Concepção de um saferoom anti-tornado em betão geopolimérico

Abstract

Numa altura em que as preocupações ambientais se encontram na ordem do dia, os investigadores, um pouco por todo o mundo, procuram formas de substituir o Cimento Portland na fabricação de betões, por materiais mais “amigos” do ambiente, envolvendo a diminuição de emissões gasosas prejudiciais ou incorporando subprodutos de outras indústrias. Por outro lado estão actualmente a ser recuperados e desenvolvidos conhecimentos há muito perdidos pelo Homem, nomeadamente aqueles que se prendem com a fabricação de betões e argamassas altamente duráveis, que apesar de aplicados há milhares de anos, ainda hoje perduram em construções grandiosas como o Coliseu de Roma ou as Pirâmides do Egipto. Ligantes dessa natureza foram designados por “geopolímeros” na década de 70 do século passado. Esta dissertação diz respeito a um estudo de investigação sobre a possibilidade de aplicação de um betão geopolimérico (usando metacaulino como precursor) numa situação concreta, onde as suas características de elevada resistência mecânica e ao fogo poderão representar vantagens relativamente aos betões de Cimento Portland que são usados actualmente. Essa aplicação é a de um abrigo antitornado de uso recente mas já vulgarizado nos Estados Unidos da América, designado por saferoom. Anualmente, vários estados norte-americanos são atingidos por tornados que provocam elevados prejuízos materiais e por vezes perda de vidas humanas. Devido à baixa probabilidade de um tornado atingir um determinado ponto, a estratégia daquele país para enfrentar este perigo passa pela utilização de abrigos propositadamente construídos para aquele fim, entre os quais existe o saferoom ou divisão segura, que pretende ser mais um compartimento da habitação, mas construído em betão armado e dimensionado para conferir aos seus ocupantes um nível muito elevado de segurança. Um saferoom deverá estar preparado para suportar ventos de elevada velocidade, impacto de “mísseis” transportados pela violenta circulação de ar, fogo e explosões, sem colocar em perigo a vida dos seus ocupantes. Nesse sentido, sujeitou-se uma argamassa geopolimérica a uma série de ensaios que pretendem avaliar a aplicabilidade do material para o fim previsto, mantendo sempre como comparação argamassas de Cimento Portland Normal (CPN). Verificou-se que é possível fabricar um betão geopolimérico que se adequa à utilização como material estrutural num saferoom, tendo o seu desempenho sido superior ao betão de CPN em quase todas as características avaliadas. No final procedeu-se ao dimensionamento do saferoom através dos critérios norte-americanos. Existe no entanto margem de progressão para este tipo de materiais, e como tal novos estudos de investigação irão ser desenvolvidos nesse sentido.

The environmental concerns have been compelling some researchers to try to come up with new ways of replacing the Portland Cement in the fabrication of concrete, using materials that are sub-products of other industries or which production require less emission of pollutant gases. On the other hand, the long lost knowledge of making highly durable concrete like the one applied in ancient buildings, as the Egypt Pyramids or the Rome Coliseum is now being recovered and developed. In the 70’s that kind of binders was named “geopolymers”. This thesis is about a research study on the applicability of a geopolymeric concrete (using metakaolin as the precursor) in a real situation, where its characteristics of high mechanical strength and good fire resistance can represent an advantage to the Ordinary Portland Cement concrete that is used today. That application is a saferoom, currently used in the U.S.A. as a tornado shelter. Every year, several American states are hit by tornadoes causing great damages and sometimes the loss of human lives. Due to the low probability of a local tornado strike, the American strategy to face this danger is to build specific shelters. The saferooms are basically another house compartment, usually made of reinforced concrete and designed to resist a tornado and protect its occupants. A saferoom shall withstand the forces caused by the high-speed wind, the impact of “wind missiles”, fire and explosions without risking the life of its occupants. In that sense, a geopolymeric mortar was subjected to tests meant to evaluate its ability to be used as a saferoom construction material. In all tests, Ordinary Portland Cement mortars (OPC) were used to compare results. The tests showed that it is possible to produce a geopolymeric concrete to be used successfully as a saferoom construction material, since its performance was superior to the OPC in almost all tested characteristics. The final task was to design a saferoom using a reinforced geopolymeric concrete as the construction material. These kinds of materials have yet potential to evolve, and so new research will be made in that way in the future.