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UNIÃO DE ENSINO DO SUDOESTE DO PARANÁ – UNISEP FACULDADE EDUCACIONAL DE FRANCISCO BELTRÃO – FEFB CURSO DE ENGENHARIA CIVIL LEANDRO HENRIQUE MAAS SANTOS ANÁLISE DO DESEMPENHO DO CONCRETO COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE CIMENTO PORTLAND POR RESÍDUOS CERÂMICOS DA CONSTRUÇÃO FRANCISCO BELTRÃO (2017) LEANDRO HENRIQUE MAAS SANTOS ANÁLISE DO DESEMPENHO DO CONCRETO COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE CIMENTO PORTLAND POR RESÍDUOS CERÂMICOS DA CONSTRUÇÃO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Faculdade Educacional de Francisco Beltrão – FEFB - União de Ensino do Sudoeste do Paraná – UNISEP, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Esp. Guilherme Bittarello FRANCISCO BELTRÃO (2017) TERMO DE APROVAÇÃO LEANDRO HENRIQUE MAAS SANTOS ANÁLISE DO DESEMPENHO DO CONCRETO COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE CIMENTO PORTLAND POR RESÍDUOS CERÂMICOS DA CONSTRUÇÃO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da União de Ensino do Sudoeste do Paraná – UNISEP, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. BANCA EXAMINADORA Professor Especialista Guilherme Bittarello Orientador Professor Mestre Adriano Steinemann Santiago Membro da Banca Professor Mestre Francisco Trevisan Membro da Banca Francisco Beltrão, 04 de Abril de 2017 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus, por ter me concedido o dom da vida e também por me dar forças para alcançar os meus objetivos; Aos meus pais, avós e meu irmão, que sempre estiveram comigo na minha caminhada, me apoiando e incentivando de todas as formas possíveis para minha formação; Ao professor e orientador Guilherme Bittarello, pela paciência, por todo conhecimento transmitido durante o curso, como também o passado durante as orientações deste trabalho, que foram muito importantes para o meu desenvolvimento; Ao professor e laboratorista Rodrigo Julio Demartini, por todo o auxílio nas etapas laboratoriais deste trabalho, possibilitando a realização do programa experimental; Aos demais professores, colegas do curso e meus amigos, em especial: Guerino, Luan, Fabiane, Joice e Andressa que de alguma forma me apoiaram e auxiliaram na minha trajetória até aqui. DEDICATÓRIA Dedico este trabalho especialmente à Deus e aos meus pais, a quem amo muito. SUMÁRIO 2.0 OBJETIVOS ........................................................................................................ 16 2.1 Geral.................................................................................................................... 16 2.2 Específicos .......................................................................................................... 16 3.0 REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................... 17 3.1 Concreto .............................................................................................................. 17 3.1.1 Conceito e história ............................................................................................ 17 3.1.2 Tipos de concreto e suas características ......................................................... 19 3.1.3 Materiais constituintes do concreto: Agregados e aglomerantes ..................... 22 3.1.4 Métodos de dosagem do concreto ................................................................... 25 3.1.5 Produção de corpos de prova e cura do concreto ............................................ 26 3.1.6 Propriedades mecânicas do concreto .............................................................. 27 3.1.7 Adições para o concreto ................................................................................... 28 3.2 Resíduos da construção (RC): Conceito, geração e utilização ........................... 29 3.3 Resolução CONAMA ........................................................................................... 31 4.0 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 33 4.1 Classificação da pesquisa ................................................................................... 33 4.2 Local de realização ............................................................................................. 33 4.3 Materiais .............................................................................................................. 33 4.3.1 Concreto de referência ..................................................................................... 33 4.3.1.1 Cimento ......................................................................................................... 33 4.3.1.2 Agregado miúdo ............................................................................................ 34 4.3.1.3 Agregado graúdo ........................................................................................... 34 4.3.1.4 Água .............................................................................................................. 35 4.3.2 Concreto com resíduo da construção ............................................................... 35 4.3.2.1 Resíduo Cerâmico ......................................................................................... 35 4.4 Métodos ............................................................................................................... 36 4.4.1 Ensaio de granulometria dos agregados graúdos e miúdos............................. 36 4.4.2 Determinação da massa especifica dos agregados ......................................... 39 4.4.3 Determinação da massa unitária dos agregados ............................................. 41 4.4.4 Beneficiamento do resíduo da construção e demolição (RCD) ........................ 42 4.4.5 Análise física e química do RCD..... ................................................................. 44 4.4.6 Dosagem do concreto (método ABCP) ............................................................ 45 4.4.7 Confecção dos corpos de prova ....................................................................... 49 4.4.8 Ensaio de tensão axial de compressão ............................................................ 52 5.0 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................... 54 5.1 Componentes físicos dos agregados .................................................................. 54 5.2 Componentes físicos do RCD ............................................................................. 58 5.3 Componentes químicos do RCD ......................................................................... 59 5.4 Resultado do traço (Método ABCP) .................................................................... 60 5.5 Concreto de referência e concreto modificado .................................................... 62 5.6 Custos de produção dos concretos ..................................................................... 66 6.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................ 71 6.1 Considerações ....................................................................................................71 6.2 Sugestões para trabalhos futuros ........................................................................ 73 7.0 REFERÊNCIAS ................................................................................................... 74 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Ensaio de abatimento do tronco do cone (Slump Test) .............................. 20 Figura 2: Moinho de bolas com dois jarros ................................................................ 43 Figura 3: Curva de Abrams para relação A/C............................................................ 46 Figura 4: Cura inicial dos corpos de prova ................................................................ 51 Figura 5: Curva granulométrica da areia ................................................................... 55 Figura 6: Curva granulométrica da brita 1 ................................................................. 56 Figura 7: Slump test com concreto de referência e com RCD................................... 64 Figura 8: Projeto de cálice pré-fabricado ................................................................... 67 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Classes de resistência de acordo com o tipo de cimento .......................... 22 Tabela 2: Tipos de agregados graúdos segundo a granulometria ............................ 23 Tabela 3: Tipos de areia comerciais .......................................................................... 23 Tabela 4: Massa mínima por amostra de ensaio ....................................................... 36 Tabela 5: Conjunto de peneiras de série normal e intermediária .............................. 37 Tabela 6: Curvas granulométricas para agregados graúdos ..................................... 38 Tabela 7: Curvas granulométricas para agregados miúdos ...................................... 39 Tabela 8: Quantidade de amostra em função do Dmáx ............................................ 39 Tabela 9: Dimensão do recipiente em função do Dmáx ............................................ 41 Tabela 10: Propriedades químicas mínimas para materiais pozolânicos .................. 45 Tabela 11: Consumo de água em relação ao Dmáx ................................................. 