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ENGENHARIA CIVIL ANÁLISE DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E ABSORÇÃO DE ÁGUA EM TIJOLOS DE SOLO-CIMENTO COM INCORPORAÇÃO DE RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO NÁJELA KAMILLA PAULA DANTAS Rio Verde – GO 2017 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA GOIANO – CAMPUS RIO VERDE ENGENHARIA CIVIL ANÁLISE DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E ABSORÇÃO DE ÁGUA EM TIJOLOS DE SOLO-CIMENTO COM INCORPORAÇÃO DE RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO NÁJELA KAMILLA PAULA DANTAS Trabalho de Curso apresentado ao Instituto Federal Goiano – Campus Rio Verde, como requisito parcial para a obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Me. Marcel Willian Reis Sales Co-orientador: Prof. Me. Fausto Arantes Lobo Rio Verde – GO Novembro de 2017 Sistema desenvolvido pelo ICMC/USP Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Sistema Integrado de Bibliotecas - Instituto Federal Goiano Scanned by AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus pela graça de chegar até aqui e por me conceder sabedoria e força em todos os momentos. Aos meus pais e a minha irmã, que sempre me apoiaram na realização deste sonho. São por eles e para eles que eu cheguei até aqui. Ao melhor, Prof. Me. Marcel Willian Reis Sales, orientador deste trabalho, pelas inspirações, orientações e incentivo. Ao co-orientador deste trabalho, Prof. Me. Fausto Arantes Lobo e todos os demais professores, que sempre estiveram à disposição para esclarecer minhas dúvidas e auxiliar na resolução de problemas. Ao meu namorado, pela compreensão, e por dividir comigo as aflições e os sorrisos que sempre me animaram. Aos meus amigos presentes durante o curso, em especial a Breenda Vieira, Bruno Hoffmann, Caio César, Lara Bosco e Lorran Oliveira, pela assistência no desenvolvimento deste trabalho e por dividirem os melhores momentos durante a minha graduação. Aos técnicos dos laboratórios, que me auxiliaram no uso das instalações e equipamentos necessários para a realização dos ensaios. A empresa RNV Resíduos situada em Aparecida de Goiânia pela doação dos resíduos utilizados no desenvolvimento desta pesquisa. A todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho, a todos vocês, meu muito obrigada! RESUMO DANTAS, N. K. P. Análise da resistência à compressão e absorção de água em tijolos de solo-cimento com incorporação de resíduos de construção e demolição. 2017. 62f. Monografia (Graduação em Engenharia Civil) – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano – Campus Rio Verde, Rio Verde, 2017. A preocupação com a sustentabilidade e a tendência de escassez dos recursos naturais têm levado ao desenvolvimento de novos materiais, métodos ou processos de produção que minimizam os impactos negativos ao meio ambiente. Os resíduos de uso da construção estão entre os mais degradadores do meio ambiente, sendo importante o seu reaproveitamento. Uma alternativa é sua incorporação na fabricação de tijolos de solo-cimento. O presente trabalho tem como objetivo analisar as características físicas e mecânicas de tijolos maciços de solo-cimento sem função estrutural com substituição parcial do solo por resíduo de construção e demolição (RCD). Foram estudadas duas dosagens de RCD: 40% e 60% em relação a massa de solo. O teor de cimento foi de 20% em relação a mistura solo-resíduo. Inicialmente foi feita a caracterização física dos materiais e das misturas. Na segunda etapa foram confeccionados os tijolos utilizando prensagem manual. Na última etapa foram feitos ensaios de resistência à compressão e absorção de água nos tijolos. Os resultados encontrados não foram satisfatórios, pois nenhum dos traços analisados adquiriram valores de resistência à compressão e de absorção de água que atendem a ABNT NBR 10834 (2013). Apesar dos resultados serem insuficientes, a incorporação de RCD proporcionou melhores resultados nas propriedades mecânicas dos tijolos. O RCD é constituído de restos de argamassa e materiais cerâmicos que corrigiu a granulometria do solo tornando-o mais arenoso e mais propicio a confecção de tijolos de solo-cimento. Os resultados demonstram que a técnica de produção dos tijolos pode afetar drasticamente as suas propriedades. Palavras-chave: Solo-cimento, resíduo de construção e demolição, sustentabilidade LISTA DE QUADROS Quadro 1: Critério para escolha do solo ................................................................................. 17 Quadro 2: Valores de resistência à compressão e absorção de água de tijolos de solo-cimento com incorporação de resíduos .................................................................................................. 19 Quadro 3: Participação dos RCD no total de resíduos sólidos ............................................... 23 Quadro 4: Resíduos gerados na cidade de São Paulo ............................................................. 25 Quadro 5: Composição das dosagens de solo-cimento com adição de RCD.......................... 33 Quadro 6: Quantitativo de materiais para fabricação das amostras de tijolo solo-cimento com adição de RCD .......................................................................................................................... 33 Quadro 7: Valores de resistência à compressão e absorção de água de tijolos de solo-cimento com incorporação de resíduos .................................................................................................. 34 Quadro 8: Quantidade de água utilizada em cada traço .......................................................... 34 Quadro 9: Análise granulométrica do solo, RCD e misturas .................................................. 41 Quadro 10: Composição granulométrica do solo natural ....................................................... 41 Quadro 11: Composição granulométrica do RCD .................................................................. 42 Quadro 12: Composição granulométrica solo + 40% RCD .................................................... 42 Quadro 13: Composição granulométrica do solo + 60% RCD ............................................... 42 Quadro 14: Limites de consistência do solo natural ............................................................... 46 Quadro 15: Limites de consistência dos resíduos ................................................................... 47 Quadro 16: Massa específica do solo natural.......................................................................... 47 Quadro 17: Massa específica dos resíduos ............................................................................. 47 Quadro 18: Massa específica do Cimento Portland ................................................................ 48 Quadro 19: Absorção de água dos tijolos ............................................................................... 48 Quadro 20: Massa específica dos tijolos ................................................................................. 49 Quadro 21: Resistência a compressão dos tijolos ................................................................... 50 Quadro 22: Fator A/C .............................................................................................................54 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Disposição de resíduos na cidade de Rio Verde - GO ............................................. 25 Figura 2: Solo pronto para as moldagens ................................................................................ 27 Figura 3: RCD peneirados na peneira de malha 4,76 mm ...................................................... 29 Figura 4: RCD triturados pela empresa RNV Resíduos situada na cidade de Aparecida de Goiânia - GO ............................................................................................................................ 29 Figura 5: Resíduos de construção e demolição – RCD da cidade de Aparecida de Goiânia - GO e de outras vizinhas................................................................................................................... 29 Figura 6: Ensaios de caracterização dos solos: (a) Limite de liquidez; (b) Granulometria;.... 32 Figura 7: Processo inicial para fabricação dos tijolos de solo-cimento com adição de RCD . 35 Figura 8: Teste empírico para determinação da umidade ótima ............................................. 36 Figura 9: Fabricação de tijolo de solo-cimento em prensa manual ......................................... 36 Figura 10: Tijolos de solo-cimento com adição de RCD em processo de cura úmida ........... 