Escavações arqueológicas no Mosteiro de S. Martinho de Tibães: campanha de 1996: claustro do refeitório e Jardim de São Bento: relatório científico

Dando sequência ao projeto de estudo histórico-arqueológico implementado em 1992 (ver relatórios e memorandos anteriores), realizou-se em 1996 mais uma campanha de escavações arqueológicas. Integralmente financiados pelo Instituto Português do Património Arquitetónico e Arqueológico (IPPAR) e executados pela Unidade de Arqueologia da Universidade do Minho, os trabalhos arqueológicos foram realizados pela seguinte equipa: Luis F. de Oliveira Fontes, arqueólogo; Eurico Nuno Malheiro Machado, téc. Aux.; Arlindo da Rocha Pinheiro, Arnaldo Gomes, José da Costa Pinheiro, Francisco Alves Gomes, José Carlos Dias, José Emílio Correia Coelho, Maria Manuela Gonçalves Ferreira e Miguel Fernando Dias Veiga; Ana Maria P. Fernandes Fontes, José Alfredo Lopes Barbosa e Knor Rocha, desenhadores. Fernando Castro, Isabel Fernandes e Ana Bettencourt prestaram colaboração científica nas áreas da Cerâmica Moderna e Pré-história Recente, respetivamente.

Influence of type of binder and sand on the characteristics of masonry mortars

This study deals with the characterization of masonry mortars produced with different binders and sands. Several properties of the mortars were determined, like consistence, compressive and flexural strengths, shrinkage and fracture energy. By varying the type of binder (Portland cement, hydrated lime and hydraulic lime) and the type of sand (natural or artificial), it was possible to draw some conclusions about the influence of the composition on mortars properties. The results showed that the use of Portland cement makes the achievement of high strength classes easier. This was due to the slower hardening of lime compared with cement. The results of fracture energy tests showed much higher values for artificial sand mortars when compared with natural sand ones. This is due to the higher roughness of artificial sand particles which provided better adhesion between sand and binder.

Estudo e caracterização de espécies portuguesas de madeira termicamente modificada.

A modificação térmica tem-se revelado um método eficaz na melhoria da durabilidade de elementos de madeira. Até ao momento, as aplicações da madeira termicamente modificada (MTM) têm sido limitadas a revestimentos já que o tratamento térmico de tratamento conduz a uma redução significativa das resistências mecânicas da madeira. Contudo, este tratamento térmico poderá valorizar e potenciar a utilização de espécies de madeira menos utilizadas na construção, como são o Eucalipto e o Pinho bravo nacional. Com o objetivo de avaliar o efeito do tratamento térmico nas espécies referidas e, complementarmente, na madeira de Faia e Freixo, realizou-se uma campanha experimental composta por ensaios de caracterização mecânica (compressão paralela às fibras e flexão) e de estabilidade dimensional (retração, inchamento e teor de água de equilíbrio (TAE)). Para efeitos de comparação, todos os ensaios envolveram séries de provetes de cada espécie de madeira natural e MTM. Os resultados obtidos são coerentes com a bibliografia disponível, o aumento da estabilidade dimensional, assim como a diminuição do TAE e das propriedades mecânicas de flexão foram verificadas, permitindo, assim, avaliar a influência da modificação térmica nas propriedades de espécies de madeira presentes em Portugal.

HLT Hilotec: self-building manual for sustainable housing

The future of the construction industry will require changes at many levels. One is the ability of companies to adapt to new challenges, converting needs to opportunities and simultaneously contributing to the solving of social and environmental problems. In the coming decades we will see a change in attitude in the industry, with a strong tendency to adopt natural and recycled materials, as well as bet on green technology and social innovation oriented to emerging countries. On the other hand, emerging countries have a high demand for housing construction on a large scale, but the current techniques in the developed countries for building requires a large amount of natural resources and skilled labor. This contextualization brings sustainability problems for the construction sector in emerging countries, often with scarce natural resources and with the construction sector underdeveloped. Through a cooperative action between the construction company Mota-Engil Engineering and the University of Minho in Portugal, a construction technology was developed based on the use of Compressed Earth Blocks as part of a social concept for innovative small houses, favoring the adoption of local and natural materials and with the main premise of being dedicated to self-construction. The HiLoTec project - Development of a Sustainable Self-Construction System for Developing Countries was based on this idea. One of the several results of this project is this construction manual. To Mota-Engil the project was a platform for incubation of knowledge about earth construction and to obtain a constructive solution validated technically and scientifically, suitable to be implemented in the markets where it operates. For the University of Minho the project was an opportunity to strengthen skills in research, laboratory and scientific development, through the development of engineering studies, architecture and sustainability, as well as supporting the doctoral scholarships and dissemination of scientific publications. May the knowledge of this project be of benefit, in the future, for the welfare of those who build a HiLoTec house.

