PROCEDIMENTOS DE ENSAIO PARA SELECÇÃO DE TERRA CRUACOMO MATERIAL ESTRUTURAL

Lourenço*, P.; Brito**, J. de; Branco***, F. A.

*AJqujtecta Mestre em Construção (IST)**professor Associado. DECivil, Instituto Superior Técnico, Lisboa - Portugal

*** Professor Catedrático. DECivil, Instituto Superior Técnico, Lisboa - Portugal

A terra crua é um material estrutural com uma tradição de milénios e forte implantação nonosso país, sobretudo a Sul do Tejo. For razões diversas, perdeu a importância que teveestando-lhe associada uma imagem negativa que, por questões relacionadas com o ambientee a conservação das tradições, começa agora a ser invertida. No presente artigo e com basena experiência adquirida no maior centro mundial de investigação neste domínio, a Escola dearquitectura de Grenoble associada ao grupo CRATerre, e na elaboração de uma dissertaçãode Mestrado em Construção no IST descrevem-se os procedimentos de ensaio a que aterra crua deve ser sujeita, tanto in situ como em laboratório, para se aferir as suascaracterísticas mais importantes como material estrutural.

1. INTRODUÇÃO

A escolha correcta da matéria-prima paraa construção em terra crua é uma etapafundamental. Neste artigo, são descritosalguns ensaios simples e económicos, quepermitem sustentar a escolha da terra emcritérios técnicos. Os ensaios descritos estãocompilados no guia de procedimentos deensaios para blocos de terra comprimidos,elaborado por três instituições de pesquisatécnica’, e que constitui um documentonormativo2 para vários países Africanos.

CDE - Centre pour le Développernent de 1’Entreprise,CRATerre-EAG e ENTPE - Ecole Nationale des Travaux Publics de I’Etat de Lyon.

2 ORAN - Organisation Régionale Africaine de Normalisation.

• teor em água óptimo;

3. Ensaios sobre os produtos finais

• resistência à compressão seca;

RESUMO

Este documento está dividido em trêspartes:

1. Ensaios para a identificação da matéria-prima:

• teor em água;

• granulometria - peneiração húmida;

• granulometria - sedimentação;

• limites de consistência;• ensaio ao metileno;

• matérias orgânicas;

2. Ensaios de fabricação

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2. RECOLHA DE AMOSTRAS

A recolha de amostras de solo deve fazerparte de qualquer estudo de viabilidade deconstrução. Cada amostra de terreno deveser guardada num saco selado, devendo seretiquetada com o local e profundidade derecolha. Em zonas bastante próximas, ossolos podem variar significativamente peloque, na inspecção de determinado terreno,se devem retirar várias amostras a distâncias relativamente curtas.

A verificação da composição egranulometria dos solos (Fig. 1) implica umtrabalho relativamenté simples, pelo quenão deve ser dispensado previamente àutilização de uma terra para a construção.

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3. TESTES PRELIMINARES DE CAMPO

Em campo, como forma expedita deverificar a susceptibilidade de determinadoterreno para a utilização como material paraa construção, podem ser feitos algunsensaios simples, que permitem, sem consumir muito tempo e recursos, verificar certascaracterísticas do material e confirmar a suaaptidão, ou não, para a construção. Estes

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ensaios indicam ainda a necessidade de elaboração de análises complementares de laboratório.

Um simples exame visual permiteapreciar, ainda que de forma grosseira, apercentagem de fracção arenosa e de finosdo telTeno. Uma terra orgânica é identificável pelo seu odor forte a húmus e humidade. Estes odores são aumentados se seaquece ou molha a terra.

Esmagando um pedaço de terra entre osdedos e a palma da mão, poda-se identificaruma terra arenosa, dando uma sensação derugosidade e aspereza e não apresentandocoesão, uma siltosa, apresentando algumarugosidade e tomando-se plástica quandohumedecida, ou uma argilosa, quando noestado seco se apresenta em grumos queresistem quando esmagados e se tomaplástica e colante assim que é humedecida.

Este teste pode ser complementado com alavagem das mãos com terra. A terra éarenosa se as mãos se lavam facilmente,siltosa se parece pulverulenta e argilosa sese cola às mãos, dificultando a lavagem,dando a sensação ao toque de que se está ausar um sabonete.