47 Tabela 12: Volume do agregado graúdo em relação ao Dmáx ................................. 47 Tabela 13: Método de adensamento em função do Slump Test ............................... 50 Tabela 14: Adensamento em função do diâmetro do molde ..................................... 50 Tabela 15: Resultado do ensaio de granulometria da areia ...................................... 54 Tabela 16: Resultado do ensaio de granulometria da brita 1 .................................... 56 Tabela 17: Resultado massa unitária do agregado miúdo ........................................ 57 Tabela 18: Resultado do ensaio de massa unitária da brita 1 ................................... 58 Tabela 19: Resultado da análise química do RCD .................................................... 59 Tabela 20: Quantidades de materiais para moldagem dos concretos ....................... 62 Tabela 21: Traços utilizados e seus respectivos abatimentos................................... 64 Tabela 22: Resultado do ensaio de compressão as 24 horas de cura ...................... 65 Tabela 23: Resultado do ensaio de compressão aos 7 dias de cura ........................ 65 Tabela 24: Resultado do ensaio de compressão aos 28 dias de cura ...................... 66 Tabela 25: Gastos de materiais para produção de um cálice pré-fabricado ............. 70 LISTA DE EQUAÇÕES Equação 1: Massa específica do agregado graúdo .................................................. 40 Equação 2: Massa específica do agregado miúdo .................................................... 41 Equação 3: Massa unitária dos agregados ............................................................... 42 Equação 4: Cálculo da massa específica do RCD .................................................... 44 Equação 5: Índice de resistência do concreto aos "j" dias ........................................ 46 Equação 6: Consumo de cimento para concreto ....................................................... 47 Equação 7: Consumo de agregado graúdo para concreto ........................................ 48 Equação 8: Volume de areia para o concreto ........................................................... 48 Equação 9: Consumo de agregado miúdo para concreto ......................................... 48 Equação 10: Traço unitário para concreto ................................................................ 49 Equação 11: Cálculo da resistência do concreto ....................................................... 52 Equação 12: Resultado massa específica da areia ................................................... 57 Equação 13: Resultado da massa unitária da areia .................................................. 57 Equação 14: Resultado massa específica da brita 1 ................................................. 58 Equação 15: Resolução massa unitária da brita 1 .................................................... 58 Equação 16: Resultado da massa específica do RCD .............................................. 59 LISTA DE ABREVIATURAS ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas 𝐀𝐥𝟐𝐎𝟑 - Alumina CONAMA – Conselho nacional do meio ambiente CP – Corpo de prova Dmáx – Diâmetro máximo Fcj – Resistência aos “j” dias do concreto Fck – Resistência característica do concreto 𝐅𝐞𝟐𝐎𝟑 - Hematita MPa - MegaPascal MME – Ministério de Minas e Energia MF – Módulo de finura N – Newtons 𝐍𝐚𝟐𝐎 – Óxido de sódio NBR – Norma brasileira regulamentadora NM – Norma Mercosul PVC – Policloreto de Vinila RCD – Resíduos da construção e demolição Sd – Desvio padrão 𝐒𝐢𝐎𝟐 – Sílica 𝐒𝐎𝟑 – Óxido sulfúrico tnf – Tonelada força RESUMO Nos dias de hoje, a reutilização de resíduos sólidos gerados pela construção civil para produção de concretos, têm sido cada vez mais estudados, visto que o setor é um dos grandes geradores deste tipo de poluição, onde uma vez que a demanda cresce, a geração de resíduos aumenta na mesma proporção. Neste trabalho foi avaliada a reutilização de materiais cerâmicos em substituição de parte do cimento Portland, estudando as propriedades mecânicas e a trabalhabilidade dos dois concretos produzidos. Para isso, foram dimensionados dois traços, seguindo o método ABCP. Para utilizar este método, foram necessários, portanto, conhecer algumas propriedades físicas dos agregados e do aglomerante, sendo realizados alguns ensaios, como os de granulometria, massa específica e unitária. Já o resíduo cerâmico passou por processo de beneficiamento através de moinhos de esferas, como também por analises físicas e químicas para verificar se poderia ser utilizado como substituto ao cimento e também se poderia ser classificado como material pozolânico, característica que indica ligação química com o cimento, possibilitando auxiliar na resistência. Foram dimensionados um traço para o concreto convencional e outro para o modificado, onde a cerâmica moída foi utilizada em substituição ao cimento Portland em um teor de 25%, comparando a resistência à compressão no estado endurecido e a trabalhabilidade no estado fresco, onde foi verificado que houve pouca diferença de desempenho em comparação aos dois concretos. Foi verificado também a efetividade da substituição, visando economia de materiais, onde para isso foram feitas comparações de custo de produção entre os concretos,e ganhos ambientais através da diminuição de resíduos jogados na natureza Palavras chave: Concreto, materiais cerâmicos, material pozolânico, cimento Portland. ABSTRACT Nowadays, the reuse of solid waste generated by the construction industry to concrete production, have been increasingly studied, since the sector is one of the large generators of this kind of pollution, where once demand grows, the waste generation increases in the same proportion. In this study, the reuse of ceramic materials to replace part of Portland cement was evatuated, studying the mechanical properties and the workability of the two concretes produced. For this, two traces were dimensioned, following the ABCP method. In order to use this method, it was necessary, therefore, to know some physical properties of the aggregates and the binding agente, and some tests, such as granulometry, specific and unit mass, were carried out. On the other hand, the ceramic residue was processed through ball mills, such as through physical and chemical analyzes to verify if it could be used as substitute to the cement and also if it could be classified as pozzolanic material, characteristic that indicates chemical bond with the cement, enabling the resistance. One trace was dimensioned for conventional concrete and another for the modified one, where ground ceramic was used as a replacement for Portland cement in a 25% content, comparing the compressive strength in the hardened state and the workability in the fresh state, where it was verified that there was little difference performance in comparison to the two concretes. It was also verified the substitution effectiveness, aiming at material savings, where comparisons of production costs between concrete were made, and environmental gains through reduction of waste thrown into the wild. Keywords: Concrete, ceramic materials, pozzolanic material, Portland cement. 14 1.0 INTRODUÇÃO O ramo de construção civil está em constante desenvolvimento, tanto no Brasil como em outros lugares do mundo, e o material mais utilizado neste setor, para fabricação das diversas obras de arte ainda é o concreto, devido a sua facilidade de produção e modelagem, além do baixo custo e elevada resistência. O concreto é utilizado por séculos em vários países do mundo, sendo usado nos primórdios de forma empírica, ou seja, sem conhecimento cientifico do material que se estava utilizando. Porém, com o passar dos anos surgiram novos estudos que chegaram a dados científicos sobre o concreto, fixados através de livros e normas regulamentadoras. O concreto atual consiste basicamente na união do cimento, agregados miúdos e graúdos, água e por algumas vezes aditivos químicos, e devido à grande utilização do concreto na construção civil, este material versátil acaba influenciando em alguns fatores econômicos e ambientais, de forma positiva e negativa, respectivamente. Além disso, o concreto é utilizado como matéria prima principal em muitos casos, como na produção de pontes, obras de pequeno a grande porte, como também obras relacionadas a monumentos puramente artísticos, contemplando todas as classes sociais. Por outro lado, ao mesmo tempo em que a construção civil está em crescente evolução, à medida que este ramo cresce, a geração de resíduos também evolui gradativamente. A geração de resíduos se torna normal no canteiro de obras e por várias vezes o destino destes materiais são os aterros sanitários. Estes resíduos geram grandes volumes, ocupam espaço, alguns deles degradam o ambiente. Devido a estes fatores, os resíduos da construção e demolição vem recebendo atenção crescente, devido ao fato de que estes resíduos estão se tornando um dos principais agentes para poluição ambiental (YUAN; SHEN; LI, 2011; JAILON; POON; CHIANG, 2009, citado por NAGALI, 2014). Pensando nesta situação, surgem ideias e conceitos de modo que seja possível unir a construção civil e suas tecnologias existentes nos dias de hoje, com a reciclagem e reutilização destes resíduos, de forma que possa haver uma união da utilização destes elementos no setor. Executar um material como o concreto, que utilize insumos gerados de resíduos da construção é uma ideia a ser analisada e estudada, visto que pode gerar diminuição do resíduo em canteiros de obras e aterros, 15 além de possibilitar uma possível economia de materiais e também um maior cuidado com o meio ambiente. O conceito de implementação de resíduos cerâmicos na produção do concreto vem com o intuito de analisar e elaborar uma nova mistura no traço, trazendo uma diminuição significativa dos resíduos gerados pela construção civil e ganhos sustentáveis, além da economia de material que é utilizado na fabricação do concreto convencional, sem perder a qualidade mínima que é exigida por norma. Observando todos estes itens citados acima percebe-se uma oportunidade de inovação e contribuição na indústria da construção civil, possibilitando um ganho econômico, social e ambiental, neste período em que a construção civil cresce cada vez mais com as evoluções tecnológicas e populacionais. Com base nisso, o presente trabalho impulsiona um estudo detalhado utilizando restos cerâmicos de construção civil, como substituição em parte do aglomerante, buscando reduzir custos financeiros e visando ganhos ambientais. 