Materiais de Construção - Ibracon - C45

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Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Normando Perazzo Barbosa Universidade Federal da Paraíba Khosrow Ghavami – Pontifícia Univ. Católica do Rio de Janeiro TERRA CRUA PARA EDIFICAÇÕES CAPITULO 45

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  • Livro: Materiais de Construo Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia

    Normando Perazzo Barbosa Universidade Federal da Paraba

    Khosrow Ghavami Pontifcia Univ. Catlica do Rio de Janeiro

    TERRA CRUA PARA EDIFICAES

    CAPITULO 45

  • Livro: Materiais de Construo Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia

    A terra crua, ou seja, no seu estado natural, sem ter sido queimada, j utilizada, desde muito, na construo de estradas e barragens.

    Aqui, o enfoque dado para o uso da terra como material de construo de edificaes.

    A terra foi um dos primeiros materiais de construo usados pelo Homem

    1 Introduo

    Bam Iran

    (antes do terremoto de dezembro de 2003)

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    Centro da cidade de Yazd, Iran, totalmente constudo em terra

  • Livro: Materiais de Construo Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia

    Chan Chan - Peru

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    A tradio milenar da terra agora revivida quando problemas ambientais ameaam o futuro do Planeta.

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    Imenso o patrimonio arquitetnico em terra no planeta Terra

    Jean Dethier Arquiteturas de Terra

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    Arglia

    Jean Dethier Arquiteturas de Terra

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    Iemen do Norte

    Jean Dethier Arquiteturas de Terra

  • Livro: Materiais de Construo Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia NigriaJean Dethier

  • Livro: Materiais de Construo Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia

    Marrocos

    Jean Dethier

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    habitaes rurais no Marrocos construdas nos anos 70

    Jean Dethier

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    Arq. Jos Alegria

    Portugal

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    Igreja nas proximidades de Lyon, Frana: terra crua aliada a materiais industrializados: concreto, cermica, vidro!

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    Construes coloniais de terra crua em Minas Gerais

    Contrariamente aos outros povos pr-colombianos, os ndios brasileiros no construiam com terra. A construo com terra foi introduzida, no pas, pelos pelos portugueses.

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    Vantagens da terra crua como material de construo

    - disponibilidade - boas propriedades trmicas - capacidade de absorver e liberar umidade regulando o ambiente - eficincia energtica- gerao mnima de poluio - fcil re-incorporao na natureza- capacidade de incorporar resduos- facilidade de gerar tecnologias apropriadas

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    Vantagens da terra crua como material de construo

    DisponibilidadeMaior parte da parte slida da crosta terrestre recoberta por terra!

    A se discutir, a propriedade dessa terra!

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    Excelentes propriedadestrmicas

    vantagens Edificao de adobe

    Edificao em peas prfabricadas de concreto

    Temperatura interna

    Temperatura externa

    Arq. Hassan Faty - Egito

    Temperatura interna

    Temperatura externa

    Sendo porosas, as paredes de terra tm baixa condutibilidade trmica e regulam a umidade ambiente, absorvendo e liberando gua de seus poros.

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    Baixo consumo energtico

    Forno de fbrica de cimento: altssimo consumo de energia

    vantagens

    Tijolos de terra secos ao sol: baixssimo consumo energtico

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    Base principal:terra e gua

    No poluente: fcil reincorporao na natureza

    vantagens

    Resduos cermicos danificando o ambiente

    tijolos de terra crua sendo reincorporados na natureza

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    Pode incorporar resduos

    vantagens

    Tijolos de terra crua incorporando resduos de borracha

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    facilidade de gerar tecnologias apropriadas

    Tecnologia apropriada: aquela facilmente transmissvel, que no requer equipamentos sofisticados nem mo de obra especializada,

    de baixo custo.

    vantagens

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    Tcnicas de construo com terra

    H cerca de 20 tecnologias e suas variantes locais Elas podem ser agrupadas (conforme a maneira de se

    elevarem as paredes) em:- alvenaria- monoltica- mista

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    Alvenaria: utilizam-se elementos individuais (blocos, tijolos) unidos entre si atravs de outro, a argamassa.

