrial
24
7
Diferentes espécies de cânhamo industrial
26
8a
Construção e revestimento de paredes com betão leve de cânhamo industrial
28
8b
Construção e revestimento de paredes com betão leve de cânhamo industrial
28
9a
Isolamento de fibras de cânhamo industrial
31
9b
Isolamento de fibras de cânhamo industrial
31
9c
Compósito de fibras de cânhamo industrial
31
10
Metacaulino tratado a 600ºC
40
11
Ciclo da cal em argamassas
42
12
Bórax em pó
46
13
Fibras de cânhamo industrial
47
14 a
Resíduos de papel
48
14 b
Papel triturado produzido em laboratório
48
14 c
Pasta de papel produzida em laboratório
48
15
Granulado de cortiça
49
16
Modelo esquemático das situações M1, M2 e M3
50
17
Peneiração por vibração
51
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xiii
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
18
Curva Granulométrica da cortiça
51
19
Provete cilíndrico
52
20
Misturadora
52
21 a
Máquina de compactação manual
53
21 b
Máquina de compactação manual
53
22 a
Caixa plástica para cura de provetes
53
22 b
Estufa a 40ºC
53
23
Preparação de mistura de metacaulino, cal e cânhamo
54
24
Molde para provetes
55
25
Acondicionamento de provetes à temperatura ambiente
55
26
Compressão de placas em máquina de compressão hidráulica
55
27
Compressão de placas em máquina de compressão hidráulica
56
28
Misturas de pasta de papel com granulado de cortiça
56
29a
Mistura de pasta de papel com granulado de cortiça no molde
57
29 b
Mistura em compressão
57
30
Mistura de pasta de papel com granulado de cortiça durante a compressão
57
31
Moldagem 50x50cm e fixação da compressão das placas metálicas
57
32
Máquina de ensaio à compressão – Prensa hidráulica
58
33
Máquina de ensaio à flexão
59
34
Máquina de determinação de condutividade térmica
60
35
Modelo esquemático do comportamento térmico de uma placa durante o ensaio a 10ºC
para determinar λ10
61
36
Esquema da secção do material para cálculo da condutividade térmica
62
37
Gráfico de determinação dos valores λ desenvolvido pela máquina
62
38a
Provete de mistura de metacaulino e cal antes do ensaio
66
38 b
Provete de mistura de metacaulino e cal após o ensaio
66
38 c
Provetes de mistura de metacaulino e cal após o ensaio
66
Rute Maria Gonçalves Eires
xiv
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
39
Resistências de misturas de metacaulino e cal a diferentes percentagens
67
40
Provetes de diversas composições com aditivos
68
41
Efeito de aditivos minerais em misturas de metacaulino e cal (até aos 28 dias)
68
42
Efeito de aditivos minerais em misturas de metacaulino e cal (até aos 180 dias)
69
43
44
Efeito de cura térmica a diferentes temperaturas em misturas de metacaulino e cal até aos
28 dias
Efeito de cura térmica a diferentes temperaturas em misturas de metacaulino e cal até aos
90 dias
70
71
45 a
Misturas de fibras de cânhamo com cal, B1
76
45 b
Misturas de fibras de cânhamo com cal, B2
76
45 c
Misturas de fibras de cânhamo com cal, B3
76
46 a
Mistuaras de fibras de cânhamo com cal, B4
77
46 b
Misturas de fibras de cânhamo com cal, B5
77
47
Micrografias de fibras sem e com tratamento de 6% NaOH [4]
77
48
Provete de betão leve CP durante a cura
78
49
Provetes de betão leve CP, composições B6, B7 e B8
79
50
Ensaios de resistência à compressão
80
51
Ensaio de resistência à compressão (rotura total)
80
52
Resistências à compressão das composições B1, B2, B2, B4 e B5 aos 28 dias
80
53
Resistências à compressão até aos 270 dias
81
54
Resistências à compressão das composições B6, B7 e B8 a diferentes idades
81
55
Provetes com e sem hidrofugante de superfície
82
56
Provetes sem e com hidrofugante e provete compactado
83
Provetes com impermeabilizantes de superfície ( verniz, cola e óleo de linhaça
57
83
respectivamente)
59
Provetes com impermeabilizantes de superfície - durante o ensaio de absorção por
capilaridade
Provetes com impermeabilizantes de superfície – modificações da superfície em contacto
com a água
60
Evolução do nível de absorção de água em percentagem (60min)
84
61
Evolução do nível de absorção de água em percentagem (24h)
85
58
Rute Maria Gonçalves Eires
xv
83
84
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
62 a
Produzida com compactação mecânica
86
62 b
Textura da mesma placa
86
63 a
Ensaios de resistência à compressão de placas compactadas de betão CP – antes da rotura
87
63 b
Ensaios de resistência à compressão de placas compactadas de betão CP – após a rotura
87
64
Placa com pasta de papel e granulado fino de cortiça (composição P1)
92
65
Placa com pasta de papel e granulado grosso de cortiça (composição P3)
92
66
Placa de pasta de papel e cortiça com resina fénolica (composição 6)
92
67 a
Placa de pasta de papel e cortiça com fibras de (composição P5)
93
67 b
Textura da mesma placa (composição P5)
93
68 a
Placas de pasta de papel e cortiça: sem gesso (composição P7)
94
68 b
Com gesso (composição P8)
94
Síntese do processo de fabrico final
94
70 a
Mistura de pasta de papel com granulado de cortiça após a cura térmica
95
70 b
Textura da mesma placa
95
71 a
Provetes para o ensaio do ensaio de absorção - sem revestimento
96
71 b
Com PVA
96
71 c
Com óleo de linhaça
96
71 d
Com Verniz
96
72 a
Provetes durante o ensaio de absorção - sem revestimento
97
72 b
Com PVA
97
72 c
Com óleo de linhaça
97
72 d
Com Verniz
97
73 a
Provetes após o ensaio de absorção - sem revestimento
97
73 b
Com PVA
97
73 c
Com óleo de linhaça
97
73 d
Com Verniz
97
69
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xvi
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
74
Evolução do nível de absorção de água em percentagem até aos 90 minutos
98
75
Evolução do nível de absorção de água em percentagem até às 24horas
98
76
Gráfico de determinação dos valores médios de λ
99
77 a
Placa de cartão alveolar
103
77 b
Placa alveolar de polímeros tipo PP – Rígida
103
77 c
Placa alveolar de polímeros tipo PP – Flexível
103
Preenchimento do cartão alveolar com pasta de papel e granulado de cortiça
104
79 a
Alveolar com a mistura de CP: antes da cura
106
79 b
Após a cura
106
80
Placa de cartão alveolar com pasta de papel, cortiça e resina fenólica, após cura térmica
106
81
Placa de cartão alveolar Pe2 com revestimento de resina fenólica, após cura térmica
107
82
Placa tipo sandwich Pe3 com placas de pasta de papel, cortiça e com placa alveolar de PP
107
78
Placas alveolares Pe4 de polímero PP flexível com a mistura de pasta de papel, cortiça e
83
gesso, após cura térmica
84
Gráfico de comparação de resistências à flexão com outros materiais
109
85
Placa de pasta de papel e granulado de cortiça com suporte estrutural durante o ensaio
109
86
Gráfico de determinação dos valores médios de λ - placa com suporte alveolar
110
87
Perfil de polímero reforçado com fibra de vidro, FRP
110
88
Simulação 3D de uma construção com as placas anteriores
111
89
Placa de polímero FRP, com a mistura de metacaulino, cal e cânhamo
112
108
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xvii
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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ÍNDICE DE QUADROS
Quadro
Legenda
Pag.
1
Limitações para a construção em cânhamo [65]
5
2
Resíduos agrícolas e aplicações na construção [7]
21
3
Usos de cânhamo na Europa, 1999 [59]
27
4
Composição - Fibras de cânhamo [37]
27
5
Propriedade físicas da construção em cânhamo [20]
30
6
Composição de metacaulino
41
7
Composição química da cal
44
8
Composição química das cinzas de cânhamo industrial
47
9
Composições de misturas de metacaulino e cal
65
10
Composições com activadores
67
11
Composições curadas a 10, 25, 30, 40 e 50ºC
70
12
Composições de betão leve de cânhamo
76
13
Composição de betão leve de pasta de papel e metacaulino
76
14
Solução proposta para a construção em cânhamo
78
15
Composições de betão leve de CP com pasta de papel
78
16
Resistências médias das placas de betão leve de cânhamo
86
17
Composições e condições de cura das placas de pasta de papel e cortiça
91
18
Composições e condições de cura das placas compactadas mecanicamente
93
19
Composições e condições de cura das placas com gesso compactadas mecanicamente
95
20
Resultados de ensaios de flexão e compressão/descompressão das principais
composições
96
21
Comparação de materiais em termos de condutividade térmica
100
22
Composições do material de preenchimento e condições de cura das placas
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
0 – Enquadramento
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
1. Considerações iniciais
Sendo a construção sustentável uma área emergente, existe ainda um escasso
conhecimento ao nível da formação dos projectistas e apenas agora se estão a dar os
primeiros passos na investigação de materiais não convencionais e sustentáveis, sobretudo
no nosso país. Por essa razão, esta dissertação engloba uma pesquisa teórica para
aprofundar este conhecimento, assim como uma abordagem prática com a investigação de
novos materiais. Uma vez que consiste no estudo de materiais que habitualmente não são
aplicados na construção corrente, encontrando-se além do nosso domínio comum, este
estudo de carácter exploratório procura testar diferentes materiais e novas composições
para o desenvolvimento de novos produtos. Justifica-se assim a multiplicidade de materiais
e composições, bem como os respectivos modos de preparação, a fim de combinar com
eficácia a inovação, a sustentabilidade e a aplicabilidade dos mesmos. As composições
finais em que se verificaram as características desejadas foram testadas para verificação
das suas propriedades físicas.
2. Introdução
A dissertação apresentada tem como propósito fundamental o desenvolvimento de novos
materiais de construção no âmbito de uma construção sustentável. Entende-se por
construção sustentável todo o sistema construtivo que possibilite uma economia de
recursos materiais e energéticos, respondendo satisfatoriamente às exigências técnicas,
sociais e artísticas, proporcionando a curto ou longo prazo, um equilíbrio energético do
edifício. Este equilíbrio engloba não só a energia necessária para a produção do edifício,
incluindo o consumo energético dos materiais de construção, como a energia despendida
durante o todo o ciclo de vida do mesmo, contando com os processos de reabilitação e
desconstrução no fim da vida útil.
Este estudo visa, por conseguinte, o desenvolvimento de materiais alternativos, como um
novo caminho para sustentabilidade, não apenas pelo uso de materiais “verdes”, mas
também pela procura de um equilíbrio com a utilização de materiais ditos “menos
ecológicos”. Por exemplo, um material com um elevado índice de energia incorporada
quando permite flexibilidade ou adaptabilidade de espaços, sem recurso à demolição, ou
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
tiver maior durabilidade também poderá ser considerado sustentável. Então, poderá
considerar-se vantajosa a conjugação de materiais que respondam a diferentes exigências
formando, por sua vez, um sistema construtivo sustentável considerando a sua avaliação
energética durante o seu ciclo de vida. O propósito ideal será minimizar ao máximo a
utilização de produtos de elevado consumo energético e de elevadas taxas de emissão de
CO2. Não desconsiderando contudo a hipótese de utilização de materiais complementares
maiores consumidores de energia desde que o sistema obtido adquira vantagens que
compensem o consumo de energia inicial.
O estado da arte existente nesta área de pesquisa de materiais de construção alternativos,
convencionalmente designados por green materials, encontra-se consideravelmente
diversificado ainda que seja pouco conhecido, tanto pela sociedade como pelos
profissionais da área da construção. Todavia, verifica-se que gradualmente se vai
fomentando a procura deste tipo de materiais, seja porque de facto está a surgir uma
mudança de mentalidade na nossa sociedade, seja por uma questão de moda ou mesmo
pela simples necessidade de mudança. Assim, um pouco por todo o Mundo, este tipo de
pesquisa tem sido alvo de uma crescente preocupação em universidades e centros de
investigação tecnológicos.
Em relação aos materiais seleccionados para esta pesquisa encontra-se um maior
desenvolvimento tecnológico em diferentes países conforme o tipo de material. No caso do
cânhamo industrial surge em primeiro plano a França, como percursora do betão de
cânhamo, o denominado isochanvre ou hempcrete convencional, seguindo-se vários outros
como a Suíça, Reino Unido, a Estados Unidos da América e Austrália. Em Portugal
começa agora a surgir o interesse por este material, ainda que este tenha de ser importado,
uma vez que ainda não existe produção nacional. Sabe-se que a primeira construção está a
ser desenvolvida pela autarquia da cidade de Vouzela, um pequeno edifício que funcionará
como centro de interpretação botânico.
Em termos de utilização de fibras de celulose ou pasta de papel, a partir de resíduos de
papel, sabe-se que são usadas na construção desde o início do século passado. Actualmente
existem alguns países como os E.U.A. que utilizam este material projectado in situ para
fins de isolamento térmico. O Reino Unido e a França comercializam isolamento à base de
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
celulose sob a forma de placas flexíveis, mediante a incorporação de fibras sintéticas que
lhe confere as resistências necessárias.
3. Objectivos
O objectivo principal desta dissertação é o desenvolvimento de novos materiais de
construção baseados na reciclagem de resíduos de pasta de papel, resíduos de granulado de
cortiça e fibras de cânhamo industrial, utilizando preferencialmente ligantes sustentáveis,
sem recurso ao cimento Portland normal. O estudo visa a elaboração de placas e
argamassas para elementos de construção não estruturais, como por exemplo,
revestimentos, paredes divisórias ou regularização de pisos. Para a elaboração deste
trabalho consideram-se os seguintes sub-objectivos:
Identificar materiais não convencionais e sustentáveis de base celulósica
Através dos conhecimentos já adquiridos e mediante uma pesquisa bibliográfica pretendese seleccionar materiais e sistemas de construção alternativos no sentido de responder à
necessidade actual de métodos de construção sustentáveis. Entre estes encontram-se os
materiais tradicionais como a terra crua, materiais de base biológica ou “biobased building
materials” e materiais à base de recuperação de resíduos ou “waste materials”.
Focalizando esta procura no âmbito da recuperação de resíduos, subprodutos e materiais
agro-industriais de base celulósica, ou seja, de origem biológica ou vegetal, os green
materials. Entre são: as fibras internas de cânhamo industrial, o granulado de cortiça, e
pasta de papel, produzida a partir de desperdícios de papel triturado.
Desenvolver um novo betão leve à base de cânhamo industrial
Actualmente é fabricado betão não estrutural à base de fibras de celulose de cânhamo
activadas alcalinamente por cal hidratada em água, sofrendo um processo de
mineralização, referido como petrificação. Obtém-se um material muito mais leve que o
convencional de boas propriedades construtivas [18]. Existem diversos métodos de fabrico
deste tipo de betão, simplesmente à base de cal ou com a adição de outros ligantes como
cimento ou cinzas volantes. No entanto, nenhum destes materiais responde na sua
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totalidade às exigências funcionais e económicas da construção actual. Seja porque o
tempo de cura se torna prolongado, apenas reduzido através da incorporação de cimento,
seja pela necessidade de compactação e de mão-de-obra [65]. O quadro seguinte sintetiza
as limitações verificadas (ver quadro 1).
Quadro 1 – Limitações para a construção em cânhamo [65]
Limitações da construção em cânhamo
Como material não
convencional
Adquirir matérias-primas
Conhecimento sobre os materiais, dosagens
e medidas a tomar.
Necessidade de mais mão-de-obra
Necessidade de uma temperatura superior a 5ºC, pelo que não é
conveniente construir no Inverno.
Custo - O cânhamo em certos países ainda tem pouca produção,
deixando de ser considerado um resíduo industrial.
Resistências mecânicas baixas
Média de 0.48MPa à Compressão e 0,836MPa à Flexão.
Formação de fissuras após alguns meses de construção, ainda que
mais fáceis de reparar do que numa construção convencional.
Cura lenta devido ao uso de cal
O objectivo é desenvolver um novo betão leve conciliando celulose de cânhamo e pasta de
papel com um ligante composto de metacaulino e cal. Isto, no intuito de obter um betão
leve com melhores características que os já referidos, possibilitando a execução de blocos e
placas, possibilitando o desenvolvimento de um sistema de pré-fabricação. Assim, será
possível satisfazer um maior número de exigências, conjugando de um novo modo as
matérias-primas utilizadas, diminuindo as actuais limitações da construção com cânhamo.
Compreender os factores que influenciam o comportamento mecânico de misturas de
metacaulino e cal
A fim de auxiliar o desenvolvimento do novo betão leve de cânhamo, pretende-se definir,
inicialmente, a percentagem óptima da quantidade de cal em misturas à base de
metacaulino e averiguar os factores que podem influenciar o respectivo comportamento
mecânico. Entre estes factores encontram-se o efeito de activadores e do aumento da
temperatura para acelerar o processo de cura.
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Desenvolver um material compósito à base de pasta de papel e granulado de cortiça
Pretende-se desenvolver um novo material isolante e de revestimento, tendo por base a
recuperação de desperdícios industriais, de preferência existentes no nosso país, como o
granulado de cortiça e pasta de celulose, a partir de desperdícios de papel. Isto, no sentido
de satisfazer um maior número de exigências técnicas e económicas, segundo as nossas
tecnologias, desenvolvendo um sistema diferenciado de conjugar as matérias-primas
seleccionadas. Esta complementaridade de matérias-primas vem proporcionar ao
aglomerado uma conjugação das propriedades dos materiais, permitindo obter a
aglutinação satisfatória dos grânulos de cortiça, reduzindo ou eliminando o uso de colas,
resinas ou outro material polimérico como aglutinante.
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4. Estrutura da dissertação
A dissertação aqui apresentada consiste na exposição e descrição do estudo de materiais
não convencionais de base celulósica e do desenvolvimento de novos materiais de
construção, a partir dos materiais estudados.
Conforme o plano de trabalhos, foi desenvolvida uma pesquisa bibliográfica mediante
diversas fontes como livros, revistas e paginas Web, tornando-se, de algum modo, uma
constante durante as seguintes etapas do estudo. Esta pesquisa resulta no aprofundar de um
conhecimento específico de materiais não convencionais e na reutilização de subprodutos
no âmbito da sustentabilidade na área dos materiais de construção. Este conhecimento
traduz-se fundamentalmente no enquadramento (cap. 0) e nos capítulos seguintes da
dissertação, referentes aos materiais de construção, técnicas construtivas de referência e na
caracterização dos materiais utilizados (cap. I e II).
Segue-se a descrição dos trabalhos laboratoriais através da caracterização específica das
propriedades dos materiais utilizados e procedimentos de ensaios, em que consta a
preparação de misturas, moldação de provetes e condições de cura (cap. III).
Os capítulos seguintes, referem-se a quatro estudos distintos: Estudo de factores que
influenciam o comportamento mecânico de misturas de metacaulino e cal (cap.IV); Betão
leve de cânhamo (cap.V); Compósito de granulado de cortiça e pasta de papel (cap. VI) e
Conjugação dos materiais desenvolvidos com suporte estrutural (cap. VII). Em cada
capítulo são referidas as composições estudadas, as características físicas verificadas,
durante e após a cura, dos materiais desenvolvidos, bem como a análise dos resultados,
pela comparação e avaliação dos valores obtidos nos respectivos ensaios, e as respectivas
conclusões.
Finalizando esta dissertação com uma avaliação final global e extensiva de todo o estudo
elaborado, assim como numa reflexão sobre futuras investigações para a realização de
possíveis estudos complementares a esta pesquisa, afim de aprimorar os resultados aqui
apresentados (cap. VIII).
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I - A sustentabilidade dos materiais de construção
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1. Arquitectura sustentável e materiais de construção
Sustentabilidade
O termo sustentabilidade foi inicialmente introduzido no relatório UN “Our Common
Future” (Brundlandt). A sustentabilidade foi então considerada como “o desenvolvimento
que satisfaça as necessidades da geração actual sem comprometer as gerações futuras”
[58]. Contudo, não existe uma definição unânime e específica, mas esta englobará sempre
os aspectos sociais e económicos e não apenas o meio ambiente.
Existem diversos factores que justificam esta necessidade de sustentabilidade. O crescente
e rápido aumento da população mundial, uma vez que só no século XX passou de 1500
milhões para 6000 milhões. O desenvolvimento industrial associado ao crescente vício de
consumo, a nossa obsessão pelos combustíveis fósseis, petróleo, carvão e gás natural, e o
desejo massificado pelo lucro a curto prazo causou uma certa insensibilidade a alternativas
mais sustentáveis. A multiplicação da quantidade de resíduos em função do aumento de
produção que dificulta o escoamento dos mesmos. A indústria da construção representa
aproximadamente 25% da produção industrial na Europa e é o segundo responsável pela
emissão de dióxido de carbono (30% do total de produção). As escolhas das tecnologias
têm-se baseado em critérios de curto prazo e metas restritas, não considerando a totalidade
das consequências como a poluição atmosférica, das águas ou do solo, a ocupação do solo,
assim como a mudança climática e o aquecimento global causados pela emissão de gases
como o dióxido de carbono [58].