16 2.0 OBJETIVOS 2.1 Geral • Avaliar a possibilidade de substituir parte do aglomerante (cimento) por resíduos de bloco cerâmico no concreto e comparar a resistência obtida entre o concreto convencional e o modificado. 2.2 Específicos • Dimensionar um traço para o concreto através do método ABCP; • Aplicar resíduos cerâmicos na mistura diminuindo a utilização de cimento no concreto convencional; • Analisar e comparar a resistência à compressão do concreto convencional e modificado; • Comparar custos de produção do concreto convencional e modificado, usando como exemplo a produção de cálice pré-fabricado; 17 3.0 REVISÃO DE LITERATURA 3.1 Concreto 3.1.1 Conceito e história Desde o início da raça humana, o homem sempre sentiu a necessidade de utilizar um local como abrigo, para sua proteção de intempéries e perigos da natureza. Com o passar do tempo, o homem percebeu que era possível fazer o seu próprio abrigo se este não encontrasse um local como uma caverna para sobreviver. Os primeiros materiais a serem utilizados nas construções antigas pelo homem foram pedras e madeira, por serem facilmente encontrados na natureza. As pedras foram bastante utilizadas em construções antigas que permanecem até os tempos de hoje, devido a sua elevada resistência e durabilidade, porém seu peso é muito elevado, exigindo muita mão de obra e tempo para movimentação destas rochas. Além disso, era necessário unir estas rochas com algum tipo de aglomerante, para dar mais firmeza e liga-las umas às outras, de forma a unir os materiais dando sustentabilidade para a construção. (CARVALHO,2008) Ainda segundo Carvalho (2008), através deste pensamento surgiram as primeiras argamassas, compostas por argila e palha, e de acordo com estudos arqueológicos, também a cal, que serviam como aglomerante para as rochas. Estes materiais de vedação aparecem bastante na civilização egípcia, porém alguns estudos indicam que a cal foi descoberta ainda no período paleolítico. Os egípcios tinham bastante experiência na produção desta mistura de vedação, onde em suas construções piramidais feitas de enormes rochas estão rebocadas com argamassa de cal.Depois disto, o conhecimento da argamassa difundiu-se pelo oriente e pelo mediterrâneo, chegando por sua vez aos romanos. Como os romanos tinham uma mentalidade aberta e receptiva, todo conhecimento adquirido era recebido e modificado de acordo com suas necessidades. Diante disso, a indústria da construção civil evoluiu poderosamente, trazendo desenvolvimento e uma grande revolução da arquitetura para a época. Como em Roma havia muitos habitantes (cerca de 1 milhão), era necessário um grande planejamento e organização na área da construção, como a construção de pontes, templos, aquedutos, estradas, dentre muitas outras construções. 18 Através de Marcus Vitruvius Pollio, arquiteto romano que viveu no século I a. C. e foi responsável pela inovação da arquitetura na época, foi possível realizar muitas construções, onde algumas existem até hoje, graças a sua descoberta de uma espécie de cimento que unia a cal, que já era conhecida através dos egípcios, com pedriscos e uma cinza pozolânica (com propriedades aglomerantes). Este “cimento”, juntamente com a utilização de barras metálicas obtidas na época formavam o concreto armado que era utilizado para todas as construções romanas (KAEFER, 1998). Após isso houveram algumas evoluções da ideia inicial do concreto proposta pelos romanos. Joseph Aspdin inventou o cimento Portland, nome atribuído devido à semelhança do cimento com as pedras que eram extraídas em algumas pedreiras existentes na península de Portland, no Condado de Dorset. O sucesso do concreto utilizando o cimento Portland ocorreu devido a um acidente que aconteceu na construção de um túnel sob o rio Tâmisa, em Londres. Inicialmente foi utilizado o cimento romano para sua construção, porém, a ponte veio a desabar uma parte da construção e inundar o local matando vários trabalhadores. Após essa ocorrência, o túnel foi reparado com cimento Portland. A obra foi concluída com sucesso e permanece até hoje (KAEFER, 1998). Desde então a utilização do cimento evoluiu consideravelmente chegando a vários países do mundo. Posteriormente o francês Joseph Louis Lambot descobriu o concreto armado através de uma construção de um barco unindo o concreto com pedaços de ferro e o testando em lagoas de sua propriedade. Joseph levou sua descoberta na feira de Paris, porém não teve a atenção que esperava, mas chamou a atenção de Joseph Monier. Monier teve grande importância na história devido ao seu entendimento de aliar o concreto e o aço, sua combinação aliada à sua resistência. Ele percebeu que o concreto tinha elevada resistência ao esmagamento e compressão, porém era muito frágil na tração e no cisalhamento, e o ferro era justamente resistente a estas solicitações. Porém a utilização e unção dos dois materiais era totalmente experimental e empírica (CARVALHO, 2008). Devido à grande aceitação do concreto armado, a realização de estudos, análises e experiências, posteriormente em 1886, Koenen obtém o conhecimento e escreve a primeira publicação sobre o cálculo de concreto armado na Alemanha, e em 1897 Rabut ministra a primeira disciplina de concreto armado, na École National des Ponts et Chaussées em Paris. Além disso, François Hennébique foi o primeiro a patentear um sistema de edificação completo. Com o passar dos tempos foram feitas 19 mais experiências e estudos em relação ao concreto, e devido a sua grande usualidade, obtemos o concreto armado e o conhecimento que é possível oferecer hoje para a produção de diversas edificações como prédios, pontes, tuneis, dentre muitas outras obras de arte da engenharia civil (CARVALHO, 2008). 3.1.2 Tipos de concreto e suas características Concreto é um material que consiste no geral de um meio aglomerante no qual estão aglutinadas partículas ou fragmentos de agregados (METHA, MONTEIRO, 2008). Em outras palavras, o concreto é formado pela mistura de cimento, agregados graúdos, agregados miúdos, água, e algumas vezes aditivos químicos. A fabricação do concreto é feita pela mistura dos agregados de forma manual ou mecanizada, formando uma massa homogênea trabalhável e moldável, sendo chamado de concreto fresco. O concreto fresco é moldado em fôrmas e adensado com vibradores ou manualmente, onde seu adensamento é realizado para retirada de espaços vazios compostos por ar em seu interior. Seu endurecimento (pega) começa após poucas horas de sua produção e sua resistência final é obtida após os 28 dias. O concreto pode ser fabricado no local ou ser pré-fabricado em industrias (LEONHARDT, MONNIG, 2008). Devido ao seu grande volume de uso, o concreto e os materiais que o constituem precisam seguir algumas normas regulamentadas, que no Brasil são regidas pela ABNT, para qualidade mínima necessária, maior controle e segurança do concreto na sua utilização. Em relação a sua massa específica, a ABNT NBR 6118 (2014) propõe que os concretos de massa específica normal ficam entre 2000 Kg/m³ e 2800Kg/m³. Se a massa especifica real não for conhecida, pode ser adotado para o concreto simples o valor de 2400 Kg/m³ e para o concreto armado o valor de 2500 Kg/m³. Segundo Leonhardt e Monnig (2008), existe também o concreto leve, que contém massa específica menor do que cerca de 1800 Kg/m³, e o concreto pesado, que geralmente possui uma massa específica de 3200 Kg/m³. Outra especificação do concreto que é tida como fundamental é em relação a resistência à compressão do material, medido através de ensaio. A resistência do concreto, medida aos 28 dias, pode ser dividida em três categorias, sendo elas o concreto de baixa resistência, 20 possuindo um valor de 20 MPa ou menos, concreto de resistência moderada de 20 a 40 MPa, e o concreto de alta resistência, maior que 40 MPa. Algumas classificações de concreto são feitas pela sua consistência, em outras palavras a trabalhabilidade. A determinação da consistência do concreto é regida pela ABNT