Pode-se ainda fazer uma pequena bola deterra ligeiramente humedecida e cortá-lacom uma faca. Um aspecto baço indica umaterra predominantemente arenosa, enquantoque um aspecto brilhante indica a presençade uma terra argilosa.

Na mesma bola, pode-se cravar uma faca everificar se a penetração é dificil e a terraadere à espátula quando é retirada, indicando uma terra essencialmente argilosa,ou se a espátula entra com facilidade e saiquase sem vestígios de terra, indicando umaterra essencialmente arenosa.

Também é possível executar testes desedimentação muito simples, para verificaras quantidades das fracções das diferentestexturas. Basta utilizar um frasco redondo ede fundo plano, que se enche até ¼ comterra, completando-se os restantes 3/4 comágua. Deixa-se repousar para permitir umaimpregnação, e de seguida agita-se o frasco.

• resistência à compressão húmida;

• resistência à tracção seca;

• resistência à abrasão;

• absorção por capilaridade;

• dimensões, massa e massa volúmicaaparente.

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Fig 1 - Estudo granulométrico de diversas terras

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Deixa-se então decantar a mistura numasuperfície horizontal. Volta-se a agitar apósurna hora e deixa-se decantar. Após poucotempo (cerca de 45 minutos), pode-secomeçar a observar que as areias se depositam no fundo, seguidos de uma camadade silte e de outra de argilas. Ao cimo daágua surgem as partículas orgânicas. Eventualmente em süspensão na água, subsistem as partículas coloidais extremamentefinas. Após cerca de $ h, pode-se medir aaltura das diferentes camadas e do total, oque dará uma ideia da constituição da terraem termos percentuais. Um ligeiro erro deve ser tido em conta, já que as partículasargilosas aumentaram o seu volume com apresença da água.

Um teste de retracção simples tambémpode ser efectuado com escassos recursos,bastando a utilização de um molde semfundo. Este molde deve ser cheio de terrahumedecida. O molde é retirado e a terraseca ao sol durante 3 dias ou à sombradurante sete dias. Após este tempo, volta acolocar-se a amostra de terra dentro domolde. Este teste serve para verificar se seestá na presença de uma terra muitoargilosa, o que terá provocado umadiminuição de volume da terra seca emrelação ao molde utilizado.

Pode-se, ainda que de forma preliminar eprimária, verificar a resistência a seco dedeterminada amostra. No estado plástico,são moldadas pastilhas de determinadasdimensões as quais, após a secagem, setenta partir manualmente. Se a pastilha deterra é difícil de quebrar (parte-se como umbiscoito seco) e quando se raspa numasuperfície dura se desfaz em pó, está-se napresença de uma terra bastante argilosa. Seapresentar uma resistência média no estadoseco (é possível reduzi-la a pó com algumapressão e esforço), está-se na presença deuma terra de argila siltosa ou arenosa. Seapresenta uma fraca resistência no estadoseco (reduz-se a pó com extremafacilidade), está-se na presença de siltes eareias.

Estes ensaios são úteis para evitar aexecução de ensaios complementares em

terras que à partida já demonstraram não serapropriadas, ou poderão também indicar anecessidade de estabilização da terra para asua possível utilização na construção. Emzonas em que o recurso a laboratórios édifícil e em que as condições de trabalhonão são as desejáveis, estes testes, ainda quegrosseiros, têm grande utilidade.

4. TESTES EM LABORATÓRIO

Os ensaios e testes preliminares podem sercomplementados com ensaios que sebaseiam na observação da textura,granulometria, plasticidade e coesão daterra.

Ainda que também, bastante simples, estesensaios podem fornecer dados para umaclassificação geotécnica do terreno. Assim,complementarmente aos testes de campo,podem ser feitos ensaios de decantação,testes simples de resistência no estado seco,testes de consistência’e de coesão.

4.1 Verificação do teor em água

O teor em água (W) é definido corno arelação entre o peso da água e o das partículas sólidas e vai expressar os diferentesestados hídricos do solo. O objectivo éverificar que percentagem de determinadaamostra é água livre, em comparação com asua massa seca.