Todavia, a pouco e pouco a nossa sociedade global tem vindo a dar alguns passos no
desenvolvimento de medidas alternativas como caminho para a sustentabilidade. Os
princípios alternativos para o desenvolvimento sustentável deverão assentar essencialmente
em três grandes áreas: ambiental, económica e social.
Os princípios ambientais referem que além de ser necessário conservar os ecossistemas, a
vitalidade e a biodiversidade do planeta é fundamental utilizar recursos renováveis e
minimizar o uso dos recursos não renováveis. Sendo indispensável a redução da poluição,
dos impactos ambientais dos danos causados aos seres vivos.
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Os propósitos económicos devem sobretudo promover a distribuição equitativa de custos e
benefícios, apoiar as economias locais, manter a equidade entre nações e gerações e
encorajar os procedimentos éticos e as políticas de investimento. Pretende-se em termos
gerais assegurar o equilíbrio económico das sociedades evitando as desigualdades.
Em termos sociais, pretende-se melhorar a qualidade de vida das sociedades, promovendo
a equidade social entre todas e encorajar a cooperação nos processos de decisão entre o
cidadão e as instituições. Sendo necessário conservar a integridade social, mantendo os
costumes e o património.
Arquitectura sustentável
Uma arquitectura sustentável pressupõe a implementação do conceito de sustentabilidade.
Por isso, também terá de responder a este conceito, satisfazendo as necessidades actuais e
futuras, tendo em conta três aspectos essenciais da sustentabilidade, o ambiental, o
económico e o social. Para assegurar a sustentabilidade ambiental na construção deverão
ser avaliados os possíveis impactos ambientais, directos e indirectos, dos materiais e
equipamentos, por parte dos investigadores, da indústria de produção e construção.
Exigências que deverão fazer parte das preocupações por parte dos projectistas. Em termos
de sustentabilidade funcional deverá haver atenção à durabilidade, eficácia técnica dos
produtos e à qualidade do ar interior, entre outros aspectos. A sustentabilidade económica
deverá assentar na gestão e na construção dos edifícios a longo prazo. A nível de
sustentabilidade social e humana deverá permanecer o cuidado com a estabilidade social e
cultural, não descorando os aspectos estéticos da construção.
Considerando que é no processo de projecto/concepção que se tomam as decisões mais
importantes, estas podem ir desde o próprio desenho da forma do edifício até à escolha dos
materiais. Algumas destas decisões podem fazer uma grande diferença na qualidade de
vida das gerações vindouras. O projectista adquire então uma posição chave entre a
sociedade e a indústria de construção, influenciando estas na escolha de soluções menos
consumidoras de energia, menos poluentes, mais reutilizáveis e ao mesmo tempo mais
económicas e funcionais [7].
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A construção sustentável poderá ser descrita como uma forma de projectar e construir
edifícios que sustentem a saúde humana (física, psicológica e social) em harmonia com o
meio ambiente, considerando o presente e o futuro. Projectar com sustentabilidade requer
para este fim a adopção de novos critérios como por exemplo a escolha ambiental dos
materiais, a durabilidade das construções, minimizar o consumo de energia, minimizar os
resíduos de construção, a flexibilidade como modo de prolongar a vida útil funcional, a
desconstrução, evitando a demolição, reabilitar sempre que possível no lugar de construir,
para além de criar um ambiente saudável e não tóxico e preservar a natureza.
Por conseguinte, existem na arquitectura diversas formas de contribuir para a obtenção da
sustentabilidade desejada. Estas poderão ser agrupadas do seguinte modo:
Utilizando uma arquitectura solar passiva, baseada no aproveitamento da energia
natural do sol, segundo a forma, orientação e isolamento dos edifícios. Sem recorrer a
grande tecnologia é possível retirar o máximo partido da energia solar projectando de
forma a absorver ou reter essa energia conforme a necessidade de aquecimento ou
arrefecimento. Assim, minimizando a necessidade de utilizar equipamentos de
controlo térmico, é possível reduzir consideravelmente o consumo energético durante
a utilização do edifício.
Aplicando sistemas que funcionem a partir de energias renováveis sempre que seja
necessário providenciar sistemas mecânicos de aquecimento, arrefecimento e
ventilação, evitando sempre que possível mecanismos de ar condicionado ou de
combustíveis fosseis. São exemplo de processos alternativos os sistemas solares
térmicos como o uso de painéis solare, sistemas de produção de energia eléctrica
como as células fotovoltaicas, em painéis ou telhas ou sistemas combinados de
produção de calor e electricidade em simultâneo [13 e 55].
Utilizando materiais sustentáveis em termos energéticos que se baseia sobre tudo na
energia incorporada ou ”embodied energy” e no seu ciclo de vida energético. Isto
porque grande parte da energia utilizada num edifício deve-se ao consumo energético
dispendido na extracção, produção e transporte dos materiais utilizados. Por essa
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razão procuram-se alternativas, utilizando materiais menos consumidores de energia
como os materiais de origem natural, materiais reciclados ou reutilizados.
Estas abordagens para a sustentabilidade na arquitectura têm sido de facto mais
desenvolvidas, mas talvez apenas um pouco cada uma na sua direcção. Deveria haver uma
maior interacção entre elas, porque são perfeitamente compatíveis e complementar-se-iam.
Pode-se verificar também, que esta última abordagem, uma arquitectura que tem como
objectivo assegurar a sustentabilidade através da selecção dos materiais de construção, está
apenas a dar os primeiros passos no seu desenvolvimento.
Sustentabilidade na selecção de materiais
“Sustentabilidade - Ciclo económico da produção, do uso e da eliminação dos produtos que
podem ser mantidos indefinidamente sem um despojar de recursos, danificação do ambiente ou
da sociedade.”
[40]
Até à actualidade os materiais de construção têm sido seleccionados tendo em conta
fundamentalmente parâmetros funcionais, privilegiando factores como a rapidez de
construção e redução de custos. Os critérios de escolha habitualmente utilizados pelos
projectistas têm sido: a durabilidade, a maneabilidade, as resistências mecânicas, as
resistências a acções externas como o fogo, a biodegradação e a humidade, o aspecto, o
isolamento, custos e a disponibilidade.
Terá de existir uma mudança de critérios na selecção de materiais e produtos de construção
para uma perspectiva mais ambiental. Será necessário formar os técnicos de modo a
permitir uma percepção mais realista e abrangente de cada material ou produto tendo em
conta todo o longo e complexo ciclo de vida, desde a extracção das matérias-primas,
transporte, transformação, utilização até a uma possível reutilização ou reciclagem. Cada
etapa deste ciclo tem impactos e custos energéticos, bem como custos para o ambiente e
para a saúde humana. A escolha dos materiais de construção deverá ser mais consciente e
criteriosa, desde o início do projecto, poderá ser realizada tendo em conta inúmeros
aspectos como o uso de materiais de baixo consumo energético, preservar os recursos
naturais, reciclar materiais e construir para durar ou reconstruir facilmente através da préRute Maria Gonçalves Eires
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fabricação. O que poderá ser conseguido de uma forma equilibrada, conjugando estes
parâmetros com as tecnologias e materiais actuais.
Os novos critérios de selecção de materiais e produtos, em função do ciclo de vida dos
mesmos, poderão ser definidos segundo três fases globais: a fase de pré-construção ou do
processo de manufacturação e produção dos materiais; a fase de construção e utilização
dos edifícios, incluindo as actividades manutenção e a reparação e a fase de pós-construção
ou pós-utilização que abrange os processos de reutilização, reciclagem ou deposição [7].
Segundo a fase de pré-construção os novos requisitos são: utilizar materiais pouco
processados ou com processos de fabrico simples, reduzindo a produção de resíduos; optar
por materiais e processos de fabrico com menor consumo de energia, reduzindo a energia
incorporada; preferir produtos de matérias-primas naturais ou recursos renováveis,
possibilitando a conservação da natureza; optar por materiais e processos de fabrico menos
poluentes em termos de libertação de produtos químicos e de emissão de gases nocivos;
utilizar materiais locais, reduzindo o consumo de energia relacionado com os transportes e
promovendo ainda as economias locais; aproveitar a incorporação de resíduos através do
uso de materiais reciclados, reduzindo o consumo de recursos naturais e aproveitando a
energia incorporada.
Para a fase de construção estes critérios são: optar por materiais que não libertem toxinas
de modo a garantir uma boa qualidade do ar no interior dos espaços e a não poluição dos
ecossistemas; utilizar materiais com um desempenho energético eficaz, no sentido de
minimizar a utilização de energia durante a utilização do edifício e preferir matérias com
maior durabilidade, que necessitam de menos reparação ou substituição, minimizando
recursos e a produção de resíduos.
Na última fase, pós-construção, os critérios, em função da gestão dos resíduos produzidos,
são: a avaliação da biodegradabilidade do material; optar por materiais que sejam
recicláveis, aproveitando-os como recursos para a produção de novos produtos, ou que
possam ser reutilizáveis, que dependem da possibilidade da sua remoção e nova aplicação
em outros locais [7].
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Esta selecção por parte dos projectistas poderá ser realizada não só pelo conhecimento
adquirido na sua formação, mas também através da utilização de instrumentos
metodológicos de avaliação ambiental dos materiais de construção. São exemplo destes
instrumentos metodológicos os modelos de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), utilizando
programas de calculo informático que fazem uma avaliação comparativa de materiais
através de valores estudados e predefinidos em função de parâmetros escolhidos pelo
utilizador. A avaliação do Ciclo de Vida é a metodologia mais abrangente que permite
relacionar a selecção dos materiais com a performance ambiental de modo global.
2. Materiais não convencionais
Os materiais não convencionais são geralmente considerados amigos do ambiente e
consistem essencialmente em antigos materiais tradicionais que deixaram de ter o mesmo
nível de utilização, sendo actualmente considerados não convencionais, e em materiais
compósitos à base de matérias vegetais ou de resíduos. Estes baseiam-se sobretudo no uso
de materiais locais, como a terra, e na utilização ou reciclagem de resíduos industriais,
como o papel, ou agro-industriais, materiais de origem biológica, como as fibras de
cânhamo o bambu ou a palha.
2.1. Materiais naturais
“ Todos os edifícios modernos implicam um grande consumo de energia. Têm, além do mais, o
inconveniente de serem quentes no Verão e frios no Inverno. Não é o caso das arquitecturas
tradicionais. São necessárias as novas técnicas, mas é preciso também conservar as antigas, que
reúnem os conhecimentos acumulados pelos habitantes durante séculos, para melhor se
adaptarem às condições do clima, do meio ambiente e dos modos de vida. Não se pode
conservar tudo, porque a vida evolui, mas é preciso adaptar e melhorar o que foi adquirido.”
Indira Ghandi, Primeira Ministra da Índia [24]
A utilização de materiais naturais consiste sobretudo na aplicação de materiais locais
existentes, como a pedra, cuja durabilidade é largamente reconhecida pela perduração dos
edifícios onde são aplicados desde a Antiguidade até aos dias de hoje. A terra crua original
dos países mediterrâneos e africanos que mantém ainda construções utilizando diversas
técnicas como a taipa, o adobe e terra moldada à mão. As tradicionais construções em
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madeira que se encontram um pouco por todo o mundo. A palha e a terra foram usadas ao
longo de toda a história da Humanidade para construir casas, ressurgindo nas últimas
décadas novas técnicas e aplicações, como o Bloco de Terra Comprimido (BTC) e a
Construção com Fardos de Palha [47].
“Os materiais de construção provenientes de recursos renováveis têm um grande potencial para
reduzir o impacto ambiental das actividades de construção de edifícios. (…) Estes têm
consideráveis vantagens na qualidade, eficiência dos materiais, energia incorporada,
reutilização e biodegradabilidade comparando com os materiais de construção actualmente
usados. Os recursos renováveis adquirem um papel cada vez mais importante como materiais
de construção.”
Fraanje [22]
O uso de materiais tradicionais em construções novas demonstra que muitas tecnologias
abandonadas são, na realidade, mais sustentáveis e se forem aplicadas as tecnologias
contemporâneas que dispomos torna-se possível construir edifícios de características
funcionais compatíveis com as exigências actuais e a um custo baixo.
2.2. Materiais à base de resíduos industriais ou agro-industriais
São produzidos em média 1,21Kg/habitante de resíduos sólidos urbanos por dia [41] e as
indústrias de extracção e transformação, como a construção civil, passando também pela
agricultura, produzem cerca de 400 milhões de toneladas de resíduos por ano e que 80%
destes materiais não podem ser reciclados ou incinerados [7]. A heterogeneidade dos
resíduos implica um conjunto de possíveis procedimentos ambientais conforme o tipo de
resíduo: redução da produção de resíduos; reutilização; reciclagem; incineração e
recuperação da energia incorporada e deposição em aterros sanitários. Contudo, pretendese evitar a incineração e a deposição uma vez que poderão causar danos ambientais e
ocupar o solo.
O desenvolvimento de processos de reciclagem e reutilização permitirá encerrar o ciclo
produtivo, reduzir o consumo energético ao nível da extracção e transformação de
matérias-primas, assumindo estes resíduos e subprodutos como novas matérias-primas para
novos produtos, iniciando-se assim um novo ciclo de vida do produto. Temos o exemplo
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do papel reciclado que para a produção de uma tonelada necessita apenas de 2750KW/h de
energia comprando com os 7600 KW/h para produzir papel original de boa qualidade [7].
Além de evitar o crescente abate de árvores que se verifica nos dias de hoje.
Figura 1 – Ciclos de vida dos materiais
O esquema elaborado (ver figura 1) sintetiza os possíveis ciclos de vida dos materiais em
função da sua possibilidade de recuperação, reutilização sob a forma de produtos idênticos,
reciclagem para produção de novos materiais ou a inevitável deposição. A recuperação de
resíduos, além das vantagens ambientais, em termos económicos pode auxiliar na produção
de materiais de menor custo, reduzindo o custo das habitações.
Existem diversos materiais que podem ser considerados sustentáveis, atendendo ao seu
ciclo de vida, pela sua capacidade de encerramento deste ciclo através da reciclagem, como
por exemplo os metais, como o aço e o alumínio, polímeros ou o papel. Mas existem
outros resíduos que podem ser reciclados e utilizados na construção civil como os resíduos
de madeira, pó de pedra, resíduos da indústria do calçado, a escória de alto forno e o
próprio entulho da construção.
Entre estes materiais está também o papercrete, ou betão com pasta de papel, como
substituição parcial ou total do agregado convencional. Estes resíduos também podem ser
utilizados no fabrico de betão, assim como outros resíduos industriais, como por exemplo
as cinzas volantes.
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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Utilização de papel na construção
(a)
(b)
Figura 2 – a Desperdícios de papel e cartão para reciclagem; b processo de trituração do papel
Este material celulósico tem duas formas de aplicação distintas. Uma é utilização do
próprio papel ou cartão em que existem diversos exemplos da sua aplicação, desde os
tradicionais edifícios orientais até às modernas construções com placas ou tubos. Outra
aplicação consiste na reciclagem dos desperdícios, transformando a fibra celulósica em
pasta para novas aplicações utilizando a pasta simples ou em conjugação com outros
materiais.
Os tubos de papel são usados na construção, devido à sua elevada resistência adquirida
pela forma circular, na posição vertical, como pilares ou encamisamentos de pilares de
outros materiais, como coretes ou cofragem temporária para betão armado e mesmo para
realizar estruturas inteiras temporárias para exposições e para a indústria do cinema e
televisão.
(b)
(a)
Figura 3 – a Casas de Papel - Kobe, Japan, 1994 / Kaynasli; b Casa de Papel - Lake Yamanaka, Yamanashi,
Japan, 1995
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
As placas são utilizadas na construção de paredes e coberturas, sobretudo em edifícios
temporários ou de pequeno porte. As placas simples possuem fraca resistência agravada
dado os problemas de fluência que apresentam. Estas questões podem ser ultrapassadas, até
certo ponto, pela inclusão de nervuras de madeira ou alumínio ou mesmo pela execução de
uma estrutura resistente realizada em cartão semelhante, como por exemplo painéis em
favo, conseguindo uma elevada rigidez e aumentando também o isolamento acústico,
possibilitando uma construção em altura e com uma arquitectura mais arrojada. De facto, a
leveza da solução é uma das suas maiores vantagens. Torna o material fácil de transportar,
colaborando para uma energia de incorporação baixa. A colocação do material é simples e
não necessita de maquinaria pesada, assim como o desmantelamento e remoção são
também beneficiados.
No entanto, a construção com placas de papel apresenta algumas limitações em relação à
água e ao fogo. Existem por isso aditivos que se podem colocar na polpa que tornam o
cartão resistente a estes factores. Outra solução seria colocar um segundo nível de
protecção através de revestimentos que podem ser um revestimento fino polimérico
aplicado no cartão, após produção, ou folha de alumínio, aplicada durante o processo de
produção. O grande potencial recente destas construções tem-se revelado na edificação
temporária, sendo o maior exemplo de construção sustentável as cabanas de emergência
concebidas pelo arquitecto Shigeru Ban. Começam agora a nascer projectos de edifícios de
papel feitos para durar tais como habitações, escolas e estufas [42].
A pasta de papel, pode ser utilizada como isolamento entre paredes duplas, na execução de
estruturas armadas em betão térmico, pela mistura com cimento, denominado papercrete, e
no fabrico de placas para revestimentos ou divisórias interiores, mediante a incorporação
de outros materiais como por exemplo as já referidas fibras vegetais.
(a)
(b)
Figura 4 – a e b Exemplos de construção com papercrete
Rute Maria Gonçalves Eires
19
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
O papercrete surgiu recentemente nos EUA, na sequência da procura de uma construção
sustentável. Este consiste numa mistura de pasta de papel e cimento a 50/50%. É uma
espécie de betão em que o inerte é papel reciclado, o que lhe confere até uma maior
capacidade de isolamento térmico. Tal como o betão, este sistema construtivo permite ser
aplicado na forma de blocos pré fabricados, curados à temperatura ambiente, despejado ou
projectado para formas que definem as paredes ou através de uma terceira alternativa, a
moldagem da pasta na forma final pretendida, adquirindo um certo carácter escultórico.
Mas, do mesmo modo que qualquer arquitectura de terra, apresenta fragilidade em relação
à humidade e à presença de água em geral. Essencialmente no que se refere ao contacto
com o solo, necessitando por isso de haver algum cuidado nas fundações. Será de comentar
também que o papercrete não arde, antes tem um comportamento semelhante ao da
madeira, ficando incandescente até se degradar por completo em cinza [38, 50 e 52].
As placas de pasta de papel são geralmente compósitos com outros materiais ligantes como
o gesso, colas ou materiais plásticos conferindo-lhes resistência mecânica e/ou à humidade.
Esta temática, como material de referência, encontra-se com maior detalhe no ponto 3 do
capítulo seguinte, Cap. II, pag 28.
Materiais de base biológica ou “Biobased building materials”
Entre os materiais de base biológica encontram-se materiais compósitos produzidos a partir
de derivados da madeira, como aparas e serrim, mediante diferentes processos de fabrico
com aglutinantes poliméricos ou cimentíceos. Existindo ainda materiais compósitos e
betões ou argamassas reforçados com plantas fibrosas como por exemplo: bamboo; sisal;
juta; coco; cânhamo industrial; kenaf; palhas de cereais como centeio, trigo, cevada; talos
de milho; caules de relva; girassol. Estes compósitos também poderão ser realizados com
resinas orgânicas, a partir de óleos vegetais. As palhas são ainda utilizadas, tal como vêm
dos campos agrícolas, para construção em fardos, sendo apenas revestidos com outros
materiais poliméricos ou argamassas tradicionais. Estes materiais têm a conveniência de
possibilitar a utilização de resíduos ou subprodutos agrícolas que de outro modo não teriam
escoamento.
Rute Maria Gonçalves Eires
20
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
A celulose, (C6H10O5)n, é o principal constituinte dos materiais vegetais e dos seus
derivados como o papel, colas, óleos, vernizes e biopolímeros. No entanto, existem ainda
outros componentes como a lenhina (ver composição da cortiça, pag. 32), óleos, gliceróis,
amidos, silicatos e carbonato de potássio. O quadro seguinte apresenta os resíduos
agrícolas e a sua aplicação na construção.