NBR NM 67 (1998) que trata sobre a determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone através de ensaio, mais conhecido como slump test. A consistência do concreto trata do quão trabalhável ele é, sendo possível verificar se a mistura está fluida, pastosa ou uma mais rígida, ou seja, com o abatimento é possível caracterizar a mistura entre concreto seco, semi - plástico, plástico e fluído. Figura 1: Ensaio de abatimento do tronco do cone (Slump Test) Fonte: Metha e Monteiro, (2006). Ainda em relação ao ensaio de abatimento, é possível observar que o abatimento no geral, se dá por três formas, sendo elas o abatimento verdadeiro, cisalhado e desmoronado. O abatimento verdadeiro é uniforme e indica que o ensaio e a mistura estão equivalentemente corretos; já a causa do abatimento cisalhado consiste no deslizamento de um dos lados em um plano inclinado, sendo necessário repetir o ensaio. A continuação do abatimento cisalhado pode ser causada devido à falta de coesão da mistura. Quando o abatimento é zero, o indicativo é que a mistura é seca. Como a mistura é sensível a trabalhabilidade, uma mistura de abatimento verdadeiro pode facilmente se tornar um abatimento desmoronado através da 21 quantidade de água na mistura, que indicará um concreto mais fluido. (NEVILLE E BROOKS, 2013) A trabalhabilidade do concreto tem efeito no seu bombeamento e construtibilidade, como também tem forte influência sobre o custo e a resistência do concreto. Além disso, uma mistura mais rija é mais resistente que uma mistura fluida (PETRUCCI, 2005). A trabalhabilidade possui dois componentes básicos, sendo a fluidez e a coesão. A fluidez é a facilidade de mobilidade e a coesão é a resistênciaa exsudação e a segregação. Segregação é a separação dos componentes de uma mistura de concreto fresco de modo que a sua distribuição não fique uniforme (GAYER, 2006). A exsudação por outro lado é o surgimento de água na superfície após lançamento e adensamento do concreto, porém antes de sua pega. A exsudação pode ser considerada uma forma de segregação devido a separação da água dos demais elementos. (METHA, MONTEIRO, 2008). Dentre os tipos de consistência citadas, o concreto mais seco geralmente é utilizado em peças como tubulações de concreto, peças de pavimento intertravado, cálices pré-fabricados, entre outros elementos produzidos em fabricas de concreto pré-fabricado. O concreto seco tem como principal característica seu baixo teor de água em sua composição, tornando sua trabalhabilidade um pouco mais baixa. Porém, como o concreto é mais seco e o cimento utilizado é o CP-V ARI, a mistura acaba obtendo resistência considerável já nos primeiros dias de cura (MARCHIONI, 2012). Segundo Itambé (2017), os concretos semi-plásticos e plásticos são misturas com trabalhabilidade mais utilizada. Sua consistência não é muito rija e nem muito fluida, e a produção destes dois tipos de mistura possuem uma abrangência maior em sua utilização na grande maioria das obras, como obras de arte especiais e edificações no geral, como pontes, casas, edifícios, entre muitas outras utilizações. O concreto fluido é bastante utilizado onde existem elevadas taxas de armadura. Sua granulometria é continua e o bombeamento é facilitado devido a sua maior leveza, visando eliminar alguns problemas comuns da obra como formação de segregação de materiais (CONCREBRAS, 2017). Além das características gerais, como o concreto é uma mistura de materiais, torna-se importante conhecer suas características individualmente. Portanto, assim como o concreto, os seus materiais constituintes também são classificados e regidos por normas para haver maior controle e qualidade. 22 3.1.3 Materiais constituintes do concreto: Agregados e aglomerantes De acordo com Metha e Monteiro (2008), cimento é um material seco, finamente pulverizado, que por si só não é aglomerante, mas desenvolve esta propriedade através da sua hidratação, que são as reações químicas do cimento com a água. Como a hidratação do cimento começa na sua superfície, é a área superficial do cimento que representa o material disponível para hidratação. A finura é a propriedade fundamental do cimento, pois é ela que determina o tempo e velocidade de endurecimento e de obtenção da resistência da mistura, finura esta que é definida através do processo de moagem. O cimento mais fino é conhecido como cimento de alta resistência inicial, devido a sua obtenção de resistência elevada já nos primeiros dias de cura do concreto (NEVILLE e BROOKS, 2013). De acordo com a Associação Brasileira de Cimento Portland (2017), incluindo o cimento de alta resistência inicial, existem 8 tipos reconhecidos de cimento que são utilizados na indústria da construção civil, sendo eles CP – I (NBR 5732), CP-II (NBR 11578), Cimento Portland Alto Forno CP – III (NBR 5735), CP – IV com pozolana (NBR 5736), CP – V alta resistência inicial (NBR 5733), CP – RS (NBR 5737), CP BC (NBR 13116) e o CPB (NBR 12989). De acordo com a tabela 1 estão mencionadas as resistências características à compressão (fck) em MPa, aos 28 dias, de alguns tipos de cimento comerciais. Tabela 1: Classes de resistência de acordo com o tipo de cimento Classe CP – I CP – II CP – III CP – IV CP - V Fck (MPa) 25 a 40 25 a 40 25 a 40 25 a 32 SL* * Sem limite de resistência aos 28 dias Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (1997,1991a,1991b,1999), Adaptado. De acordo com a NBR 5733 (1991), o cimento CP-V aos 7 dias deve ter uma resistência mínima de 32 MPa, porém não existe limite superior. Aos 28 dias o cimento pode chegar a marca de 50 a 55 MPa dependendo da qualidade do cimento. Este tipo de cimento é muito utilizado na fabricação de peças pré-fabricadas, devido a necessidade de desforma rápida, visando maior velocidade de produção e a necessidade de reutilização das formas na fábrica. 23 Outro material constituinte do concreto são os agregados. Os agregados dividem-se em dois grupos, sendo eles os agregados miúdos e os agregados graúdos. De acordo com a ABNT NBR 7211 (2005), agregados miúdos são os agregados que passam pela peneira de malha 4,75mm e ficam retidas na peneira de malha 150µm, enquanto os agregados graúdos são aqueles passantes pela peneira de malha 75mm e que ficam retidos na peneira de malha 4,75mm. Os agregados graúdos, no caso a brita, é dividida em vários grupos comerciais. Segundo Ministério de Minas e Energia (2009), existem seis tipos de pedra brita, de acordo com a tabela 2: Tabela 2: Tipos de agregados graúdos segundo a granulometria Tipos Granulometrias Pó de pedra < 4,8mm Brita 0 4,8 a 9,5 mm Brita 1 9,5 a 19mm Brita 2 19 a 25mm Brita 3 25 a 50mm Brita 4 50 a 76mm Fonte: MME, (2009). Segundo Itambé (2017), os agregados miúdos, neste caso a areia, são divididos em quatro grupos no ramo comercial, conforme tabela 3. Tabela 3: Tipos de areia comerciais Tipos de areia Granulometrias Aplicações Grossa 1,2 a 2,4 mm Concreto Média grossa 0,6 a 1,2 mm Argamassa de assentamento Média 0,3 a 0,6 mm Arg. de revest. externo Fina 0,15 a 0,3 mm Arg. De revest. interno Fonte: Manual prático de materiais de construção. Ernesto Riper (2013). A definição e separação dos agregados é feita através do ensaio de granulometria dos materiais, definido pela ABNT NBR 7217 (1987). Este ensaio consiste no peneiramento dos agregados, de forma a definir a porcentagem de 24 material retido em cada peneira existente, módulo de finura (MF) e diâmetro máximo (Dmáx). De acordo com a ABNT NBR 7211 (2005) e ABNT NBR NM 248 (2003), a distribuição granulométrica, tanto para agregados miúdos como para os graúdos, deve atender as curvas granulométricas que indicam a qualidade e tamanho do material, possuindo limites inferiores e superiores de porcentagem em massa retida acumulada. Com estes dados obtidos através do ensaio de granulometria, é possível fazer outros ensaios relacionados aos agregados, como o de massa especifica e massa unitária do material, que podem ser utilizados no dimensionamento do traço do concreto. A massa especifica dos agregados é obtida através de ensaios baseados pela ABNT NBR NM 53 (2009) e ABNT NBR 9776 (1987), que definem métodos para encontrar a massa especifica dos agregados graúdos e miúdos respectivamente. A metodologia de ensaio se difere para os dois agregados, devido as suas características físico-químicas distintas. Segundo a ABNT NBR 9776 (1987), para determinação da massa específica da areia é necessário utilizar frasco de Chapmann juntamente com 500g de agregado seco em estufa. Para obtenção da massa específica do agregado graúdo, a ABNT NBR NM 53 (2009) cita que é necessário obter a massa do agregado no estado seco, submerso em água e massa do agregado saturado com superfície seca. O ensaio e os cálculos para obtenção da massa unitária, sejam para agregados graúdos ou miúdos, são regidos pelas normas ABNT NBR 7251 (1982) e NBR NM 45 (2006), que definem a massa unitária no estado solto e no estado compactado, respectivamente. Os dois ensaios são semelhantes, onde a diferença consiste na compactação do material no recipiente, que deve ter dimensões mínimas de acordo com o diâmetro do agregado. Outro componente do concreto é tido como água de amassamento. A água tem papelfundamental na mistura do concreto fresco, pois é ela que vai reagir quimicamente na hidratação com o cimento, além de ser a responsável pela trabalhabilidade e coesão da mistura. Para tal, a água utilizada não deve ter impurezas que podem afetar a resistência como também gerar eflorescência, que são depósitos de sais brancos na superfície do concreto, causando corrosão da armadura. Devido a isso, geralmente é usada a mesma água para consumo humano na produção do concreto. Águas de procedência duvidosa podem ser utilizadas, desde que sejam ensaiadas previamente (GONÇALVES e GODINHO, 2016). 