Durabilidade do betão auto-compactável reforçado com fibras de aço

A durabilidade é um dos aspetos mais importantes que o betão deve garantir, devido à sua fundamental incidência na vida útil das estruturas. Devido ao número crescente de estruturas degradadas prematuramente, a durabilidade das estruturas de betão tem sido uma preocupação constante no meio técnico da construção. As estruturas de betão reforçado com fibras de aço (BRFA) estão sujeitas à penetração de cloretos e à ação da carbonatação que causam a corrosão das fibras de aço, o que pode influenciar negativamente o desempenho estrutural e a durabilidade do betão. A investigação da durabilidade do betão auto-compactável reforçado com fibras de aço (BACRFA) é ainda escassa, nomeadamente, os aspetos relacionados com a resistência à corrosão das fibras, suscitando a dúvida se a corrosão das fibras pode, ou não, provocar o destacamento do betão envolvente. Neste contexto, foi realizado um trabalho experimental com provetes de BACRFA e provetes de betão auto-compactável (BAC) sem fibras com o objetivo de avaliar os efeitos da corrosão das fibras de aço na durabilidade do BACRFA. Os resultados obtidos para os diferentes betões em estudo são apresentados e analisados.

Comparative environmental life-cycle analysis of concretes using biomass and coal fly ashes as partial cement replacement material

Nowadays, the concrete production sector is challenged by attempts to minimize the usage of raw materials and energy consumption, as well as by environmental concerns. Therefore, it is necessary to choose better options, e.g. new technologies or materials with improved life-cycle performance. One solution for using resources in an efficient manner is to close the materials' loop through the recycling of materials that result either from the end-of-life of products or from being the by-product of an industrial process. It is well known that the production of Portland cement, one of the materials most used in the construction sector, has a significant contribution to the environmental impacts, mainly related with carbon dioxide emission. Therefore, the study and utilization of by-products or wastes usable as cement replacement in concrete can supply more sustainable options, provided that these type of concrete produced has same durability and equivalent quality properties as standard concrete. This work studied the environmental benefits of incorporating different percentages of two types of fly ashes that can be used in concrete as cement replacement. These ashes are waste products of power and heat production sectors using coal or biomass as fuels. The results showed that both ashes provide a benefit for the concrete production both in terms of environmental impact minimization and a better environmental performance through an increase in cement replacement. It is possible to verify that the incorporation of fly ashes is a sustainable option for cement substitution and a possible path to improve the environmental performance of the concrete industry.

Durability indicators comparison for SCC and CC in tropical coastal environments

Self-compacting concrete (SCC) demands more studies of durability at higher temperatures when subjected to more aggressive environments in comparison to the conventional vibrated concrete (CC). This work aims at presenting results of durability indicators of SCC and CC, having the same water/binder relations and constituents. The applied methodologies were electrical resistivity, diffusion of chloride ions and accelerated carbonation experiments, among others, such as microstructure study, scanning electron microscope and microtomography experiments. The tests were performed in a research laboratory and at a construction site of the Pernambuco Arena. The obtained results shows that the SCC presents an average electrical resistivity 11.4% higher than CC; the average chloride ions diffusion was 63.3% of the CC; the average accelerated carbonation penetration was 45.8% of the CC; and the average open porosity was 55.6% of the CC. As the results demonstrated, the SCC can be more durable than CC, which contributes to elucidate the aspects related to its durability and consequent prolonged life cycle.

Evaluation of the performance of recycled textile fibres in the mechanical behaviour of a gypsum and cork composite material

Given the need for using more sustainable constructive solutions, an innovative composite material based on a combination of distinct industrial by-products is proposed aiming to reduce waste and energy consumption in the production of construction materials. The raw materials are thermal activated flue-gas desulphurization (FGD) gypsum, which acts as a binder, granulated cork as the aggregate and recycled textile fibres from used tyres intended to reinforce the material. This paper presents the results of the design of the composite mortar mixes, the characterization of the key physical properties (density, porosity and ultrasonic pulse velocity) and the mechanical validation based on uniaxial compressive tests and fracture energy tests. In the experimental campaign, the influence of the percentage of the raw materials in terms of gypsum mass, on the mechanical properties of the composite material was assessed. It was observed that the percentage of granulated cork decreases the compressive strength of the composite material but contributes to the increase in the compressive fracture energy. Besides, the recycled textile fibres play an important role in the mode I fracture process and in the fracture energy of the composite material, resulting in a considerable increase in the mode I fracture energy.