W Wágua / W61d0s

Trata-se de um procedimento muitosimples em que a amostra é pesadainiciairnente e após a sua secagem. Aamostra é seca em estufa, à temperatura de105 °C (Fig. 2). A amostra deve serrepresentativa em termos granulométricosdo solo que se quer estudar. A quantidadede material que deve ser utilizada comoamostra relaciona-se com a dimensão daspartículas.

4.2 Granulometria

O objectivo deste ensaio é identificar porpercentagem os diferentes constituintes dosolo, para elementos de dimensão superior a

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0.08 mm. Este ensaio não pennite umaidentificação mineralógica.

O ensaio (Fig. 3) consiste na filtragem dosolo através de uma série de peneiros dedimensão decrescente e normalizada. Aspartículas retidas em cada passagem sãosecas e pesadas, comparando-se a massa decada fracção com a massa total.

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Fíg. 3 - Teste de caracterização da granulornetria

dos resultados faz-se sob agráfico (curvade uma curva dedas partículas3. A

Nas abcissas, regista-se nonnalmente a dimensão daspartículas e, nas ordenadas, a percentagem cumulativade material peneirado (fig. 1).

peneiração tem sempre que ser efectuada ahúmido, para que os elementos argilosos sedesagreguem e não sejam interpretadoscomo agregados de maior dimensão.

4.3 Sedimentação

Este ensaio permite completar a análisegranulométrica e aplica-se aos elementos dedimensão inferior 0.08 mm (Fig. 4).

As partículas de solo são colocadas emsuspensão homogénea num líquido. Compara-se a diferença de velocidade a que diferentes partículas em suspensão sedimentam, em função do diâmetro das mesmas. Amedida dos tempos e das densidades faz-secom recurso à lei de Stokes.

4.4 Granulometria óptima

Sabendo o papel que cada elementoconstituinte do solo tem na construção emterra, é possível definir percentagensóptimas de cada um deles, criando-se umacurva “ideal” e duas curvas correspondendoaos limites de tolerância inferior e superior.Deste modo, é possível rapidamentecomparar a curva granulométrica dequalquer solo com este intervalo. Um

Fig. 2 - Teste de verificação de teor em água

Fig. 4 - Sedimentação - Caracterização dagranulornetria (finos)

A apresentaçãoforma de umgranulométrica), atravésdistribuição da dimensão

$2

terreno para construção em terra deve assim a determinar o teor em água correspondente aaproximar-se o mais possível da curva“ideal”. A curva do terreno deve ainda serrelativamente paralela às curvas detolerância e à curva ideal. Através deestudos e pesquisas, o grupo CRATerredefiniu limites diferentes para construçõesem taipa e para BTC (blocos de terracomprimida).

4.5 Ensaio aos limites de consistência

A consistência de um solo pode variardentro de um grande intervalo, consoante aquantidade de água intersticial que contémnos seus poros e a espessura da camada deágua absorvida.

O investigador sueco Atterberg definiuestes diferentes estados hídricos e asfronteiras que os separam através de limitese índices, expressos em percentagemponderada do teor em água.

Os limites de Atterberg são constantesfísicas, sendo os mais relevantes:

• a passagem do estado líquido ao estadoplástico (limite de liquidez);

• a passagem do estado plástico aoestado sólido (limite de plasticidade).

Estes limites têm por valores o teor emágua do solo no estado de transição emcausa, expresso pela percentagem da massado material seco.

A diferença entre estes valores fornece oíndice de plasticidade, particularmenteimportante.

É sobre as partículas da terra de diâmetroinferior a 0.4 mm que se determinam oslimites de Atterberg, pois é sobre esteselementos que a água actua, modificando asua consistência.

O limite de liquidez é o teor em água a partirdo qual duas metades de uma “bolacha” deterra colocadas num prato e separadas por umalâmina axial normalizada se voltam a unirnuma distância de 1 cm após 25 “golpes” delâmina. Para a sua determinação, utiliza-se umaparelho denominado concha de Casagrande. Oensaio é repetido para diferentes teores emágua, permitindo desenhar urna curva de forma

25 pancadas.