25 Com as informações obtidas através de ensaios para agregados e a água de amassamento, e dados obtidos pelos fabricantes dos cimentos, torna-se possível dimensionar uma dosagem para estes materiais, formando uma mistura de concreto de acordo com a consistência desejada. 3.1.4 Métodos de dosagem do concreto Segundo Pinheiro et. al (2010), a dosagem do concreto é o processo de obtenção da quantidade de cimento, agregados, água, adições e aditivos de forma correta, atendendo a trabalhabilidade desejada do concreto no estado fresco e a resistência do concreto no estado endurecido, buscando também como objetivo obter o menor custo possível sem perder a qualidade. O custo é um dos principais fatores para elaboração da dosagem do concreto. Um fator a ser analisado é que o cimento custa muito mais que os outros agregados. Por este motivo busca-se reduções nos custos, que são possíveis se forem encontrados materiais que possam substituir uma quantia de cimento Portland, sem perder a resistência e trazer benefícios ao meio ambiente (TUTIKIAN e HELENE, 2011). Cálculos de dosagem de materiais e a trabalhabilidade do concreto podem ser obtidos através de métodos de dimensionamento de traço existentes, elaborados de forma a se usar os materiais corretamente na mistura evitando desperdício. Um dos métodos existentes conhecidos para dimensionamento de traço é o método ABCP, da Associação Brasileira de cimento Portland. Este método juntamente com o controle de qualidade realizado com base na ABNT NBR 12655 consiste em encontrar um traço inicial para o concreto para ser possível realizar uma mistura experimental, podendo ser melhorado posteriormente, se necessário. Para ser possível dimensionar o traço base, é necessário conhecer as características dos componentes do concreto, no caso o cimento, areia e a brita. O método ABCP demanda do conhecimento da massa específica e fcj do cimento, módulo de finura e massa específica da areia, diâmetro máximo, massa específica e unitária da brita, como também a resistência e o abatimento que se deseja obter para o concreto. As informações sobre o cimento geralmente são oferecidas pelo próprio fabricante, já as informações dos agregados podem ser obtidas através de ensaios. Com estas informações, torna-se possível encontrar o consumo de cada material de acordo com suas características, e a relação do consumo dos agregados e da água 26 com o cimento formam o traço unitário, que é finalmente utilizado para dosar a quantidade de cada componente para produção do concreto. No traço unitário todos os componentes (areia, pedra e água) são dependentes da quantidade de cimento escolhida. 3.1.5 Produção de corpos de prova e cura do concreto Após dimensionamento do traço, os materiais são levados para mistura. A operação de mistura consiste na rotação ou agitação dos materiais com o intuito de formar uma massa homogênea, trabalho geralmente feito pelas betoneiras. Os equipamentos mais utilizados são as betoneiras basculantes, que tem seu eixo inclinado e possuem aletas interiores para facilitar a mistura dos materiais. O tambor é cônico ou na forma de balão e sua descarga é rápida (NEVILLE, BROOKS, 2013). De acordo com Pinheiro et. al (2010), depois de produzido o concreto fresco, é feito o ensaio de abatimento do tronco do cone. Após verificação e aceitação do abatimento e da mistura, são produzidos os corpos de prova (CP) para verificar a resistência do concreto produzido. Segundo Metha e Monteiro (2008), como a resistência do concreto é função do processo de hidratação do cimento, tradicionalmente as especificações e ensaios para resistência se baseiam na modelagem de corpos de prova curados sob condições padrão de temperatura e umidade no período de 28 dias. A moldagem dos corpos de prova é regida pela ABNT NBR 5738 (2015), que indica parâmetros dimensionais dos moldes, como também o processo de moldagem e cura do concreto. Após o início da sua secagem, inicia-se a cura do concreto. Os dois objetivos da cura são evitar a perda de umidade e controlar a temperatura até o concreto atingir o nível de resistência desejado, e essa necessidade de cura vem do fato de que a hidratação do cimento somente pode ocorrer em capilares preenchidos com água, por isso a prevenção de perda de água pelos poros (NEVILLE, BROOKS, 2013). A cura do concreto está ligada a combinação de condições que promovem a hidratação do cimento, como tempo, temperatura e umidade, consideradas depois do lançamento do concreto no local desejado. O tempo está diretamente ligado a resistência e cura do concreto. Quanto maior o tempo de cura, maior a resistência, porém, existindo um limite superior a ser alcançado. A umidade também tem grande influência na cura do concreto, podendo 27 gerar resistência até três vezes maior que o concreto curado a temperatura ambiente, por poder evitar com maiores chances a micro fissuração, devido a retração do mesmo pela secagem acelerada ao ar. Após a pega do concreto, podem ser tomados alguns cuidados para evitar grandes retrações devido a secagem, como molhar os corpos de prova, cobrir a superfície com serragem ou areia molhadas (METHA, MONTEIRO, 2008). Neville e Brooks (2013) também trazem outros métodos de cura do concreto dos já conhecidos. A cobertura do concreto pode ser feita também com areia, terra, serragem ou palha úmida. Outro modo a ser utilizado é a colocação de mantas de algodão ou aniagem, que podem ser umedecidas e colocadas sobre o concreto. Após a cura dos corpos de prova, estes são encaminhados ao ensaio para obter as propriedades mecânicas de resistência. 3.1.6 Propriedades mecânicas do concreto A resistência é definida pela capacidade que um material possui para resistir a tensão a que é submetida sem se romper. No caso do concreto, a resistência é obtida através da tensão de compressão exercida no material, necessária para causar a ruptura. A resistência a compressão é fator fundamental para indicar a qualidade e eficiência do concreto e serve como diretriz para outros indicativos, como módulo de elasticidade e resistência a ações climáticas (ISAIA, 2007, MEHTA E MONTEIRO, 2014, NEVILLE E BROOKS, 2013, FUSCO, 2008 e PINHEIRO 2007, citado por ALVES, 2017). Segundo ABNT NBR 6118 (2014), O módulo de elasticidade é definido como a razão entre a tensão e a deformação reversível, e este módulo deve ser conhecido pois influencia na rigidez da estrutura. Segundo Leonhardt e Monnig (2008), São muitos os fatores que influenciam na resistência do concreto, podendo ser as características do corpo de prova (Dimensões, geometria, estado de umidade); parâmetros do carregamento (tipo de tensão, velocidade de aplicação da tensão); características dos agregados, exsudação, grau de hidratação do concreto, grau de adensamento, teor de ar no concreto, relação água/cimento, porosidade na matriz, tempo de cura, temperatura e umidade. A resistência a compressão do concreto é medida em laboratório por um ensaiode compressão uniaxial através de uma prensa mecânica, que exerce uma força sobre 28 o corpo de prova, tendo como resultado a resistência do concreto. Este ensaio de compressão é regido pela ABNT NBR 5739 (2007). A partir de todos estes dados que podem ser obtidos através de ensaio com concreto convencional, ou de referência, é possível realizar estudos de adições na mistura de modo experimental, verificando as mudanças que podem ocorrer entre o concreto modificado e os concretos de referência, visando alcançar economia de materiais, como também muitas vezes preservação ambiental, através da reciclagem. 3.1.7 Adições para o concreto Algumas adições no concreto podem ser feitas a partir de materiais reciclados, onde dentre estes estão os materiais cerâmicos, obtidos a partir de pedaços variados de tijolos que provém dos resíduos da construção. Os materiais cerâmicos são obtidos através das argilas, que podem ser definidos como material natural, que possui granulação fina e que adquire plasticidade quando entra em contato com a água (SANTOS, 1992). O resíduo cerâmico para este caso pode ser tratado como RCD (resíduos da construção e demolição), ou resíduo proveniente de construções, reparos, reformas, e demolições de estruturas (KOPPEN, citado por LEITE, 2001). Quanto a classificação de risco ambiental, segundo a ABNT NBR 10004 (1987), os resíduos de construção e demolição são de classe III, considerados inertes. Isso porque os componentes minerais da argila não são poluentes químicos, porém durante a separação e seleção dos resíduos, deve ser tomado o cuidado para não haver outros materiais ligados à cerâmica, que tenham em sua composição substâncias contaminantes que podem prejudicar as propriedades do concreto. Segundo Leite (2001), através da coleta pode ser feito o beneficiamento que compõe o transporte, separação, britagem, peneiramento e estocagem, tornando o material padronizado e reutilizável. Dependendo da granulometria que se deseja obter do resíduo, podem ser utilizados determinados equipamentos, onde para se obter grãos maiores podem ser utilizados britadores de mandíbula, enquanto que para obter grãos mais finos pode ser utilizado moinhos de esferas. Através do processamento dos resíduos, é possível caracterizar o RCD através de ensaios de granulometria, e encontrar suas características físicas como a massa unitária e massa especifica, como também sua composição química. 