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    Monolitica: as paredes so feitas monoliticamente, com a terra compactada entre duas frmas (conhecida no Brasil como taipa de pilo)

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    Mistas: a terra serve de enchimento a uma estrutura de madeira ou de bambu, no tendo funo estrutural

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    Neste curso: detalhes sobre elementos de alvenaria: adobes e tijolos prensados

    adobes Tijolos prensados

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    2 PROPRIEDADES DA TERRA

    Terra: poro granular que reveste parte da crosta terrestre, originria da decomposio de rochas sob as aos da natureza: vento, variao de temperatura, gelo e degelo, enchentes, mars, chuva, rios, etc.

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    O bom uso da terra como material de construo exige conhecimento de suas propriedades

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    Composio qumicaA terra composta majoritariamente pelos xidos de silcio (silica), de alumnio (alumina) e de ferro (hematita)

    Componente qumico

    Solo1 Solo 2 Solo 3 Solo 4 (latertico)

    SiO2 67,1 70,1 87,1 38,0

    Al2 O3 14,7 18,6 7,5 33,9

    Fe2 O3 5,2 2,5 0,6 10,1

    soma 87,0 91,2 95,2 83,0

    Exemplo de composio qumica de solos

    Outros xidos: de clcio, de potssio, de sdio, de titanio, etc

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    Constituio granulomtrica

    Pedregulho: dimenso maior que 5mmAreia: entre 0,05 mm e 5 mm - inerteSilte: entre 0,005 mm e 0,5 mm - inerte

    Argila: menor que 0,005 ou 0,002 mm - reativa

    A terra composta por gros de diversos tamanhos:

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    componentes mais grossos da terra (pedregulhos e areias) so obtidos por peneiramento

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    Frao mais fina: silte e argila => ensaio de sedimentao

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    Argilas: ligante natural

    -minsculas partculas de forma lamelar -compostas principalmente de alumino-silicatos hidratados formados durante o processo de lixiviao das partculas mais grossas dos minerais rochosos originais

    Sua superfcie especfica infinitamente maior que os demais componentes granulomtricos do solo

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    PRINCIPAIS TIPOS DE ARGILA

    Caulinita

    Ilita

    Montmorilonita

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    Argila

    De fundamental importncia na construo com terra

    Responsvel pela coeso do solo: manuteno das partcula unidas

    Montmorilonita: imprpria para construo com terra: adsoro interfoliar da gua muito acentuada, provocando instabilidade volumtrica.

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    GUA NA TERRA

    terra: fases

    Slida

    Lquida

    Gasoza

    Muita gua: fase lquida e gasosa quase nica lubrifica gros e eles podem deslizar

    Pouca gua: fase gasosa considervel => atrito entre gros: dificuldade de manuseio

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    Tipos de gua no solo

    - gua de constituio - faz parte da estrutura molecular da partcula slida;

    - gua adsorvida - envolve e adere fortemente partcula slida;

    - gua livre - enche os vazios grandes entre os gros, sendo seu comportamento regido pelas leis da Hidrulica;

    - gua higroscpica - encontra-se na terra seca ao ar, correspondendo umidade de equilbrio com a atmosfera

    - gua capilar - fica nos interstcios capilares muito finos, atingindo uma altura alm da superfcie livre da gua.

    - As guas livre, higroscpica e capilar so as que podem ser totalmente evaporadas a temperaturas pouco superiores a 100 o C. So elas que sero consideradas daqui por diante

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    Umidade da terra

    Percentagem de gua contida na terra em relao ao peso da terra seca

    w = (P Pseca)/Pseca

    Mtodos: pesar certa quantidade de terra e sec-la completamente de alguma forma:

    -estufa

    -queima com lcool

    -micro-ondas

    -frigideira

    P = Peso da terra mida

    Pseca = Peso da terra seca (sem umidade)

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    Densidade seca importante no solo compactado