O limite de plasticidade é definido pelo teorem água de um pequeno rolo de telTa, que sesepara quando atinge os 3 mm de diâmetro. Émedido moldando-se uma bola de terra, quevai sendo rodada numa superfície plana devidro ou mármore com a palma da mão. Aterra atingiu o seu limite plástico quando orolo obtido de 3 mm de espessura se separaem pequenas porções de cerca de 1 a 2 cm decomprimento. Se o rolo se desintegrarenquanto o seu diâmetro é ainda superior a 3mm, deve ser adicionada água. Se atinge os 3mm sem se separar, deve ser ligeiramente secoantes de se iniciar novamente o processo. Orolo deve ter um comprimento de cerca de 5 a6 cm.

5), apesar de apresentare indicativos, é um

os resultados dependem

4.6 Ensaio de azul de metileno

Este ensaio (Fig. 6) mede a capacidadedos finos do solo de absorver o azul dometileno na parte externa e interna daspartículas. A partir da medida da quantidadede metileno necessária para cobrir, numacamada mono-molecular, a superfícieexterna e interna dos elementosconstituintes da amostra e da medida damassa da amostra, determina-se o valorreferente à fracção estudada.

Este ensaio (Fig.resultados válidosmétodo empírico emuito do operador.

Fig. 5 - Verificação dos limites de consistência

$3

4.8 Teste Proctor ou ensaio de compacta-

E um ensaio adaptado ao estudo dasfracções argilosas, que permite verificar asua maior ou menor actividade.

O ensaio consiste em injectar sucessivasdoses de metileno numa solução aquosacontendo a amostra a estudar. Controla-se aabsorção um minuto após cada injecção,com a ajuda de um papel de filtro. Umaauréola incolor indica que todo o metilenoazul foi absorvido, enquanto que uma azulindica a saturação da amostra.

4.7 Verificação da quantidade de matéria orgânica

Os solos podem conter matérias orgânicase ácidos que são nefastos em caso deestabilização, pois retardam ou impedem oefeito de presa dos ligantes hidráulicos. Oensaio permite identificar o teor em matériaorgânica de uma amostra, e consiste emaquecer a amostra a uma temperaturaelevada (400 °C), a fim de calcinar as matérias orgânícas e conhecer a sua massa e,consequentemente, a percentagem em massa seca.

ção

Este teste é realizado sobre a fracção detelTa constituída por partículas com menosde 5 mm de diâmetro. O seu objectivo édeterminar o teor em água que permite, coma compactação, que as partículas seorganizem internamente de forma a ocuparo menor espaço possível, aumentando a suadensidade. Este valor é conhecido como“teor em água óptimo”. Para a execução doteste, é colocada num molde uma amostrade solo cujo teor em água é conhecido,sendo submetida a um processo decompactação. A amostra compactada épesada e o seu teor em água verificado. Abaridade seca máxima é calculada eregistada no diagrama de Proctor, com orespectivo teor em água.

Apresentam-se de seguida alguns valoresde referência [21:

• barídade seca máxima entre 1650 e 1760kg/m3 - resultado fraco;

• baridade seca máxima entre 1760 e 2100kg/m3 - resultado satisfatório, a terra contém uma quantidade de argila suficiente;

• baridade seca máxima entre 2100 e 2200kg/m3 - resultado excelente.

4.9 Ensaio de coesão

A coesão de um terreno depende do teorem água e é tanto maior quanto maior for apercentagem de finos. A coesão é elevadapara um teor em água menor que o limite deplasticidade. No limite de plasticidade, aquantidade de água é tal que já existe águalivre. Com o aumento do teor em água, acoesão aparente diminui, até que se anula.

Este ensaio é também denominado deensaio à tracção húmido, e é feito sobre aspartículas de diâmetro inferior a 2 mm. Foiintegrado nas normas DIN em 1956. A a-mostra de terra a utilizar, mesmo após a remoção das partículas de diâmetro superior a2 mm, é triturada com adição de água até seobter uma forma compacta e plástica. AtelTa deve repousar entre 12 e 24 h antes dasua preparação, para garantir a dispersão daágua e favorecer a obtenção de uma coesão

.•

fig. 6 - Verificação do grau de actividade da fracçãoargilosa

$4

máxima dos grãos de terra. Para verificaçãoda correcta preparação da amostra, éretirada urna parte (200 g), formando-seuma bola de 50 mm de diâmetro, a qual sedeixa cair de uma altura de 2 rn sobre umasuperficie lisa e dura. Uma consistênciacorrecta da amostra é indicada por umasuperficie achatada de 50 mm. Paradiâmetros diferentes, é necessáriorecomeçar a preparação da terra para oensaio.