29 Segundo Gonçalves (2005), a composição química, teor de substituição de cerâmica para o cimento, diâmetro do RCD, e massa especifica da cerâmica são alguns fatores determinantes para o desempenho no concreto. Para substituição de parte do cimento por resíduo cerâmico, torna-se importante utilizar o mesmo grau de finura. Para classificação da finura do material através da análise granulométrica pode ser utilizada como base a ABNT NBR 11579 (1991), enquanto que para obtenção da massa especifica pode ser utilizada a ABNT NBR 9776 (1987) e ABNT NBR 7251 (1982) para obtenção da massa unitária. Além das classificações básicas da cerâmica, algumas bibliografias trazem que este material pode ser tratado como material pozolânico, podendo contribuir com a resistência à compressão do concreto em idades mais avançadas. Coutinho (1997), Neville (1995) e Metha e Monteiro (1994), citado por Junior (2011), trazem em suas bibliografias que as pozolanas são materiais compostos de sílica e alumina, que em contato com a água reagem com o hidróxido de cálcio e com o cimento formando propriedades aglomerantes. A verificação é feita segundo a NBR 12653 (2012) onde é feita a caracterização do material. Também são necessários estudos físicos e químicos do resíduo. Porém este tipo de análise depende muito do beneficiamento do material, assim como também não se torna uma regra padrão para os materiais cerâmicos, dependendo da sua utilização para o concreto. Para ser feita esta consideração, torna-se necessário o atendimento de todos os requisitos físicos e químicos do material, como solicita a norma. Além da possível utilização e contribuição para a resistência do concreto, a reciclagem de resíduo pode trazer benefícios ambientais importantes, como diminuição de volume de resíduos nos canteiros de obras e destinação correta deste material. 3.2 Resíduos da construção (RC): Conceito, geração e utilização De acordo com a resolução do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA), os resíduos da construção civil são: I – [...]os provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos, tais como: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, solos, rochas, metais, resinas, colas, tintas, madeiras e compensados, forros, argamassa, gesso, telhas, pavimento asfáltico, vidros, plásticos, tubulações, 30 fiação elétrica etc., comumente chamados de entulhos de obras, caliça ou metralha;(CONAMA, 2002). Segundo Cabral et. al, (2009), assim como qualquer indústria, a construção civil também é grande geradora de resíduos, e com o crescimento acelerado deste ramo, como citado anteriormente, já são elaborados vários estudos que visem o gerenciamento desses resíduos da construção de forma que haja uma redução e uma reutilização dos mesmos quando for possível. Ainda de acordo com Cabral et al. (2009) os resíduos da construção civil alcançaram a marca dos 40% de todos os resíduos gerados na economia do país, estimando-se que a maior parte desses resíduos gerados provém dos canteiros de obras. A geração dos resíduos da construção civil variam de acordo com a região do país, época do ano, tipo de obra, entre outros. Outro fator analisado, é que de acordo com o andamento da obra, são gerados diferentes resíduos, onde na parte de construção da etapa estrutural encontram-se restos de concreto, ferragem e madeira, e na parte de acabamento encontram-se restos de cimento, tijolos, telhas, pisos cerâmicos, gesso, entre outros. (NAGALLI, 2014). Um dos resíduos que mais são gerados na construção civil no Brasil são os referentes a materiais cerâmicos. Os resíduos cerâmicos geralmente fazem parte do acabamento da estrutura, como os tijolos, telhas cerâmicas e lajotas. De acordo com Cabral et. Al (2009), os resíduos cerâmicos correspondem a 30% de todos os resíduos gerados na construção, ocorrendo não só no Brasil, mas em outros países, como também na Índia, que é detentora da mesma porcentagem de geração de resíduos. Os RCD’s no Brasil geram graves problemas em muitas cidades do país, devido à má disposição destes resíduos, gerando problemas de ordem estética, ambiental e de saúde pública, além de sobrecarregar os sistemas de limpeza das cidades. De acordo com Ângulo et. al (2013), a reciclagem dos resíduos ainda é pouco realizada no Brasil, se tornando um desafio para o país, mas é uma causa a ser executada com maior efetividade, devido à redução de extração de recursos que estes programas geram, contribuindo para a sustentabilidade. Ainda de acordo com Ângulo et. al (2013), apesar dos resíduos poderem ser utilizados novamente no processo de fabricação de elementos cerâmicos, existe a possibilidade de os resíduos serem utilizados na indústria da construção civil, substituindo, por exemplo, parte do cimento pelo resíduo cerâmico, tentando unir a economia de materiais com a reciclagem. 31 Segundo Gonçalves (2007), os resíduos da indústria cerâmica se tornam atrativos na substituição de parte do aglomerante do concreto, devido a disponibilidade e grande geração de RCD no país. Algumas pesquisas já foramrealizadas em relação a este tipo de experimento, porém é necessário avaliar o comportamento mecânico dos elementos de concreto que contenham resíduos cerâmicos, como será mostrado adiante a resistência à compressão e a trabalhabilidade, na substituição de parte do cimento por resíduo cerâmico. 3.3 Resolução CONAMA Segundo resolução 307/2002 do Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA o gerador de resíduos é responsável pela segregação dos mesmos em quatro classes diferentes, encaminhá-los para a reciclagem ou disposição final, proibindo o envio destes a aterros sanitários. Dentre estas classes pode ser citado o artigo 3° desta resolução, sendo: I - classe a - são os resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tais como: a) de construção, demolição, reformas e reparos de pavimentação e de outras obras de infraestrutura, inclusive solos provenientes de terraplanagem; b) de construção, demolição, reformas e reparos de edificações: componentes cerâmicos (tijolos, blocos, telhas, placas de revestimento etc.), argamassa e concreto; c) de processo de fabricação e/ou demolição de peças pré-moldadas em concreto (blocos, tubos, meio-fios etc.) Produzidas nos canteiros de obras; II - classe b - são os resíduos recicláveis para outras destinações, tais como plásticos, papel, papelão, metais, vidros, madeiras, embalagens vazias de tintas imobiliárias e gesso; (redação dada pela resolução nº 469/2015). III - classe c - são os resíduos para os quais não foram desenvolvidas tecnologias ou aplicações economicamente viáveis que permitam a sua reciclagem ou recuperação; (redação dada pela resolução n° 431/11) IV - classe d - são resíduos perigosos oriundos do processo de construção, tais como tintas, solventes, óleos e outros ou aqueles contaminados ou prejudiciais à saúde oriundos de demolições, reformas e reparos de clínicas radiológicas, instalações industriais e outros, bem como telhas e demais objetos e materiais que contenham amianto ou outros produtos nocivos à saúde. (redação dada pela resolução n° 348/04) (CONAMA,2002). Segundo Fernandez (2011), a resolução 307 do CONAMA é o principal marco regulatório para gestão dos resíduos, dispondo responsabilidade aos municípios para implementarem planos de gerenciamento e manejo adequado dos mesmos. Além disso, a resolução 307 também determinou que o gerador do resíduo é responsável 32 pelo gerenciamento do mesmo, gerando grande avanço ao procedimento, e criando responsabilidades para os geradores, sendo necessário encaminhamento e/ou tratamento final adequado. Fernandez (2011), ressalta que a resolução estabelece que as áreas destinadas para estas finalidades devem ter licenciamento ambiental e serem fiscalizadas pelos órgãos competentes para regularização da gerenciadora. Devido a estes fatores, nota-se que a regularização do destino e tratamento dos resíduos da construção civil deve ter sua atenção necessária, para gerenciamento e processamento destes resíduos, de forma com que cumpra a resolução 307 do CONAMA. Utilizar os resíduos da construção para fabricação de um novo traço de concreto abre uma nova possibilidade de gerenciamento destes materiais, vindo a contribuir com o meio ambiente, como também tendo um destino e uma melhor gestão dos resíduos através de possíveis planos diretores dos municípios, vindo a melhorar como consequência a qualidade de vida da população. 