Quadro 2 – Resíduos agrícolas e aplicações na construção [7]
Plantas
Secção
Utilização na
utilizada
Construção
Centeio - tritium
Coberturas, isolamento, placas
Trigo
e reforço em terra crua ou betão
Aveia - avene
Coberturas
Juta
Caule
Juntas de vedação
Arroz – oryga sativa
Bangladesh
Placas
América do sul
saccharum officinarum
Algodão - gossypium
América, África
Cânhamo – cannabis
Coberturas, isolamento, placas,
Caule/ Semente
reforço em terra crua ou betão e
Casca
Europa, E.U.A.
óleos
Europa
Isolamento, juntas de vedação
Trópicos
Linho – linum
Coco – cocos nucitera
Norte da Europa
Ásia
Cana de açúcar –
sativa L.
Localização
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21
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II - Utilização de Materiais de Construção de Base Celulósica
Rute Maria Gonçalves Eires
23
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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1. O cânhamo
Figura 6 – Caule fibroso de cânhamo industrial
"Cerca de 25000 produtos podem ser manufacturados a partir do cânhamo, desde o celofane ao
dinamite"
[18]
A planta de cânhamo é considerada há milénios um bem de primeira necessidade para
tecelagem, cordoaria, óleo para iluminação e até mesmo para a construção. Hoje o
interesse pelo cânhamo industrial cresce em tudo o Mundo graças às suas qualidades:
solidez, resistência, isolamento e preservação do ambiente. Este material é actualmente
utilizado para um vasto leque de aplicações desde comida, cosméticos, roupa, papel,
combustível, bio-plásticos até aos materiais de construção.
As fibras de cânhamo industrial, cannabis sativa L, de um índice quase nulo de substância
psicotrópica ou thetracannabiol THC são da categoria das fibras de juta, sisal, linho e
coco. Existindo também uma planta de propriedades semelhantes, da mesma família
herbária, o kenaf ou hibiscus cannabinus L. Estas fazem parte de um alargado leque de
culturas vegetais, biodegradáveis e amigas do ambiente pela sua capacidade renovável e de
benefício para os solos. O cânhamo tem sido cultivado para a extracção das fibras
exteriores da planta pela sua elevada resistência e flexibilidade para inúmeras aplicações
desde cordoaria a roupa. No entanto após a remoção destas fibras sobra o caule de onde
são extraídas, representando cerca de 40 a 60% da massa do caule (4-6 t/ha). Este subproducto, conhecido por “hemp hurds” ou “chévenotte”, assemelha-se a pequenas aparas
de madeira, mas diferem pela sua extrema leveza e absorção. Estas fibras possibilitam
Rute Maria Gonçalves Eires
24
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diversos usos como forragem animal, absorventes para camas de animais; jardins, não só
pela sua absorção, mas também pelas suas propriedades herbicidas e insecticidas;
manufactura de pasta de papel, devido à excelente qualidade do papel obtido e pela seu
contributo sustentável, uma vez que o crescimento do cânhamo é consideravelmente mais
rápido que o convencional eucalipto. O cânhamo quando adicionado à madeira comum
resulta num papel especial, particularmente resistente, usado habitualmente no fabrico de
notas e papel de cigarros. Também o óleo de cânhamo, resultante das sementes desta
planta, é utilizado no fabrico de produtos de construção como bio-plásticos, tintas e
vernizes devido às suas propriedades impermeabilizantes.
"Porquê o uso de florestas que levam séculos a desenvolveram-se e as minas que requerem
anos a recuperar, se nós conseguimos o equivalente da floresta e dos produtos minerais no
crescimento anual dos campos”
[59]
Economia de carbohidratos, “chemurgy” e emergia (“emergy”)
Perante o problema de combinar a sustentabilidade com a economia surgiram novos termos
para dar respostas a novos conceitos.
O termo chemurgy envolve o uso de biomassa como matéria-prima para a produção de
materiais ou produtos industriais que anteriormente utilizavam materiais sintéticos como os
derivados da indústria petroquímica. A celulóide foi o primeiro plástico comercial em
1880´s produzido a partir de algodão, o segundo foi a Bakelite, pelo uso de derivados da
madeira em 1920´s. Com a exploração do petróleo os plásticos passaram a ser feitos com
os seus derivados, os hidrocarbonos. Todavia, em 1940´s Henry Ford [18] notou que
praticamente tudo o que era feito com os novos hidrocarbonos, prejudiciais ao meio
ambiente,
podiam
ser
feitos
com
carbohidratos
provenientes
de
biomassa,
significativamente menos poluentes, libertando menor quantidade de CO2. Esta nova
tecnologia permite ainda a reutilização de milhares de toneladas de fibras celulósicas
provenientes de palhas consideradas desperdícios agro-industriais como por exemplo
cânhamo, girassol, milho, linho e centeio entre outros, para além de possibilitar novas
aplicações para os óleos das sementes dos mesmos cereais [18].
Rute Maria Gonçalves Eires
25
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“Emergy” (denominação proveniente de embodied energy) é um termo que surgiu
recentemente no sentido de avaliar a energia incorporada dos materiais. Esta avaliação é
realizada não só pela contabilização das energias consumidas na produção, transformação,
transporte e aplicação dos materiais, mas considerando também outras energias básicas
utilizadas, como por exemplo, no caso dos cereais, a energia solar consumida. Este método
permite fazer uma avaliação cada vez mais rigorosa da energia incorporada de cada
material, possibilitando uma comparação de produtos em termos de energia total
incorporada [18].
1.1. Evolução histórica
O cânhamo foi descoberto pelos chineses a 8500 anos atrás, sendo difundido pela Ásia,
Egipto e Europa entre 1000 a 2000 A.C. O cultivo na Europa cresceu sobretudo a partir de
500 D.C. com os povos Franceses, Alemães e Vikings pelas suas múltiplas aplicações
como a cordoaria, têxteis, reforço da construção em terra crua ou argila, bem como usos de
impermeabilização à base dos óleos produzidos. Surgem as primeiras construções à base
de cânhamo, terra e cal na região de Nantes em França. Entre 1500 a 1600 foi levado para
as Américas do Sul e Norte pelos Portugueses e Espanhóis, principalmente para a
preparação de cabos e velas para as embarcações. Nos séculos XVIII e XIX o
desenvolvimento das culturas do algodão, bem como máquinas de desfibração, e a
descoberta de fibras sintéticas provocam uma decadência na cultura do cânhamo. Em 1930
surge a primeira máquina desfibradora do cânhamo, mas no entanto pouco tempo depois
surgem as fibras Nylon que levou a uma nova queda. Entre 1971 - 1998 tornou-se ilegal o
cultivo de cânhamo na Europa devido à sua possível mistura com o cannabis psicotrópico,
a “marihuana”. No entanto tal não se verifica devido ao enfraquecimento das propriedades
desta planta com o cruzamento de pólenes [18, 29, 59 e 66].
Figura 7 – Diferentes espécies de cânhamo industrial [59]
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Em 1987, Charles Rasetti começou os primeiros estudos modernos da construção em
cânhamo, no sentido de recuperar e actualizar as antigas técnicas de construção em França.
Actualmente a França é o maior produtor europeu com 95% da produção sobretudo para
papel e compósitos [18, 29, 59 e 66].
Quadro 3 – Usos de cânhamo na Europa, 1999 [59]
É de referir que em Portugal existem subsídios para o cultivo e transformação do cânhamo,
estando registados 23 produtores em 1998, segundo informações do INGA (Instituto
Nacional de Intervenção e Garantia Agrícola).
A constituição química do cânhamo é apresentada no quadro seguinte, através dos
principais componentes.
Quadro 4 – Composição - Fibras de cânhamo [37]
Matéria constituinte
%
Água
Celulose
Hemicelulose
Lenhina
Cinzas
10
45-52
15-20
20-30
4-5
1.2. O cânhamo industrial na construção
1.2.1. Utilização da secção celulósica em betão leve
Inicialmente as fibras de cânhamo eram utilizadas como reforço de blocos de argila,
actualmente têm sido aplicadas no reforço de produtos à base de cimento, desde betões,
argamassas, blocos e placas. No betão não estrutural à base de fibras de celulose de
cânhamo, estas fibras são activadas alcalinamente por cal em água, sofrem um processo de
mineralização, referido como petrificação.
Rute Maria Gonçalves Eires
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As fibras de cânhamo não são apenas absorventes, elas são também invulgarmente ricas em
sílica, um composto químico naturalmente presentes na areia e na pedra. O elevado teor
mineral torna as fibras de cânhamo numa das mais interessantes aplicações: construção. As
fibras de cânhamo misturadas com cal sofrem um processo de mineralização, por vezes
referido como “petrificação” (transformando-se em pedra).
[54]
Este tipo de construção tem vindo a ser estudado e aplicado em vários países, sobretudo em
França, Reino Unido e Alemanha. Conhecem-se inúmeras composições baseadas na
utilização da cal, estas constam de diferentes tipos de cal, aérea ou hidráulica e diversos
aditivos empregues em percentagens distintas. Entre estes aditivos encontram-se o gesso,
materiais pozolânicos, cinzas volantes, pó de pedra, cimento e o agregado fino
convencional, a areia. Existem, no entanto, aditivos que permanecem em segredo pelos
investigadores e fabricantes por razões comerciais.
(a)
(b)
Figura 8 – a e b Construção e revestimento de paredes com betão leve de cânhamo industrial [34]
A construção em cânhamo é realizada de diversos modos como por exemplo na realização
de paredes interiores e exteriores, substituindo de uma só vez, a convencional parede de
tijolo, incluindo a barreira ao vapor, o isolamento térmico ou acústico e revestimentos
como o gesso cartonado. Esta pode ser realizada mediante uma aplicação in situ com
cofragem que permita uma compactação por camadas ou por utilização de blocos préfabricados à semelhança do betão leve cimentíceo. É conhecida também a sua aplicação na
reabilitação de pavimentos cobrindo o pavimento antigo ou na regularização de pisos pela
sua já referida leveza. Como acabamento, apenas necessita de uma pintura, tal como a
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construção convencional, mas é recomendada a pintura de cal com ou sem pigmentação ou
a aplicação de verniz no caso de paredes interiores, permitindo o transparecer da textura
original do material. Note-se que é aconselhável a aplicação de recobrimentos que
mantenham a capacidade de passagem ao vapor de água que é uma característica deste
processo de construção.
O que torna esta construção excepcional em relação à convencional, além de ser de origem
biológica e de carácter ecológico, é precisamente a capacidade de permitir a respiração
natural do edifício, prevenindo a ocorrência de condensações. Assim como a sua
capacidade de absorção e resistência à água, sem impermeabilização. O referido
isolamento térmico e acústico é proporcionado pelo elevado teor em sílica e porosidade de
todo o material. A sua flexibilidade e capacidade de ajuste aos movimentos, próprios de
qualquer construção, evitam o aparecimento de fracturas. A sua leveza torna este tipo de
material benéfico sobretudo para reabilitações e situações onde seja necessário isolamento
sem elevar o peso próprio da construção. Para além de não ser inflamável nem libertar
fumos tóxicos e ser resistente a insectos, fungos e bactérias. Esta característica bactericida
é uma mais valia em relação a outras construções, mesmo as não convencionais, como a
construção em terra crua ou em fardos de palha.
Desempenho mecânico e físico
Segundo estudos do “Building Research Establishment”, BRE [65], foram verificados os
seguintes comportamentos na construção em cânhamo e cal hidráulica com revestimento
de argamassa e pintura, ambas de cal:
Desempenho mecânico – As resistências à compressão deste sistema construtivo
encontram-se, em média, entre 0,2 e 0,5Mpa (ver quadro 5).
Desempenho térmico – O estudo de monitorização térmica em quatro casas com
paredes deste material, durante os meses de Dezembro a Abril, verificou-se que estas
se mantinham, de forma constante, com mais um ou dois graus acima em comparação
com as casas de tijolo convencionais.
Rute Maria Gonçalves Eires
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Desempenho acústico – As paredes de cânhamo apresentam uma redução de 6dB em
relação à construção convencional.
Resistência ao fogo – Foi verificado que não existe degradação do material até 4
horas de exposição a temperaturas superiores a 1800ºC.
Absorção de água – Com a simulação da acção de uma pluviosidade de 210ml/hr
sobre uma secção de parede de 20cm de espessura verificou-se que passadas 24 horas
apenas tinha absorvido de 2 a 4 cm. Do mesmo modo após 96 horas apenas se
registou 5 a 7 cm de absorção.
Quadro 5 – Propriedade físicas da construção em cânhamo [20]
Propriedade
Símbolo
Unidade
Telhado
Paredes
Chão
Revestimento
Porosidade
ns
[%]
53
46
43
20
Teor de água
Wnorm
[%]
6.9
6
5.7
4.2
Massa Volúmica
ρnorm
[kg/m3]
285
445
530
990
µ
[-]
6
6-12
6-12
12
λnorm
[W/m°C]
0.13
0.17
0.19
0.34
Resistência à compressão
Rc
[MPa]
0.2
0.4
0.5
Deformação na rotura
εc
[%]
14
6
5.5
Modulo de elasticidade
E
[MPa]
3
24
26
α500
[-]
0.82
0.65
NRC
[-]
0.76
0.66
M0-M1
M0-M1
20
20
Coeficiente de resistência
para a difusão de vapor de
água
Coeficiente de
conductividade térmica
Coeficiente de absorção
acústica 500 Hz
Coeficiente médio de
absorção
M1
Material não
inflamável
Inflamabilidade
Resistência ao gelo-degelo
[ciclos]
M0
Material não
combustível
Avaliação do ciclo de vida, ACV
A utilização deste tipo de construção minimiza a libertação de CO2 e de materiais tóxicos,
a produção de lixo e valoriza o uso de materiais renováveis. Promove ainda um
Rute Maria Gonçalves Eires
30
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crescimento significativo da produção agrícola pelo cultivo anual da planta, sendo uma
ecologia alternativa à desflorestação existente actualmente. Como não são utilizados
agregados convencionais ou estes passam a ser considerados aditivos introduzidos em
menores quantidades, passa a ser minorada a extracção mineral cujo impacto é bem
conhecido. A energia consumida está presente durante a plantação, colheita e na extracção
das fibras exteriores que são de reduzidos gastos energéticos e não necessita de processos
químicos. Durante a fase de transporte também a energia e os custos são menores uma vez
que o material é dotado de uma alta leveza. Além disso, perante uma necessidade de
demolição, a natureza orgânica do material permite a sua biodegradação minorando o
impacto ambiental em relação à construção convencional [18].
1.2.2. Utilização de fibras como isolamento
As fibras exteriores do cânhamo são utilizadas como isolamento térmico e acústico em
edifícios pelo seu coeficiente térmico muito baixo, cerca de 0,047 a 0,058W/m.ºC,
dependendo do grau de compactação. Este material resulta unicamente da união aleatória
de fibras de cânhamo, ligeiramente comprimidas, formando placas flexíveis, sem qualquer
tipo de ligante, apenas estão sujeitas a um tratamento anti-fogo.
(a)
(b)
(c)
Figura 9 – a e b Isolamento e c compósito de fibras de cânhamo industrial [37]
Mediante compostos de fibras de cânhamo com resinas naturais ou sintéticas é possível
obter desde MDF (Médium Density Fiberboard) a bio-plásticos, obtendo placas, ou até
mesmo vigas e varões semelhantes ao aço, e produtos moldados como mobiliário. Estes
compósitos são fabricados recorrendo a sistemas de compressão adequados e uma cura
térmica a elevadas temperaturas [59].
Rute Maria Gonçalves Eires
31
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2. A cortiça e o granulado obtido da sua transformação
2.1. A cortiça
Este material é resultante da extracção periódica da parte exterior, suberosa, da planta
Quercus suber L, vulgo sobreiro cuja particularidade consiste na capacidade de
regeneração das células exteriores. Conhecida desde a antiguidade, como flutuante para
artigos de pesca, vedante e no fabrico de sapatos. Com maior aplicação no século XX
sobretudo em aglomerados. Actualmente é a Europa, sobretudo Portugal que possui a
maior cota de produção de cortiça a nível mundial. É um material leve, elástico, resistente
à água, isolante térmico, eléctrico, acústico e vibrátil. Tem a particularidade de poder ser
comprimido sem expansão lateral devido
à sua estrutura celular prismática que fica
arredondada quando comprimida. Dotada de uma grande estabilidade química, biológica e
resistência ao fogo [5, 23 e 60].
A cortiça tem uma arquitectura molecular polimérica complexa e sobretudo a cortiça de
maior idade, a “amadia”, contem cerca de 50% de fenóis e polifenóis. Esta é constituída
por vários tipos de compostos de quantidade variável pela sua natureza orgânica, conforme
a idade, o período de extracção, a orientação geográfica, o solo e o clima [23].
Os compostos químicos mais conhecidos da cortiça são:
A suberina, um polímero misto constituído por ácidos gordos de cuja
despolimerização resultam fenólicos e gliceróis Composto hidrófobo, insolúvel mas
saponificável por bases fortes. Material utilizado no fabrico de látex, tintas e
vernizes.
A lenhina, um polímero cuja função é conferir rigidez às fibras celulósicas e à parede
celular. Resíduo da despolimerização da suberina, utilizado no fabrico de colas.
Os polissacáridos, polímeros derivados de celulose que tem função de suporte, tal
como a lenhina.
Rute Maria Gonçalves Eires
32
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Os ceróides que contribuem com a suberina para a impermeabilização das
membranas são obtidos do cozimento a vapor do aglomerado negro e aplicados em
parafinação, látex e papel.
Os taninos são compostos fenólicos hidrosolúveis ou condensados, mas também
substâncias fenólicas simples. Encontram-se nos resíduos líquidos dos aglomerados
negros e na cortiça virgem ou de fraca qualidade. São inibidores de corrosão,
fungicidas e são utilizados também na produção de tintas e colas.
Os esteróides e minerais ou cinzas que se encontram em menor quantidade na
produção de aglomerados negros como por exemplo o sitosterol e o suberinol. Os
minerais encontrados são o cálcio, o sódio, o potássio, o fósforo, o ferro e o magnésio
[23].
2.2. Os granulados de cortiça
Da transformação da cortiça resultam diversos subprodutos como os refugos, aparas,
resíduos de brocagem, restos de cortiça virgem e tipos de cortiça de qualidade inferior.
Mediante um processo de trituração são obtidos vários granulados, de dimensões e
características distintas, e pó de cortiça.
O processo de granulação começa por um destroçamento inicial em que se reduz as
dimensões dos restos de cortiça e se separam as impurezas. Sucede-se a trituração que
origina pequenos grânulos, a afinação da granulometria e a posterior separação da cortiça
de qualidade inferior como a “barriga” ou “costa”. Deste processo resulta ainda o pó de
cortiça obtido por aspiração dos grânulos de mais fina dimensão. Por último é efectuada
uma secagem forçada por ar quente a fim de conferir o grau de humidade desejado ao
granulado. Estes
granulados são classificados segundo as suas características
granulométricas e massa volúmica pela Norma Portuguesa NP-114.
Os granulados são utilizados como agregados, na produção de betões leves ou
directamente em isolamento térmico e acústico em edifícios.
Rute Maria Gonçalves Eires
33
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2.3. Os aglomerados de cortiça
Os aglomerados são materiais compactados produzidos a partir dos granulados de cortiça.
Estes poderão ser simples, produzidos com ou sem material ligante, ou compostos, quando
combinados com outros materiais. Estes são utilizados na construção como tectos falsos,
revestimento de paredes, pisos e tectos, linóleos e juntas isolantes e de dilatação [5, 23 e
60].
Os aglomerados simples são os designados aglomerados negros que são fabricados
utilizando diversas granulometrias de granulados, distintas temperaturas e pressões, com
vapor de água em autoclave. É um cozimento do qual resultam aglomerados negros
térmicos, acústicos ou vibráteis conforme o tipo de granulado e cura. A aglutinação deste
tipo de aglomerados deve-se à polimerização das resinas naturais existentes na própria
cortiça, sendo de referir que a cortiça empregue é cortiça virgem de qualidade inferior, mas
que contém um elevado teor de resinas naturais [23 e 60].
Os aglomerados compostos obtêm-se mediante a aglutinação do granulado com um ligante
sob a acção conjunta de pressão e elevadas temperaturas, para além da incorporação de
alguns aditivos. Entre estes compostos encontram-se placas de revestimento de
pavimentos, ou de paredes, habitualmente revestidas por películas diversas como vernizes,
plásticos ou folhas de madeira. Existindo ainda “rubbercork” ou “corkrubber” material
produzido com borrachas sintéticas, segundo os processos de fabrico das mesmas
borrachas, sendo aplicado como pavimento ou juntas e aglomerados compostos para
revestimentos, de fins essencialmente decorativos.