37 Figura 11: Processo de execução do ensaio de resistência à compressão dos tijolos ............. 38 Figura 12: Processo de execução do ensaio de absorção de água dos tijolos ......................... 39 Figura 13: Análise granulométrica do solo, RCD e misturas .................................................. 40 Figura 14: Curva granulométrica do solo natural .................................................................... 43 Figura 15: Curva granulométrica do RCD .............................................................................. 44 Figura 16: Curva granulométrica do solo + 40% RCD ........................................................... 44 Figura 17: Curva granulométrica do solo + 60% RCD ........................................................... 45 Figura 18: Massa específica dos tijolos .................................................................................. 49 Figura 19: Resistências obtidas no ensaio .............................................................................. 51 Figura 20: Fissuras nos tijolos de solo-cimento com adição de RCD ..................................... 52 Figura 21: Fator A/C ............................................................................................................... 53 LISTA DE SIGLAS ABCP ABNT CEPED CINVA CONAMA ICPA MAC PCA Associação Brasileira de Cimento Portland Associação Brasileira de Normas Técnicas Centro de Pesquisas e Desenvolvimento “Centro Interamericano de Vivienda y Planeamiento” Conselho Nacional do Meio Ambiente “Instituto Del Cemento Portland Argentino” “Ministère des Affaires Culturalles” “Portland Cement Association” LISTA DE SÍMBOLOS A/C CP II- Z CO2 IP LL LP RCD RSU SCC SCP 𝜌𝑠 Fator água/cimento Cimento Portland composto com pozolana Gás carbônico (dióxido de carbono) Índice de plasticidade Limite de liquidez Limite de plasticidade Resíduos de Construção e Demolição Resíduos Sólidos Urbanos Solo-cimento compactado Solo-cimento plástico Massa específica dos sólidos SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 12 2 REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................................. 14 2.1 Solo como Material de Construção .................................................................................... 14 2.1.1 Estabilização do solo com o cimento .............................................................................. 14 2.2 Solo-Cimento ..................................................................................................................... 15 2.2.1 Definição e histórico ....................................................................................................... 15 2.2.2 Critérios para escolha do solo ......................................................................................... 16 2.2.3 Qualidade do solo-cimento ............................................................................................. 17 2.2.4 Dosagem de solo-cimento ............................................................................................... 18 2.2.5 Relação água/cimento ..................................................................................................... 19 2.2.6 Custo do solo-cimento .................................................................................................... 20 2.2.7 Tijolos de solo-cimento ................................................................................................... 20 2.3 Resíduo de Construção e Demolição (RCD) ..................................................................... 21 2.3.1 Definição e classificação ................................................................................................. 21 2.3.2 Geração dos resíduos....................................................................................................... 22 2.3.3 Composição dos resíduos ................................................................................................ 24 2.3.4 Reciclagem ...................................................................................................................... 25 3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................. 27 3.1 Materiais ............................................................................................................................ 27 3.1.1 Solo ................................................................................................................................. 27 3.1.2 Cimento ........................................................................................................................... 28 3.1.3 Resíduos de construção e demolição - RCD ................................................................... 28 3.1.4 Equipamentos de laboratório........................................................................................... 29 3.2 Metodologia ....................................................................................................................... 30 3.2.1 Caracterização dos materiais da mistura de solo-cimento com adição de RCD ............. 30 3.2.2 Definição das dosagens das misturas de solo-cimento com adição de RCD .................. 32 3.2.3 Fabricação dos tijolos ...................................................................................................... 34 3.2.4 Caracterização mecânica dos tijolos ............................................................................... 37 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................................... 40 4.1 Caracterização dos Materiais da Mistura de Solo-Cimento com Adição de RCD ......... 40 4.2 Ensaio de Absorção de Água dos tijolos ............................................................................ 48 4.3 Ensaio de Resistência à Compressão Simples Aplicado aos Tijolos ................................. 50 5 CONCLUSÕES .....................................................................................................................56 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................ 58 7 REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 59 12 1 INTRODUÇÃO À medida em que houve um crescimento econômico no mundo, a sociedade tornou-se excessivamente consumista de recursos naturais. A utilização de materiais extraídos de fontes não renováveis, além de acarretar perturbações ao meio ambiente, gera uma grande quantidade de resíduos, que hoje em dia, tem sido um dos principais desafios enfrentados pela humanidade. No contexto ambiental, a preocupação com o meio ambiente e a tendência de escassez dos recursos naturais têm levado a sociedade a buscar desenvolver novos conceitos e técnicas de crescimento sustentável que minimizam os impactos negativos gerados ao meio ambiente. Grande parte desses impactos ambientais é causado pelo descarte inadequado de resíduos industriais, que exigem áreas extensas e apropriadas para sua disposição. Dentre esses resíduos, os oriundos da indústria da construção civil, uma das atividades mais importantes da economia brasileira, estão entre os mais degradadores do meio ambiente, pois é um setor gerador de grandes volumes de resíduos, os quais em grande parte são depositados em locais inadequados. De acordo com Santos (2015), 50% de todos os resíduos encontrados no mundo são oriundos do setor da construção civil, sendo que em cada obra realizada, 30% dos materiais são desperdiçados. Neste contexto, a sustentabilidade das atividades econômicas é de suma importância para a solução de problemas ambientais graves. A reciclagem e o reaproveitamento dos resíduos de construção e demolição (RCD) se destacam como alternativas alinhadas a esses novos conceitos de desenvolvimento sustentável. Os RCD são constituídos por qualquer tipo de material descartado em obra e, portanto, é uma mistura bastante variável, dependendo das técnicas construtivas e dos materiais aplicados na obra. A grande maioria dos RCD é composta por restos de argamassa, concreto e materiais cerâmicos, que podem ser reaproveitados e transformados em matéria-prima para o uso dentro da própria indústria da construção civil, de modo a reduzir os impactos gerados ao meio ambiente e minimizar os problemas futuros relacionados ao esgotamento dos recursos naturais. Uma forma de reutilização desses materiais de descarte é a incorporação dos mesmos na fabricação de tijolos de solo-cimento. Estes, por sua vez, são constituídos de uma mistura de solo, resíduos de construção e demolição, cimento e água, a qual é compactada, moldada em prensa manual ou hidráulica e curada à sombra. Nesse processo, o insumo gerado é de baixo custo, dispensando o processo de queima realizado na fabricação da alvenaria cerâmica convencional, aliando assim, o desenvolvimento econômico à preservação do meio ambiente. 