33 4.0 MATERIAIS E MÉTODOS 4.1 Classificação da pesquisa Esta pesquisa trata-se de um estudo experimental realizado a partir de pesquisas bibliográficas publicadas em anos anteriores, relacionadas semelhantemente ao tema e as condicionantes. Quanto aos procedimentos, essa pesquisa se classifica como laboratorial. Segundo Fonteles et. al (2009), uma pesquisa laboratorial é um tipo de pesquisa onde sua realização é feita em um ambiente controlado. Estas pesquisas adotam ambientes laboratoriais para reproduzir situações reais no objeto do estudo, além de utilizar de instrumentos específicos e precisos para coleta de dados. 4.2 Local de realização As coletas dos resíduos da construção foram realizadas na cidade de Nova Prata do Iguaçu - PR, em canteiros de obras, onde foram encontrados os pedaços de materiais cerâmicos desejados (tijolos). O processamento dos resíduos de construção foram feitos na UTFPR na cidade de Pato Branco – PR, e os ensaios foram realizados na Unisep, na cidade de Francisco Beltrão – PR. A análise química do material foi feita na UFRGS na cidade de Porto Alegre – RS, pelo laboratório de Geotecnia da universidade. 4.3 Materiais 4.3.1 Concreto de referência 4.3.1.1 Cimento Para fazer a substituição e análise de dados de comportamento do corpo de prova com resíduo da construção, é necessário também moldar corpos de prova que sirvam de referência para o modificado, para posterior comparação. Nesta situação, 34 foi produzido concreto de referência utilizando cimento CP-V ARI Votorantim de alta resistência inicial. A resistência à compressão do cimento aos 28 dias, regida pela NBR 5733 (1991), de acordo com dados fornecidos pelo fabricante, chegou a 51,2 Mpa. A massa especifica do cimento, também fornecido pelo fabricante, foi de 3,12 g/cm³. O cimento foi adquirido em Francisco Beltrão - PR. 4.3.1.2 Agregado miúdo O agregado miúdo utilizado foi obtido no próprio laboratório de materiais de construção da Unisep. Após obtenção do material, foi feito ensaio de granulometria seguindo a NBR 7217 (1987), utilizando as peneiras de série normal (4,75mm, 2,36mm, 1,18mm, 600µm, 300µm, 150µm), devido a se tratarem de agregados miúdos. Para a secagem da areia foram utilizadas as estufas da marca Didática SP de capacidade de aquecimento máximo de 250°C. Também foi utilizado uma balança de marca Bel Engineering, com capacidade máxima de 5,2 kg e precisão de 0,5 g e frasco de Chapman para ensaio de massa específica. Para ensaio de massa unitária foi utilizado uma padiola de 0,027m³ vedada e impermeável, haste de regularização, concha para manuseio do agregado, bandeja de retenção e balança da marca Brasmed. 4.3.1.3 Agregado graúdo O agregado graúdo utilizado para este estudo foi a brita 1, obtidos também no próprio laboratório de materiais de construção da Unisep. Para utilização do agregado graúdo nos ensaios e na produção do concreto, primeiramente foi realizado ensaio de peneiramento com as peneiras de série normal (75mm, 37,5mm, 19mm, 9,5mm, 4,75mm) e série intermediária (63mm, 50mm, 31,5 mm, 25mm, 12,5mm, 6,3mm), conforme especificação da NBR 7217 (1987). Para obtenção da massa especifica do agregado graúdo foi utilizado a NBR NM 53 (2003). Dentre os equipamentos utilizados estão a balança da marca Bel Engineering com capacidade máxima de 5,2 Kg com precisão de 0,5 g e também a balança de marca Brasmed e balança de mão da marca Maruri, cestos de plástico vazados, com características semelhantes ao cesto de arame que a norma solicita, balde com água, para imersão do material e estufa para secagem. Na determinação da massa unitária do agregado foi utilizada a NBR NM 45 (2006), que define os procedimentos para obtenção da massa unitária compactada. 35 Os equipamentos utilizados foram os mesmos para definição da massa unitária do agregado miúdo. 4.3.1.4 Água Para utilização da água seguiu-se a NBR 12655 (2006) que trata do preparo do concreto. A água captada foi a mesma que é utilizada para consumo no campus da Unisep, sendo coletado pelas torneiras de abastecimento no próprio laboratório de materiais de construção. 4.3.2Concreto com resíduo da construção 4.3.2.1 Resíduo Cerâmico O material substituído no concreto foi o cimento por resíduo cerâmico, em um teor de 25%. Para este caso foi necessário beneficiar o RCD de modo que sua finura ficasse compatível. Inicialmente foram coletados aproximadamente 10Kg de material de granulometria variada. O tipo de material cerâmico escolhido foram blocos cerâmicos (tijolos) furados utilizados para alvenaria de vedação (paredes), obtidos na cidade de Nova Prata do Iguaçu – PR. Como apenas parte do cimento foi substituído por RCD, os outros componentes da massa de concreto permaneceram os mesmos, portanto suas especificações são as mesmas dos itens citados anteriormente. Foram coletados de forma manual, unicamente resíduos de blocos cerâmicos, sem qualquer outro material que pudesse influenciar em suas características iniciais. Para tal foi verificado visualmente se o material cerâmico obtido estava livre de qualquer outro resíduo, como a argamassa, que pudesse modificar as características tanto físicas como químicas. Portanto, se um pedaço de tijolo tivesse junto a argamassa, somente a parte cerâmica era aproveitada, o restante dispensado. Para análise química de espectrometria por fluorescência de Raios-X, foi utilizado equipamento da marca Rikagu, modelo RIX 2000. Para este ensaio foram coletadas amostras do RC passantes na peneira 200 mesh em capsulas de 10g para o ensaio. Para processo de moagem do agregado com intuito de obter RCD fino foi utilizado moinho de bolas da marca Servitech modelo CT-242, compostos por dois jarros de metal. As esferas utilizadas foram as de Alumina. 36 Para verificação do índice de finura conforme ABNT NBR 11579 (2013) foram utilizados pinceis de cerdas maciais, peneira de número 200 mesh provida de fundo e tampa, bastão de PVC. Na obtenção da massa específica foi utilizado uma proveta graduada devido a necessidade de maior área para mistura entre a água e o RCD. 4.4 Métodos 4.4.1 Ensaio de granulometria dos agregados graúdos e miúdos Em relação a classificação da granulometria dos materiais, foi utilizado a ABNT NBR 7217 (1987). Para saber a massa mínima de amostra a ser ensaiada conforme tabela 4, era necessário conhecer o diâmetro máximo dos agregados obtidos. Inicialmente foi necessário realizar um pré-peneiramento, utilizando 1 Kg de agregado para descobrir o diâmetro máximo e a respectiva massa necessária para ensaio. Tabela 4: Massa mínima por amostra de ensaio Dimensão máxima do agregado (mm) Massa mínima de amostra de ensaio(Kg) <4,8 0,5 6,3 3 >9,5 e <25 5 32 e 38 10 50 20 64 e 76 30 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (1987). Após obtenção destes dados, os agregados foram pesados e encaminhados para estufa onde sofreram secagem a temperatura de 105°C durante o período de 24 horas. Posterior ao processo de secagem, os agregados foram encaminhados ao conjunto de peneiras para ensaio de granulometria seguindo a sequência de malhas, conforme tabela abaixo solicitada pela NBR 7217(1987), onde para peneiramento dos agregados graúdos foram utilizadas peneiras de malha 75mm a 4,75mm e para peneiramento dos agregados miúdos foram utilizadas as peneiras de malha 4,75mm a 150 µm. 37 Tabela 5: Conjunto de peneiras de série normal e intermediária Série normal Série Intermediária 75mm - - 63mm - 50mm 37,5mm - - 31,5mm - 25mm 19mm - - 12,5mm 9,5mm - - 6,3mm 4,75mm - 2,36mm - 1,18mm - 600µm - 300µm - 150µm - Fonte: Associação Brasileira de Normas técnicas (1987). As peneiras foram posicionadas no agitador mecânico e presas. Após isso, foram colocados cuidadosamente os agregados, de forma que não ficassem muito acumulados. Após colocação, os mesmos foram espalhados manualmente na peneira superior. Ao realizar este processo iniciou-se a agitação mecânica por aproximadamente 3 minutos. Após o termino da agitação mecânica, as peneiras foram agitadas manualmente de modo que não ficassem materiais presos que poderiam ser passantes nas malhas. A próxima etapa consistiu na retirada das peneiras, uma a uma, e escovadas as telas na parte inferior. O material que se soltava era pertencente a peneira de baixo. O material retido na face interna foi reservado e identificado. Depois da separação de cada parte retida nas peneiras, os mesmos foram pesados na balança com precisão de 0,5g. O mesmo procedimento foi tomado tanto para os agregados graúdos como para os agregados miúdos. Para obtenção do módulo de finura (MF) dos materiais, somou-se as porcentagens retidas acumuladas nas peneiras, descontando a porcentagem retida no fundo, dividindo este valor por cem. Já o diâmetro máximo (Dmáx.) dos agregados foi obtido através da análise de qual peneira de menor abertura teve sua porcentagem retida acumulada menor ou igual a 5%. 