    P d = -------------

    (1+w).V

    P Peso da terra compactada com certa umidade w

    V Volume dessa terra compactada

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    Umidade tima

    Aquela que, para uma mesma energia de compactao, conduz maior densidade seca

    w tima

    Varia com o tipo de terra

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    LP LL w===========|===========|=========>

    slido plstico lquido

    As umidades que limitam os estados fsicos da terra so os Limites de Atteberg

    IP = LL- LP ndice de plasticidade

    Efeito da gua na consistncia da terra

    Com adio de gua, a terra passa do estado slido ao estado lquido

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    ensaios de limite de

    Liquidez

    Limite de plasticidade

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    Retrao

    Diminuio de volume com evaporao da gua

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    Terra: instvel em relao gua => estabilizar

    Estabilizar: modificar as propriedades do sistema terra- gua-ar para obter qualidades permanentes compatveis com uma aplicao particular:-resistncia mecnica-desempenho quanto ao da gua,

    incluindo estabilidade volumtrica- trabalhabilidade-ductilidade

    Estabilizao da terra

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    Processos de estabilizao

    ao mecnica capaz de densificar a terra a tal ponto que ficam bloqueados os poros e canais capilares (exige pesados e caros equipamentos)

    eliminar ao mximo a absoro e adsorso de gua por parte dos gros de solo por utilizao de produtos qumicos gua-repelentes (em geral so produtos caros)

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    - envolver os gros de terra por uma fina camada de imaterial impermeabilizante, capaz de fechar poros e canais capilares (emulses betuminosas)

    - formar ligaes qumicas estveis entre os cristais de argila (reaes pozolnicas: demoradas)

    criar um esqueleto slido inerte que se ope ao movimento dos gros (cimento portland)

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    criao de uma armadura multi-direcional capaz de reduzir os movimentos dos gros de solo entre si (fibras vegetais)

    Papel das fibras:- impedir a fissurao durante a secagem - acelerar a secagem, drenando a gua para o exterior - melhorar o comportamento do material aps fissurao, dando-lhe ductilidade e capacidade de absorver energia- melhorar resistncia trao e conter a propagao de fissuras.

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    Cimento: timo estabilizante facilmente disponvel

    Mecanismo de estabilizao do cimento portland na terra- reao com gua criando cristais estveis no tempo e

    resistentes prpria gua, que criam ligaes entre os gros de areia, formando um esqueleto slido mais resistente

    - reao da cal liberada durante a hidratao do cimento com a argila (menos importante)

    O tipo de argila presente no solo tem influncia no resultado da ao do cimento: caulinita e ilita, do bons resultados.

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    - Montmorilonita: ligao interfoliar fraca, fixa toda a cal disponvel e torna impossvel a formao dos produtos hidratados do cimento

    - Um solo com alto teor de montmorilonita pode ter sua resistncia praticamente sem aumento, ou mesmo decrescente com o tempo, quando tratada com cimento (necessrio grande quantidade de cimento para ser erficaz)

    - Presena de matria orgnica perturba as reaes do cimento. Taxas superiores a 1 % j so um risco para a estabilizao com esse material.

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    Estabilizao com cal (mais complexa)

    - carbonatao: Ca(OH)2 + CO2 => CaCO3 + H2O - fenmeno que comea to logo a cal est em contato com o ar. As ligaes resultantes so fracas pois a cristalizao geralmente incompleta.

    Na medida do possvel, deve-se evitar que ocorra esta reao, tentando-se impedir a entrada do gaz carbnico tanto na cal antes de ser usada quanto durante a cura dos tijolos estabilizados com cal.

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    - cristalizao: reao da cal com ons Si++ que se encontram no interior das lamelas de argila: reao muito lenta e cria ligaes muito slidas rearranjando o interior das lamelas atravs da criao de ligaes entre gros muito mais estveis e semelhante aos cristais formados pelo cimento

    . Quanto mais frgil a ligao interfoliar, maior a facilidade da penetrao da cal, o que explica o bom resultado da estabilizao da montmorilonita com esse material.

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    - floculao: hidrxido de clcio (Ca(OH)2) => modifica pH do solo, provoca floculao das argilas em razo das reaes de troca de ctions

    reao muito rpida (se d em alguns minutos) e um material muito argiloso tem modificados os limites de Atterbergtorna o material mais fcil de ser manuseado.