13 Como esses resíduos possuem grande potencial de reciclagem, se reutilizados na composição dos tijolos de solo-cimento, os impactos ao meio ambiente são minimizados. Conforme Silva et al. (2010), entre os benefícios da reutilização desses resíduos de construção e demolição pode-se destacar: redução no consumo de recursos naturais não-renováveis; redução de áreas necessárias para aterro; redução do consumo de energia durante o processo de produção; e redução da poluição. Além disso, a incorporação parcial desses resíduos na confecção de tijolos de solo-cimento pode vir a suprir a demanda de materiais ecologicamente corretos, que hoje em dia, estão escassos no mercado. Diante disso, o presente trabalho tem como principal objetivo analisar a viabilidade técnica da incorporação de RCD na confecção de tijolos maciços de solo-cimento, afim de determinar o traço que apresenta as melhores propriedades físicas e mecânicas. Será determinado também o fator A/C de cada traço por métodos empíricos durante a fabricação dos tijolos. Posteriormente, a eficiência dos diferentes tijolos será avaliada por meio de análises das características físicas, com ensaios de caracterização dos materiais, e das propriedades mecânicas aos 28 dias, através do ensaio de resistência à compressão e absorção de água. Desta forma, para a confecção dos tijolos em estudo, serão produzidos três traços distintos, sendo: solo natural; solo - 40% de resíduo - 20% de cimento; solo mais 60% resíduo – 20% de cimento. A porcentagem de resíduos será em relação à massa de solo, enquanto que a do cimento será em relação à massa mistura solo-resíduo. Os tijolos solo-cimento com adição de RCD serão confeccionados conforme as recomendações normativas existentes para tijolo solo-cimento comum. Racionalmente, a alternativa proposta visa o destino final, ecologicamente correto, dos resíduos oriundos de construções e demolições, e a reutilização de uma matéria-prima antes descartável, para formulação de um novo material de vedação. 14 2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1 Solo como Material de Construção O solo é um dos materiais primordiais na construção civil, é abundante em todo o planeta e utilizado em construções antes do que se possa imaginar. Inúmeras criações de eras passadas são testemunhos da história e cultura dos povos. A dificuldade de manuseio de pedra e madeira fez com que o homem primitivo, construísse abrigos eficientes contra as hostilidades do meio ambiente utilizando a terra como principal matéria prima (SOUZA, 2006). No Brasil, segundo Souza (2006), a utilização do solo como material de construção iniciou-se por intermédio dos exploradores portugueses. Grande parte das cidades históricas brasileiras como Ouro Preto, tem o solo como constituinte básico das construções mais antigas. Segundo Santiago (2001), o solo é um material denso e resistente composto por uma mistura natural de diversos minerais. São originados a partir da desagregação de rochas que formam a crosta terrestre, que ao sofrer ação de intemperismos, se decompõem originando o solo. Seu uso é bastante difundido com inúmeras formas, pelo menos 1/3 da população do globo terrestre habita em construções feitas usando a terra crua como principal material. Desse modo, o conhecimento das técnicas do uso do solo como material de construção é importante por representar não só uma redução considerável de custos com transporte, energia e mão-de-obra se comparado com os materiais de uso corrente hoje em dia, mas também por questões ambientais. Segundo Pinto (2015), as principais maneiras de se manusear o solo antes de sua aplicação na engenharia como material construtivo são: massa plástica ou argamassa de solo; solo compactado para fabricação de tijolos por compactação, construção de fundações, paredes e muros monolíticos; solo prensado: fabricação de tijolos, blocos e telhas. 2.1.1 Estabilização do solo com o cimento O solo é utilizado em diferentes aplicações na engenharia, podendo substituir diversos materiais escassos. Por possuir características isolantes, a utilização desse material permite um bom comportamento térmico e acústico, além de redução dos custos por ser largamente encontrado na natureza. A escolha correta do tipo de solo, o estudo das propriedades e uma adequada estabilização, faz dele um material de construção potencialmente satisfatório (SANTIAGO, 2001). 15 A adequação do solo se faz necessária para obter-se melhorias de suas características mecânicas e de sua durabilidade. De acordo com Goularte e Pedreira (2009) essa melhoria é alcançada com a estabilização, através dos diferentes processos existentes. Os principais tipos são: mecânica, granulométrica, química, elétrica e térmica.A estabilização química se dá por meio de adição de pequenas quantidades de ligantes nos pontos de contato dos grãos do solo. Neste tipo de estabilização os aglutinantes normalmente empregado são: o cimento, a cal, pozolanas, cinzas volantes, materiais betuminosos, ou ainda a mistura de algum destes (GOULARTE E PEDREIRA, 2009). Porém, o agente estabilizador de solos mais utilizado é o cimento. A crescente utilização das misturas solo e cimento justifica o conhecimento deste método e o da busca por informações sobre o melhoramento das suas propriedades (GOULARTE E PEDREIRA, 2009). Segundo Souza (2006), a utilização do cimento como estabilizante de solos teve início nos Estados Unidos, em 1916, quando foi empregado para solucionar problemas causados pelo tráfego de veículos com rodas não pneumáticas. Desde então, passou a ter boa aceitação e a ser utilizado em construções por melhorarem sensivelmente as suas características originais de resistência mecânica, tornando-as muito superiores às de outros materiais. 2.2 Solo-Cimento 2.2.1 Definição e histórico Segundo a ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland (1986) o solo-cimento é o produto endurecido resultante da mistura homogênea de solo, cimento e água, em proporções previamente estabelecidas através de dosagem racional, executada de acordo com as normas aplicáveis ao solo em estudo. O material resultante deste processo possui boa resistência à compressão, boa impermeabilidade, baixo índice de retração volumétrica e boa durabilidade. Essas características são alcançadas através das reações de hidratação do cimento. O solo-cimento pode ser classificado em dois grupos, que são eles: SCC - solo-cimento compactado; e SCP - solo-cimento plástico. “No caso do SCC a água deve ser adicionada em quantidade suficiente, de modo a possibilitar a máxima compactação e a ocorrência das reações de hidratação do cimento. Para o caso do SCP a água deve ser adicionada até que se obtenha um produto de consistência plástica” (SEGANTINI, 2000). A conceito de solo-cimento para Souza (2006) teve origem em Sallsburg em 1917, com os primeiros trabalhos cientificamente comprovados. No Brasil o interesse pelo assunto se deu 16 a partir de 1936, através da ABCP, que regulamentou e pesquisou sua aplicação, levando em 1941 à pavimentação do Aeroporto de Petrolina-PE. O solo-cimento foi utilizado em habitações a partir de 1948, em experiências desenvolvidas pela ABCP, com a construção de duas casas em Petrópolis-RJ. Após vários anos de utilização, as casas apresentam bom estado de conservação, apontando a qualidade da técnica construtiva e do produto. Desde então, a experiência brasileira vem sendo bastante ampliada. (FERRAZ E SEGATINI, 2004). 2.2.2 Critérios para escolha do solo Para a escolha do solo devem ser observadas suas propriedades físicas como indicativo de qualidade: cor, textura, granulometria e plasticidade. E para melhores resultados, a estabilização com o cimento e o processo de compactação dos solos são essenciais. (SEGANTINI, 2000). Segantini (2000) afirma que quanto à granulometria dos solos, os arenosos são considerados os mais adequados para a mistura solo-cimento. A existência de areia grossa e pedregulho é favorável, pois são materiais inertes com função apenas de enchimento. Isso favorece a liberação de quantidades maiores de cimento para aglomerar os grãos menores. Para “PCA - Portland Cement Association” (1969 apud SEGANTINI e WADA, 2011), os solos mais apropriados devem possuir quantidades de areia entre 45 e 50%. No entanto, para a mistura de solo-cimento, os solos devem possuir também um teor mínimo da fração fina, composto por cerca de 20 % de silte e argila, pois os trabalhos de Segantini (2000) demostraram que essa parcela é necessária para dar coesão suficiente a mistura solo-cimento quando umedecida e compactada. O autor complementa que solos que contenham mais de 30% passando na peneira de número 200, geralmente são evitados, pois apresentam maiores dificuldades para se atingir a consistência plástica. No entanto, para a fabricação de tijolos de solo-cimento, a ABNT NBR 10833: 2013 (Procedimento para fabricação de tijolo e bloco de solo-cimento com utilização de prensa manual ou hidráulica) recomenda que o solo utilizado na mistura seja constituído de uma fração fina com cerca de 10% a 50% na peneira de malha 0,075 mm (n° 200), pois a resistência inicial dos tijolos é devida a fração fina compactada. No Quadro 1 estão apresentadas as faixas granulométricas consideradas ideais para alguns autores na composição do solo-cimento. 