Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho tratado Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil Elisabete Cristina Cruz Silva Orientadores Jorge Tiago Queirós da Silva Pinto Jorge de Jesus Pereira Faustino Composição do Júri: ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ Vila Real, 2013 Dissertação submetida à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, realizada sob orientação científica do Professor Doutor Jorge Tiago Queirós da Silva Pinto, Professor Auxiliar, e do Professor Jorge de Jesus Pereira Faustino, Professor Convidado, ambos do Departamento de Engenharias, da Escola de Ciências e Tecnologia da Universidade de Trás- os-Montes e Alto Douro, de acordo com o disposto no Decreto-Lei 107/2008, de 25 de Junho. AGRADECIMENTOS À Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro por me ter permitido realizar esta Dissertação de Mestrado. Ao meu orientador, Professor Doutor Jorge Tiago Queirós da Silva Pinto pelo acompanhamento, disponibilidade, orientação, incentivo, transmissão de conhecimentos, pelo espirito critico, pela frontalidade e pelo rigor, na realização deste trabalho de investigação. Ao meu coorientador, Professor Jorge de Jesus Pereira Faustino, pelas sugestões e acompanhamento prestados, pela transmissão de conhecimentos, pelo espirito critico, pela frontalidade e principalmente por ter proporcionado todos os meios necessários à realização do ensaio da determinação do potencial acústico dos blocos. À Professora Doutora Sandra Cristina Alves Pereira da Silva Cunha, diretora do Departamento de Engenharia Civil e ao Professor Doutor Nuno Miguel Cordeiro Cristelo, responsável pelo Laboratório de Materiais e Solos da UTAD, pela autorização da utilização destas instalações. Aos colegas Edgar Soares, Mónica Dias e Ernesto Lucas, ao Sr. Xavier e ao Pedro pela ajuda, pelos concelhos, sugestões e transmissão de conhecimentos na realização do trabalho experimental desenvolvido em laboratório. Ao colega Hugo Silva pela ajuda prestada ao longo de todo o trabalho, pelo incentivo, pelas sugestões e transmissão de conhecimentos. Ao Departamento de Ciências Florestais por me ceder as instalações e o equipamento apropriado para a granulação dos caroços e ao Sr. Armindo Teixeira pela ajuda e o apoio prestado. À Unidade de Microscopia Eletrónica, em particular, à Senhora Doutora Lisete Fernandes, pelo tempo dispensado na realização de ensaios. Ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro, em particular ao Professor Humberto Varum, ao Doutor Paulo Antunes e ao Bruno Lobo pela ajuda prestada ao longo do ensaio de monitorização da secagem natural dos betões leves. À empresa Betão do Marão por ter disponibilizado todos os meios necessários para o fabrico dos blocos. A todas as pessoas que me cederam os caroços, sem elas não seria possível realizar este trabalho de investigação. i A toda a minha família, em especial às minhas tias, à minha mãe e à minha avó, por todo o carinho, pelos valores transmitidos, pelo apoio e confiança prestados ao longo de toda a minha vida pessoal e académica, sem eles nada disto seria possível. Quero agradecer também pela ajuda que me deram durante o processo de recolha dos caroços e pela paciência que tiveram comigo, principalmente nos últimos meses. Ao meu namorado pelo apoio, pela ajuda e pelo incentivo prestados nos momentos mais críticos e pelo companheirismo nos bons e nos maus momentos da minha vida. Nunca esquecerei o que fizeram por mim! A todos, o meu sincero agradecimento! Bem hajam! ii RESUMO O caroço da espiga de milho não é geralmente aproveitado. Estudos recentes sugerem que o caroço da espiga de milho pode ter propriedades materiais análogas às da argila expandida, nomeadamente microestrutura e leveza. A argila é um produto natural, esta passa a ser um material artificial porque resulta de um processo de cozedura. O consumo energético inerente ao processo de fabrico da argila expandida é um indicador que desfavorece o cariz de sustentabilidade deste material de construção. Paralelamente, sendo o caroço da espiga de milho um resíduo agrícola é normalmente necessário proceder à sua queima e, que por sua vez, produz emissões de CO para a atmosfera. Em prol do ambiente, pretendeu-se fazer um estudo que visa 2 a aplicação do caroço de espiga de milho como matéria-prima na produção de blocos de betão leve, substituindo assim a argila expandida. No entanto, o granulado de caroço de espiga de milho apresenta algumas desvantagens, tais como uma elevada capacidade de absorção de água e uma baixa massa volúmica quando comparado com a argila expandida. Com esta Dissertação de Mestrado pretendeu-se encontrar soluções que atenuassem estas limitações, envolvendo o granulado (caroço de espiga de milho triturado) em produtos (calda de cimento, resinas, etc) e usando técnicas diferentes. Estudaram-se diferentes composições para o fabrico de provetes cúbicos de betão leve à base de granulado tratado e à base de argila expandida (provetes de referência) e estudaram-se algumas características físicas e mecânicas dos mesmos, não tendo havido diferenças substanciais nos resultados. Após se atingir um conhecimento técnico adequado passou-se para o fabrico de blocos de betão leve à base de granulado tratado. De igual modo, estudaram-se algumas características físicas e mecânicas, verificando-se que os resultados não divergem muito dos obtidos para os blocos de betão leve à base de argila expandida (blocos de referência). Também se procedeu a uma avaliação do potencial de isolamento sonoro a sons aéreos dos blocos de betão leve à base de granulado tratado e estabeleceu-se uma comparação com os blocos de betão leve à base de argila expandida, concluindo-se que os blocos de betão leve à base de granulado tratado apresentam um potencial de isolamento sonoro superior ao dos blocos de referência. Por fim, também se realizou um estudo da viabilidade económica dos blocos de betão leve à base de granulado de caroço de espiga de milho propostos, em que se verificou que em termos de custos estes blocos podem ser mais dispendiosos do que os blocos correntes, mas que em termos de preço de venda, podem ser competitivos. Palavras-chave: caroço da espiga de milho, agregado leve, argila expandida, betão leve, blocos de betão, sustentabilidade. iii ABSTRACT Corn cob is mainly treated as an agricultural waste. Recent studies have suggested that this organic material may have some similar material properties of expanded clay, in particular, in terms of microstructure and mass. Clay is a natural material. In contrast, expanded clay is an industrialized product which requires energy consumption. Meanwhile, since corn cob is an agricultural waste it requires to be burnt and, therefore, there is an implicit amount of emission of CO into the atmosphere. In order to contribute for a better environment, this research study 2 intends to explore the potential of corn cob as an alternative solution of a light weight aggregate for the production of light weight block of concrete. Taking into account that granulate of corn cob has some material limitations such as an expressive water absorption and a low density, this research work also intends to propose an adequate treatment process of this material. Different light weight concretes were studied which had alternative light weight aggregates (i.e. granulate of corn cob and expanded clay) and alternative compositions. Meanwhile, different light weight concrete blocks were also studied. It was concluded that there are interesting material similarities between these building materials when it is considered granulate of corn cob and expanded clay as light weight aggregates. The material property study also included the sound insulation capacity evaluation of real treated granulate corn cob concrete block masonries. It was verified that this building component has a sound insulation ability similar to the common type building solutions. A manufacturing cost assessment of the proposed light weight concrete blocks was also done and the obtained results indicate that this product may be slightly costly. However, interesting market expectative may still exist concerning this product. Keywords: corn cob, light weight aggregate, expanded clay, light weight concrete, light weight concrete blocks, sustainability. v