Para produção destes aglomerados, são utilizados granulados de calibre fino ou médio com
uma massa volúmica entre 200 e 350kg/m3. São usados fundamentalmente ligantes
sintéticos como resinas sintéticas como o poliuretano, resinas fenólicas, cardólicas ou
melamínicas, usadas sobretudo para o fabrico de parquete, sendo também usadas resinas
ureia-formaldeído para calçado e artesanato. O processo de fabrico destes aglomerados
incide essencialmente na compressão da mistura, efectuada por moldagem para posterior
laminação ou por cilindro para obtenção de rolos, bem como o sistema de cura a
temperaturas entre os 110-150ºC, tornando possível a polimerização das colas. Segue-se a
Rute Maria Gonçalves Eires
34
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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fase de estabilização ou arrefecimento dos compostos, a laminagem se for o caso, e a
lixagem das superfícies.
O produto final poderá ser ainda complementado pela colagem sobreposta de várias
camadas ou pelo recobrimento superficial da cortiça através de enceramento,
envernizamento ou adição de películas. O envernizamento pode ser acrílico ou poliuretano,
com ou sem pigmentação. O recobrimento é obtido por colagem e prensagem a quente com
cola do tipo PVA (poliacetato de vinilo), conhecida como cola branca de carpintaria, de
folhas de madeira ou de polímero como o PVC (policloreto de vinilo), [5, 23 e 60].
3.
Os resíduos de papel e a pasta celulósica
3.1. O papel
Este material foi inventado há cerca de 2000 anos a partir de uma mistura de casca de
árvores, cânhamo e farrapos. Nos dias de hoje são confeccionados principalmente por
madeira (eucalipto, pinheiro, choupo) e em menor quantidade por palha, gramíneas, canas,
urtigas, juncos, entre outras plantas celulósicas. Inicialmente era fabricado, de modo
artesanal, com escoamento da água em excesso e compressão conjunta de diversas
camadas separadas por filtros e posterior secagem ao ar livre. Actualmente é feito mediante
um processo de compressão e secagem simultânea por meio de cilindros aquecidos
(máquina inventada em 1978 pelo operário Luís Robert). Para se obter papéis de
qualidades específicas poderão ser utilizadas fibras não vegetais de origem animal (lã ou
peles), mineral (fibras de vidro), sintéticas ou metálicas (aço, alumínio o cobre). Para além
dos elementos celulósicos e fibrosos são utilizados também agentes de preenchimento e de
incremento das resistências como o caulino, o talco, o gesso, entre muitos outros minerais,
bem como aditivos aglutinantes como colas e agentes branqueadores ou corantes [56].
“ A celulose é um composto orgânico complexo, de carbono, oxigénio e hidrogénio. As fibras
celulósicas apresentam estrutura tubular que incha quando impregnada de água, formando uma
polpa flutuante. Separada e espremida essa pasta, as suas fibras auto aderem, constituindo o seu
próprio aglutinador.”
[56]
Rute Maria Gonçalves Eires
35
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Em termos gerais, o papel é um aglomerado de fibras de celulose altamente comprimidas.
Num processo contínuo, uma polpa de fibras com cerca de 90% de água é sucessivamente
comprimida e drenada até à sua espessura final com uma percentagem de água entre os 6 e
os 8%. O material tem características marcadamente anisotrópicas pelas diferentes
direcções das fibras. Como limitação tem o factor de estarem sujeitos à alteração das suas
dimensões sob a acção da humidade do ar ou da acção directa da água. A propensão a este
tipo de absorção da humidade no papel depende essencialmente da sua porosidade. No
entanto existem aditivos e revestimentos que podem melhorar substancialmente este
aspecto [56].
3.2. O triturado de papel e a pasta de papel
Nos dias de hoje, o papel faz parte dos nossos materiais de uso diário, resultando numa
imensa quantidade de material residual. Material que tem vindo a ser recuperado, mediante
a realização de uma nova pasta celulósica, que é usada essencialmente para a manufactura
de novo papel. Esta pasta, de maior ou menor qualidade ou brancura, é tratada consoante o
material a que se destina, segundo as propriedades exigidas. Este tratamento realiza-se pela
incorporação de alguns aditivos, minerais ou sintéticos, sobretudo de preenchimento como
o caulino, o talco e o gesso, retardantes ao fogo como os boratos e de resistência à água
como os polímeros.
A pasta de papel é utilizada como isolamento in situ, entre paredes duplas ou em
coberturas, desde a segunda década do século XX, apresentando uma boa durabilidade,
desde que devidamente aplicada com alguma pressão. Esta forma de aplicação, de certo
modo, ainda existe nos dias de hoje com a projecção mecânica da pasta. No entanto,
actualmente, a sua maior aplicação consiste no fabrico de placas prensadas, segundo
diversas tecnologias, como as que usam pratos aquecidos, com materiais adicionais de
reforço como por exemplo fibras sintéticas, vegetais, minerais ou mesmo metálicas,
possibilitando condutibilidade eléctrica. No sentido de dotar estes materiais de maior
resistência à humidade e à água têm sido adicionados agentes de preenchimento como cola
PVA, betumes, materiais asfálticos, látex natural ou películas poliméricas [7].
Rute Maria Gonçalves Eires
36
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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III - Materiais utilizados, preparação de provetes
e procedimentos de ensaios
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1. Caracterização dos materiais usados
1.1. O metacaulino
1.1.1. Origens e obtenção do metacaulino
O metacaulino é uma pozolana tem origem no caulino, uma argila mineral
tradicionalmente utilizado no fabrico de produtos cerâmicos, cujo nome deriva do termo
chinês Kaoling, montanha onde se extraíam os primeiros caulinos que eram enviados para
a Europa.
O caulino é constituído sobretudo por caulinite ou disilicato de alumínio hidratado Al2 Si2
O5 (OH)4, sendo formado a partir de rochas ricas em sílica e alumina como por exemplo as
graníticas ou feldespáticas. Nos dias de hoje, o caulino é extraído em vários países
europeus como Portugal, Espanha e França e países como o Japão, Brasil e E.U.A.
Ao submeter-se o caulino a um tratamento térmico da ordem dos 600 a 800ºC, designado
por calcinação, este sofre uma transformação ao nível molecular resultante da
desidroxilação quase total dos aluminosilicatos, obtendo-se um novo material, agora
modificado, ao qual se acrescenta o prefixo meta. O metacaulino consiste portanto num
material carregado de energia livre e de reactividade química de forma proporcional à
intensidade do tratamento de desidroxilação. Este é o estado amorfo e reactivo
característico das pozolanas [44 e 21].
Al2 Si2 O5 (OH)4
calor
Al2 O3 2Si O2 + 2H2O
1.1.2. Aplicações na construção
O metacaulino tem sido aplicado no fabrico de betão e argamassas, em substituição total
ou parcial de várias pozolanas como as cinzas volantes ou a sílica de fumo, como forma de
reduzir o consumo de cimento Portand.
Como tal, tem vindo a crescer a sua aplicação em diversas utilizações como: betão
estrutural, betão leve, betão de elevado desempenho ou betão pré-fabricado; fibrocimento
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ou betão reforçado com fibras de vidro; argamassas e estuques. Esta utilização do
metacaulino serve para: melhorar as resistências à compressão e à flexão; reduzir a
permeabilidade e a eflorescência; melhorar o comportamento aos ataques químicos; reduzir
fissuras e para melhorar a qualidade dos acabamentos, cor e aparência.
Outra aplicação consiste no fabrico de geobetão ou geopolímero que resulta da activação
alcalina de alumino-silicatos, materiais pozolânicos naturais ou industriais (já submetidos a
tratamento térmico anterior) como cinzas volantes, escórias, pó de tijolo ou metacaulino.
Este é por sua vez activado com compostos alcalinos, como o hidróxido ou o silicato de
sódio, dando origem a um zeólito sintético, semelhante à rocha natural com propriedades
semelhantes em resistência, estabilidade química e aparência física, também devido à
coloração do metacaulino ser mais próxima das rochas.
Os geopolímeros têm ainda vantagens em termos de resistência térmica e ao fogo, assim
como em termos ambientais pela reduzida libertação de CO2 (apenas devido ao consumo
de energia durante o tratamento térmico).
Este material, além das aplicações comuns do betão convencional, aplica-se sobretudo
como um betão de elevado desempenho em fundações, muros de suporte, estradas,
revestimento anti-fogo ou anti-radioactivo e em protecção ou recuperação de estruturas
degradadas [44 e 21].
1.1.3. Metacaulino utilizado
Figura 10 - Metacaulino tratado a 600ºC
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O metacaulino utilizado é proveniente de uma indústria cerâmica do distrito de Leiria do
nosso país. Este metacaulino resulta da transformação de caulino para a fase meta
efectuada a 600ºC em forno industrial e terá neste trabalho a designação de Mk600.
Quadro 6 – Composição de metacaulino
Composição Mk600
0,096
Na2O
MgO
0,161
Al2O3
27,000
SiO2
61,260
P2O5
0,325
SO3
0,048
K2O
6,622
CaO
0,159
TiO2
0,994
Este material tem uma composição rica em sílica SiO2 e alumina Al2O3 (quadro 6) e
apresenta como características físicas uma coloração rosada e mais clara que a cerâmica e
uma massa volúmica real de 2564kg/m3.
Análise granulométrica
Segundo a análise granulométrica efectuada o metacaulino utilizado não é considerado
fino. Verificando-se uma percentagem de 20% retida no peneiro de 0,212mm e de 80% no
peneiro de 0,106mm e um diâmetro máximo das partículas de 0,425mm.
1.2. A cal
1.2.1. Origens e obtenção da cal
A cal tem a sua origem na pedra calcária. Esta matéria-prima encontra-se em depósitos
sedimentares, resultantes de rochas calcárias, ou como depósitos de giz ou coral e areia,
formados a partir da desintegração de conchas marinhas.
A cal viva é obtida através de um processo de combustão, convencionalmente designado
calcinação. Esta reacção endotérmica é obtida submetendo a pedra calcária a temperaturas
de 900-1200ºC [7].
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40
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CaCO3
CaO + CO2 -165,8kj
Para a cal viva poder ser trabalhada em obra, devido à sua reacção exotérmica na presença
de água, esta sofre um processo de hidratação, designado por extinção da cal. Sendo
libertada parte da energia consumida durante o processo de combustão.
CaO + H2O
Ca(OH)2 + 65,6kj
É obtida com este processo a designada cal aérea, cal hidratada ou hidróxido de cálcio
poderá ter duas categorias, a cal cálcica ou a cal dolomítica, consoante a maior
percentagem de cálcio ou óxido de magnésio respectivamente. Desde que tenha sido
cozida com uma percentagem superior a 5% de argilas passa a ser considerada cal
hidráulica que é um material semelhante a cimento Portland. A fixação do hidróxido de
cálcio é realizada através da carbonatação, com o CO2, em contacto com o ar.
Ca(OH)2 + CO2
CaO3 + H2O
Do mesmo modo, quando utilizada em argamassas a presa durante a fase de cura é
realizada com CO2 para formar uma combinação estável, fixando o hidróxido de cálcio
como carbonato de cálcio [3 e 7].
Ca(OH)2 + CO2 + n(H2O)
CaCO3 + (n+1) H2O
A cal completa assim um ciclo de transformação que pode ser esquematizado do seguinte
modo:
Figura 11 – Ciclo da cal em argamassas
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41
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1.2.2. Aplicações na construção
A cal além de ser utilizada no fabrico de cimento, vidro e papel tem a sua maior aplicação
directa em argamassas e pintura ou caiação, através de uma “leitada” de cal, mistura de cal
com água. Sendo utilizada também na preparação de argamassas de cal com pozolana, no
fabrico pedra artificial como tijolos ou blocos de areia com cal e como aditivo no betão
convencional para certas aplicações.
Uma das características das argamassas de cal é o processo de cura no qual a cal leva
muito tempo a se fixar o CO2 e o processo é mais lento a baixas temperaturas. Este
alongamento do processo de cura, ou carbonatação, deve-se à cristalização do carbonato de
cálcio que começa a partir do exterior, dificultando a passagem de CO2 para a camada
interior.
A adição da cal em argamassas deve-se também à particularidade de ir aumentando
progressivamente as resistências mecânicas. A resistência inicial destas argamassas é baixa
nos primeiros tempos de cura, mas endurece bastante após um longo período de tempo. A
resistência à compressão após um mês é cerca de 5-10kgf/m2 passando a 50-70 kgf/m2
após alguns anos [3].
1.2.3. A mistura de pozolana com cal
Os compósitos de cal com pozolana já são utilizados na construção desde o império
Romano. Onde terá surgido o termo “pozzolan” para denominar uma cinza vulcânica
existente na cidade italiana Pozzouli. Tendo sido utilizado este tipo de argamassas e betões
também na Grécia, Índia e Egipto, continuando a ser utilizado pelas indústrias do cimento
e do betão até aos nossos dias. Embora as pozolanas naturais estejam a ser substituídas por
pozolanas artificiais ou subprodutos industriais como cinzas volantes de centrais eléctricas
e sílicas de fumo de metalurgias [51].
A definição de pozolana é descrita como:
“Um material silícioso ou silicico-aluminato que possui poucas ou nenhumas propriedades
cimentíceas, mas na sua forma final, na presença de humidade, reage com hidróxido de cálcio á
temperatura ambiente para formar compostos com propriedades cimentíceas.” [51]
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42
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Por este motivo, as pozolanas são utilizadas com cal ou cimento porque durante a
hidratação libertam hidróxido de cálcio. São exemplo de pozolanas o metacaulino, cinzas
vulcânicas, e cinzas volantes.
Os principais benefícios da utilização deste tipo de mistura são funcionais, económicos e
ambientais:
Em termos funcionais tem-se a finura do material que melhora a trabalhabilidade e pode
reduzir a quantidade de água em alguns casos para se ganhar mais resistência. Proporciona
um aumento das resistências mecânicas, da impermeabilidade e da durabilidade a ataques
químicos. Promove ainda a resistência a fracturas devido ao baixo calor de hidratação.
Economicamente, as pozolanas ao consumirem menos energia durante o seu fabrico que o
cimento ou ao serem utilizados subprodutos industriais adquirem um menor custo.
Diminuindo assim o custo de construção ao substituir a utilização de cimento.
Em termos ecológicos, ao substituir a utilização de cimento por pozolanas contribui-se
para uma redução do consumo de energia e para a diminuição da libertação de CO2,
prejudicial ao ambiente. Assim como é um meio de reutilizar resíduos industriais que
poderiam ser prejudiciais [51].
1.2.4. A cal utilizada
Neste estudo foi utilizada cal hidratada comercial com um elevado índice de pureza, como
se pode verificar no quadro 7 em que consta a sua composição química.
Quadro 7 – Composição química da cal
Composição
%
Na2O
0.12
MgO
0.86
Al2O3
1.26
SiO2
6.28
K2O
0.67
CaO
90.24
Fe2O3
0.48
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Segundo os dados técnicos fornecidos pela empresa Lusical, a cal hidratada apresenta um
teor em água inferior a 1%. Em termos de granulometria a cal, o diâmetro máximo das
partículas de 0,2 mm. Apresentando esta cal uma densidade aparente na ordem de
0,5kg/dm3.
1.3. Activadores
Os activadores foram seleccionados dando primazia à sua possível influência em relação
ao aumento de resistências mecânicas, assim como pela aceleração ou retardação do tempo
de cura das argamassas.
Cloreto de cálcio e Cloreto de sódio
Estes minerais, CaCl2, e NaCl são minerais solúveis em água. O cloreto de sódio é
vulgarmente conhecido como sal de cozinha. Ambos têm sido utilizados como aditivos em
argamassas e betões cimentíceos, adicionando entre 1 a 2% da massa do cimento, com o
fim de acelerar a presa ou o processo de cura dos mesmos [48].
Hidróxido de Sódio
Este composto sódico, NaOH, obtido por hidrólise de uma solução de cloreto de sódio em
água, apresenta-se em estado sólido e é solúvel em água. O hidróxido é utilizado como
activador neste trabalho, sendo fortemente alcalino, em argamassas, para testar o seu efeito
na resistência mecânica e à água como material hidrofóbico, mediante o processo de
saponificação. Tem aplicações em diversos produtos como o sabão e o papel bem como na
indústria química.
Bórax
Mineral, tetraborato de sódio hexahidratado, existente em depósitos de sais, como o
borato “kernite” ou o tical, formados em lagos temporários através do cíclico processo de
evaporação.
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Figura 12 - Borax em pó
O bórax e o ácido bórico, produzido pela reacção do bórax com ácido sulfúrico, são usados
como fungicidas e retardantes ao fogo em isolamentos à base de fibras de celulose e em
impregnação de madeiras. Utilizado desde o século 10 d.C. no vidrado cerâmico é ainda
hoje empregue na indústria cerâmica e do vidro para aumentar a durabilidade dos produtos
obtidos. Este composto é utilizado como aditivo no fabrico do vidro e do esmalte como
fundente. Os boratos modificam a estrutura do vidro, tornando-o mais resistente a altas
temperaturas, choques térmicos e a ataques químicos. Por isso tem sido cada vez mais
usado na produção do vidro, fibra de vidro e cerâmica, sobretudo como redutor do
consumo de energia necessário para a produção destes materiais. O bórax é também
dissolvente de óxidos de metais ferrosos, reagindo com as superfícies ferrosas formando
uma película de protecção à corrosão. Entre as múltiplas propriedades e aplicações estão
ainda as suas funções de desinfectante, insecticida, herbicida, agente dispersor, regulador e
controle de viscosidade [5 e 41].
Neste trabalho foi utilizado bórax em pó que é o convencionalmente comercializado.
O gesso
Este material, sulfato de cálcio aquoso, é também denominado pedra de gesso ou selenite
(CaSO4.2H2O). O gesso encontra-se também na forma de anidrite, sulfato de cálcio puro
(CaSO4), formado pela perda de água da sua composição, por isso, é um mineral
extremamente raro. No entanto, o gesso também pode ser obtido através de subprodutos
industriais. O gesso natural ou industrial e a anidrite são utilizados no fabrico de vários
produtos de construção como gesso cartonado e em argamassas. O gesso comercial resulta
de uma mistura de dois tipos de cozeduras. Entre 130ºC a 160ºC, obtendo sulfato de cálcio
semi-hidratado (CaSO4.1/2H2O) e entre 170ºC e 250ºC obtém-se o mesmo composto
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45
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isento de água, anidrite solúvel (CaSO4). Este material pode ter impurezas como
carbonatos de cálcio e magnésio, sílica, alumina e óxido de ferro.
Para este estudo o gesso foi utilizado como ligante ou agente de preenchimento pela sua
capacidade de conferir rigidez. Foi utilizado o gesso comercialmente disponível para a
construção. Este material tem ainda a particularidade de reagir rapidamente com a água,
podendo acelerar o processo de cura nas composições com pasta de papel.
1.4. O cânhamo
Figura 13 – Fibras de cânhamo industrial
As fibras de cânhamo industrial, utilizadas na elaboração deste trabalho, foram gentilmente
cedidas pela única empresa portuguesa especializada na importação e apoio entre os
agricultores interessados e o Sindicat du Chanvre, a associação europeia de sementes de
cânhamo industrial. Estas fibras resultantes da extracção das fibras exteriores da planta de
cânhamo, convencionalmente designadas por linho de cânhamo, correspondem ao interior
celulósico
da
planta.
Estas
fibras
fragmentadas
são
compostas
por pedaços
paralelipipédicos com cerca de 5 a 30mm de comprimento, justificando assim a sua
aparente semelhança com aparas de madeira (ver figura 13). No entanto o cânhamo é
significativamente mais leve que a madeira, seja pelas suas propriedades de resistência
insecticida e herbicída, elevada capacidade de absorção de água ou mesmo pelas suas
resistências mecânicas.
A massa volúmica deste material corresponde em média de 110 a 150 kg/m3, característica
que lhe permite, enquanto agregado, conferir uma extrema leveza aos compósitos em que é
empregue.
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Quadro 8 – Composição química das cinzas de cânhamo industrial
Elemento
% contida nas cinzas (6,5%
do cânhamo utilizado)
Óxido de Cálcio (CaO)
44.057
Sílica ( SiO2)
24.649
Óxido de Potássio (K2O)
12.113
Óxido de Sódio (Na2O)
9.783
Óxido de Enxofre (SO3)
4.641
Óxido de Fósforo (P2O5)
3.025
Óxido de Ferro (Fe2O3)
0.782
Crómio (Cr)
0.156
Óxido de Magnésio (Mg)
0.411
Cloro (Cl)
0.097
Óxido de Titânio (TiO2)
0.091
Manganésio (Mn)
0.067
Estrôncio (Sr)
0.056
Cobre (Cu)
0.037
Zinco (Zn)
0.018
1.5. A pasta de papel
A pasta de papel foi utilizada no sentido de aglutinar os materiais utilizados nos
compósitos estudados. As fibras celulósicas de pasta de papel vêm proporcionar uma maior
coesão às argamassas, uma vez que a granulometria das fibras vegetais não contêm finos,
assim como reduz a propensão de possíveis fracturas a longo prazo, após a finalização do
processo de cura.