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    3. Adobes

    So tijolos feitos com terra no estado pltico, em formas de madeira, secos normalmente ao sol.

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    Adobes: conhecidos desde a antiguidade: Egito, Iraque, Iran, povos pr-colombianos

    (Hasan Fathy)Rainha egpcia fabricando adobes

    Construes milenares de adobes no Egito

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    VITRUVIUS Os primeiros ensinamentos

    Assim, pois, falarei primeiro dos adobes e direi de que terra mister faz-los. No devem ser amassados com terra que contenha pedregulhos ou gravilho; em primeiro lugar porque os elaborados com estes tipos de materiais ficam pesados; e depois porque, quando as paredes so aoitadas pela chuva degradam-se e desfazem-se e a palha da mistura no adere com a terra devido a sua aspereza []

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    Templo do Sol: construo pr-colombiana no Peru

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    Pirmide de adobes revestidos com argamassa base de cinzas vulcnica em El Salvador

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    Adobes a tecnologia mais simples e mais barata

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    Casas de adobe

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    creche com tijolos de adobe fabricados pelas mes das crianas

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    Nos Estados Unidos h produo industrial

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    A terra adequada

    Silte mais argila: 30% a 50% Areia: 50% a 70%

    Muita argila: maior retrao:

    possvel corrigir com areia

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    Limite de liquidez: desejvel entre 30 e 50 % podendo descer a 23 %

    mais de 50%, muita argila, muita retrao pode fissurar os adobes no processo de secagem

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    Mais de 2 cm de retrao indica solo inconveniente, se aparecerem fissuras, tambm. Pode-se corrigir com areia!

    Teste de retrao

    retrao

    fissura

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    Quantidade de gua adequada

    bola de 8 cm de diametro lanada ao solo

    muito mida boa muito seca

    Normalmente a umidade prxima do limite de liquidez, ligeiramente inferior a ele.

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    Mistura terra/gua

    mistura no mecanizada da terra com gua

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    Mistura mecanizada

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    Fabricao: frmas

    H de diversos tipos:

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    Frmas

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    FabricaoEspalhar fina camada de areia onde vo ser fabricados os adobes (para permitir que retraia sem quebrar)

    Molhar a forma

    Preench-la bem

    Retirar a frma com cuidado

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    Adobes quadradosAdobes retangulares

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    Argamassa - assentamento a) Tipo I (com base em terra estabilizada com

    cimento, cal, emulso betuminosa)

    b)Tipo II (terra sem estabilizante com ou sem fibras vegetais)

    Argamassas ricas em cimento so muito rgidas, no adequadas para alvenarias de adobe

    A cal ajuda na trabalhabilidade da argamassa

    Pequena percentagem de cimento ajuda a endurecimento mais rpido

    Ex. argamassa tipo I: 0,5 cim: 1 cal: 15 terra (em volume) vai depender do tipo de terra

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    Argamassa - revestimento

    Preferencialmente base de cal. Cimento pode entrar em pequena percentagem para

    apressar endurecimento Argamassa ideal, depende do tipo de terra No usar argamassa de areia e cimento

    Exemplo de argamassa de revestimento:0,5 cimento :1 cal : 10 de terra (em volume)

    Necessrio testar previamente para ver se h problema de fissurao. Se sim, aumentar o teor de cal ou utilizar um pouco de areia na mistura.

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    Controle da resistncia dos adobes

    -cortar tijolo ao meio e unir as duas metades com argamassa, igual a que ser usada

    - capear as superfcies (pasta de cimento ou outro sistema)

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    Controle de resistncia resistncia da argamassa

    Ensaiar 6 corpos de prova de cada lote de 1000 adobes Medir dimenses do c.p. paralelas aos pratos da mquina

    de ensaio (a ,b ) Resistncia: fi = Fmax/A

    Fmax carga mxima indicada pela mquina de ensaio A = a.b

    Colocar os resultados em ordem crescente: f1

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    Controle de resistncia resistncia da argamassa

    Corpos de prova cbicos com 10 cm de aresta Frma desmontvel que facilite retirada do corpo de prova Ensaiar 6 corpos de prova Medir dimenses do c.p. paralelas aos pratos da mquina

    de ensaio (a1 ,a2 ) Resistncia: fi = Fmax/A

    Fmax carga mxima indicada pela mquina de ensaio A = a1 .a2

    Colocar os resultados em ordem crescente: f1

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    Efeito de fibras no comportamento dos tijolos

    Aumenta notavelmente a ductilidade e a tenacidade!