17 Quadro 1: Critério para escolha do solo Autores Areia (%) Silte (%) Argila (%) Silte + Argila (%) LL (%) CINVA (1936) 45-80 - - 20-25 - ICPA (1973) 60-80 10-20 5-10 - - MAC (1975) 40-70 < 30 20-30 - - CEPED (1984) 45-90 - <20 10-55 45-50 PCA (1969) 65 - - 10-35 - Fonte: SEGANTINI (2000). Segundo Souza et al. (2008), o solo ideal deve conter 15% de silte mais argila, 20% de areia fina, 30% de areia grossa e 35% de pedregulho, sendo que os solos arenosos bem graduados e com razoável quantidade de silte mais argila são os mais indicados para a estabilização com cimento. Os solos arenosos deficientes em finos são também considerados materiais de boa qualidade, havendo apenas maior dificuldade para efetuar-se sua compactação e seu acabamento. Em solos sem a presença de argila, a ação cimentante se dá através da hidratação do cimento, variando conforme a granulometria do solo, e a uniformidade da mesma (PINTO, 2015). 2.2.3 Qualidade do solo-cimento Os principais fatores que influenciam na qualidade do solo-cimento são o tipo do solo, teor de cimento, método de mistura e tempo de compactação. Outros fatores como cura, densidade adequada, homogeneização da mistura do solo com o cimento, também podem influenciar na resistência do solo estabilizado (PINTO, 2015). De maneira geral, para a ABCP (2000) o tipo do solo é o fator que exerce maior influência na qualidade do produto, e a ABNT NBR 10833 (2013) recomenda que os mais adequados para a estabilização com cimento são os seguintes: - 100% passando pela peneira 4,75 mm (n° 4); - 10% a 50% passando pela peneira 0,075 mm (n° 200); - Limite de liquidez (LL) menor ou igual a 45%; - Índice de plasticidade (IP) menor ou igual a 18%. 18 Embora existam solos que não atendam as recomendações anteriormente mencionadas, há possibilidade de se misturar dois ou mais deles para que resulte um solo de características recomendáveis nas especificações normativas. Outro fator relacionado ao tipo de solo é o teor de matéria orgânica que tende a reduzir a resistência do solo-cimento. A ABNT NBR 10833: (2013) recomenda que o mesmo não possua matéria orgânica em quantidade que prejudique a hidratação do cimento. Conforme a ABNT NBR 7211: 2009 (Agregados para concreto – especificação) não pode ultrapassar 10% da massa do agregado. Para Segantini (2000) esse teor de matéria orgânica tem-se limitado a no máximo 2 %. 2.2.4 Dosagem de solo-cimento De acordo com a ABCP (1986), a dosagem de solo-cimento é uma sequência de ensaios realizados, seguida da interpretação dos resultados por meio de critérios preestabelecidos. O resultado final consiste na fixação de três variáveis: quantidade de cimento, quantidade de água e massa específica aparente seca máxima. Entretanto, os dois últimos são parâmetros sujeitos a oscilações em função das variações decorrentes do trabalho de campo que ocorrem nas características do solo, passando assim a serem tomadas como elemento de controle do serviço. Desta forma, o objetivo principal da dosagem é a fixaçãoda quantidade adequada de cimento. O solo deve ser selecionado de modo que possibilite o uso da menor quantidade possível de cimento. Segundo a ABCP (2000), os solos arenosos requerem, quase sempre, menores quantidades de cimento do que os argilosos e siltosos. A medida que aumenta o teor de argila no solo, aumenta a necessidade de consumo do cimento para estabilização. Para Souza (2006), a quantidade de cimento deve variar de 5% a 10% da massa do solo, o suficiente para estabilizá- lo e conferir-lhe as propriedades de resistência desejadas. Estudos realizados por Bosco e Sales (2017) demostraram que o teor de cimento de 10% não é suficiente para estabilização do solo com 37,42% de areia, 45,72% de argila e 16,85% de silte, constatando que essa dosagem da mistura solo-cimento é insuficiente para auferir propriedades satisfatórias de resistência à compressão e absorção de água em tijolos prensados, havendo assim necessidade de um incremento maior de cimento na mistura. Os resultados encontrados conforme mostram o Quadro 2, foram abaixo dos valores mínimos estipulados pela ABNT NBR 10834: 2013 (Bloco de solo-cimento sem função estrutural – Requisitos) que estipula valores médios das amostras de 2,0 MPa para resistência à compressão e menor ou igual a 20% para ensaio de absorção de água. 19 Quadro 2: Valores de resistência à compressão e absorção de água de tijolos de solo-cimento com incorporação de resíduos Fonte: Adaptado de BOSCO E SALES (2017). 2.2.5 Relação água/cimento A relação A/C ideal de cada composição do solo-cimento é dada dividindo a quantidade de água pela quantidade de cimento, sendo adimensional este valor. A umidade adequada para a mistura solo-cimento pode ser determinada pela compactação, que é o processo pelo qual se reduz o volume de vazios do material tendo como consequência o aumento da massa específica, fator esse que pode influenciar na resistência mecânica do mesmo. O teor de umidade no qual o solo atinge sua maior massa específica aparente seca é denominado de umidade ótima (SILVA et al., 2010). Um material com máxima resistência é o que apresenta menos índices de vazios, que neste caso, é quando o solo atinge a umidade ótima. No entanto, são poucas as pesquisas envolvendo a umidade ótima de compactação para o solo-cimento. Segundo a ABCP (2000), a verificação da umidade correta da mistura pode ser realizada por procedimentos práticos da seguinte maneira: apertar com a mão, uma parcela da mistura homogeneizada, até que fique as marcas dos dedos. Depois, deve-se soltá-la a uma altura de 1 metro. Se a fração não desmanchar com a queda, possui água em excesso, e assim, deve ser feita a correção com as proporções adequadas de material sólido. Esse processo deve se repetir até que a quantidade de água fique adequada. De acordo com Alcântara et al. (2014), para as misturas solo-cimento, a quantidade de água e cimento incorporada ao solo tem importância para o processo tecnológico. Algumas dificuldades têm sido encontradas em se adotar o fator A/C como variável de estudo e parâmetro de dosagem. A isto podem ser atribuídas questões particulares relativas à compactação dos solos, como a estrutura do solo, a energia aplicada, e a ação físico-química decorrente da presença da água e dos constituintes do solo. A resistência mecânica das misturas de solo-cimento é inversamente proporcional ao valor do parâmetro A/C. A eficiência da mistura é favorecida com o nível de cimentação interna Traço Resistência à compressão (Mpa) Absorção de água (%) Solo natural 0,35 33,1 Solo + 40% RCD 0,353 25,58 Solo + 40% RCD + Aditivo 0,225 31,89 20 do material, decorrente das reações de hidratação do cimento. Um aumento do fator A/C faz com que a mistura solo-cimento tenha um papel da hidratação do cimento menos relevante. Diante disso, para uma dosagem ideal deve-se considerar uma relação A/C < 1,0 (ALCÂNTARA et al., 2014). 2.2.6 Custo do solo-cimento Segundo a ABCP (1987), a utilização do solo-cimento na construção de habitações populares permite uma redução de 40% dos custos. Isto é possível porque o solo é o material empregado em maior quantidade na mistura, sendo este, de baixo custo e fácil obtenção. Desta forma, as despesas com transporte e os gastos com energia são reduzidos. Existe ainda a possibilidade de aproveitamento de mão-de-obra não qualificada, o que diminui ainda mais os custos. 