(a)
(b)
Figura 14 – a Resíduos de papel; b papel triturado e c pasta de papel produzida em laboratório
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47
(c)
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No estudo realizado recolheu-se desperdícios de papel vulgar de escritório, em tiras, tal
como sai das destruidoras de documentos de escritório. Este foi colocado em água durante
o tempo mínimo de 48h, sendo de seguida desfeito na misturadora durante 10 minutos á
velocidade máxima, adquirindo uma consistência pastosa e facilmente trabalhável com
espátula. A quantidade de água contida na pasta é de aproximadamente 85%.
1.6. O granulado de cortiça
Figura 15 – Granulado de cortiça
Os granulados de cortiça utilizados nos trabalhos laboratoriais foram fornecidos por uma
empresa de transformação de cortiça existente no nosso país. O granulado de cortiça é um
inerte com massa volúmica inferior a 300Kg/m3, classificado como ultraleve, mas variável
devido à heterogeneidade dos tipos de cortiça. A leveza deste material poderá ser
comparada à de vermiculite, perlite expandida e argila expandida de pequena dimensão,
com funções de isolamento térmico e normalmente sem funções estruturais.
Massa volúmica real do granulado de cortiça
O ensaio de determinação da massa volúmica do granulado de cortiça foi realizado
segundo o procedimento de determinação da massa volúmica de agregados leves (Norma
EN 13055-1). Sabe-se que a massa volúmica se determina pelo quociente entre uma massa
e o volume efectivamente ocupado pelos elementos granulares. Mediu-se este volume,
verificando a diferença de volumes ao colocar o material inerte em material líquido, que
aumenta por ocupação do material sólido. Realizou-se as seguintes medições, utilizando
água ou benzina como material líquido:
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Determinação da massa volúmica real realizada utilizando água como líquido, com o
auxílio de uma rede a fim de impedir a flutuação do material. A massa volúmica real
(média de dois ensaios) verificada foi ≅ 348.5 kg/m3.
Determinação da massa volúmica real das partículas de cortiça realizada utilizando
benzina para minimizar a absorção do líquido. A massa volúmica real verificada foi ≅
353.6 kg/m3.
Foi também determinada a massa volúmica aparente do granulado de cortiça. O
ensaio foi realizado, mediante o preenchimento de um molde, com granulado de
cortiça sem qualquer compactação. A massa volúmica aparente assim determinada
foi ≅ 160.0 kg/m3.
Teor de absorção do granulado de cortiça
Figura 16 – Modelo esquemático das situações M1, M2, e M3
O ensaio de absorção devido á porosidade da cortiça foi realizado segundo o procedimento
para determinação de absorção dos agregados leves (Norma EN 13055-1): O material seco
ao ar no ambiente do laboratório (M1) foi completamente seco em estufa a 50º C até massa
constante (M2), sendo depois completamente saturado e pesado com a superfície seca
(M3). As medições realizadas foram: M1 = 31,237 g; M2 = 33, 282g e M3 = 82,24g.
A absorção dos materiais, devido á porosidade do material, é determinada pela expressão:
A(%) = [(M3 – M2)/M2] x100
172,56%
A absorção encontrada é elevada e este factor é importante uma vez que afecta as
quantidades de água necessária para o fabrico do betão e consequentemente a resistência e
densidade do betão bem como as suas propriedades diferidas.
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Análise granulométrica da cortiça
A determinação da curva granulométrica foi realizada segundo a Norma NP-1379, para
Análise Granulométrica de Inertes para Argamassas e betões em peneiros normalizados.
Figura 17 – Peneiração por vibração
Em uma amostra de 68.28g de granulado de cortiça verificou-se um diâmetro máximo das
partículas de 4,76mm, um módulo de finura de 0,39, correspondendo as dimensões médias
dos grânulos entre 1 e 4 mm.
Peneiros
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
material inerte_granulado de cortiça
Figura 18 – Curva Granulométrica da cortiça
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50
% retidos acumulados
10
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2. Preparação e cura de provetes
2.1. Provetes cilíndricos de misturas de metacaulino e cal
Prepararação de provetes
Figura 19 – Provete cilíndrico
Para as composições de metacaulino e cal, referidas no capítulo IV, prepararam-se
argamassas secas, com a consistência de terra húmida. As percentagens utilizadas foram
75% de metacaulino e 25% de cal com uma razão de água/material sólido de 0,6, devido à
elevada absorção dos componentes. Em primeiro lugar, procedeu-se à mistura homogénea
dos materiais sólidos, em pó, metacaulino e cal, durante um minuto, em misturadora de
laboratório, Automatic Controller L5 (ver figura 20). Seguidamente, misturou-se a água de
forma contínua, com a misturadora em funcionamento, para se obter maior uniformidade
de mistura. Os aditivos minerais, quando usados, foram dissolvidos na água antes da sua
introdução na mistura.
Figura 20 – Misturadora
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51
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Foram moldados por compactação provetes cilindricos, num equipamento de compactação
estática (fig. 21), de 3cm de diâmetro e 3.7cm de altura e provetes cúbicos realizados em
moldes de 5x5x5cm, vibrados em mesa vibratória.
(a)
(b)
Figuras 21 – a e b Máquina de compactação manual
O equipamento permite o fabrico de provetes cilíndricos de baridade constante. Os
provetes fabricados tinham uma massa volúmica húmida de 40g (ver figura 21) e uma
correspondente massa volúmica seca de 25g, o que corresponde aproximadamente a uma
massa volúmica aparente de 956kg/m3.
Condições de cura
Os provetes foram armazenados em caixas plásticas convencionais, hermeticamente
fechadas, tendo sido colocados previamente pequenos recipientes com água em papel
absorvente, mantendo uma humidade relativa de 100% sem contacto com o ar livre. Assim,
com este método é possível manter as condições necessárias para que o processo de cura
ocorra com a mínima interferência dos compostos existentes no ar, como o dióxido de
carbono por exemplo, mantendo de igual modo uma humidade elevada e constante (ver
figura 22).
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52
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UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
(a)
(b)
Figuras 22 – a Caixa plástica de acondicionamento de provetes; b estufa a 40ºC
Sendo as caixas com os provetes mantidas a diferentes temperaturas, conforme as
composições e efeitos estudados. Os provetes foram curados à temperatura de 10, 23, 30,
40 e 50ºC em ambientes adequados.
2.2. Provetes cúbicos de betão leve de cânhamo
As diferentes composições foram realizadas seguindo o mesmo procedimento em
laboratório utilizando a misturadora eléctrica já referida no ponto anterior. A primeira
tarefa é a pesagem e dissolução dos aditivos solúveis na quantidade de água necessária,
seguindo-se a pesagem dos compostos sólidos e insolúveis: as fibras de cânhamo às quais
se adiciona a solução aquosa obtida anteriormente, o metacaulino e a cal hidratada. Estes
ligantes são então misturados a seco, aos quais se adicionam as fibras já saturadas pela
solução aquosa. Este processo de saturação prévia das fibras permite uma maior ligação
entre o cânhamo e a pasta.
Figura 23 – Preparação de mistura de metacaulino, cal e cânhamo
Rute Maria Gonçalves Eires
53
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UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Preparação de provetes
Este betão leve obtido, ao contrário do betão convencional, necessita de um processo de
compactação diferente, que não seja de vibração, devido à leveza e forma do material
agregado, para que não ocorra a desagregação do material. Por conseguinte, os provetes
foram compactados, manualmente com espátula, em moldes metálicos, previamente
cobertos com óleo descofrante, neste caso óleo de linhaça (ver figura 24). Estes provetes
foram desmoldados após dois dias de cura, à temperatura e humidade ambientes, sendo
mantidos nas mesmas condições durante todo o processo de cura.
Figura 24 - Molde para provetes
Condições de cura
Os provetes foram curados à temperatura e humidade ambiente.
Figura 25 – Acondicionamento de provetes à temperatura ambiente
2.3. Fabrico e cura das placas de betão leve de cânhamo
Estas placas foram moldadas seguindo o método de preparação das anteriores composições
de betão leve de cânhamo com metacaulino e cal. Colocando-se a mistura obtida nos
moldes metálicos de 20x20cm.
Rute Maria Gonçalves Eires
54
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UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Figura 26 – Compressão de placas em máquina de compressão hidráulica
As placas foram sujeitas a uma força de 15KN em prensa hidráulica durante 10 minutos,
mantendo posteriormente sob uma carga de 50kg, durante 24h, até á desmoldagem
completa (ver figuras 26 e 27). Do mesmo modo foi realizada uma segunda composição,
segundo onde as fibras de cânhamo foram substituídas por granulado de cortiça.
Figura 27 – Placas após compressão
Após a desmoldagem as placas são mantidas à temperatura ambiente, sobre a base do
molde, de modo a continuar o processo de cura com maior estabilidade e compressão.
2.4. Fabrico e cura de placas de pasta de papel e cortiça
As diferentes composições foram realizadas seguindo o procedimento indicado na
preparação da pasta de papel (ver pg. 50 - 1.5). A primeira tarefa consistiu na pesagem e
dissolução dos aditivos e da adição de gesso na quantidade de água necessária, seguindo-se
a mistura da pasta de papel, tendo em conta a percentagem de água incorporada e o
granulado de cortiça aos quais se adicionou a solução aquosa obtida anteriormente. A
mistura efectuou-se em misturadora convencional de argamassas durante 5 minutos à
velocidade máxima.
Rute Maria Gonçalves Eires
55
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UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Figura 28 – Misturas de pasta de papel com granulado de cortiça
Procedeu-se à moldagem da placa com 20x20x1,5cm através de compactação mecânica em
prensa hidráulica (ver figura 29 a e b). As placas foram submetidas à pressão de 15KN
durante 10 minutos, mantendo a pressão por meio de grampos durante a cura do material
em estufa.
(a)
(b)
Figura 29 – (a) Mistura de pasta de papel com granulado de cortiça no molde; (b) mistura em compressão
Figura 30 – Mistura de pasta de papel com granulado de cortiça durante a compressão
Na realização de placas de maiores dimensões de 50x50cm optou-se pela mesma
metodologia de compressão hidráulica e cura, embora com a aplicação de compressão
durante o processo de cura, através de fixação por parafusos (ver figura 31). Note-se os
parafusos nos quatro cantos do molde que foram usados para fixar a chapa superior e
manter a pressão na cura.
Rute Maria Gonçalves Eires
56
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Figura 31 – Molde de 50x50cm utilizado
Após o processo de fabrico as placas foram colocadas em estufa a 110ºC para uma cura
acelerada.
3. Procedimentos de ensaios laboratoriais
3.1. Ensaios de resistência à compressão
Os ensaios de compressão simples foram realizados em prensa hidráulica, para todos os
provetes moldados e curados segundo as exigências específicas do material. Sendo os
resultados obtidos pelas resistências médias de três provetes, a cada idade.
Figura 32 – Máquina de ensaio à compressão – Prensa hidráulica
Rute Maria Gonçalves Eires
57
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UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
3.2. Ensaios de resistência à flexão
Os ensaios de flexão simples com placas de 10x20cm, moldadas e curadas segundo as
exigências específicas do material, foram realizados segundo a Norma NP EN 12089-97,
utilizando prensa hidráulica, equipada com anel dinanométrico, devidamente centrada
(ensaio por três pontos). Sendo equipado em simultâneo com um deflectómetro que
permite medir o deslocamento correspondente à flecha do material, durante e após a rotura
(ver figura 33). Os resultados obtidos são a média das resistências de três provetes. A
resistência à flexão é calculada em KPa através da equação:
σ b = 3 x 103 x
Fx x L
2 x b x d2
Onde Fx é a força máxima aplicada, em Newtons, L é a distância entre os apoios (em mm),
b é a largura do provete, em milímetros, e d é a espessura do provete (em mm).
Figura 33 – Máquina de ensaio à flexão
3.3. Ensaios de compressão/descompressão
Os ensaios de compressão/descompressão foram realizados segundo a Norma NP 2372-97,
referente aos ensaios de aglomerado composto de cortiça. Os resultados são obtidos,
segundo os valores médios da percentagem de compressibilidade em prensa hidráulica (ver
figura 32), de três provetes de 5x5cm. Estes valores são conseguidos pela determinação das
Rute Maria Gonçalves Eires
58
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espessuras dos provetes sob a acção de uma força inicial, uma força total ao final de 10
segundos e pelo retorno à força inicial. O cálculo da percentagem de compressibilidade é
feito pela expressão:
d1 – d2
x 100
d1
O cálculo da percentagem de recuperação na descompressão é feito pela expressão:
d3 – d2
x 100
d1 – d2
Onde d1 é a espessura do provete sob a acção da força inicial, em milímetros, d2 é a
espessura do provete sob a acção da força total e d3 é a espessura do provete após a
recuperação e sob a acção da força inicial, em milímetros.
3.4. Ensaios de absorção por capilaridade
Os ensaios de absorção por capilaridade foram realizados segundo a especificação LNEC E
393. Os provetes são colocados sobre uma superfície de água, ao nível da base do provete.
Os valores da absorção determinam-se, em kg/m2, mediante a diferença de massa dos
provetes a diversos tempos, segundo a fórmula:
M1 – M0 / A
Onde M1 é a massa do provete após o tempo de absorção determinado, M0 é a massa inicial
do provete e A é a área da superfície do provete.
Os resultados encontram-se definidos segundo a percentagem de absorção, por kg/m2,
verificada nos diferentes provetes.
3.5. Determinação de condutividade térmica
Os ensaios das placas de pasta de papel com cortiça, referidas nos capítulos VI e VII,
foram realizados na Universidade de Coimbra, com o apoio de equipamento próprio,
segundo a norma ISO 8302, devidamente equipado com placas a diferentes temperaturas e
com sensores, numa zona central de 15x15cm, sendo possível obter o coeficiente de
condutividade térmica em placas de quatro centímetros de espessura (ver figura 34).
Rute Maria Gonçalves Eires
59
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Figura 34 – Máquina de determinação de condutividade térmica
Como os ensaios são realizados com temperaturas diferentes em relação à temperatura
ambiente, as referidas placas térmicas são mantidas numa câmara devidamente isolada (ver
figura 35).
Figura 35 – Modelo esquemático do comportamento térmico de uma placa durante o ensaio a 10ºC para
determinar λ10
A condutividade térmica de um material indica a rapidez com que o calor, ou energia, fluí
do lado quente para o lado frio (fluxo de calor por condução). A condutividade é
determinada através da medição da transferência de calor entre placas de aquecimento e de
refrigeração, de 10 a 35ºC, com uma diferença térmica de 5 ou de 10ºC.
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60
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O cálculo do coeficiente de condutividade térmica, designado por λ, é efectuado de acordo
com a norma EN 12667, mediante a obtenção do λ10 (lambda a temperatura se 10ºC). Este
valor baseia-se nos resultados do λ de três testes individuais, realizados automaticamente
pelo equipamento, sendo calculado através da aplicação de uma regressão linear.
A condutividade térmica λ resulta da equação:
∆Q/∆t = - λ (A/L)∆Τ
Sendo ∆Q/∆t o fluxo de calor através do material por unidade de tempo, expresso em
Joules ou Watts por segundo. Sendo ∆Q o fluxo de calor, ∆t o tempo necessário à
passagem de calor, conhecendo-se a área transversal A (m2), o comprimento ou espessura,
L (m) e ∆Τ a variação de temperatura em graus Celsius ou Kelvin (ver figura 36). Logo o
valor de λ será obtido pela nova equação:
λ = (∆Q/∆t) / (A/L)∆Τ
O valor de λ será então expresso em W/m.k.
Figura 36 – Esquema da secção do material para cálculo da condutividade térmica
É necessário considerar que o equipamento de ensaio utilizado calcula estes valores em
miliwatts. Obtendo-se assim os valores de condutividade térmica a 10ºC, λ10, expresso em
mW/(m.K). Os valores do λ dos testes individuais são obtidos consoante a temperatura
central do provete definida, até à sua estabilização, tendo em conta uma faixa predefinida
de valores limite (figura 37).
Rute Maria Gonçalves Eires
61
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Figura 37 – Gráfico de determinação dos valores λ desenvolvido pela máquina
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62
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IV – Estudo de alguns factores que influenciam o comportamento
mecânico de misturas de metacaulino e cal
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63
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Introdução
Este capítulo refere-se ao estudo de ligantes, à base de metacaulino e cal, propostos para
aplicar no betão leve de cânhamo industrial. Este estudo é realizado pela avaliação da
proporção óptima da quantidade de cal em misturas de metacaulino e pelo estudo do efeito
da incorporação de diversos activadores na mistura padrão e o estudo do efeito da
temperatura no processo de cura da mistura padrão, realizado a temperaturas que variam de
10 a 50ºC.
1. Efeito da percentagem de cal em misturas de metacaulino e cal
Para avaliar o efeito da percentagem de cal em misturas à base de metacaulino e cal foram
realizadas duas composições distintas de metacaulino e cal, mantendo constante a
percentagem de água na amassadura. Prepararam-se duas misturas, com consistência terra
húmida, com razão água/ligante de 0,6, devido à elevada absorção dos componentes.
Quadro 9 – Composições de misturas de metacaulino e cal
Mistura
M1
M2
Materiais
Quantidade
Metacaulino
75%
Cal
25%
Água/Ligante
0,6
Metacaulino
50%
Cal
50%
Água/Ligante
0,6
1.1. Caracterização dos provetes
Os provetes cilíndricos foram preparados por compactação mantendo uma massa volúmica
e dimensões constantes (ver Preparação e cura de provetes, pag. 53). Apresentam uma
superfície lisa de coloração rosada clara, própria do metacaulino, uma certa coesão e
rigidez quando manuseados, produzindo um som característico dos produtos cerâmicos. No
geral apresentam uma homogeneidade em termos na coloração e na disposição dos grãos,
ainda que se verifiquem, por vezes, pequenos grânulos brancos devido à concentração de
cal.
Rute Maria Gonçalves Eires
64
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Os provetes após o processo de cura a temperatura ambiente e humidade relativa constante
de 100% (ver pg. 54), apresentam uma média de 39,122g para a mistura M1 e 39.469g para
M2, correspondente a uma massa volúmica de 1496kg/m3 e 1509 kg/m3 respectivamente.
1.2. Análise de resultados da resistência à compressão
(a)
(b)
(c)
Figuras 38 – Provetes de mistura de metacaulino e cal: a antes, b e c após o ensaio
O ensaio de resistência à compressão resulta numa rotura frágil e de forma hiperbólica,
mostrando uma boa coesão do material conforme se vê nas figuras 38 b e c.
Os resultados dos ensaios de resistência à compressão até à idade de 90 dias são
apresentados na figura 39. Observa-se que a mistura M2 tem um ganho de resistência
maior nas primeiras duas semanas. As duas misturas aos 14 dias têm sensivelmente a
mesma resistência. A partir desta idade a mistura M1 apresenta uma resistência
ligeiramente superior.
Os resultados demonstram que maior quantidade de cal nas idades jovens produz maior
quantidade de produtos de reacção pozolânica e a partir de duas semanas aparentemente o
excesso de cal retarda a formação de produtos de reacção.
Os ensaios de resistência à compressão mostram a possibilidade de redução da
incorporação de cal. Os resultados indicam que a melhor combinação é de 25% de cal e
75% de metacaulino, tendo em conta que as resistências a partir dos 14 dias mantêm-se
constantemente superiores em relação à mistura 50/50%.
Rute Maria Gonçalves Eires
65
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Re s istê n c ia à c o m p res s ã o - M Pa
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
14
12
10
8
6
4
75Mk/25C %
2
50Mk/50C %
0
0
14
28
42
56
70
84
98
Idade (dias)
Figura 39 – Resistências de misturas de metacaulino e cal a diferentes percentagens
2. Efeito de activadores em misturas de metacaulino e cal
Tendo por objectivo a possibilidade de melhorar as características mecânicas de misturas
de metacaulino e cal procedeu-se a um estudo para a avaliação dos potenciais efeitos de
diversos activadores minerais no processo de ganho de resistência da mistura de
metacaulino com cal. Cada activador foi adicionado à razão de 2% da mistura.
Quadro 10 - Composições com activadores
Mistura
Materiais
Quantidade
Mk750
75%
Cal
25%
Água/Ligante
0,6
M
M3
Cloreto de Cálcio CaCl2
M4
Cloreto de Sódio NaCl
M5
Hidróxido de Sódio NaOH
M6
Bórax Na2B4O710H2O
M7
Gesso CaSO4 2H2O
2% da mistura
Rute Maria Gonçalves Eires
66
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Figura 40 – Provetes de diversas composições com activadores
Os provetes aperesentam características semelhantes aos anteriores em termos de
coloração, coesão e textura. A cura dos provetes seguiu o procedimento anteriormente
indicado, à temperatura de 21ºC e humidade de 100%.
Os provetes após o processo de cura, apresentam os seguintes valores médios de massa
volúmica: 39,264g para a mistura M3 a M7, correspondendo a uma massa volúmica de
1499kg/m3.