38 Seguindo as especificações da NBR 7217 (1987), após análise da distribuição granulométrica do material, através do ensaio de granulometria, foi necessário verificar se as porcentagens acumuladas dos agregados obtidas no ensaio estavam entre os limites inferiores e superiores solicitados, através das tabelas de curvas granulométricas da NBR 7211 (2005). Para a brita foi utilizado a tabela de curvas granulométricas dos agregados graúdos, que trazem os 5 tamanhos de brita, indicando os limites inferiores e superiores de classificação, conforme tabela abaixo: Tabela 6: Curvas granulométricas para agregados graúdos Peneira Abertura Malha (mm) Zona granulométrica (%) 4,8-12,5 9,5-25 19-32 25-50 38-75 75 - - - - 0-5 63 - - - - 5-30 50 - - - 0-5 75-100 38 - - - 5-30 90-100 32 - - 0-5 75-100 95-100 25 - 0-5 5-25 87-100 - 19 - 2-15 65-95 95-100 - 12,5 0-5 40-65 92-100 - - 9,5 2-15 80-100 95-100 - - 6,3 40-65 92-100 - - - 4,8 80-100 95-100 - - - 2,4 95-100 - - - - Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (2005). Já para a areia, a ABNT NBR 7211 (2005) traz limites de zona utilizável e zona ótima dos agregados miúdos. Através da tabela 7 foi possível observar se a areia poderia ser usada para produzir o concreto de referência como também o modificado. A curva granulométrica gerada pelo ensaio de peneiramento através das porcentagens de massas retidas foram comparadas com as curvas impostas pela NBR. Os limites das zonas ótimas e utilizáveis evitam grandes variações na granulometria da areia que podem ocorrer, levando a um controle mínimo de qualidade como também maior uniformidade dos agregados. 39 Tabela 7: Curvas granulométricas para agregados miúdos Peneira Abertura malha (mm) Limites inferiores Limites Superiores Zona útil Zona ótima Zona ótima Zona útil 9,5 0 0 0 0 6,3 0 0 0 7 4,8 0 0 5 10 2,4 0 10 20 25 1,2 5 20 30 50 0,6 15 35 55 70 0,3 50 65 85 95 1,5 85 90 95 100 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (2005). Através da obtenção das informações iniciais sobre os agregados, foi possível encontrar outros componentes físicos, como a massa especifica e unitária da brita e da areia. 4.4.2 Determinação da massa especifica dos agregados O método e a norma que possibilitam encontrar a massa especifica dos agregados são distintas para o graúdo e o miúdo. Para determinação de massa especifica do agregado graúdo foi utilizada a ABNT NBR NM 53 (2003), onde em um primeiro momento foi encontrado a quantidade de amostra a ser usada no ensaio, de acordo com a tabela 8. Tabela 8: Quantidade de amostra em função do Dmáx Dimensão máxima(mm) Massa mínima de amostra (Kg) 12,5 2 19 3 25 4 37,5 5 50 8 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003), Adaptado. Como a dimensão máxima foi encontrada através do ensaio de peneiramento, que foi de 25mm, utilizou-se 5 Kg de amostra de agregado graúdo para o ensaio visando sobra de material. Após esta etapa, foi realizado peneiramento onde o material passante na peneira 4,8mm foi descartado. 40 Inicialmente foram pesados os cestos e anotados os valores das massas. As amostras foram colocadas nos cestos vazados e foram pesados. Como as amostras seriam utilizadas como base para dosagem do concreto, estas não foram inicialmente secas em estufa. Após pesagem dos cestos com o material, estes foram colocados em um balde com água e deixados submersos por 24 horas para saturação. Cumprindo este tempo, foi retirado o material do balde, e secado sua superfície com uma toalha, vindo a pesa-lo logo após, obtendo a massa do agregado saturado com superfície seca. A próxima etapa feita foi submergir a amostra em recipiente com água e pesar a amostra submersa, obtendo a massa em água. Este procedimento demonstra a leveza do material em relação a água através do empuxo, onde consequentemente seu peso será menor do que se fosse pesado isoladamente. Realizados estes procedimentos, a amostra foi encaminhada para estufa para secagem a 105°C por 24 horas, para obtenção da massa da amostra seca. Através dos dados obtidos, foi feito o cálculo de massa especifica através da equação 1: Equação 1: Massa específica do agregado graúdo Ɣ = m ms − ma (1) Onde: Ɣ = Massa específica, em Kg/m³; m = Massa de amostra seca em estufa, em Kg; ms = Massa de amostra saturada e superfície seca, em Kg; ma = Massa de amostra submersa em água, em Kg. Para determinação da massa especifica do agregado miúdo, primeiramente foi pesado cerca de 1 Kg de amostra e colocado em estufa para secagem até constância de massa a 105° C. Após isso, foram pesadas 500g deste material e reservado. Foi utilizado frasco de Chapman e acrescentado água até a marca de 200cm³, deixando em repouso para que toda água na superfície do frasco pudesse ser escorrida. Em seguida foi acrescentado a amostra com a ajuda de um funil, agitando o frasco levemente para retirar os vazios e bolhas internas. Após colocação da amostra no frasco foi verificado se existia material na superfície interna, e realizado novamente 41 agitamentos leves de modo a retirar qualquer resíduo que poderia influenciar no volume final do ensaio. O cálculo da massa específica do agregado foi obtido através da relação da divisão das 500 gramas de areia, pela diferença de volume do agregado e água, do volume inicial de 200g/cm³, através da equação 2. Equação 2: Massa específica do agregado miúdo Ɣ = 500g L − 200cm³ (2) Onde: Ɣ = massa específica, em g/cm³; L = Volume obtido entre areia e água, em cm³. 4.4.3 Determinação da massa unitária dos agregados Para determinação da massa unitária foi utilizada NBR NM 45 (2006) para determinação da massa compactada da pedra. Inicialmente foi pesado o recipiente e obtido seu volume. Verificou-se que o volume obtido de 0,027m³ no recipiente atendia a norma em relação ao volume mínimo necessário, através da tabela 9. Tabela 9: Dimensão do recipiente em função do Dmáx Dimensão máxima Recipiente (mm) Capac. Mínima (m³) d ≤ 37,5 0,01 37,5 < d ≤ 50 0,015 50 <d ≤ 75 0,030 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (2006). Verificou-se também o tipo de método a ser utilizado para este ensaio, onde o ideal foi o método “A”, pois segundo ABNT NBR NM 45 (2006), este método deve ser empregado quando os agregados têm um Dmáx maior ou igual a 37,5 mm. Seguindo o método “A”, o procedimento foi feito realizando a colocação do agregado em três camadas, sendo cada camada adensada com a haste de metal através de 25 golpes. Na última camada foi colocado material a mais para facilitar o rasamento manual. Após regularização da superfície, o recipiente foi pesado na balança e anotado o valor. O procedimento foi repetido mais duas vezes para obter 42 maior precisão no ensaio. A massa unitária do agregado graúdo foi obtida através da relação da massa do recipiente/ agregado, subtraído da massa do recipiente, divido pelo seu volume, dada pela seguinte equação: Equação 3: Massa unitária dos agregados δ = Mar − Mr V (3) Onde: δ= Massa unitária do agregado, em Kg/m³; Mar = Massa do agregado mais recipiente, em Kg; Mr = Massa do recipiente, em Kg; V = volume do recipiente, em m³. Para a massa unitária do agregado miúdo foi utilizada a ABNT NBR 7251 (1982). O procedimento do ensaio foi feito semelhantemente ao do agregado graúdo, onde a diferença estava no tipo de obtenção da massa, onde neste caso o agregado não foi compactado, visando obter a massa unitária no estado solto. Foram tomados cuidados no preenchimento do recipiente evitando segregação, e o rasamento foi feito com haste de metal. O cálculo da massa unitária foi feito conforme equação 3. 4.4.4 Beneficiamento do resíduo da construção e demolição (RCD) Para obtenção do RCD, foram escolhidos nos locais de coleta resíduos puramente cerâmicos, sem outros materiais constituintes da construção civil ligados a estes, como restos de argamassas ou qualquer outro tipo de resíduo que não faça parte do material cerâmico. Também foi verificado se não havia qualquer resíduo orgânico que pudesse interferir nas características do material. Os resíduos coletados estavam em granulometrias variadas, sendo coletados grandes pedaços de tijolos que estavam formando volumes consideráveis. O material foi reduzido de tamanho manualmente com martelos até obter uma granulometria menor, com um diâmetro máximo de aproximadamente 37mm. Após isso, foram encaminhados para o laboratório de materiais da UTFPR na cidade de Pato Branco – PR, para serem moídos em um moinho de bolas, para transformação dos pedaços de cerâmica em um material mais fino. 43 O material a ser beneficiado no moinho de bolas necessitava estar em uma granulometria menor que 19mm, devido ao tamanho do jarro, e a necessidade de espaço para movimentação das esferas no interior do recipiente. Devido a isso, foi feito um peneiramento para retirada dos pedaços maiores de resíduo. Feito este peneiramento, foram colocadas as esferas no jarro e depois o RCD. De acordo com o fabricante, o peso do jarro, das esferas e do material a ser moído teria que ter um total de 3750 gramas, podendo variar o peso em 5% para mais ou para menos. Após colocar o material no jarro, o mesmo foi colocado no aparelho para moagem. O tempo utilizado para moagem dos resíduos foi de cinco minutos para cada enchimento do jarro de RCD, onde após este tempo o jarro era retirado do equipamento e passado nas peneiras de malhas menores, para separação das esferas do RCD. Ao final do processamento do resíduo foram produzidos cinco quilos de RCD moído, estimando uma sobra de material. Figura 2: Moinho de bolas com dois jarros Fonte: O autor (2017) Após estes procedimentos, o RCD moído foi encaminhado para o campus da Unisep para análise física do material. 44 4.4.5 Análise física e química do RCD Visto que parte do cimento seria substituído por RCD, tal material necessitaria estar em conformidade com o índice de finura relativo ao cimento. Portanto para determinação deste índice, foi utilizada como base a ABNT NBR
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