Evaluating Thermal Performance and Environmental Impact of Compressed Earth Blocks with Cocos and Canarium Aggregates: A Study in Douala, Cameroon

peer reviewedA novel low-cost earthen construction system integrating biosourced aggregates is proposed for houses’ erection of low-income households. This study is based on in-situ measurements on two representative test cells constructed in Douala, with a typical hot and humid climate. One of these buildings is made with a hollow cement block as a reference, and the other with biosourced earth bricks modified with Cocos nucifera and Canarium schweinfurthii aggregates. Dynamic thermal simulations of the two test cells were performed using the EnergyPlus building performance simulation program. The results are based on measuring air temperature and humidity, and the simulation leads to defining the discomfort hours and the annual energy consumption. The adaptive ASHRAE 55 thermal comfort model was used to evaluate the comfort conditions. The results show that air conditioning systems provide the best comfort systems with minimums of about 95% for plastered and unplastered wall construction systems. Biosourced compressed earth brick constructions offered the best thermal performance with comfort ranges of around 96% and 44% for air conditioning and natural ventilation, respectively. In terms of energy consumed, there was a gain of about 100 kWh over the year. Energy consumption is lower in the biosourced compressed earth brick building than in the hollowed cement block building: this one offered the lowest comfort range of about 40% in natural ventilation. The construction provisions were considered for the life cycle assessment, and two scenarios describing the origin of the cement raw materials were considered. It can be seen that cement accounts for more than 95% of the impacts for both construction systems, as well as for the scenarios of its origin. In all situations, the hollowed cement block construction presented the highest impact on the global warming potential: 66 KgCO2eq and 89 KgCO2eq, respectively, without plaster and with plaster. It can also be seen that the plastered layer had a carbon footprint (in terms of Green House Gas Emissions (GHG emissions)) of almost 40% on the overall functional unit. Canarium Schweinfurthii and Cocos Nucifera materials accounted for only 1% of the overall impact

Construction en brique de terre comprimée et granulats biosourcés : une solution pour un habitat durable à Douala

Afin de répondre aux objectifs de développement durable, les politiques mondiales sont fortement orientées vers la valorisation des matériaux locaux tels que les sous-produits agricoles. Dans ce contexte, cette étude propose des constructions en briques de terre comprimée (BTC) biosourcée de granulats de coques de Cocos nucifera (CN) et de noyaux de Canarium schweinfurthii (CS). Les agrégats CNCS ont été ajoutés en proportions égales pour les différentes formulations. L'objectif principal de ce travail est la valorisation les ressources secondaires pour des constructions durables. L’application a été faite pour un climat de type chaud et humide tel que celui de la ville de Douala au Cameroun. Le travail a été divisé quatre articulations : la synthèse bibliographique, la caractérisation des produits de base, la formulation et caractérisation de la brique de terre et enfin la caractérisation des bâtiments pilotes construits avec les matériaux formulés. Pour la première partie, les essais d’identification ont démontré l’adéquation de l’utilisation de la terre du littoral camerounais pour leur utilisation dans la production des BTC. Seulement sachant que l’argile contenue dans cette terre est de type kaolinite à activité normale, la projection d’utilisation d’un stabilisant était primordiale. Les caractérisations physique et mécanique des CN et CS ont démontré leur caractère légers et durs. Ce critère étant utile pour leur utilisation comme charges pour les composites. Bien qu’ils soient des matériaux hydrophiles, leur taux d’absorption en eau reste en deçà des 30%. Mais les matériaux ont gardé leur stabilité structurale aussi bien aux impacts hydriques que thermiques. Les BTC ont été formulées en fonction des proportions en granulats (2/4 mm) de CNCS et aussi en fonction des pressions de compactage après 28 jours de maturation. Les résultats montrent que la formulation optimale est celle à 5% de granulats et 8% de ciment pour 2.5MPa de pression de compactage pour les critères de résistances mécaniques et conductivité thermique Avec le critère de résistance mécanique, l’analyse de durabilité thermo-hygro-mécanique a permis de définir les conditions environnementales d’utilisation de ces BTC : 30°C de température pour 90% d’humidité relative. Ces valeurs de température et d’humidité restent comparables à celle de la ville de Douala. Ce travail se ferme avec des essais in-situ de mesure de température et d’humidité dans les bâtiments pilotes l’un fabriqué en BTC aux proportions optimales et l’autre en blocs de béton creux qui est le mode de construction le plus utilisé dans la ville de Douala. Ces mesures ont permis la simulation du confort thermique dans les deux bâtiments. Il en ressort que, le bâtiment en BTC présente un confort thermique meilleur que celui en parpaing avec des gains autour de 5% pour le système de ventilation naturelle avec un modèle de simulation de ASHRAE adaptive. L’analyse du cycle de vie (ACV) a confirmé l’importance de la valorisation des constructions en terre avec des impacts environnement moindre pour des constructions en BTC stabilisée. Seulement l’utilisation du ciment comme stabilisant reste une pratique à soustraire car le ciment représente presque 95% en termes de Kg de CO2eq pour l’ensemble des matériaux de construction utilisés

Formulation of biosourced compressed earth bricks with aggregate loads of Canarium schweinfurthii and Cocos nucifera