Ancient materials and techniques to improve the earthen building durability

A substantial part of the world building heritage has been performed by earthen building. The durability of this existing heritage and mainly of the new buildings built with earth is particularly conditioned by the erosion caused by water action, especially in countries with high levels of rainfall. This research aims to contribute to the increase of knowledge about the ancient building techniques that provide enhanced durability. It is possible to analyse the ancestral practices used to protect the earth material from the water action in order to understand how the old earthen buildings were preserved over the centuries, resisting to harsh weather conditions. Among these techniques are: the incorporation of biopolymers (such as oils or fats from animal or vegetable origin); the addition of some minerals; and the earth stabilization with lime. However, this knowledge seems to be forgotten, probably due to the prejudice related to earthen constructions, which several times are associated with a poor building. This research also focuses on the study of new methods of earth stabilization with lime and biopolymers, adapting the ancient knowledge to improve the durability related to the water action. Therefore, alternative solutions can be obtained to improve the performance of earthen buildings, mainly the resistance of the material in the presence of water, reducing its permeability to water. In addition, with the proposed solutions it is possible to obtain good levels of water vapour permeability, one of the major advantages of the construction with earth.

Carbonation front progress in mortars containing fly ash considering the presence of chloride ions

The incorporation of fly ash (FA) in cementitious matrices have been frequently used in order to make the matrix more resistant to the action of chlorides. On the other hand, it is known that Ca (OH)2 existing in the matrix is partially consumed by the pozzolanic reactions, which facilitates the advancement of carbonation. Given that the combined action between carbonation and chloride penetration is a fact little known, we speculate about the behaviour of the matrix in this context. This study investigates the influence of the presence of chlorides on the carbonation in mortars with FA. Samples with 0% and 40% replacement of cement CEM I 42.5 R for FA were molded with water/binder 0.56 and 0.52 respectively. After 90 days of curing the specimens were subjected to cycles of immersion/drying for 56 days. Half of the samples was subjected to the following cycle: two days in a solution containing NaCl (concentration equal to 3.5 %); 12 days in the carbonation chamber (4% of CO2). The other half was: two days in water; 12 days in the carbonation chamber. Then, the development of carbonation was evaluated. The results indicate that the presence of chlorides influences the carbonation. The specimens submitted to the exclusive action of CO2 showed a greater depth of carbonation compared to that presented by the specimens subjected to combined action. This may be related to changes in properties of the matrix which may lead to further refinement of the pores and related to the presence of the salt that can lead to partial filling of the pores and the increase in moisture content.

Eco-efficient self-compacting concrete with reduced Portland cement content and high volume of fly ash and metakaolin

The eco-efficient, self-compacting concrete (SCC) production, containing low levels of cement in its formulation, shall contribute for the constructions' sustainability due to the decrease in Portland cement use, to the use of industrial residue, for beyond the minimization of the energy needed for its placement and compaction. In this context, the present paper intends to assess the viability of SCC production with low cement levels by determining the fresh and hardened properties of concrete containing high levels of fly ash (FA) and also metakaolin (MK). Hence, 6 different concrete formulations were produced and tested: two reference concretes made with 300 and 500 kg/m3 of cement; the others were produced in order to evaluate the effects of high replacement levels of cement. Cement replacement by FA of 60% and by 50% of FA plus 20% of MK were tested and the addition of hydrated lime in these two types of concrete were also studied. To evaluate the self-compacting ability slump flow test, T500, J-ring, V-funnel and L-box were performed. In the hardened state the compressive strength at 3, 7, 14, 21, 28 and 90 days of age was determined. The results showed that it is possible to produce low cement content SCC by replacing high levels of cement by mineral additions, meeting the rheological requirements for self-compacting, with moderate resistances from 25 to 30 MPa after 28 days.

Avaliação da durabilidade de concretos autoadensáveis com reduzido teor de cimento e elevados teores de adições minerais

A indústria de concreto é uma grande consumidora de recursos naturais, seja para a produção de agregados, ou para a produção de cimento Portland, onde grandes quantidades de calcário são extraídas. Além disso, a indústria do cimento tem uma grande contribuição na emissão de gases responsáveis pelo efeito estufa, portanto iniciativas que busquem reduzir o consumo de cimento nos concretos são importantes para a sustentabilidade das construções. Este trabalho avalia parâmetros de durabilidade de concretos autoadensáveis (CAA) com baixo consumo de cimento e elevados teores de cinza volante e metacaulim, com e sem a adição de cal, em comparação a dois concretos sem adições. Foram avaliados CAA com consumos de cimento entre 150 e 200 kg por m3 de concreto. Os ensaios realizados foram de resistividade, difusão de íons cloreto (LNEC E-463/2004), carbonatação acelerada e absorção por capilaridade. Os resultados demonstram a aptidão em produzir CAA com misturas terciárias e quaternárias com baixo consumo e que atendam as resistências correntes aos 28 dias (30 a 40 MPa), proporcionando ainda ganhos acentuados na durabilidade e elevadas resistências aos 90 dias.