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    Tabela 2 Resultado do ensaio de paredes de adobe de 260 m de altura e 14 cm de espessura

    Parede Carga 1fissura (kN/m)

    Carga Ruptura (kN/m)

    Tenso Mdia (MPa)

    Resist. do tijolo (MPa)

    1 79,1 96,2 0,69 2 66,7 133,7 0,95

    1,41

    3 100,0 118,8 0,85 4 100,0 129,5 0,92

    1,21

    com palha

    sem palha

    Exemplo ensaio em parede de adobe (UFPB)

    2.60

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    Exemplo do comportamento da parede (carga cclica)

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    Casa popular

    Sem laje: no necessrio clculo, desde que se usem blocos com resistncia mnima de 1 MPa, espessura mnima da parede de 15 cm e cinta de amarrao de concreto armado na base e no topo de todas elas

    Com laje: fazer verificaes aproximadas nos locais de maior carga (apoio de vergas de contra-vergas, de peas do telhado)

    Construes maiores: necessrio projeto=> assunto a ser desenvolvido

    pretende-se propor norma para construes de adobes

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    4. Tijolos prensados de terra crua

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    Tijolos prensados de terra crua

    Blocos obtidos por prensagem da terra em moldes metlicosatravs de equipamentos manuais ou hidrulicos

    Idia: anos 50

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    Prensas

    - manuais

    - mecnicas

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    prensa do antigo BNH: pouca presso de compactao

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    produo industrial em Portugal

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    Terra mais adequada

    Argila : 15 a 40 % (no montmorilonita) Silte : 15 a 50 % Areia: 50 a 75 % Pedregulho: 0 20 %

    muito bom: argila 20%, silte 15%, areia 65 %

    Limite de liquidez < 50%

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    Fatores que influem na qualidade dos blocos (relativos ao material)

    - Tipo e percentagem de argila- Quantidade de areia- Distribuio granulomtrica

    Estes parmetros so decisivos: mais adequados eles so, melhor a qualidade dos blocos, menor a taxa de estabilizante requerida.

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    Fatores que influem na qualidade dos blocos (relativos ao processo de fabricao)

    Percentagem de gua Presso de compactao Natureza e percentagem de estabilizante Cura

    Variando percentagem de gua, varia-se a resistncia. Variando o solo varia a umidade tima

    Maior presso de compactao, maior resistencia

    Cimento aumenta mais a resistencia que a cal. Maiores teores, maior resistncia

    Cura necessria quando se usa estabilizantes. Se no houver, superfcie fica sem resistncia abraso

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    Parmetro de controle

    Densidade seca dens = peso/volume

    w = umidadedens. seca = dens/(1+ w)

    Maior densidade seca => maior resistncia

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    Aumento da resistncia com a densidade seca

    Myriam Olivier

    ENTPE-Frana

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    Influncia da presso de compactao e taxa de estabilizante

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    Otimizaoestabelecer quantidade de gua e peso de material a

    por na prensa processo de tentativas

    Para um mesmo peso Pi, faz- se variar a umidade e calcula- se a densidade seca: obtm- se curvas como as da figura

    Mxima densidade seca indica peso e umidade ideais.

    A seguir, converte-se em volume.