2.2.7 Tijolos de solo-cimento Os tijolos de solo-cimento é o resultado da mistura homogênea de solo, cimento e água, compactada por prensagem, em prensa manual ou hidráulica, dispensando a queima em fornos. Constituem uma das alternativas para diversas aplicações na construção de alvenaria, e após o período de cura, garante resistência à compressão simples similar à dos tijolos cerâmicos. O processo de fabricação dos tijolos é bastante simples, iniciando com a peneiração dos materiais que compõe a mistura solo-cimento. Depois, deve haver a homogeneização dos mesmos adicionando água aos poucos. Em seguida, realiza a moldagem dos tijolos com prensa manual ou hidráulica, colocando-os em local plano e coberto para receber cura úmida por meio de molhagem sucessiva durante os 7 primeiros dias. As quantidades de materiais (solo, cimento e água) a serem misturadas podem ser medidas em massa. A relação entre as quantidades deve propiciar tijolos com qualidade satisfatória após os primeiros sete dias de cura (SOUZA, 2006). Há várias vantagens do tijolo de solo-cimento, como por exemplo, na sua produção, com a utilização do solo do local da aplicação, reduzindo o custo de transporte. Além disso, para fabricação dos tijolos os equipamentos são simples e não necessita de mão-de-obra especializada. O valor de resistência mínima para o tijolo cerâmico convencional é de 3 Mpa, e o tijolo de solo-cimento pode chegar a uma resistência superior a esta. A qualidade e aspecto final das 21 peças são visivelmente boas, com regularidade dimensional e com suas faces planas, propiciando menor consumo de argamassa de assentamento e de revestimentos. Existe ainda a possibilidade de o tijolo de solo-cimento ser empregado em alvenaria aparente, necessitando apenas uma pintura impermeável para o seu acabamento (SOUZA, 2006). Além das vantagens econômicas, o tijolo de solo-cimento é ambientalmente sustentável, por dispensar a queima em fornalhas, processo que libera CO2 no ambiente, como é o caso dos tijolos cerâmicos convencionais. Outra vantagem é a redução de desperdícios e geração de menor quantidade de entulho, pois quando os tijolos quebram, podem ser reaproveitados, moídos e prensados novamente (SOUZA, 2006). “Uma outra vantagem dos tijolos de solo-cimento é a possibilidade de adição de outros materiais a sua mistura, em especial material de descarte, que é um fator importante para o desenvolvimento sustentável” (PINTO, 2015). Pode ser incorporado na sua composição, agregados produzidos de diversos materiais, como exemplo, no estudo desenvolvido por Pinto (2015), que foi adicionado Resíduos de Construção e Demolição (RCD) a sua mistura, demostrando melhores resultados na resistência final dos tijolos. O uso do solo-cimento com aproveitamento dos resíduos de construção pode ser uma alternativa bastante viável, pois no Brasil cerca de 50% dos resíduos gerados tem sua origem na construção civil. “A reutilização de materiais de descarte provenientes dos diversos meios de produção é uma das condições essenciais para o desenvolvimento das nações” (PINTO, 2015). 2.3 Resíduo de Construção e Demolição (RCD) 2.3.1 Definição e classificação A geração de resíduos pela indústria de construção civil é um problema atualem todos os países do mundo, e em muitos deles já existem leis ambientais severas estabelecendo a implementação de medidas para a efetiva disposição e gerenciamento destes rejeitos. Segundo a Resolução 307 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), os resíduos de construção e demolição são: 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, 22 vidros, plásticos, tubulações, fiação elétrica etc., comumente chamados de entulhos de obras, caliças ou metralha (BRASIL, 2002, p. 95). Há basicamente duas formas de geração de RCD: demolições e novas construções. Em diversos países, os resíduos de construção representam cerca de 19 a 52 % (m/m), enquanto que os resíduos de demolição representam de 50 a 81 % (m/m). No Brasil, estima-se que mais de 50% do RCD é originado da construção informal e canteiros de obras, provenientes de perdas físicas. Independente da fonte de geração, os RCD devem ser classificados do ponto de vista do risco ambiental, para que possam sofrer o correto destino ou manuseio (ÂNGULO, 2005). A ABNT NBR 10004: 2004 (Resíduos Sólidos – Classificação), classifica os diversos tipos de resíduos de acordo com seus riscos oferecidos ao meio ambiente e a saúde pública. Os RCD segundo essa norma, podem ser classificados como resíduos classe II B – Inertes, ou seja, aqueles que em contato com a água não têm suas propriedades alteradas. Entretanto, segundo Zordan (2004) as heterogeneidades destes resíduos variam entre canteiro de obras, podendo uma obra fornecer um RCD inerte e outra apresentar elementos que o tornem não-inerte ou até mesmo perigoso. Os resíduos da construção civil são classificados pela Resolução nº 307 do CONAMA (BRASIL, 2002), da seguinte forma: - Classe A: são os resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tais como: componentes cerâmicos, argamassas e concretos; - Classe B: são os resíduos recicláveis para outras destinações, tais como: plásticos, papel, metais, vidros, madeiras e outros; - Classe C: são os resíduos para os quais não foram desenvolvidas tecnologias ou aplicações economicamente viáveis que permitam a sua reciclagem, tal como: o gesso; - Classe D: são os resíduos perigosos, oriundos do processo de construção, tais como tintas, solventes e óleos, entre outros. 2.3.2 Geração dos resíduos A construção civil é um dos principais setores que contribuem para o crescente aumento da geração de resíduos sólidos no país. Segundo John (2000), o RCD representa de 13 a 67% em massa dos resíduos sólidos urbanos (RSU) tanto no Brasil como no exterior, cerca de duas vezes maior do que o volume de lixo sólido urbano. A maioria das atividades desenvolvidas no setor da construção civil são geradoras de entulho. No processo construtivo, o alto índice de perdas é a principal causa do volume alto de 23 RCD gerado. A falta de cultura de reutilização e reciclagem agrava o problema, pois quando são descartados de forma inadequada, esses resíduos ocasionam o aumento de impactos ambientais negativos aos meios físico, biótico e antrópico (ZORDAN, 2004; SANTOS, 2015). A cidade de Rio Verde - GO é considerada como grande potencial gerador de RCD, ocupando a sétima posição no ranking de 25 cidades que passaram por um bom desenvolvimento populacional e econômico na última década. Com o aumento da população de cerca de 57%, houve agravamento na geração de resíduos na cidade, com um total gerado de 74 % (EXAME, 2013; SANTOS, 2015). No Quadro 3 são apresentados os valores percentuais de RCD em relação aos resíduos sólidos gerado em alguns países. Quadro 3: Participação dos RCD no total de resíduos sólidos Fonte: ÂNGULO (2000). Conforme pode ser observado no Quadro 3, o Brasil possui um dos maiores percentuais de geração de RCD em relação a outros países. Esse crescente aumento está diretamente ligado ao desperdício de materiais desde o manejo inadequado até a realização da obra. “Estima-se que para cada tonelada de lixo urbano coletado, são recolhidas duas toneladas de resíduos provenientes da construção civil” (SANTOS, 2015). Isso ressalta a necessidade de políticas de controle, coleta e transporte e disposição final que viabilizem o emprego desses resíduos reciclados como matéria- prima na confecção de novos materiais. Os custos com remoção e aterramento dos resíduos estão cada vez mais altos, e isto se deve basicamente à escassez de locais para a sua deposição e ao aumento das distâncias a serem percorridas durante essa operação (SOUZA, 2006). Países RCD (%) em massa Ano Países Baixos 26 1996 Austrália 20-30 1994 Estados Unidos 20-39 1998 Alemanha 19 1994 Finlândia 13-15 1994 Brasil 54-57 1999 Inglaterra 17 1997 Holanda 13-30 1998 Bélgica 66 1994 Europa Ocidental 66 1996 24 2.3.3 Composição dos resíduos A composição dos RCD segundo Souza (2006) é diferente em cada obra, devido à diversidade de tecnologias utilizadas no setor da construção civil. As múltiplas atividades desenvolvidas dentro do canteiro de obras, resulta em um resíduo composto por inúmeros tipos de materiais que dependem da fonte que o originou. Santos (2015) enfatiza que a falta de uniformidade na composição dos RCD, evidencia a necessidade da sua caracterização para o reuso ou reciclagem. Estes por sua vez, são os mais heterogêneos de todos os resíduos industriais, sua estrutura química está relacionada com a composição dos materiais que o compõe, portanto não se pode generalizar esse resíduo. Para Segantini e Wada (2011), a parcela composta por concretos, argamassas, materiais cerâmicos, solos e gesso, que são de origem mineral, representam cerca de 90 % da massa total dos RCD gerados na Europa, no Brasil e em alguns países. A composição do RCD proveniente de canteiros de obras, compreende um material básico de qualidade, podendo ser caracterizado conforme Zordan (1997) com cerca de 64% do material formado por argamassa, 30% por componentes de vedação (tijolo maciço, tijolo furado, telhas e blocos) e 6% por outros materiais, como concreto, pedra, areia, metálicos e plásticos. Segundo Santos (2015), na cidade de Rio Verde - GO de trinta caçambas observadas, apenas seis continham somente resíduos de construção civil classe A (solos, componentes cerâmicos, argamassa e concreto). Enquanto as outras vinte e quatro possuíam resíduos classe B, tais como plástico, papel, papelão, metais e madeiras. Apresenta-se na Figura 1, a foto de uma caçamba em Rio Verde - GO com resíduos de construção e demolição, destacando a grande quantidade de resíduos de classe B. 25 Figura 1: Disposição de resíduos na cidade de Rio Verde - GO Fonte: SANTOS (2015). Já em São Paulo, uma das maiores cidades brasileiras, o percentual dos resíduos gerados pela atividade da construção tem predominância de materiais inertes como cerâmica, pedra, areia e aglomerados, conforme pode ser visto na Quadro 4 (OLIVEIRA, 2002). Quadro 4: Resíduos gerados na cidade de São Paulo Fonte: OLIVEIRA (2002). 