2.1 Análise de resultados da resistência à compressão
Os resultados dos ensaios à compressão até aos 180 dias são apresentados nas figuras 41 e
42 por todas as misturas estudadas.
Resistência à compressão - MPa
12
10
8
Padrão
CaCl2
6
NaCl
NaOH
4
Borax
gesso
2
0
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
Idade (dias)
Figura 41 – Efeito de activadores nas misturas de metacaulino e cal (até aos 28 dias)
Rute Maria Gonçalves Eires
67
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Resistência à compressão - MPa
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18
16
14
Padrão
12
CaCl2
10
NaCl
8
NaOH
6
Borax
4
gesso
2
0
0
28
56
84
112
140
168
196
Idade (dias)
Figura 42 – Efeito de activadores nas misturas de metacaulino e cal (até aos 180 dias)
É possível verificar que a composição com cloreto de cálcio se encontra acima da mistura
padrão em todas as idades. O endurecimento da composição de bórax inicia-se de forma
mais lenta, mas a partir dos 28 dias ultrapassa os valores das composições padrão e de
todas as outras. A adição do cloreto de sódio apenas acelerou a cura até aos sete dias,
passando depois a uma resistência inferior à mistura padrão. As adições de hidróxido de
sódio e de gesso mantêm-se constantemente a um nível baixo da composição padrão.
Verifica-se uma queda da resistência da composição padrão aos 180 dias que não é
possível explicar neste momento. Todos os resultados são a média de três amostras. Para
efeitos os práticos parece indicada a utilização de Cl2Ca.
3. Efeito da temperatura em misturas de metacaulino e cal
A velocidade de reacção pozolânica não depende só da composição usada, mas também da
temperatura durante o processo de cura, devido à formação de (C3ASH6), composto de
estrutura molecular cúbica, designado por hydrogarnet a temperaturas entre 20 a 50ºC.
[57].
Para avaliar a influência da temperatura de cura nas resistências à compressão do material
foram moldados provetes com 75% de metacaulino e 25% de cal e cloreto de cálcio (2% de
massa da cal), sendo curados com as temperaturas de 10, 20, 30, 40 e 50ºC e a uma
humidade relativa de 100% e constante (quadro 11).
Rute Maria Gonçalves Eires
68
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Quadro 11 - Composições curadas a 10, 25, 30, 40 e 50ºC
Mistura
M
Materiais
Quantidade
Mk600
75%
Cal
25%
Água/Ligante
0,6
Cloreto de Cálcio CaCl2
2% de Cal
Os provetes apresentam características semelhantes aos anteriores em termos de coloração,
coesão e textura.
Os provetes, após o processo de cura, apresentam um valor médio de massa volúmica de
36,36g. Correspondendo a uma massa volúmica de 1389kg/m3. A diferença encontrada
com provetes anteriores deve-se à utilização de cura a temperaturas mais elevadas, 30, 40 e
50ºC, libertando maior quantidade de água.
3.1. Análise de resultados da resistência à compressão
30
Resistência à compressão -MPa
25
20
15
M_10
M_25
10
M_30
5
M_40
M_50
0
0
7
14
21
28
Idade (dias)
Figura 43 – Efeito de cura térmica a diferentes temperaturas em misturas de metacaulino e cal até aos 28
dias
Os resultados do ensaio de resistência à compressão até aos 28 dias demonstram que a uma
temperatura de 10º C os valores são sempre mais baixos. Seguindo-se por ordem crescente
Rute Maria Gonçalves Eires
69
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os valores de resistência para as temperaturas de 25, 30 40 e 50ºC. Verificando-se menores
diferenças entre as temperaturas de 25 e 30ºC e entre 40 e 50ºC.
Resistência à com pressão -MPa
30
25
20
M_10
15
M_25
10
M_30
5
M_40
M_50
0
0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91
98
Idade (dias)
Figura 44 – Efeito de cura térmica a diferentes temperaturas em misturas de metacaulino e cal até aos 90
dias
De modo geral, os valores elevam-se à medida que a temperatura de cura aumenta,
sobretudo a partir dos 14 dias torna-se mais clara esta diferença. Ainda que existam
pequenos desvios dos valores obtidos.
4. Conclusão
O estudo revela que diversos factores podem influenciar a resistência em misturas de
metacaulino e cal. A proporção mais adequada de metacaulino e cal encontra-se a 75% de
metacaulino e 25% de cal, existindo a longo prazo uma desvantagem na incorporação de
maior percentagem de cal. Tal verifica-se devido à diminuição da pozolana disponível para
a reacção pozolânica quando se reduz a quantidade de metacaulino.
O estudo sobre a utilização de activadores indica que nas resistências é relativamente mais
vantajosa a adição de cloreto de cálcio, sobretudo no início do processo de cura, assim
como a incorporação de bórax para as resistências a partir dos 28 dias. O cloreto de sódio
tem um efeito acelerador nos primeiros dias, tendo um efeito de redução da resistência a
longo prazo.
Rute Maria Gonçalves Eires
70
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A particularidade de o bórax retardar o processo de cura até aos 14 dias, mas aumentar
progressivamente as resistências possibilita aplicações construtivas em que seja necessária
alguma flexibilidade das misturas. São exemplo as reabilitações de edifícios ou fachadas
sujeitas a fissuração por evaporação repetida de humidade ou movimentos de fundações.
Deste modo, é possível proporcionar um determinado tempo de adaptação das misturas até
se atingir a estabilidade ou encerramento das fissuras. Pelo contrário, quando seja
necessário uma aceleração do processo de cura, os cloretos serão a melhor opção,
principalmente o de cálcio que incrementa conjuntamente o nível de resistência à
compressão.
Com o estudo de influência da temperatura de cura pode-se constatar que as misturas
pozolânicas possuem um melhor comportamento quando realizadas sob a influência de
temperaturas elevadas, como nas estações quentes. Por outro lado, verifica-se uma redução
na taxa de endurecimento das resistências com a diminuição da temperatura, sobretudo até
aos 42 dias, ou seja, no início do processo de cura. Sendo portanto, de maior dificuldade a
consolidação deste tipo de misturas durante as estações frias.
Rute Maria Gonçalves Eires
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V - Betão leve de cânhamo
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Introdução
O cânhamo, fibra agro-industrial, tem sido utilizado para fabrico de materiais de
construção com diversas vantagens como o isolamento térmico e acústico, permitir a
respiração do edifício, controlando a humidade do ar, além de ser um material natural e
eco-eficiente (ver capítulo II – 1.)
Este capítulo apresenta os resultados da aplicação do cânhamo na produção de betão à base
de cal, metacaulino e pasta de papel.
1. Betão leve de cânhamo
Foram estudadas três composições utilizando cânhamo industrial e mistura de cal e gesso
como ligante. Dado o carácter exploratório deste estudo, utilizou-se cânhamo convencional
e cânhamo triturado com diferente percentagem de cal e gesso com e sem areia (ver quadro
12). O quadro 13 apresenta betão à base de pasta de papel e metacaulino activado por
silicato de cálcio e hidróxido de sódio. As duas misturas foram testadas com e sem
cânhamo.
Estas composições foram realizadas no sentido de testar materiais, composições e técnicas
de referência no âmbito da construção em cânhamo com cal e da construção com pasta de
papel. Foram assim verificados vários factores, como por exemplo: as potencialidades e
características do uso do cânhamo e pasta de papel em “betão” e o uso de ligantes como
metacaulino, cal e gesso. Foram também estudados os efeitos de introdução de uma
percentagem de areia na argamassa, da utilização de fibras de cânhamo triturado à
semelhança da pasta de papel e da activação alcalina composta das fibras de cânhamo.
Preparou-se ainda um betão leve segundo as referências do já referido papercrete,
suprimindo a utilização de areia na composição e substituindo a adição de cimento por
metacaulino, pelas razões já mencionadas no início deste trabalho. Sendo ainda efectuada
uma activação alcalina composta desta mistura de metacaulino com pasta de papel (ver
figura 46 b - B5).
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74
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Quadro 12 – Composições de betão leve de cânhamo
Mistura
Materiais
Quantidade
“Betão de
Cânhamo
18%
cânhamo”
Cal
75%
ou “Hempcrete”
Gesso
7%
B1
Água/Ligante (cal+gesso)
0,43
Cânhamo
14%
Cal
39%
Gesso
4%
Areia
43%
Água/Ligante (cal+gesso)
0,43
52%
cânhamo”
Cânhamo Triturado saturado
em água
Cal
ou “Hempcrete”
Gesso
2%
Água/Ligante (cal+gesso)
0,20
“Betão de
cânhamo”
ou “Hempcrete”
B2
“Betão de
B3
46%
Quadro 13 – Composição de betão leve de pasta de papel e metacaulino
Mistura
Materiais
Quantidade
Cânhamo (activado)
20%
“Betão de
Pasta de papel
10%
cânhamo”
Metacaulino
70%
ou “Hempcrete”
Hidróxido de sódio NaOh
8% de Ligante
B4
Silicato de sódio NaSi
8% de Ligante
Água/Ligante
0,45
pasta de papel
60%
ou “Papercrete”
Metacaulino
Hidróxido de Sódio NaOh
40%
8% de Ligante
B5
Silicato de Sódio NaSiO3
8% de Ligante
Água/Ligante
0,2
“Betão de Papel”
(a)
(b)
(c)
Figura 45 – Misturas de cânhamo com cal: a composição B1, b composição B2 e c composição B3
Rute Maria Gonçalves Eires
75
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
(a)
(b)
Figura 46 – Misturas de cânhamo e pasta de papel com metacaulino: a composição B4 e b composição B5
As composições de cânhamo com cal e gesso apresentam um aspecto semelhante às
conhecidas composições à base de cânhamo (ver capítulo II, pag 28). Não se verificando
entretanto vantagem na adição de areia, sobretudo nas características físicas como o
aspecto e massa volúmica (ver figura 45).
A activação alcalina confere às fibras uma maior coesão superficial, mais hidrófoba,
melhorando também as resistências, sobretudo à flexão e a ocorrência de fracturas (ver
figura 47). Assim como ocorre posteriormente a activação parcial do metacaulino, da qual
resulta uma geopolimerização, já aplicada como método base para a formação dos
geopolimeros convencionais [4]. No entanto verificam-se eflorescências nas composições
com activação alcalina tornando desfavorável este tipo de composição.
Figura 47 – Micrografias de fibras sem e com tratamento de 6% NaOH, [4]
Foram realizadas outras composições de betão leve de cânhamo/metacaulino/cal (passando
a ser aqui designado por CP, cânhamo e pozolana) com diferentes percentagens de pasta de
papel. Esta composição está resumida no quadro 14, no intuito de facilitar o entendimento
das razões e vantagens composição.
Rute Maria Gonçalves Eires
76
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Quadro 14 – Solução proposta para a construção em cânhamo
Celulose de Cânhamo Pasta de Papel
Cal
Metacaulino
Baixa energia incorporada
(1.15kw/m3)
Ligeira melhoria das
resistências
mecânicas
Aceleração do tempo
de cura
Redução de custos
Substituição de
cimento – menor
produção de
carbono
Resistência ao fogo
Resistência ao
fogo
Material natural –
Renovável
Bactericida e resistente a
insectos
Aumento da resistência
mecânica pelas fibras
Redução da permeabilidade
à água – Controlo por
absorção de água
Utilização de desperdícios
- Reciclagem
Redução de custos
Aumento da resistência
mecânica pela
consistência dada à
argamassa
Redução de fissuras
Redução de custos
O ligante utilizado foi uma mistura de 75% de cal com 25% de metacaulino e 2% de bórax
e 2% de cloreto de cálcio. Estes activadores foram seleccionados, segundo os resultados
obtidos no estudo do capítulo anterior, no sentido de melhorar as resistências mecânicas
com o bórax e acelerar a cura das composições o cloreto.
Foi usada uma quantidade constante de ligante de 66% e 34% de pasta de papel, a partir de
resíduos de papel triturado, e fibras de cânhamo (5-15mm de comprimento e 2mm de
espessura máxima).
Quadro 15 - Composições de betão leve CP com pasta de papel
Composição
B6
B7
B8
24%
29%
34%
Pasta de papel
10%
5%
-
Ligante
66%
66%
66%
Água/Ligante
1
1
1
Fibras de celulose de
Cânhamo
Figura 48 – Provete de betão de betão leve CP durante a cura
Rute Maria Gonçalves Eires
77
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Figura 49 – Provetes de betão leve CP curados, composições B6, B7 e B8
Foi possível desmoldar os provetes ao segundo dia de cura, no entanto o material levou
aproximadamente entre uma a duas semanas a fim de ganhar resistências suficientes para
ser manuseado. O progressivo endurecimento após este tempo aumentou a rigidez e
diminuiu a massa volúmica dos provetes. Este facto ocorre devido aos componentes
utilizados que demoram a reagir. As reacções do metacaulino e da cal entre si e com o
componente de sílica do cânhamo levam mais tempo a ocorrer. Além disso, a quantidade
de água absorvida pelo cânhamo e contida na pasta de papel atrasa de modo significativo
todo o processo de secagem e cura resultante.
Para os provetes cúbicos de 5cm de aresta, no início do processo do cura em que existe
uma elevada humidade, registou-se uma massa média de 72.1g, correspondendo a uma
massa volúmica de 577Kg/m3, enquanto no final do processo de cura, na temperatura e
humidade ambiente, registou-se uma média de 62.3g, ou seja, 498Kg/m3, que é devido à
perda de água.
1.1. Ensaios de resistência à compressão
Verifica-se uma falta de normas aplicáveis para a realização de ensaios deste tipo de
material, uma vez que é um betão leve de características específicas que diferem dos
betões leves convencionais, pela sua capacidade de deformação continua. Esta deformação
deve-se às fibras de cânhamo, enquanto o processo de endurecimento não fica totalmente
completo para proporcionar a rigidez necessária, característica de qualquer tipo de
hempcrete. Pelo presente motivo, os ensaios foram realizados segundo um procedimento
semelhante ao utilizado pelo Building Research Establishment (BRE). Consistindo este em
exercer a carga de compressão no sentido perpendicular às fibras de cânhamo, ou da
direcção em que foi efectuada a compactação, até à fractura do material.
Rute Maria Gonçalves Eires
78
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Figura 50 – Ensaios de resistência à compressão
Figura 51 – Ensaio de resistência à compressão (rotura total)
Os ensaios de compressão foram realizados com os pratos da máquina de compressão no
sentido perpendicular à compactação das fibras, ou seja, o mais desfavorável. Verifica-se
que não existe uma rotura clara e frágil, mas há um comportamento dúctil. A força
aplicada aumenta progressivamente até à rotura, mas após a rotura nota-se uma lenta e
contínua acomodação da pressão que é exercida. As composições iniciais de cânhamo,
apresentaram os seguintes resultados à compressão:
Resistência à compressão - MPa
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
B1
B2
B3
"Hempcrete"
B4
B5
"Papercrete"
Composições
Figura 52 – Resistências à compressão das composições B1, B2, B2, B4 e B5 aos 28 dias
Verifica-se que o “papercrete”, à base de metacaulino e pasta de papel, apresenta melhores
resistências que as restantes composições com resistência suficiente para um betão leve.
Podendo este tipo de betão ser utilizado em regularização de pisos ou em paredes com
Rute Maria Gonçalves Eires
79
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UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
estrutura de suporte no seu interior, como por exemplo as estruturas de madeira com
pilaretes, usualmente utilizadas nas construções em cânhamo e cal. Embora as
composições à base de cânhamo se encontrem com menores resistências que o betão à base
de papel, estes valores encontram-se sempre entre 0,5 e 1MPa, verificando-se também
maiores resistências nas composições de cânhamo com incorporação de pasta de papel.
As composições B6, B7e B8 apresentam as seguintes resistências à compressão com 270
dias de cura:
Resistência à compressão - MPa
1,200
B6
B7
B8
1,000
0,800
0,600
0,400
0,200
0,000
0
50
100
150
200
250
300
Maturidade (Dias)
Resistência à compressão - MPa
Figura 53 – Resistências à compressão até aos 270 dias
1,200
1,000
0,800
0,600
0,400
B6
0,200
B7
0,000
B8
3
7
14
21
42
56
270
idade (dias)
Figura 54 – Resistências à compressão das composições B6, B7 e B8 a diferentes idades
Rute Maria Gonçalves Eires
80
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As resistências à compressão das composições de CP, incluindo ou não pasta de papel,
encontram-se entre 0,2 e 1MPa aproximadamente. Note-se que existe uma variação das
resistências médias dos provetes no início da cura. Verificando-se que a mistura B6, com
maior percentagem de pasta de papel, apresenta maior variação de valores, mas também as
maiores resistências. Após nove meses de cura, estas diferenças esbatem-se, ainda que B6
mantenha melhores valores. Em termos gerais a composição B8, sem adição de pasta de
papel, obtém menores valores de resistência. Não é possível contudo averiguar o motivo
das variações de valores na fase inicial, sobretudo para a composição B6. Devendo ter-se
em conta a ductilidade do material principalmente nos primeiros dias. Durante o ensaio de
compressão verificou-se uma deformação média de 10% no momento em que se dá a
rotura. No entanto, a deformação continua mesmo depois da rotura até cerca de 20%,
recuperando apenas em parte após a retirada da carga, existindo por isso uma deformação
residual, demonstrando um comportamento plástico.
1.2. Absorção de água – efeito de hidrofugante de superfície
Figura 55 – Provetes com e sem hidrofugante de superfície
Foram testados três produtos impermeabilizantes na composição B6 a fim de melhorar o
seu comportamento em contacto com a água. Utilizou-se um produto químico composto,
Q2 Isolit Cer S, fornecido pela empresa Quimidois. Este produto é um hidrofugante de
superfície,
formulado
com
base
em
silano/siloxanos
num
solvente
orgânico
desaromatizado, possuindo ainda um aditivo para prevenir o crescimento de fungos e algas.
Este material de protecção permite manter visível a textura original do material,
escurecendo levemente a sua coloração (ver figura 55).
Rute Maria Gonçalves Eires
81
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Figura 56 – Provetes sem e com hidrofugante e provete compactado
Testou-se a aplicação superficial de uma solução aquosa de cola à base de Acetatos
Polivinílicos, PVA. Esta aplicação, após a secagem do produto, permite manter visível a
textura e coloração do material original ao qual é acrescentado um brilho adicional. Outro
impermeabilizante testado foi verniz sintético, incolor e brilhante, para madeiras
exteriores. De igual modo, foi estudado o efeito impermeabilizante do óleo de linhaça,
semelhante ao óleo de cânhamo, há muito utilizado na impermeabilização de diversos
produtos, sobretudo têxteis e materiais absorventes ver figura 57).
Figura 57 – Provetes com impermeabilizantes de superfície (verniz, cola e óleo de linhaça respectivamente)
Figura 58 – Provetes com impermeabilizantes de superfície - durante o ensaio de absorção por capilaridade
Durante o ensaio de absorção por capilaridade efectuou-se a medição da massa dos
provetes a 0,5, 1, 2, 4, 10 e 30 minutos e a 1, 2, 4, 6 e 24 horas para todos os provetes, uma
vez que são materiais bastante porosos, logo, susceptíveis a elevados valores de absorção.
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82
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Figura 59 – Provetes com impermeabilizantes de superfície – modificações da superfície em contacto com a
água
Conforme o decorrer da absorção foram-se verificando algumas modificações na coloração
dos provetes consoante o produto aplicado e o nível de saturação. Visualizou-se um
escurecimento na generalidade dos provetes, excepto quando aplicado a cola PVA. Este
produto ao absorver água adquire de novo a coloração branca própria deste material (ver
figura 59).
120
100
% de absorção
B6
80
B8
B6 c/PVA
60
B6 c/ óleo
B6 c/ verniz
40
B6 c/ hidrofugante
superfície
B8(compactado)
20
0
0
10
20
30
40
50
60
Tempo (minutos)
Figura 60 – Evolução do nível de absorção de água em percentagem (60min)
O gráfico acima permite visualizar que nos primeiros 60 minutos existe uma diferença
significativa entre os níveis de absorção dos provetes base (B6, B8 e B8 compactado) e a
absorção dos provetes revestidos (B6 com PVA, com verniz ou com hidrofugante de
superfície). Entre os provetes base verifica-se ainda que a composição com pasta de papel
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83
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UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
B6 tem uma absorção superior face à composição simples B8 e mesmo no provete
compactado.
Entre os provetes revestidos obteve-se melhor resultado com o hidrofugante de superfície
face aos restantes revestimentos, mesmo com o verniz que nos primeiros minutos se
mostrou eficaz. No entanto deduz-se que o revestimento de verniz terá atingido a sua
saturação, perdendo progressivamente o seu efeito impermeabilizante.