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    Fases do processo de fabricao em comunidades

    Peneiramento

    Mistura com estabilizante

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    Prensagem Estocagem e cura com lona plstica

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    Controle da resistncia

    Diretamente nos tijolos

    resistncia trao

    F

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    resistncia compresso

    Proposta da Ecole Nationale de Travaux Publics de lEtat (Lyon, Frana)

    fc=Fmax/A

    Vantagem: elimina completamente influncia do atrito do prato da mquina da mquina de ensaio com a superfcie do corpo de prova

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    Na prtica: duas metades sobrepostas, unidas pela argamassa a ser usada

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    5. Consideraes finais

    Por conta dos aspectos ambientais, a construo com terra crua h de ter uso crescente no mundo atual

    O material terra crua e seus produtos podem ser to estudados como os materiais de construo convencionais como concreto, ao, cermicas, etc

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    Idia de construo popular com tijolos de terra crua

    No foi abordada aqui a questo de projeto

    Consideraes finais

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    Consideraes finais

    O bom uso da terra como material de construo passa pelo conhecimento de suas propriedades

    A elaborao de normas tcnicas sobre a construo com terra no pas fundamental para que os organismos financiadores possam aceit-la

    A durabilidade das construes com terra pode perfeitamente ser assegurada, atravs de um controle tecnolgico e um projeto que leve em conta as peculiaridades do material

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    Centro Comunitrio (Projeto Prof. Roberto Mattone Politecnico di Torino), Sap, PB -1996

    Exemplos de construes com tijolos prensados de terra crua

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    Centro comunitrio 10 anos depois

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    Aspecto interno do Centro Comunitrio em tijolos prensados de terra crua

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    Construo comunitria, Santa Rita, PB, 2005

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    Centro Acadmico na UFPB - 2006

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    Escritrio na UFPB

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    Casas populares de tijolos prensados de terra crua

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    prottipo para ensaio de impacto de corpo duro, impacto de corpo mole, cargas suspensas, batida de porta.

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    Prof. Normando Perazzo Barbosa - [email protected]

    Prof. Khosrow Ghavami - [email protected]

    TERRA CRUA PARA EDIFICAES1 Introduo Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Imenso o patrimonio arquitetnico em terra no planeta Terra Slide Number 8 Slide Number 13Slide Number 14Vantagens da terra crua como material de construoVantagens da terra crua como material de construo Baixo consumo energticoNo poluente: fcil reincorporao na naturezaSlide Number 20facilidade de gerar tecnologias apropriadas Tcnicas de construo com terraSlide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27 Slide Number 29 Constituio granulomtricaSlide Number 32Frao mais fina: silte e argila => ensaio de sedimentao Argilas: ligante natural-minsculas partculas de forma lamelar-compostas principalmente de alumino-silicatos hidratados formados durante o processo de lixiviao das partculas mais grossas dos minerais rochosos originais PRINCIPAIS TIPOS DE ARGILAArgilaGUA NA TERRATipos de gua no soloUmidade da terraDensidade secaimportante no solo compactadoUmidade tima Slide Number 43RetraoTerra: instvel em relao gua => estabilizarProcessos de estabilizaoSlide Number 47 Cimento: timo estabilizantefacilmente disponvel Estabilizao com cal(mais complexa)Slide Number 52 3. AdobesSlide Number 56Slide Number 57Slide Number 58AdobesSlide Number 60creche com tijolos de adobe fabricados pelas mes das crianasSlide Number 62A terra adequada Quantidade de gua adequadaMistura terra/guaSlide Number 68Fabricao: frmasFrmas Slide Number 72 Argamassa - revestimentoControle da resistncia dos adobesControle de resistncia resistncia da argamassaControle de resistncia resistncia da argamassaSlide Number 78Slide Number 79Exemplo do comportamento da parede (carga cclica)Casa popular4. Tijolos prensados de terra crua Tijolos prensados de terra crua Prensas - manuais Slide Number 85Slide Number 86Terra mais adequadaFatores que influem na qualidade dos blocos(relativos ao material)Fatores que influem na qualidade dos blocos (relativos ao processo de fabricao)Parmetro de controle Aumento da resistncia com a densidade seca Influncia da presso de compactao e taxa de estabilizanteOtimizaoFases do processo de fabricao em comunidadesSlide Number 95Controle da resistnciaresistncia compresso 5. Consideraes finaisIdia de construo popular com tijolos de terra cruaConsideraes finaisSlide Number 102Slide Number 103Slide Number 104Slide Number 105 Slide Number 107Slide Number 108Slide Number 109Slide Number 110