2.3.4 Reciclagem Com a intensa industrialização, os RCD se transformaram em graves problemas urbanos. A escassez de áreas para a deposição dos resíduos, causadas pela ocupação desordenada, torna o gerenciamento oneroso e complexo (JOHN, 2000). “Nas cidades brasileiras a maioria dos resíduos de construção e demolição é depositada em aterros Constituintes Porcentagem Inertes 65Madeira 13 Plástico 8 Outros materiais 14 26 clandestinos, obstruindo córregos e sistemas de drenagem, causando enchentes que favorecem o acúmulo de água e a proliferação de mosquitos e outros vetores” (SOUZA, 2006). A implementação de um sistema de gestão ambiental adequada dos RCD, pode ser alcançada por meio da reutilização ou reciclagem. A construção civil tem grande potencial para o aproveitamento dos resíduos, uma vez que nela se consomem cerca 75% de recursos naturais (JOHN, 2000). De acordo com a Resolução nº 307 do CONAMA (BRASIL, 2002), o gerador de RCD deve garantir que eles sejam acondicionados após a geração até a etapa do transporte, assegurando que os mesmos estejam em condições de serem reaproveitados. No entanto, para Ângulo (2005), apesar do grande potencial, apenas 25 % dos RCD são reutilizados ou reciclados. A reciclagem de RCD como material de construção foi iniciada na Europa após a Segunda Guerra Mundial. No Brasil, porém, encontra-se muito atrasada se comparada com países europeus, onde a fração reciclada pode atingir cerca de 90%. No entanto, quando se analisa uma massa de material descartado pelas obras de construção civil, observa-se que, “apesar de sua heterogeneidade, a quase totalidade dos materiais são de alto valor agregado e de boa resistência mecânica, tais como: areias, pedras-britadas, concretos e argamassas endurecidas, tijolos e cacos cerâmicos, madeiras e tantos outros materiais” (SOUZA, 2006). Todos esses materiais são potenciais matérias-primas e podem ser incorporados em novos materiais e processos. De acordo com John (2000), a reciclagem pode ser definida como primária e secundária. Na primária, os resíduos são reciclados dentro do próprio processo que deu origem ao produto. A secundária é a reciclagem em outro processo, por exemplo, na indústria de cimento, onde se utiliza uma gama significativa de resíduos gerados em outra atividade. O agregado granular reciclado proveniente do beneficiamento de resíduos de construção apresenta boas características técnicas para a aplicação em obras de edificação, de infraestrutura, em aterros sanitários ou outras obras de engenharia. (SANTOS, 2015). Desta forma, os materiais descartados pelas obras de construção civil são verdadeiras jazidas de matérias-primas que são passíveis de serem exploradas. Para Souza (2006), quando os RCD são reciclados, geram muitos benefícios, como: redução no consumo de recursos naturais não-renováveis; redução de áreas necessárias para aterro; diminuição da poluição gerada pelo entulho e de suas consequências negativas como enchentes e assoreamento de rios e córregos; e preservação das reservas naturais de matérias-primas. 27 3 MATERIAIS E MÉTODOS Neste tópico será apresentado a fase experimental desta pesquisa, caracterizando os materiais, equipamentos e procedimentos adotados durante a realização dos ensaios. Todos os experimentos foram realizados nos Laboratórios de Materiais de Construção, de Estruturas e de Física dos Solos do Instituto Federal Goiano - Campus Rio Verde. Conjuntamente, serão descritos os procedimentos realizados para fabricação dos tijolos de solo-cimento com adição parcial de RCD com o objetivo de determinar o traço que apresente melhores propriedades físicas e mecânicas. 3.1 Materiais 3.1.1 Solo O solo utilizado (Figura 2) foi coletado no Instituto Federal Goiano - Campus Rio Verde, e extraído a uma camada de 40 a 60 cm profundidade, de maneira a evitar a extração de matéria orgânica juntamente com o solo. . Figura 2: Solo pronto para as moldagens Fonte: A autora. 28 3.1.2 Cimento Para a confecção dos tijolos foi utilizado o Cimento Portland composto com pozolana - CP II Z-32. Esse tipo de cimento é o mais comercializado no Brasil, respondendo por aproximadamente 75 % da produção industrial do país (ABCP, 2002). Além disso, segundo pesquisas realizadas por Souza et al. (2008) possui propriedades satisfatórias para confecção de tijolos de solo-cimento com adição de RCD. 3.1.3 Resíduos de construção e demolição - RCD Os resíduos de construção e demolição - RCD triturados foram doados pela empresa RNV Resíduos, coletora de entulhos, situada em Aparecida de Goiânia - GO. São constituídos basicamente de alvenaria e concreto provenientes de demolições e de novas construções da cidade e de outras vizinhas. Para a fabricação dos tijolos, os RCD foram peneirados em uma peneira de malha 4,76 mm, visando a sua transformação em material granular de aspecto semelhante a uma areia grossa de construção, conforme pode ser visto nas Figuras 3, 4 e 5. 29 Figura 3: RCD peneirados na peneira de malha 4,76 mm Fonte: A autora. 3.1.4 Equipamentos de Laboratório A seguir a descrição dos equipamentos utilizados para a realização das moldagens e ensaios dos tijolos: Máquina para fabricação de tijolos da marca Vimaq, com capacidade de fabricação de um tijolo por prensagem; Fonte: A autora. Figura 5: Resíduos de construção e demolição – RCD da cidade de Aparecida de Goiânia - GO e de outras vizinhas Fonte: A autora. Figura 4: RCD triturados pela empresa RNV Resíduos situada na cidade de Aparecida de Goiânia - GO 30 Prensa universal para ensaio de compressão simples dos tijolos com capacidade de 2000 kN, da marca EMIC, com dispositivo de controle de velocidade de carregamento e capacidade; Aparelho de Casagrande para determinação dos limites de Atterberg; Agitador de peneiras para ensaio de granulometria; Peneiras de 4,76; 2; 1,68; 0,6; 0,15 e 0,075 mm de abertura das malhas, para peneiramento do solo para as moldagens, e para ensaios de granulometria e limites de Atterberg; Estufa com temperatura regulável utilizada para a secagem dos tijolos e posterior pesagem dos mesmos, parte do procedimento para determinação da absorção de água; Balança analítica. 3.2 Metodologia Para o desenvolvimento deste trabalho adotou-se quatro etapas experimentais, que estão descritas a seguir: 3.2.1 Caracterização dos materiais da mistura de solo-cimento com adição de RCD O solo após ser coletado foi passado pela peneira de malha 4,76 mm e, em seguida, depositado sobre piso de concreto para secagem ao ar livre, protegido das intempéries. Após secagem prévia, separou-se as amostras para realização dos ensaios de caracterização física realizados nos laboratórios de materiais de construção e física do Solo. Para o RCD já triturado pela empresa RNV Resíduos aplicou-se os mesmos procedimentos adotados para o solo. Para as misturas de RCD e solo foram peneirados inicialmente na peneira de malha de 4,76 mm. A caracterização do solo, dos RCD e das misturas foram realizadas em conformidade com as Normas Brasileiras pertinentes, descritas a seguir: Preparação de amostras de solo para ensaio de caracterização conforme a ABNT NBR 6457: 2016 (Amostra de solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização); 31 Análise granulométrica, de acordo com os procedimentos recomendados pela ABNT NBR 7181: 2016 (Solo – Análise granulométrica) e ABNT NBR NM 248: 2003 (Agregados - Determinação da composição granulométrica); Limites de consistência, determinados de acordo com as normas NBR 6459: 2016 (Solo- Determinação do limite de liquidez) para o limite de liquidez, e ABNT NBR 7180: 2016 (Solo – Determinação do limite de plasticidade) para o limite de plasticidade; Determinação da massa específica dos sólidos do solo, de acordo com a norma ABNT NBR 6458: 2016 (Grãos de Pedregulho retidos na peneira de 4,8 mm - Determinação da massaespecífica, da massa específica aparente e da absorção de água). Para o cimento realizou-se a determinação da massa especifica de acordo com as recomendações da ABNT NBR NM 23: 2001 (Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação da massa específica). A Figura 6 mostra a realização de alguns desses ensaios. 