Chapter 3: Conducting fieldwork in South West Nigeria
3.1. Exploring the field
A terra, também designada por solo nesta dissertação, tem origem na decomposição de rochas. Com efeito, esta decomposição resulta da meteorização por agentes físicos, químicos e biológicos. De entre os agentes físicos destaca-se o clima. A variação de temperatura provoca expansão e contracção das rochas, conduzindo, assim, à sua fractura. A acção de gelo e degelo, ao longo das fracturas, conduz ao seu aumento. Por outro lado, o ataque da rocha com água que contenha ácidos orgânicos é um dos principais agentes de decomposição química. Deste modo, a rocha alterada em solo adquire maior porosidade, permitindo a penetração da água. Estão, portanto, criadas as condições para o desenvolvimento de organismo vegetais e animais que, por sua vez, fornecem matéria orgânica ao solo.
É fundamental referir que se podem distinguir dois tipos de solos: solos de alteração e solos sedimentares. Os solos de alteração são aqueles cuja formação foi referida anteriormente, sendo que, nestes casos, a meteorização das rochas ocorre no mesmo local onde se formaram. Por seu lado, os solos sedimentares resultam da degradação (física e/ou química) da rocha mãe, seguida de transporte das partículas (pelo vento, pelos rios, pela água de escorrência superficial) até aos locais onde são
depositados, por perda de energia do meio de transporte. Estes solos são formados por três processos: meteorização/erosão, seguidamente, por transporte e, por último, por deposição.
Independentemente do tipo de formação, o solo é sempre caracterizado como um conjunto de partículas de origem mineral e orgânica. Os vazios entre as partículas contêm água e/ou ar (LNEC,1962). A matéria orgânica, como anteriormente explicado, tem origem em organismos vegetais ou animais vivos ou em decomposição. A matéria mineral é proveniente do intemperismo da rocha de origem. Os principais constituintes minerais são:
Cascalhos e areias – provenientes da desintegração física e mecânica;
Siltes e argilas - a decomposição química conduz à formação de argila como último produto.
Quando se usam solos para construção, é necessário fazer uma selecção prévia. Naturalmente, é essencial excluir a fase orgânica dos solos, que existe principalmente nas camadas superiores. Os solos ricos em matéria orgânica absorvem muita água e são altamente compressíveis (Hall e Djerbit, 2004). Com efeito, os solos usados em construções com terra consistem somente na sua fase mineral (Pacheco-Torgal e Jalali, 2012).
De entre as diversas fracções granulométricas que compõem um solo, a mais fina é a fracção argilosa. Do ponto de vista da engenharia de solos, é definida como sendo a fracção constituída por partículas inferiores a 2 µm. Os principais grupos de minerais de argila são:
Esmectite, tendo como mineral mais representativo a montmorilonite de fórmula química genérica (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O;
Mica, tendo como mineral mais representativo a ilite, que apresenta como composição química (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)] ;
Caulinite, cuja fórmula química pode ter a expressão seguinte: Al2Si2O5(OH)4.2H2O.
Com efeito, os minerais argilosos são principalmente constituídos por silicatos, ou seja, constituídos por átomos de silício (Si) e oxigénio (O). Estes silicatos são hidratados e são principalmente de alumínio (Al), ferro (Fe), magnésio (Mg), potássio (K) e cálcio (Ca) (Gomes,1986).
Um dos parâmetros importantes a atender no que ao comportamento das argilas diz respeito é a sua superfície específica. Este parâmetro, em conjunto com a granulometria, permite distinguir as argilas de outras partículas do solo. Se no caso da areia e do silte a relação da área superficial das partículas com o seu volume ou massa é muito pequena, na fracção de argila o mesmo não se verifica. Com efeito, as partículas de argila possuem uma grande superfície específica. A superfície específica da montmorilonite situa-se entre os 700-800 m2/g, seguindo-se a ilite com valores na ordem dos 70- 140 m2/g, por fim, os minerais do grupo da caulinite apresentam valores de superfície específica menores, entre 10-30 m2/g (Almeida,1991; Gillot, 1987).