Influência da corrosão no comportamento ao arrancamento de fibras de aço no betão auto-compactável

Quando adicionadas ao betão, a possibilidade de corrosão das fibras de aço , devido à penetração de cloretos e ação da carbonatação, é um parâmetro de durabilidade no betão auto-compactável reforçado com fibras de aço (BACRFA) que requer especial atenção. No BACRFA fendilhado, a corrosão tende a ocorrer nas fibras de aço que atravessam as fissuras, o que pode afetar o seu comportamento à flexão. Deste modo, o estudo do comportamento interfacial fibra/matriz é importante para a compreensão dos efeitos da corrosão das fibras de aço no comportamento mecânico e na durabilidade das estruturas de BACRFA. Com o intuito de avaliar estes efeitos, no presente trabalho desenvolveu-se um ensaio experimental de arrancamento de fibras de aço em BAC fendilhado, sujeitas previamente à ação da corrosão por exposição a um ambiente agressivo de cloretos, sendo a corrosão avaliada por intermédio de técnicas eletroquímicas. Os ensaios eletroquímicos realizados revelaram que a probabilidade de corrosão das fibras de aço num ambiente com cloretos é superior a 90%. No mesmo ambiente, a susceptibilidade para a corros ão das fibras de aço que atravessam uma pseudo-fissura, aumenta com a abertura de fissura provocando um aumento da resistência ao arranque da fibra em BAC fissurado

O efeito da adição de 40% de cinzas volantes sobre o ingresso de cloretos no betão face à ação combinada entre a carbonatação e os iões cloreto

Além de imprimir um caráter sustentável ao betão, as cinzas volantes (CV) têm sido bastante utilizadas para tornar a matriz cimentícia mais resistente à penetração de Cl-uma vez que tornam a estrutura porosa mais densa e ajudam a fixar Cl-. Por outro lado, sabe-se que o Ca(OH)2 existente na matriz é parcialmente consumido pelas reações pozolânicas, facilitando o avanço da carbonatação e, consequentemente, aumentando a quantidade de Cl-livres. Considerando a ação conjunta destes agentes, especula-se sobre o papel das CV na penetração de Cl-. Foram moldados provetes com 0% e 40% de CV. Após 90 dias de cura os provetes foram submetidos a 12 ciclos de imersão em solução com NaCl e secagem em câmara de carbonatação , num total de 168 dias. Observou-se que os provetes contendo CV, e submetidos à ação combinada, apresentaram perfis de Cl-com teores superiores quando comparados à ação exclusiva dos Cl.

Efeito do tempo e temperatura de cura em concretos autoadensáveis com reduzido teor de cimento

Os concretos com reduzidos teores de cimento têm sido foco de crescentes estudos em virtude do seu potencial quanto a sustentabilidade das construções. Mais recentemente o estudo ascendeu aos concretos autoadensáveis com reduzidos teores de cimento. Entretanto, há uma preocupação quanto ao ganho de resistência nas primeiras idades desses concretos devido ao baixo teor de cimento e o elevado teor de adições minerais que conhecidamente proporcionam melhorias nas resistências a longas idades, notadamente acima de 90 dias. O presente trabalho tem o objetivo de avaliar o ganho de resistência e a hidratação de concretos autoadensáveis com reduzidos teores de cimento e elevados teores de cinza volante e metacaulim, com e sem adição de hidróxido de cálcio. Para tanto, os concretos foram submetidos a cura por imersão em água a temperatura de 20±2ºC durante 3, 7, 14, 21, 28, 91 e 360 dias e também cura em água aquecida a 40ºC por 3 dias acrescidos de mais 3 dias a 60ºC e um dia de resfriamento dentro do banho térmico até a temperatura ambiente. Foram realizados ensaios de slump flow, L-box, V-test e J-ring para caracterização do CAA no estado fresco. No estado endurecido foram realizados ensaios de resistência à compressão a idades de 3, 7, 14, 28, 90 e 360 dias, absorção por capilaridade, difração de raios X e MEV. Os resultados demonstram a aptidão em desenvolver CAA com reduzidos teores de cimento devido a excelente capacidade das cinzas volantes e metacaulim em trabalharem como agentes viscosificadores dos concretos autoadensáveis. Verifica-se que é possível produzir CAA com consumos de cimento entre 150 e 200 kg/m3 que atinjam resistências aos 28 dias entre 25 e 40 MPa e entre 45 e 70 MPa, para cura úmida e térmica respectivamente. A partir do ensaios de MEV e DRX é possível inferir que o ganho de resistência obtido pelos CAA com cura térmica é devido a aceleração das reações pozolânicas e da estrutura interna mais densa dos concretos submetidos a cura térmica.