120
100
% de absorção
B6(c/PP)
80
B8(s/PP)
B6 c/PVA
60
B6 c/ óleo
B6 c/ verniz
40
B6 c/ hidrofugante
superfície
B8(compactado)
20
0
0
240
480
720
960
1200
1440
Tempo (minutos)
Figura 61 – Evolução do nível de absorção de água em percentagem (24h)
A evolução da absorção ao longo de 24horas permite verificar a continuidade deste
comportamento nos diferentes provetes. O betão de cânhamo sem adição de pasta de papel
(B8), assim como a mesma composição compactada, encontra-se com uma percentagem de
absorção 30% inferior relativamente à composição com pasta de papel. Mesmo existindo
um elevado índice de absorção de água nas diferentes composições a aplicação de
impermeabilizantes diminui os valores de absorção, sobretudo o hidrofugante utilizado.
Este não absorveu mais do que 1,46% até um dia e 3,34% de água até aos quatro dias,
verificado no prolongamento do ensaio por mais 3 dias. Em relação aos restantes, o óleo de
linhaça e a cola PVA verificam uma absorção menor face ao verniz, de 40% a 20%, e uma
absorção aproximadamente 60% inferior em relação à composição B6.
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84
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2. Placas de betão leve de cânhamo
Estas placas foram fabricadas segundo a composição e método de preparação da
composição B8 de cânhamo aglutinada por metacaulino e cal, sem a adição de pasta de
papel, a fim de testar um método de compactação mecânico, mais eficiente, que possibilite
a manufactura deste betão leve em placas.
(a)
(b)
Figura 62 – a Placa produzida com compactação mecânica; b textura da mesma placa
As placas de cânhamo apresentam uma maior coesão e compacidade, resultante da
compactação mecânica. As fibras mantêm-se dispersas em todas as direcções favorecendo
o seu desempenho mecânico.
2.1. Resistência à flexão, compressão/descompressão e de compressão simples
Os ensaios de flexão realizados sobre as amostras de 200x200x0,35mm, num ensaio de três
pontos, revelam uma reduzida resistência à flexão, 23KPa, característica já conhecida do
betão leve de cânhamo.
Em termos de compressão/descompressão, verifica-se uma deformação reduzida, 0,66%,
recuperada em 50% na descompressão. Estes resultados traduzem a ductilidade específica
deste tipo de material. O quadro 16 apresenta os resultados dos ensaios realizados.
Quadro 16 – Resistências médias das placas de betão leve de cânhamo
Composição
B6
Massa
Tensão de Deslocamento Deformação (%
Resistência à
Volúmica K/m3 Flexão KPa
mm
de recuperação na Compressão (sentido ||
descompressão) à compactação) (MPa)
416
23
9
Rute Maria Gonçalves Eires
85
0,66/50,00
0,69
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À semelhança do betão de cânhamo realizado, sem compactação, as placas compactadas
apresentam o mesmo tipo de comportamento dúctil quando submetidos ao ensaio de
compressão.
(a)
(b)
Figura 63 – Ensaios de resistência à compressão de placas compactadas de betão CP: a antes e b após a
rotura
3. Conclusão
Os resultados do comportamento mecânico deste betão leve indicam que a composição de
CP estudada pode produzir resultados equivalentes às convencionais misturas cânhamo/cal
ou cânhamo/cal/areia. Além da vantagem de não utilizar qualquer adição de cimento,
material pouco sustentável pelo elevado consumo de energia e libertação de CO2, e de não
utilizar areia como agregado, possibilitando uma maior leveza da construção e menores
consumos de energia.
As composições mostram uma resistência à compressão satisfatória para as aplicações
previstas, com uma resistência média final de 0,6 MPa. Estes resultados são semelhantes
aos valores de resistência conhecidos de alguns centros de pesquisa europeus que têm
vindo a desenvolver betões de cânhamo com diversos tipos de ligante, ocasionalmente com
alguma percentagem de cimento, pozolanas e areia como agregado, com resultados de
resistência à compressão com uma média de 0,4/0,5MPa. Resistência que se podem
considerar favorável, uma vez que é um betão leve não estrutural, não sendo primordial
uma elevada resistência à compressão.
O comportamento dúctil, verificado nos ensaios de resistência à compressão, flexão e à
compressão/descompressão, traduz uma característica própria deste tipo de betão leve que
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86
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até pode ser vantajosa no ajuste do material à estrutura da construção, sobretudo quando se
verificam pequenos deslocamentos. Esta característica justifica também, à semelhança do
betão leve de cânhamo existente, a necessidade de utilizar uma estrutura secundária para a
realização de paredes, divisórias ou outros elementos construtivos.
Estes resultados indicam também que a adição de pasta de papel produz uma melhoria
média das resistências à compressão. Por outro lado, em termos de absorção de água esta
adição de pasta celulósica revela-se desfavorável, uma vez que elevou o índice de absorção
em 30%. No entanto, esta limitação pode ser resolvida através de um revestimento após
alguns dias de cura, mediante a aplicação de um hidrofugante de superfície. Este possibilita
uma redução significativa da quantidade de água absorvida, já que a percentagem de
absorção ao fim de quatro dias não ultrapassou 3,34%.
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VI – Compósito de granulado de cortiça e pasta de papel
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Introdução
O presente estudo refere-se ao desenvolvimento de um novo aglomerado composto de
cortiça e pasta de celulose, a partir de resíduos de papel e cortiça. A pasta celulósica é um
material autoaglutinante, quando saturada e prensada autoadere as suas partículas. Tendo
em conta a complementaridade de características matérias-primas aqui usadas proporciona
ao aglomerado propriedades intrínsecas de ambas, permitindo obter uma aglutinação
satisfatória dos grânulos de cortiça sem recorrer ao uso de colas, resinas ou outro material
ligante. Todavia, para se obter a resistência adequada à humidade e ao fogo foi necessário
estudar novas adições poliméricas. Assim foram fabricadas placas e determinadas as
características mecânicas e físicas dos produtos.
1. Placas de cortiça e pasta de papel
Realizaram-se em laboratório diversas composições, mantendo como base a pasta de papel
e granulado de cortiça, variando os aditivos para a melhoria das resistências mecânicas, o
comportamento à água e ao fogo.
Quadro 17 – Composições e condições de cura das placas de pasta de papel e cortiça
Compósito Granulado Pasta de
de Cortiça Papel
Aditivo
Mineral
%
%
P1
71
29
% de
Cortiça+Pasta
(massa)
-
P2
55
45
P3
67
33
Ligante
% de
Cortiça+Pasta
(massa)
Tempo Temperatura
ºC
de cura
-
7d
20
6
34 de cola PVA
6d
50
4
25 de cola PVA
24h
50
As primeiras placas, apresentadas no quadro 17, foram produzidas manualmente e sem
auxílio de compactação mecânica. A composição P1 foi realizada unicamente pela
aglutinação de pasta de desperdícios de papel com granulado de cortiça, de uma
granulometria de 1 a 4 mm, sem qualquer adição. A fim de melhorar as características
mecânicas e o comportamento à água foi testada uma segunda composição, sendo
adicionada uma reduzida percentagem de cola à base de Acetatos Polivinílicos, PVA,
vulgarmente conhecida como cola branca (composição P2). Foi ainda introduzido um
Rute Maria Gonçalves Eires
90
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aditivo mineral, o bórax, para melhoria das resistências, sobretudo ao fogo, mas também
mecânicas.
Figura 64 – Placa com pasta de papel e granulado fino de cortiça (composição P1)
Foi testada de igual modo uma composição com um granulado de uma granulometria
ligeiramente superior, de 2 a 5 mm. As placas obtidas não apresentaram uma consistência
plausível, verificando-se uma aderência insuficiente entre os grânulos para resultar num
material coeso (composição P3).
Figura 65 - Placa com pasta de papel e granulado grosso de cortiça (composição P3)
No sentido de obter uma melhoria das características físicas do material tornou-se
necessária a incorporação de um ligante polimérico, como a resina fenólica, e um ligante
mineral, o gesso. Estas adições foram introduzidas a fim de permitirem aumentar as
resistências das placas, sobretudo à água e ao fogo, melhorando em simultâneo as
resistências mecânicas, nomeadamente à flexão.
Figura 66 – Placa de pasta de papel e cortiça com resina fénolica (composição P6)
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Assim como foi testada a incorporação de fibras de cânhamo, com cerca de 2cm de
comprimento, como reforço adicional.
(a)
(b)
Figura 67 – a Placa de pasta de papel e cortiça com fibras de cânhamo; b textura da mesma placa
(composição P5)
Outro aspecto estudado foi a implementação de diferentes métodos de moldagem na
realização das placas desenvolvidas, no sentido de optimizar o escoamento de água a fim
de melhorar a coesão e a textura superficial das placas. Optou-se por utilizar a
compactação mecânica. Foram realizadas novas placas em moldes metálicos de
20x20x20cm utilizando uma pressão de 15KN. As composições apresentadas no quadro 18
foram compactadas em prensa hidráulica (ver figura 67 a e b).
Quadro 18 – Composições e condições de cura das placas compactadas mecanicamente
Compósito Granulado Pasta de Fibras de Aditivo Ligante Tempo Temperatura
ºC
de Cortiça Papel cânhamo Mineral % de De cura
%
%
P4
56
44
% de
Cortiça+
Pasta
(massa)
3,88
P5
34
66
P6
55
P7
P8
Cortiça+
% de
Cortiça+Pa Pasta
sta (massa) (massa)
5,5
-
24h
50
4,01
4
-
24h
50
45
-
-
24h
100
55
45
-
4
24h
100
55
45
-
4
24h
100
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92
Resina
fenólica
5 de
Gesso
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(a)
(b)
Figura 68 – Placas de pasta de papel e cortiça: a sem gesso (composição P7) e b com gesso (composição P8)
No entanto, o processo de compressão mecânico e a aceleração da cura a temperaturas
mais elevadas mostrou-se insuficiente para se obter a coesão desejada, isto é, uma placa
completamente lisa, sem uma textura granular própria da cortiça. Optimizou-se o processo
acrescentando um novo passo à metodologia já utilizada. Este consiste na compressão e
cura térmica em simultâneo. Para tal, procedeu-se à prensagem hidráulica, utilizando
grampos a fim de manter a pressão exercida durante o processo de cura. O esquema abaixo
sintetiza o processo de fabrico das placas para as composições finais.
Papel
triturado
+
Água
Refinação
Mistura
Pasta/Cortiça/Ligante
+
Água/Aditivos
Compacatação/
Drenagem
Cura térmica sob
compressão
Figura 69 – Síntese do processo de fabrico final
Segundo este processo foram realizadas placas, sem a adição de colas ou resinas, apenas
com duas percentagens diferentes de gesso como material ligante e bórax como aditivo
(quadro 19).
Procurou-se também estabelecer um equilíbrio entre a temperatura necessária para o
processo de cura e o respectivo tempo de modo a utilizar-se o mínimo de energia e de
tempo. Por isso este processo varia de 3 horas, a 110ºC a 3 dias à temperatura ambiente de
aproximadamente 23ºC.
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93
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Quadro 19 – Composições e condições de cura das placas com gesso compactadas mecanicamente
Compósito
Granulado
de Cortiça
Pasta de
Papel
%
%
Bórax
P9
Temperatura Tempo
ºC
de cura
20
(200x200x16mm)
23
3d
3h
P10
(200x200x16mm)
Gesso
% de
% de
Cortiça+
Cortiça+
Pasta Pasta (massa)
(massa)
25
75
2,5
5
110
5h
10h
P11
20
(500x500x40cm)
110
(a)
2d
(b)
Figura 70 – Mistura de pasta de papel com granulado de cortiça após a cura térmica: a placa e b textura da
mesma placa
As placas apresentam uma coloração heterogénea, mantendo-se visível o granulado de
cortiça, resultando num material de uma agradável aparência visual e textura. A última
composição e método de compressão e cura utilizados permitiram obter placas com uma
coesão satisfatória, visível pela sua textura completamente lisa e pelo comportamento
firme verificado quando manuseadas. As placas apresentam um comportamento
semelhante ao da madeira podendo ser cortadas com uma serra fina.
As placas finais de 200x200x16mm, registaram uma massa média de 258.7g,
correspondendo a uma massa volúmica de 404Kg/m3. Considerando-se, para fins de
cálculo, a massa volúmica de 400kg/m3 com uma massa de 6,4kg por m2.
Rute Maria Gonçalves Eires
94
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
1.1.
Ensaios de resistência à flexão e de compressão/descompressão
Os ensaios demonstram que este material tem alguma fragilidade no ensaio à flexão, ainda
que existam métodos possíveis para melhorar este factor, como se pode verificar no
capítulo seguinte. Em termos de compressão/ descompressão pode-se considerar que o
material não sofre uma deformação significativa sob compressão, cerca de 4% e recupera
cerca de 28% da mesma deformação na fase de descompressão (ver quadro 20). Para o
ensaio de flexão foram utilizadas placas de 100x200x16mm, sendo utilizadas as
respectivas metades obtidas no ensaio de compressão/ descompressão. Os procedimentos
adoptados na realização de ambos os ensaios encontram-se descritos no capítulo III.
Quadro 20 – Resultados de ensaios de flexão e compressão/descompressão das principais composições
Composição
1.2.
Massa Volúmica Tensão de
Deformação
kg/m3
Flexão KPa (% de recuperação
na descompressão)
P9 (PP/C 25ºC 3d)
429
469
1,75/75,00
P10 (110ºC 5h)
527
396
4,44/28,10
Ensaios de absorção por capilaridade
A fim de verificar as características físicas do material, procedeu-se à realização de testes
de absorção de água por capilaridade. Foram ensaiados provetes, de 40x40x30mm, da
composição P11 (ver quadro 19) sem qualquer tipo de revestimento e provetes análogos
revestidos superficialmente, com três produtos impermeabilizantes: cola branca ou PVA,
verniz exterior para madeira e óleo de linhaça. Verificam-se comportamentos distintos
consoante o produto de revestimento aplicado.
Comportamento do material face aos diferentes revestimentos aplicados
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 71 – Provetes para o ensaio de absorção: a sem revestimento, b com PVA, c com óleo de linhaça e d
com Verniz
Rute Maria Gonçalves Eires
95
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Com a cola o provete adquire de início a coloração branca, própria da cola, tornando-se
transparente e brilhante após a secagem do revestimento. Com o verniz verifica-se um
escurecimento do provete e uma maior rigidez na superfície do mesmo após a secagem.
Com o óleo de linhaça verifica-se também um certo escurecimento, embora se mantenha a
textura original do material (ver figura 71). O tempo de secagem deste revestimento é no
entanto mais demorado em comparação com os anteriores.
Comportamento do material durante ensaio
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 72 – Provetes durante o ensaio de absorção: a sem revestimento, b com PVA, c com óleo de linhaça e
d com Verniz
Não se verificou nos provetes sem revestimento uma dilatação visível do material nem
segregação do material ao contrário de alguns testes efectuados nas composições sem
gesso e não compactadas. Apenas se verificou um escurecimento do material, face ao
material em estado seco (ver figuras 71 e 72).
Nos provetes revestidos também não se verificou dilatação nem segregação. No provete
com PVA a transparência e brilho do revestimento desapareceram, voltando a adquirir a
cor branca própria do material no estado húmido (ver figuras 72 e 73).
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 73 – Provetes após o ensaio de absorção: a sem revestimento, b com PVA, c com óleo de linhaça e d
com Verniz
Rute Maria Gonçalves Eires
96
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Evolução do nível de absorção
180
160
% de absorção
140
120
100
80
60
PP/Cortiça
40
c/PVA
c/óleo
20
c/ verniz
0
0
15
30
45
60
75
90
Tempo (minutos)
Figura 74 – Evolução do nível de absorção de água em percentagem até aos 90 minutos
Os resultados de absorção por capilaridade indicados na figura 74 mostram que até aos 15
minutos o revestimento com verniz apresenta menor nível de absorção, contudo a partir
dos trinta minutos este valor eleva-se. Os valores de absorção para o revestimento com
óleo de linhaça estabilizam, apresentando um menor valor de absorção, seguindo-se o
verniz, a cola PVA e com maior absorção a placa padrão.
180
160
% de absorção
140
120
100
80
60
PP/Cortiça
c/PVA
c/óleo
c/ verniz
40
20
0
0
240
480
720
960
1200
1440
1680
Tempo (minutos)
Figura 75 – Evolução do nível de absorção de água em percentagem até às 24horas
Rute Maria Gonçalves Eires
97
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Os resultados do ensaio, indicados na figura 75, revelam que a percentagem da absorção de
água por capilaridade do material original é elevada, cerca de 160%. O que se considera
desfavorável para este tipo de produto. No entanto existe a possibilidade de reduzir este
efeito com a aplicação de impermeabilizantes como os que foram testados. O produto que
apresenta melhor comportamento é óleo de linhaça com uma absorção da ordem dos 50%,
seguindo-se o verniz com cerca de 80% e com um menor resultado a cola PVA, com
aproximadamente 100% de absorção.
1.3. Ensaios de determinação do coeficiente de condutividade térmica
Realizaram-se três ensaios de determinação do coeficiente de condutividade térmica, para
uma placa de pasta de papel, cortiça e gesso, de 50x50x0,40cm, correspondente à
composição P11 (ver quadro 19).
Tal como o já foi referido, no capítulo III, os resultados são indicados pelos valores do λ,
consoante a temperatura central do provete definida, até à sua estabilização, tendo em
conta uma faixa predefinida de valores limite. Obteve-se para 10ºC um λ10 = 84,60, para
25ºC um λ25 = 84,72 e para 35ºC um λ35 = 87.86 mW/(m*K). Segundo o cálculo de
regressão linear obtêm-se o valor médio de λ10 = 84,12 mW/(m*K), valor em miliwatts por
graus kelvin, ou 0,084W/mºC, valor em watts por graus celcius. O gráfico seguinte mostra
os valores médios de λ em função da temperatura e a regressão linear (ver figura 75).
Figura 76 – Gráfico de determinação dos valores médios de λ
Rute Maria Gonçalves Eires
98
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Comparando o valor coeficiente obtido com os valores de outros materiais para aplicações
análogas pode-se considerar que o compósito desenvolvido possui uma condutividade
térmica razoavelmente favorável (ver quadro 21).
Quadro 21 – Comparação de materiais em termos de condutividade térmica
Materiais
Condutividade térmica
W/mºC
Gesso/pasta de papel
0,36
Gesso cartonado
0,18
Betão leve de cânhamo com cal
0,13-0,19
Compósito desenvolvido – P11
0, 084
Aglomerado de cortiça expandida
0,036-0,40
Cortiça pura
0,045
Lã de rocha
0,045
Isolamento de fibras de cânhamo
0,040
Poliestireno
0, 03
2. Conclusão
Os ensaios demonstram que este material tem alguma fragilidade em relação ao
comportamento à flexão. Característica que pode ser melhorada com a conjugação deste
material com um suporte estrutural que possibilite maior resistência (ver capítulo VII).
Em relação ao comportamento face à absorção de água o material apresenta um elevado
nível de absorção e verifica-se o escurecimento do material embora não de verifique
dilatação nem segregação de material. Contudo, segundo os ensaios verifica-se que o
revestimento da superfície com materiais hidrofugantes possibilita a redução significativa
da quantidade de água absorvida. Sendo necessário no entanto reduzir ainda mais este nível
de absorção, uma vez que é um requisito necessário para este tipo de material.
O aglomerado proposto usufrui das propriedades dos seus materiais constituintes, podendo
ser trabalhada de forma semelhante à madeira, possibilita diversas aplicações, como o
isolamento térmico de sótãos, coberturas planas, paredes e o revestimento de algumas
superfícies interiores e tecto falso.
Rute Maria Gonçalves Eires
99
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Em relação ao comportamento térmico considera-se que possui uma resistência térmica
razoavelmente boa, comparativamente com outros materiais com funções afins, como por
exemplo o gesso cartonado.
Rute Maria Gonçalves Eires
100
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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VII – Utilização de suporte estrutural
Rute Maria Gonçalves Eires
101
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Introdução
A fim de melhorar o comportamento mecânico dos materiais desenvolvidos foi
experimentada a conjugação destes compósitos com diferentes materiais de suporte: placas
alveolares de papel reciclado, placas alveolares de polipropileno (PP) e perfis de resina
poliéster reforçada com fibra de vidro ou “fiber reinforced polimer” (FRP). Obteve-se
deste modo um conjunto de novos produtos para o caso específico das placas com gesso e
pasta de papel apresentadas no capítulo VI.
1. Placas com suporte alveolar de cartão ou polímero
Foram testados três tipos de estrutura alveolar. Uma estrutura em placas de cartão alveolar,
designada por “favo de abelha”. Material que utilizado para diversos fins, como portas,
embalagens ou paletes de cartão, pelas suas resistências mecânicas e reduzida massa. Estas
placas apresentam ambas as faces revestidas com o mesmo cartão. Foi testada outra
estrutura alvéolar rígida, idêntica à anterior na forma, contudo de material polimérico,
neste caso polipropileno, que tem as faces revestidas de uma camada têxtil. Foi também
utilizado um material alveolar à base de polipropileno mas com um comportamento
flexível extensível, com maior dimensão de favos.