Na terra, o papel dos agregados é desempenhado pela areia, silte e gravilha, que têm como funcionalidade dar volume e massa e devem, tanto quanto possível, apresentar uma granulometria
2. Estado do conhecimento
diversificada. A argila apresenta-se como ligante natural da terra, como acontece nas argamassas de cal aérea, por exemplo. A argila permite o endurecimento das argamassas e, naturalmente, a coesão dos agregados (Minke, 2006).
Existem dois tipos de unidades cristalográficas: unidade tetraédrica e unidade octaédrica (figura 2.1 e 2.2). As várias unidades associadas dão origem a folhas; por sua vez, ao agrupamento destas folhas dá-se o nome de camadas estruturais.
A unidade tetraédrica é formada por um átomo de silício (Si4+), que ocupa a posição central e quatro átomos de oxigénio (O2-), que estão posicionados nos quatro vértices. A unidade octaédrica é constituída por um átomo de alumínio (Al3+) ou de magnésio (Mg2+) equidistante de seis átomos de oxigénio (O2-) ou hidróxilos (OH-). As camadas estruturais da caulinite são do tipo 1:1 (Tec-Oc). As camadas estruturais da ilite e da montmorilonite são do tipo 2:1 (Tec- Oc-Tec). Neste grupo, existem, assim, minerais com e sem características expansivas. O grupo dos minerais de argila com três camadas é o grupo da montmorilonite, enquanto o grupo mais importante para as não expansivas é a ilite. A distância foliar de minerais de argila com três folhas é maior ou igual a 9.2 Å, enquanto para minerais de duas folhas a distância é 7.2 Å (Gomes,1986). A expansividade e contracção de terra com minerais de argila com três camadas deve ser compensada com a adição de aditivos minerais e orgânicos.
Figura 2.1 – a) Modelo cristalográfico de uma folha tetraédrica; b) Modelo esquemático de uma folha tetraédrica (adaptada de Murray,2006)
a)
Figura 2.2 – a) Modelo cristalográfico de uma folha octaédrica; b) Modelo esquemático de uma folha octaédrica (adaptada de Murray, 2006.
Figura 2.2 – a) e b) Modelos esquemáticos de minerais argilas de tripla folha (Tec-Oc-Tec) e respectiva distância foliar , ex: a) montmorilonite e ex: b) elite; c) Modelo esquemático de minerais argilas de dupla folha
(Tec-Oc) e respectiva distância foliar ,ex: c) caulinite).
A reactividade intercristalina é menor em minerais de argila com duas camadas, quando comparada com a de minerais de argila com três camadas. Este facto significa que a capacidade de ligante é maior em minerais de argilas com três camadas.
Segundo Röhlen e Ziegert (2011), a força de ligação entre os minerais de argila deve-se às diferentes cargas localizadas na superfície das folhas. Contrariamente ao que acontece nos ligantes tradicionais usados na construção, onde o endurecimento é obtido através da cura (por carbonatação ou hidratação), o efeito coesivo das partículas de argila deriva da atracção física das partículas.
Como já foi anteriormente mencionado, as argilas apresentam uma elevada superfície específica, quando comparadas com outros materiais. Este facto justifica a sua capacidade e aptidão para anexar outras substâncias. Para além dos factos mencionados, a água afecta directamente as propriedades da argila como ligante. Com efeito, quanto maior for o número de moléculas presas na estrutura porosa dos minerais de argila, menor será a força de ligação; no entanto, quando as moléculas de água são libertadas a força de ligação torna-se novamente forte. Todavia, com níveis
a)
b)
a)
≈14 ≈9 Å ≈7Å
2. Estado do conhecimento
altos de humidade relativa, os minerais de terra não estão em perigo de atingir um estado de maleabilidade que lhes permitisse serem reformulados. Para que tal aconteça, são necessárias grandes quantidades de água, não sendo suficiente vapor de água (Röhlen e Ziegert, 2011). As argamassas de terra, constituídas por minerais argilosos com três camadas, vão apresentar uma elevada capacidade de absorção, quando comparadas com argamassas constituídas por minerais argilosos de duas camadas. As argilas não expansivas vão conduzir também a argamassas de terra com retracção reduzida (Röhlen e Zieget, 2011).