L’une des principales performances du matériau terre, est la régulation thermique. Afin de proposer à la population du Littoral camerounais un matériau à impact polluant réduit et avec lequel le confort thermique des habitacles serait évolué, nous nous sommes attelés dans cet étude à évaluer la possibilité d’utiliser la terre du Littoral camerounais pour l’élaboration des Briques de terre comprimées et stabilisées d’une part chimiquement de chaux et d’autre part mécaniquement par des granulats de Canarium schweintfurthii et Cocos nucifera. Ces agrégats biologiques ont démontré une forte influence sur les performances physiques, mécaniques et thermiques des BTCS obtenues. Les résultats valident la difficulté à utiliser la terre de la région du Littoral Camerounais pour les BTC avec une granulométrie bien que contenue dans le fuseau CRAterre présente une forme discontinue avec plateau. De même avons-nous des données de consistance assez faibles. En sélectionnant le stabilisant chaux, nous avons amélioré la cohésion de la terre et les BTCS obtenues bien que portées à maturation par vapeur, présentent des performances exploitables pour le domaine des combles, mais lesdites performances à améliorer pour des projets de construction haute performance et durable.Elaboration et caractérisation chimique physico-thermo-mécanique des briques de terre stabilisées/comprimées à charges de noyaux de Canarium schweinfurthii et Coco nucifer

Challenge to enhance the value of the Cameroonian Coastal earth: physical tests and mechanical characterization of earth material

peer reviewedOne of the main performances of earth material is the thermal regulation. The aim of this study is centered on the possibility of applying the grunge of the Cameroonian Coast for its suitable valorisation. Thus focusing on the parliamentary law so as to be capable of supplying, first, a material with a reduced polluting impact and secondly one with which the thermal comfort of the building would be amended; all these for the population of the Cameroonian Coast. The identification results assure the possibility of using the earth of the Cameroon coastal region for CEB with a grain size distribution even though the crater spindle contained shows a discontinuous tray type. Again, this study aims at showing the possibility of using this earth material for the manufacturing of porcelain, sanitary ware and tableware. As far as the characteristics are concerned, a convergence of the grading, mineralogical and chemical results show a medium-active kaolinite-type clay and a sandy loamy-clay earth. That’s why for in-depth knowledge major elements and minerals have been identified by X-ray fluorescence and X-ray diffraction. The mechanical tests carried out on the clay show a sufficient plasticity in the wet state, even though it is also pointing out possibilities of improving these performances by using adequate stabilizers

Hydromechanical behaviour of BTCs with Canarium schweinfurthii and Cocos nucifera aggregates: sustainability analysis

Ce travail s’intéresse à l’impact de l’humidité sur le comportement mécanique du matériau terre dans son ensemble. Les matériaux testés sont à base de la terre de la ville de Douala dans la région du littoral-Cameroun. Des granulats de Canarium schweinfurthii (CS) et Cocos nucifera (CN) sont utilisés comme charges et un ciment comme stabilisant. Les échantillons parallélépipédiques de 220x95x45 mm3 sont réalisés à une presse hydraulique manuelle à la pression de compactage de 10 MPa. Quatre solutions aqueuses salines (KOH, NaCl, K2SO4, Na2Cr2O7) ont permis de conditionner les briques dans des bacs adiabatiques pendant 24 heures après différents jours de maturation (7, 14 et 28) jours. Les essais mécaniques de flexion 3-points et compression simple sont réalisés sur les échantillons conditionnés. Il en ressort que le comportement hydromécanique des BTC avec granulats de CS et CN suit un modèle linéaire pour les plages d’humidité relative obtenues

Influence of temperature on the creep behaviour by macroindentation of Cocos nucifera shells and Canarium schweinfurthii cores (bio-shellnut wastes in Cameroon)

The aim of this study was to show how temperature modifies the mechanical characteristics of the Cocos nucifera (CN) shells and the Canarium schweinfurthii (CS) cores. The test consisted in performing an instrumented macroindentation on prismatic specimens in an adiabatic chamber; the indentation carried out according to four temperature ranges (30 °C, 50 °C, 70 °C, 90 °C). The Oliver and Pharr method is used for the analysis of mechanical parameters in indentation: reduced Young's modulus, hardness, creep coefficient. These parameters have enabled to estimate indirect characteristics such as toughness and ultimate mechanical stress to be obtained. The creep data are simulated to have the rheological model to these materials by considering the statistical criteria. As a global observation, when the temperature increases, the mechanical parameters decrease; although CN is more sensitive to the temperature gradient than CS, these 2 materials show performances that allow them to be classified as engineering polymer materials according to the Ashby diagram

Physical, Water Diffusion and Micro-Structural Analysis of “Canarium Schweinfurthii Engl”

peer reviewedThe purpose of this study is to determine the morphological, microstructural characteristics and water diffusion parameters of the Canarium schweinfurthii (CS) shellnut. This work is part of a vast project to valorize the above-mentioned cores for possible industrial use as charges in composites or abrasives materials. The study was based on the characterization of intrinsic physical characteristics of the coreshells scanning electron microscopic (SEM) observations desorption, adsorption and absorption kinetics. The water diffusion phenomenon was modeled and it appears that the Page model well predicted the kinetic of drying, absorption and adsorption. The effective diffusion coefficient and the energy of activation were calculated at three isothermal temperatures (50˚C, 70˚C and 90˚C). There was a tendency for hysteresis in the sorption-desorption cycles. These results strongly predicted the possibility of using these products as a filler in composites, clay building materials and cement because of their high water diffusion stability on a macroscopic scale