Para a execução do ensaio, devem serpreparadas três amostras, que são suspensasde um aparelho de medição, que temtambém suspenso o recipiente que vaireceber a carga de rotura.

A medida de coesão é a média de trêstestes efectuados e exprime-se em mbar(g/cm2).

4.10 Resistência à compressão seca

Este teste (Fig. 7) tem corno objectivoavaliar a resistência de blocos de terracomprimidos, tendo partido do teste comprovetes cilíndricos, adaptados agora ablocos paralelipipédicos. O princípio doensaio é o de submeter até à rotura umprovete constituído por duas metades deblocos sobrepostas e coladas por uma juntade argamassa de terra, eventualmenteadicionada com cimento, no caso de blocosestabilizados. Os blocos são carregados poruma força crescente, de forma constante,imposta por urna prensa. Considera-se arotura no momento de rotura completa,calculando-se a resistência à compressão dobloco.

4.11 Resistência à compressão húmida

Este teste tem como objectivo verificar aresistência dos blocos em condiçõesextremas, fazendo-se a humidificação dosmesmos por imersão ou por absorção porcapilaridade. Embora o segundo métodoseja o mais realista, muitas vezes recorre-seao primeiro, por facilidade e rapidez. Oensaio é semelhante ao efectuado para averificação da resistência à compressão seca, com a diferença de que a amostra se encontra humedecida.

4.12 Resistência à tracção

Este ensaio (Fig. 8) deriva do ensaio detracção por compressão diametral (ensaioBrasileiro). Submete-se os blocos a umacompressãõ aplicada a duas barras situadasnas partes superior e inferior do bloco.

À semelhança do que se passa no ensaioBrasileiro, esta força é convertida numatensão de tracção na rotura.

4.13 Resistência à abrasão

O objectivo é verificar a resistência àabrasão com vista à utilização dos blocosem paramentos exteriores, sem revestimento. Consiste em submeter um bloco a urnaerosão mecânica aplicada por uma escovametálica, a uma pressão constante, num determinado número de passagens (Fig. 9). Écalculada a quantidade de material retiradodurante o processo.

4.14 Absorção por capilaridade

O bloco, após ser seco em estufa eposteriormente pesado, é posicionado numalâmina de água de 5 mm. A absorção deágua é medida após diferentes períodos detempo, dividindo o aumento de peso pelaárea da face inferior do bloco.

Fíg. 7 - Teste de resistência à compressão [3]

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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Se bem que no presente artigo apenasse tenha abordado a problemática dos procedimentos de ensaio para selecção da terracrua como material estrutural, esta passapelo conhecimento das propriedades fundamentais do material (incluindo algumas,como a cor, não referidas no artigo) e pelasua classificação como solo.

Adicionalmente, a terra é um materialsusceptível de ver as suas característicassubstancialmente melhoradas através dasdiversas formas de estabilização e deprocedimentos construtivos adequados a-quando da erecção das construções, temáticas estas não focadas no presente artigo.

6. REFERÊNCIAS

[1] Lourenço, P. - “Construções em Terra.Os Materiais Naturais corno Contributoà Sustentabilidade na Construção”, Dissertação de Mestrado em Construção,IST, 2002.

[2] Brito, J. de - “Paredes de Taipa e Adobe”, Folhas da disciplina de Tecnologiada Construção de Edifícios do Mestradoem Construção, IST, Lisboa ,1999.

[3] GUIDE - “Blocs de Tene Comprimée -

Procédures d’Essais”, CDE (Centre pourle Développement de l’Entreprise,Bruxeiles.

Fig. 8 - Teste de resistência à tracção (ensaioBrasileiro) [3]

Fig. 9 - Teste de resistência à abrasão [3]

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