32 (a) (b) (c) (d) Figura 6: Ensaios de caracterização dos solos: (a) Limite de liquidez; (b) Granulometria; (c) Composição granulométrica; (d) Sedimentação. Fonte: A autora. 3.2.2 Definição das dosagens das misturas de solo-cimento com adição de RCD Para composição dos tijolos de solo-cimento com adição de RCD foram estudadas dosagens definidas a partir de estudos semelhantes já realizados, como o de Souza (2006), Zanatta (2015), Souza et al. (2008) e Bosco e Sales (2017). Os traços são compostos por solo natural (1:5), solo mais 40% de resíduos (1:3:2) e solo mais 60% de resíduos (1:2:3), em relação à massa de solo, empregando-se resíduos de construção e demolição constituídos de alvenaria 33 e concreto. Para cada uma dessas composições foi utilizado 20% de cimento em relação à massa da mistura solo-resíduo. A composição das dosagens pode ser observada no Quadro 5: Quadro 5: Composição das dosagens de solo-cimento com adição de RCD Traço % (C:S:R) Número Traço Cimento % Solo % RCD % 1 1:5 20 100 0 2 1:3:2 20 60 40 3 1:2:3 20 40 60 Fonte: Elaborado pela autora. Para o estudo do desempenho das dosagens definidas foram fabricados 8 tijolos para cada traço. O quantitativo de materiais em massa necessários para fabricação dos tijolos consta no Quadro 6 apresentado a seguir: Quadro 6: Quantitativo de materiais para fabricação das amostras de tijolo solo-cimento com adição de RCD Número Traço Cimento (Kg) Solo(Kg) RCD(Kg) 1 1:5 7,17 35,85 0 2 1:3:2 7,17 21,51 14,34 3 1:2:3 7,17 14,34 21,51 Total 21,51 71,7 35,85 Fonte: Elaborado pela autora. A literatura usualmente indica que teores de 4% a 10% de cimento são suficientes para a estabilização do solo-cimento e para alcançar bons resultados de resistência à compressão na confecção de tijolos (PINTO, 2015). Para esta pesquisa, optou-se usar um teor de 20% de cimento, pois valores menores que este já foram utilizados para estabilização do solo em estudo, como a pesquisa realizada por Bosco e Sales (2017) que demostraram que com um teor de 10% não é suficiente para conferir propriedades mecânicas satisfatórias para os tijolos de solo- cimento com adição de RCD. No Quadro 7 estão os valores, encontrados por Bosco e Sales (2017), de resistência à compressão e absorção de água dos tijolos, e como pode ser observado são abaixo dos mínimos estipulados pela ABNT NBR 10834 (2013) para o sistema de vedação. 34 Quadro 7: Valores de resistência à compressão e absorção de água de tijolos de solo-cimento com incorporação de resíduos Fonte: Adaptado de BOSCO E SALES (2017) O solo que Bosco e Sales (2017) utilizaram é o mesmo empregado no presente trabalho. Desta forma, os valores encontrados por eles serviram de base para a realização dos ensaios e para definição do teor de cimento a ser utilizado na confecção dos tijolos desta pesquisa. O teor de 20% de cimento em relação à massa da mistura solo-resíduo foi escolhido, a fim de verificar se o aumento dessa porcentagem traria melhores resultados nas características mecânicas dos tijolos de solo-cimento com adição de RCD. Além disso, as quantidades de água utilizada em cada traço podem ser observadas no Quadro 8: Quadro 8: Quantidade de água utilizada em cada traço Número Traço Água (L) 1 1:5 6,45 2 1:3:2 5,37 3 1:2:3 5,37 Fonte: Fonte: Elaborado pela autora. 3.2.3 Fabricação dos tijolos Os tijolos de solo-cimento com adição de RCD foram produzidos de acordo com as prescrições normativas de tijolo solo-cimento comum, a ABNT NBR 10833: 2013. Conforme esta norma, 100% dos materiais utilizados para a confecção das amostras devem ser passantes na peneira de malha 4,75 mm, no entanto, nos laboratórios da instituição só havia a peneira de 4,76 mm, assim adotou-a para a peneiração dos materiais. Desta forma, após os ensaios de caracterização dos materiais, as misturas foram preparadas para a confecção dos tijolos, conforme pode ser visto na Figura 7. Inicialmente, o solo e os RCD foram espalhados sobre uma lona para secagem ao ar, depois foram peneirados e, em seguida, separados de acordo com os valores estipulados para cada traço. Para produção da mistura os materiais foram homogeneizados na betoneira. Traço Resistência à compressão (Mpa) Absorção de água (%) Solo natural 0,35 33,1 Solo + 40% RCD 0,353 25,58 Solo + 40% RCD + Aditivo 0,225 31,89 35 Figura 7: Processo inicial para fabricação dos tijolos de solo-cimento com adição de RCD Fonte: A autora. A quantidade de água pré-estabelecida antes da mistura dos materiais, com o valor de A/C = 0,6. Observou-se que com essa quantidade, os tijolos não adquiriram plasticidade satisfatória para moldagem, os quais resultaram em componentes com trincas e posteriormente descartados. A A/C ideal foi definida durante a mistura dos materiais na betoneira, adicionando a água aos poucos, até que a argamassa atingisse uma consistência adequada para a moldagem. A quantidade de água necessária para cada traço foi estabelecida através de um teste empírico, que conforme a ABCP (2000) consiste em: apertar com a mão uma parcela da mistura homogeneizada, até que fique as marcas dos dedos (Figura 8). Depois, deve-se soltá-la a uma altura de 1 metro. Se a fração não desmanchar com a queda, possui água em excesso, e assim, deve ser feita a correção com as proporções adequadas de material sólido. Esse processo deve se repetir até que a quantidade de água fique adequada. 36 Figura 8: Teste empírico para determinação da umidade ótima Fonte: A autora. Após a produção da mistura, a massa de solo-cimento com adição de RCD foi colocada no dosador da prensa, para posteriormente ser colocada no molde, e ser realizada a prensagem manual (Figura 9). Os tijolos maciços, com dimensões de 25 cm de comprimento, 12,5 cm de largura e 6,5 cm de altura, foram moldados segundo as especificações da ABNT NBR 10833 (2013). Figura 9: Fabricação de tijolo de solo-cimento em prensa manual Fonte: A autora. 37 Após a prensagem de cada tijolo, o mesmo era retirado e colocado em pallets para o processo de cura (Figura 10). A cura iniciou 2 horas após a fabricação dos tijolos de solo- cimento com adição de RCD. Durante os 7 primeiros dias, realizou-se as molhagens sucessivas dos tijolos 2 vezes ao dia, uma pela manhã e outra no final da tarde. Os tijolos ficaram protegidos do vento e da insolação direta, armazenados no local de sua produção. Figura 10: Tijolos de solo-cimento com adição de RCD em processo de cura úmida Fonte: A autora. Para cada traço escolhido foram confeccionadas 8 amostras, sendo que destas, 5 unidades foram para realização do ensaio de resistência à compressão e 3 para o ensaio de absorção de água, ambos ensaiados aos 28 dias. 3.2.4 Caracterização mecânica dos tijolos As propriedades mecânicas dos tijolos confeccionados foram obtidas por meio da análise da resistência à compressão simples e da absorção de água aos 28 dias de idade. Os ensaios foram realizados segundo as prescriçõesda ABNT NBR 8492: 2012 (Análise dimensional, determinação da resistência à compressão e da absorção de água — Método de ensaio) e ABNT NBR 10834 (2013). 3.2.4.1 Ensaio de resistência à compressão 38 A preparação para o ensaio de resistência à compressão (Figura 11) iniciou-se com a serragem dos tijolos ao meio com o auxílio de uma serra circular. Posteriormente, foi realizado o capeamento das faces inferior e superior, utilizando-se argamassa composta de CP II Z-32. A etapa seguinte foi à junção das duas partes do corpo de prova utilizando-se a mesma argamassa descrita anteriormente, com o auxílio de uma colher de pedreiro. Após o endurecimento da massa de capeamento, os corpos de prova foram colocados em imersão em água por um período de 24 horas antes de serem submetidos ao ensaio de compressão simples. A resistência à compressão simples do corpo de prova foi obtida através da divisão da carga de ruptura pela sua área da seção transversal. Figura 11: Processo de execução do ensaio de resistência à compressão dos tijolos Fonte: A autora. 