Estas estruturas poliméricas, rígidas ou flexíveis, têm sido cada vez mais utilizadas na
construção, sobretudo quando revestidas com polímero ou folheado de madeira. Tem
aplicações como o revestimento de fachadas, paredes divisórias ou revestimento de
pavimentos ou tectos, ainda que a sua maior utilização seja ao nível da construção náutica.
Isto deve-se não só ao bom comportamento mecânico mas também à leveza do material. É
de referir que os três tipos de suporte estrutural são compostos por materiais recicláveis,
mesmo os de origem polimérica.
(a)
(b)
(c)
Figura 77 – Placas alveolares: a de cartão, b de polímero tipo PP Rígida e c de polímero tipo PP flexível
Rute Maria Gonçalves Eires
102
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
1.1. Aplicação de betão leve CP
Testou-se o preenchimento de cartão alveolar com a composição B8 de betão leve de
cânhamo, utilizando o mesmo processo de preparação e cura. A mistura foi colocada
manualmente com o auxílio de um pilão, à dimensão dos favos, até finalizar o
preenchimento dos mesmos, revestindo a superfície no final.
Figura 78 – Preenchimento do cartão alveolar com pasta de papel e granulado de cortiça
1.2. Aplicação de compósito de granulado de cortiça e pasta de papel
Seguindo o mesmo processo de preparação e cura anterior, por preenchimento dos favos,
foram testadas várias composições com pasta de papel e granulado de cortiça. As variações
aplicadas referem-se à proporção pasta/granulado e o tipo de ligante, usando resina
fenólica ou gesso. As placas foram curadas a diferentes temperaturas de 30, 40, 50 e
110ºC.
As estruturas alveolares, de cartão e de polipropileno, foram ainda utilizadas como reforço
adicional, tipo sandwich, sendo aplicadas entre as placas de pasta já estudas anteriormente.
No caso das placas de cartão foram coladas com cola branca PVA. As placas poliméricas
foram compactadas mecanicamente, em conjunto com a composição de pasta de papel, não
sendo efectuada qualquer colagem, aproveitando a aderência do têxtil de revestimento.
A resina fenólica foi também testada como revestimento de superfície sobre estas
aplicações de modo a verificar possíveis melhorias no comportamento de absorção água,
bem como na estética do produto final.
Rute Maria Gonçalves Eires
103
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
A mistura de pasta de papel e granulado de cortiça com um aumento da percentagem de
gesso, de 5 para 20%, foi testada sobre a estrutura alveolar de polipropileno rígida, tipo
sandwich. Assim como foi testada sobre a estrutura flexível preenchendo os favos de modo
análogo à estrutura de cartão.
Quadro 22 – Composições do material de preenchimento e condições de cura das placas
Compósito
Granulado Pasta de
de Cortiça Papel
%
%
Bórax
% de
Cortiça+
Pasta (massa)
Placas em
estrutura de
PE1
50
50
1
cartão
Ligante Tempera- Tempo
% de
tura de cura
Cortiça+
Pasta
(massa)
5% de
Resina
Fenólica
ºC
110
1,30h
50
24h
40
3d
30
3d
Placas Sandwich
com estrutura de PE2
34
66
4
-
50
24h
PE3
25
75
2,5
20% de
Gesso
110
21h
com estrutura PP PE4
25
75
2,5
20% de
Gesso
110
24h
cartão
Placas Sandwich
com estrutura PP
Placas Sandwich
- Flexível
Verificou-se que a estrutura de cartão era sensível à presença de água. Uma vez que a
composição usada contém uma elevada percentagem de água a estrutura fica afectada e
perde a sua rigidez e resistência. Deste modo conclui-se que as placas de cartão alveolar
preenchidas com a composição B8, de CP, obtiveram um resultado pouco favorável, uma
vez que a estrutura do cartão não tem um bom comportamento em relação à água e a
composição utilizada contém água e demora algum tempo a curar (ver figura 79). Outro
factor consiste na reduzida dimensão dos favos que dificulta o preenchimento da placa.
Rute Maria Gonçalves Eires
104
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
(a)
(b)
Figura 79 – Cartão alveolar com a mistura de CP: a antes e b após a cura)
As placas de cartão alveolar preenchidas com as composições de pasta de papel e
granulado de cortiça com resina fenólica (PE1) apresentaram um melhor comportamento
em relação à sensibilidade do cartão à água, uma vez que tem um processo de cura mais
rápido, mesmo contendo um elevado teor de água. Verifica-se que a cura à temperatura de
110ºC é mais eficaz porque reduz significativamente o tempo necessário para a secagem
total e endurecimento das placas.
Com o revestimento de resina fenólica a superfície do material adquire um brilho mais
agradável, contudo no que respeita à água, através do efeito gotícula (aplicando uma gota
de água sobre a superfície do material), não se verifica mais favorável do que utilizando a
mesma resina como ligante (ver figura 80). Pois a água é absorvida de igual modo.
Verifica-se ainda um comportamento frágil à flexão ao manusear o material.
Figura 80 – Placa de cartão alveolar com pasta de papel, cortiça e resina fenólica, após cura térmica
Rute Maria Gonçalves Eires
105
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
As placas em sandwich com cartão alveolar (PE2) apresentam um melhor comportamento
à flexão durante o manuseamento das mesmas, mas tem fragilidade no que respeita à água
uma vez que a estrutura é em cartão. Em relação ao revestimento de resina fenólica
verifica-se um comportamento de absorção de água semelhante à composição original (ver
fig. 81).
Figura 81 – Placa de cartão alvéolvar PE2 com revestimento de resina fenólica, após cura térmica
As placas compactadas, em sandwich com polipropileno alveolar (PE3) obtiveram
melhores resultados tanto em consistência como na aparência, à semelhança das placas
simples da composição original (ver figura 82).
A estrutura polimérica adequa-se perfeitamente ao processo de compactação mecânico,
suportando a carga necessária para compactação, ao contrário da estrutura de cartão,
sobretudo com a acção do escoamento da água durante a prensagem.
Figura 82 – Placa tipo sandwich PE3 com placas de pasta de papel, cortiça e com placa alveolar de PP
Rute Maria Gonçalves Eires
106
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
O compósito PE4, sobre a estrutura alveolar de polipropileno flexível permitiu uma maior
facilidade no preenchimento em relação à estrutura de cartão quer pela maior dimensão dos
favos, quer pela maior percentagem de ligante. Contudo apresenta, de igual modo, alguma
fragilidade durante o manusear do produto final.
Figura 83 – Placas alveolares PE4 de polímero PP flexível com a mistura de pasta de papel, cortiça e gesso,
após cura térmica
1.2.1. Ensaios de resistência à flexão
Realizaram-se ensaios à flexão, no sentido de avaliar e comparar o comportamento
mecânico da placa. Considerou-se ter um melhor desempenho com a conjugação deste
material com uma placa rígida de favo de abelha, em polipropileno, de modo simples e em
sandwich.
Também como estudo comparativo foram ensaiadas placas de outros materiais utilizados
em revestimentos de paredes e tectos, assim como na execução de paredes divisórias. São
exemplos destas placas o conhecido gesso cartonado e placas de gesso com pasta de papel.
Na figura 84 as resistências à flexão demonstram que o material original, isto é, sem
estrutura adicional, tem uma baixa resistência à flexão mas uma deformação contínua e
dúctil. À medida que o material é reforçado com outras camadas (com a adição de uma
placa rígida de favo de abelha e também com outra camada da composição padrão, em
sandwich), esta resistência aumenta, mas também aumenta a rapidez da deformação. A
resistência da placa em sandwich ultrapassa mesmo a resistência do gesso cartonado,
Rute Maria Gonçalves Eires
107
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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verificando-se uma deformação menor e mais extensível. A placa de gesso com pasta de
papel supera todas as resistências, mas também apresenta uma rápida ruptura.
Resistência à Flexão - KPa
1600
1400
1200
1000
padrão
800
padrão/ favo
600
400
padrão/sandwish
200
gesso/papel
gesso cartonado
0
3
5
7
9
11
13
15
deformação (milímetros)
Figura 84 – Gráfico de comparação de resistências à flexão com outros materiais
1.2.2. Ensaios de determinação de coeficiente de condutividade térmica
À semelhança dos anteriores ensaios térmicos para a composição simples realizaram-se
ensaios de determinação de condutividade térmica para uma placa de 50x50x0,35cm, com
suporte alveolar de poliprolileno, três ensaios térmicos, gerados automaticamente pelo
equipamento de ensaio.
Figura 85 – Placa de pasta de papel e granulado de cortiça com suporte estrutural durante o ensaio
Como o já referido, no capítulo III, os resultados são obtidos pelos valores do λ, consoante
a temperatura central do provete definida, até à sua estabilização, tendo em conta uma
faixa predefinida de valores limite. Obteve-se a 10ºC um λ10 = 85,39, a 25ºC um λ25 =
87,16 e a 35ºC um λ35 = 92,38 mW/(m*K). Segundo o cálculo de regressão obtêm-se o
valore médio de λ10 = 84,75 mW/(m*K), valor em miliwatts por graus kelvin, ou
0,085W/mºC, valor em watts por graus celcius. A figura 87 mostra os valores médios de λ
em função da temperatura e a regressão linear.
Rute Maria Gonçalves Eires
108
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Figura 86 – Gráfico de determinação dos valores médios de λ - placa com suporte alveolar
Comparando o valor de λ10 =0,085W/mºC desta combinação com o valor obtido com o
compósito simples, λ10 =0,084W/mºC, considera-se que em termos térmicos existe apenas
uma melhoria mínima ao nível da condutividade térmica.
2. Placas com suporte de polímero reforçado com fibra de vidro (FRP)
2.1
Aplicação de betão leve CP
Este tipo de perfis ou placas extrudidas que podem atingir grandes dimensões, de cariz
estrutural, possuem uma elevada resistência mecânica à compressão e flexão (resistência
média de 207MPa) e uma grande leveza (uma densidade média de 1,716 a 1,938kg/m3).
Têm sido aplicados em diversas aplicações desde estruturas de edifícios, construções de
carácter provisório até à construção de pontes ou passadiços.
Figura 87 – Perfil de polímero reforçado com fibra de vidro, FRP
Rute Maria Gonçalves Eires
109
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
O betão leve de cânhamo é um material não estrutural sem resistência à flexão suficiente
para vencer grandes vãos ou para realizar paredes de reduzida espessura, sendo a aplicação
deste betão sobre uma estrutura de suporte leve uma possível solução de aplicação. Para
tal, testou-se esta conjugação com perfis pultrudidos de FRP.
O modelo em 3D (ver figura 88) simula um possível compartimento de um edifício com
estrutura de FRP e placas de suporte do mesmo material preenchido com o referido betão
leve de cânhamo.
Figura 88 – Simulação 3D de uma construção com as placas anteriores
Em laboratório testou-se esta aplicação com a já estudada composição B8 (ver capítulo V).
Para isso realizou-se a mistura seguindo o mesmo processo e compactou-se o conjunto
com recurso a uma prensa hidráulica com uma carga de 20KN.
O betão leve CP mantém um aspecto idêntico ao original, mesmo prensado, verificando-se
uma maior consistência e dureza (ver figura 89). A conjugação com o material polimérico
verifica-se compatível em termos de aderência entre os materiais, além de não permitir
qualquer corrosão resultante do contacto entre estes materiais, uma vez que o suporte
estrutural é de base polimérica.
Rute Maria Gonçalves Eires
110
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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Figura 89 – Placa de polímero FRP, com a mistura de metacaulino, cal e cânhamo
3.
Conclusão
A conjugação das diversas composições aplicadas em suporte de cartão alveolar verifica-se
frágil em termos mecânicos e no comportamento face à água, durante a aplicação,
compacatação e na resistência à absorção após a cura das placas.
A aplicação com estrutura polimérica flexível, apesar ter um bom comportamento face à
água, continua a não estar facilitado o preenchimento dos favos e não verifica uma
resistência suficiente.
As placas em sandwich com polipropileno alveolar, composição 12, resultaram numa
combinação mais eficaz no que respeita ao comportamento à flexão, permitindo manter o
processo de compactação necessário para a composição de pasta de papel. À medida que o
material é reforçado com outras camadas esta resistência aumenta, mas também aumenta a
rapidez da deformação. A resistência da placa em sandwich ultrapassa mesmo a resistência
do gesso cartonado, verificando-se uma menor deformação.
Em relação ao comportamento térmico considera-se que possui uma resistência térmica
razoavelmente boa, comparativamente a outros materiais com funções afins.
Rute Maria Gonçalves Eires
111
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
A aplicação em estrutura de FRP pode-se considerar como uma solução viável para utilizar
quando seja necessário utilizar estruturas leves, para vencer vãos maiores ou para utilizar
paredes com espessuras menores.
Este tipo de betão leve pode ainda proporcionar uma melhoria destas estruturas leves em
termos de isolamento e aparência visual, sobretudo no interior dos edifícios. Este tipo de
estrutura tem ainda uma mais valia em relação às estruturas metálicas pela sua capacidade
de não corroer face ao contacto com agentes atmosféricos e outros materiais usados.
Rute Maria Gonçalves Eires
112
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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VIII – Conclusões e trabalhos futuros
Rute Maria Gonçalves Eires
113
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
1. Conclusões
1.1. Estudo de alguns factores que influenciam o comportamento mecânico de
misturas de metacaulino e cal
O estudo revela que diversos factores influenciam a obtenção de melhores resistência em
misturas pozolânicas de metacaulino. Os resultados deste trabalho de investigação apontam
para que:
A composição mais adequada é constituída por 75% de metacaulino e 25% de cal.
A adição de cloreto de cálcio é vantajosa, sobretudo no início do processo de cura, assim
como a incorporação de bórax a fim de aumentar consideravelmente as resistências após
28 dias.
A particularidade de o borax retardar o início do endurecimento, mas aumentar
progresivamente as resistências a longo prazo, possibilita por exemplo aplicações
construtivas em que seja necessária alguma flexibilidade das misturas como no caso de
reabilitações de edifícios ou fachadas sujeitas a movimentos por diferencial térmico. Pelo
contrário, quando seja necessário uma aceleração do endurecimento, os cloretos serão a
melhor opção, aumentando a taxa de endurecimento a curto prazo e maior resistência em
idades avançadas.
Com o estudo de influência da temperatura na cura pode-se constatar que as misturas
pozolânicas possuem um melhor comportamento quando curados sob temperaturas
elevadas, como nas estações quentes. Por outro lado, verifica-se uma redução da taxa do
endurecimento com a diminuição da temperatura, sobretudo até aos 42 dias. Sendo
portanto, mais lento o endurecimento deste tipo de misturas durante as estações frias.
1.1 Betão leve de cânhamo
As composições mostram uma resistência à compressão satisfatória, com resultados
semelhantes aos valores de resistência conhecidos de alguns centros de pesquisa europeus,
como o Building Research Establishment (BRE), com resultados de resistência à
Rute Maria Gonçalves Eires
114
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
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compressão média de 0,5MPa. Estas resistências podem considerar-se satisfatórias, uma
vez que se trata de um betão leve não estrutural, em que não é primordial uma elevada
resistência à compressão.
O estudo indica que a adição de 15 e 30 % de pasta de papel produz uma ligeira melhoria
média das resistências à compressão.
O comportamento dúctil, verificado nos ensaios de resistência à compressão, flexão e à
compressão/descompressão, traduz uma característica própria deste tipo de betão leve que
pode ser vantajosa no ajuste do material à estrutura da construção, sobretudo quando se
verificam deslocamentos.
O comportamento mecânico deste betão leve indica que a substituição das já utilizadas
misturas de cânhamo/cal com adição de areia, por esta nova composição estudada (mistura
de
cânhamo/metacaulino/cal/pasta
de
papel)
permite
obter
resistências
médias
semelhantes. Esta redução de matérias-primas e a sua substituição parcial por materiais
considerados mais eco-eficientes pode ser considerado um factor favorável para a sua
utilização.
A limitação verificada à absorção de água pode ser resolvida mediante a aplicação de um
hidrofugante de superfície após alguns dias de cura.
1.2 Compósito de granulado de cortiça e pasta de papel
A fragilidade do compósito em relação à flexão pode ser melhorada com a conjugação
deste material com um suporte estrutural que possibilite maior resistência.
Em relação ao comportamento face à absorção de água o material apresenta um elevado
nível de absorção. Contudo, verifica-se que o revestimento da superfície com materiais
hidrofugantes possibilita a redução significativa da quantidade de água absorvida.
Rute Maria Gonçalves Eires
115
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
O aglomerado proposto usufrui das propriedades dos seus materiais constituintes e de uma
trabalhabilidade semelhante à madeira, possibilita diversas aplicações, como o isolamento
de sótãos, coberturas planas, paredes e o revestimento de algumas superfícies interiores.
Em relação ao comportamento térmico considera-se que possui uma resistência térmica
boa, comparativamente a outros materiais com funções afins, como por exemplo o gesso
cartonado. Sendo a condutividade térmica média do gesso cartonado de 0,18W/mºC e a do
compósito de desenvolvido de 0,084W/mºC.
Considerações sobre a eco-eficiência do compósito
O compósito desenvolvido pode ser reciclado, assim como os desperdícios resultantes do
corte das placas poderão ser reutilizados na produção de novos exemplares.
A incorporação de aditivos para resistência ao fogo e à água é um factor que se deverá ter
em conta durante o fabrico das placas, uma vez que estes sais poderão ser prejudiciais ao
ambiente em quantidades elevadas. Todavia, a água extraída durante o fabrico das placas,
contendo estes sais, pode ser recuperada para ser reutilizada na produção de mais placas.
A extracção de gesso causa um significativo impacto ambiental, pelo que a possibilidade
de reutilizar desperdícios industriais indica uma opção mais sustentável. Poderá ser
utilizado gesso industrial, sub-produto de diversas industrias como fábricas de louças
sanitárias.
1.4. Utilização de suporte estrutural
As placas em sandwich com polipropileno alveolar resultaram numa combinação mais
eficaz no que respeita ao comportamento à flexão. À medida que o material é reforçado
com outras camadas esta resistência aumenta. A resistência da placa em sandwich
apresenta valores semelhantes à resistência do gesso cartonado, verificando-se uma
deformação menor.
Rute Maria Gonçalves Eires
116
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
Em relação ao comportamento térmico considera-se que possui uma resistência térmica
boa, comparativamente a outros materiais com funções afins, como por exemplo o gesso
cartonado.
A aplicação em estrutura de polímero reforçado com fibra de vidro, FRP, pode-se
considerar como uma solução viável para utilizar quando seja necessário utilizar estruturas
leves, para vencer vãos maiores ou para utilizar paredes com espessuras menores. Este tipo
de betão leve pode ainda proporcionar uma melhoria destas estruturas leves em termos de
isolamento e aparência visual, sobretudo no interior dos edifícios. Este tipo de estrutura
tem ainda uma mais valia em relação às estruturas metálicas pela sua propriedade de não
ser corrosida em contacto com agentes atmosféricos e outros materiais.
Considerações finais
O trabalho de investigação apresentado permitiu a realização de um estudo teórico-prático
no âmbito dos materiais não convencionais e o desenvolvimento de novos materiais
compósitos à base de fibras de celulose, na sua maioria resultantes de desperdícios agroindustriais.
A recuperação destes materiais, considerados desperdícios ou subprodutos de baixo custo,
aliados ao facto de possuírem boas propriedades térmicas, poderá vir a proporcionar
melhores perspectivas tanto para a construção civil como para as empresas nacionais e
europeias que habitualmente produzem este tipo de resíduos.
Alternativa que visa não só um caminho para a sustentabilidade, pela valorização de
resíduos, favorecendo uma poupança energética e ambiental, mas é também um contributo
para o crescimento e prestígio, já existente, na indústria corticeira portuguesa.
Rute Maria Gonçalves Eires
117
MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
2. Proposta para futuras investigações
O estudo desenvolvido pode ser considerado como ponto de partida para futuros trabalhos
de investigação ao nível de materiais compósitos de base celulósica, considerando sempre
que possível a sustentabilidade dos mesmos. Como tal consideram-se propícios os
seguintes estudos complementares:
Complemento do estudo de placas de betão leve de cânhamo como processo de préfabricação.
Aperfeiçoamento das propriedades mecânicas e físicas do compósito de pasta de papel e
granulado de cortiça.
Avaliação do comportamento acústico dos materiais compósitos desenvolvidos.
Avaliação das reacções ao fogo dos materiais compósitos desenvolvidos.
Rute Maria Gonçalves Eires
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MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS PARA UMA CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
UTILIZANDO CÂNHAMO INDUSTRIAL, PASTA DE PAPEL E CORTIÇA
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