3.2.4.2. Ensaio de absorção de água 39 Para o ensaio de absorção de água os tijolos inicialmente foram secos em estufa a uma temperatura constante dentro da faixa de 105ºC e 110ºC, para que perdessem toda sua umidade, por um período de 24 horas, assim se obteve a massa seca da amostra. Posteriormente, os tijolos foram imersos em água durante um período de 24 horas (Figura 12). Após a retirada das amostras do tanque foi obtida a massa saturada das mesmas. Figura 12: Processo de execução do ensaio de absorção de água dos tijolos Fonte: A autora. Para determinar os valores individuais de absorção de água, em porcentagem, foi utilizada a Equação 1 descrita pela ABNT NBR 10834 (2013). Equação 1: 𝐴 = 𝑚2 − 𝑚1 𝑚1 × 100 Onde, 𝑚2 : massa saturada 𝑚1: massa seca A absorção média foi obtida pela média aritmética dos valores encontrados. Com os procedimentos realizados para o ensaio de absorção de água, determinou-se também a massa específica dos tijolos, dividindo a massa seca pelo volume de água que os mesmos absorveram. 40 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Caracterização dos Materiais da Mistura de Solo-Cimento dom Adição de RCD Apresenta-se na figura 13 os resultados obtidos no ensaio de análise granulométrica do solo, dos resíduos e das misturas para a confecção dos tijolos de solo-cimento com adição de RCD, de acordo com a ABNT NBR 7181 (2016). Figura 13: Análise granulométrica do solo, RCD e misturas Os resultados conforme mostram o Quadro 9 demostraram que o solo natural possui mais argila em sua composição e os RCD são predominantemente arenosos. O solo não atende às recomendações da PCA (1969 apud SEGANTINI e WADA, 2011) e de Souza et al. (2008) que designam que os solos mais apropriados para fabricação de solo-cimento devem possuir quantidades de areia entre 45 e 50%. Porém a mistura de solo com o RCD propiciou a constituição de um novo material, com características granulométricas dentro da faixa recomendada para a produção do solo-cimento. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Solo Natural Solo + 40% de RCD Solo + 60% de RCD RCD % de material Silte (%) Argila (%) Areia (%) 41 Quadro 9: Análise granulométrica do solo, RCD e misturas Fonte: Elaborado pela autora. Observa-se na composição do RCD, que o mesmo possui 67,83% de areia, 11,5% argila e 20,65% de silte, portanto, sendo um excelente material para corrigir a granulometria do solo em estudo, de modo a torná-lo mais arenoso e mais propício à confecção do solo-cimento. A composição granulométrica dos materiais isolados e das misturas com as devidas proporções foram realizadas de acordo com a ABNT NBR NM 248 (2003). Os resultados do ensaio estão presentes nos Quadros 10 a 13. Quadro 10: Composição granulométrica do solo natural Fonte: Elaborado pela autora. Material Areia (%) Argila (%) Silte (%) Solo Natural 37,42 45,72 16,85 Solo + 40% de RCD 49,58 32,05 18,37 Solo + 60% de RCD 55,67 25,19 19,13 RCD 67,83 11,5 20,65 Peneiras % Retida % Retida Acumulada 4,76 0 0 2 30 30 1,68 2 32 0,6 25 57 0,15 33 91 0,075 6 97 FUNDO 3 100 Composição Solo Natural Granulometria Parâmetro 42 Quadro 11: Composição granulométrica do RCD Fonte: Elaborado pela autora. Quadro 12: Composição granulométrica solo + 40% RCD Fonte: Elaborado pela autora. Quadro 13: Composição granulométrica do solo + 60% RCD Fonte: Elaborado pela autora. Peneiras % Retida % Retida Acumulada 4,76 0 0 2 17 17 1,68 3 20 0,6 36 57 0,15 33 90 0,075 8 98 FUNDO 2 100 Parâmetro Composição RCD Granulometria Peneiras % Retida % Retida Acumulada 4,76 0 0 2 15 16 1,68 3 19 0,6 19 38 0,15 50 88 0,075 8 96 FUNDO 4 100 Composição Solo Natural + 40% RCD Granulometria Parâmetro Peneiras % Retida % Retida Acumulada 4,76 0 0 2 14 14 1,68 3 17 0,6 22 40 0,15 46 86 0,075 9 95 FUNDO 5 100 Parâmetro Composição Solo Natural + 60% RCD Granulometria 43 Nas Figuras 13 a 16 estão as distribuições granulométricas dos materiais, que representam os tamanhos e as frações correspondentes de cada tamanho das partículas do solo, RCD e misturas. Conjuntamente nas curvas estão os limites estabelecido pela ABNT NBR 7211 (2009) para produção dos agregados miúdos destinados à produção de argamassas e concretos de cimento Portland. Figura 14: Curva granulométrica do solo natural Fonte: Adaptado da NBR 7211 (2009). 9,5 6,3 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 Fundo 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 9,52 6,3 4,76 2 1,68 0,6 0,15 0,075 FUNDO Abertura Peneira-Limites (mm) P o rc en ta g em R et id a A cu m u la d a (% ) Abertura Peneira-Ensaio (mm) Curva Granulométrica Solo Amostra ZU - LI ZO - LS ZO - LI ZU - LS 44 Figura 15: Curva granulométrica do RCD Fonte: Adaptado da NBR 7211 (2009). Figura 16: Curva granulométrica do solo + 40% RCD Fonte: Adaptado da NBR 7211 (2009). 9,5 6,3 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 Fundo 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 9,52 6,3 4,76 2 1,68 0,6 0,15 0,075 FUNDO Abertura Peneira-Limites (mm) P o rc en ta g em R et id a A cu m u la d a (% ) Abertura Peneira-Ensaio (mm) Curva Granulométrica RCD Amostra ZU - LI ZO - LS ZO - LI ZU - LS 9,5 6,3 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 Fundo 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 9,52 6,3 4,76 2 1,68 0,6 0,15 0,075 FUNDO Abertura Peneira-Limites (mm) P o rc en ta g em R et id a A cu m u la d a (% ) Abertura Peneira-Ensaio (mm) Curva Granulométrica Solo + 40% RCD Amostra ZU - LI ZO - LS ZO - LI ZU - LS 45 Figura 17: Curva granulométrica do solo + 60% RCD Fonte: Adaptado da NBR 7211 (2009). Para confecção de tijolos de solo-cimento, recomenda que os materiais devem ser “100% passantes pela peneira malha 4,75 mm (n° 4) e devem possuir de 10% a 50% passante pela peneira malha 0,075 mm (n° 200) ” (ABNT NBR 10833, 2013). A parcela de finos recomendada pela norma é responsável por dar coesão suficiente a mistura solo-cimento quando umedecida e compactada, pois a resistência inicial dos tijolos é devida a fraçãofina compactada. A ABNT NBR 7211 (2009) disponibiliza valores de limites inferiores e superiores da zona ótima e utilizável para os agregados miúdos, como apresentados nas curvas granulométricas dos materiais: solo, RCD e misturas. Pela a norma citada, um agregado para ser considerado miúdo e utilizado na confecção de argamassas e concretos deve possuir grãos que passam 100% pela peneira de malha 4,75 mm e ficam retidos na peneira de malha 0,015 mm. Materiais dentro dos limites estipulados pela ABNT NBR 7211 (2009) possuem maior trabalhabilidade e são materiais que possuem uma curva granulométrica sem descontinuidade, ocasionando maior preenchimento dos vazios de argamassas e concretos melhorando a resistência e durabilidade. “Além disso, areias muito grossas produzem misturas pouco trabalháveis e areias muito finas aumentam a demanda de água para a hidratação do cimento” 9,5 6,3 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 Fundo 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 9,52 6,3 4,76 2 1,68 0,6 0,15 0,075 FUNDO Abertura Peneira-Limites (mm) P o rc en ta g em R et id a A cu m u la d a (% ) Abertura Peneira-Ensaio (mm) Curva Granulométrica Solo + 60% RCD Amostra ZU - LI ZO - LS ZO - LI ZU - LS 46 (MEIER, 2011). Assim, materiais que possuem curvas dentro da zona ótima ou utilizável são recomendados para fabricação de artefatos de qualidade. Como pode ser observado, o RCD utilizado na confecção dos tijolos de solo-cimento com adição de RCD estão dentro dos limites de zona ótima, sendo desta forma, considerado um agregado de ótima qualidade para fabricação de produtos mais trabalháveis e resistentes. O solo em parte ficou dentro dos limites, mas como a mistura do solo com os RCD os resultados se aproximaram do prescrito na ABNT NBR 7211 (2009). As especificações exigidas pela ABNT NBR 10833 (2013) para a fabricação dos tijolos de solo-cimento apenas contemplam a necessidade de todo o material utilizado ser 100% passante pela peneira 4,75 mm (n° 4) e possuir uma parcela fina, responsável pela coesão, de 10% a 50% passante pela peneira de 0,075 mm (n° 200). Portanto, conforme apresentado nos Quadros 10 ao 13, os resultados, quanto à distribuição granulométrica, não foram satisfatórios para produção de tijolos de solo-cimento com adição de RCD, uma vez que o solo não atendeu a porcentagem suficiente de finos recomendado pela ABNT NBR 10833 (2013). Para solucionar este problema, é possível corrigir a granulometria do solo com a incorporação de material com grãos mais finos. Para a análise dos estados físicos de uma amostra de solo, quando submetida à ação da umidade foram determinados os limites de consistência do solo, que são as variáveis que melhor expressam as condições de trabalhabilidade dos solos. Determinou-se, portanto, o limite de liquidez (LL), que caracteriza a passagem do estado plástico para o estado líquido e o limite de plasticidade (LP) que caracteriza o momento em que, se retirada, progressivamente, a umidade do solo, este passa do estado plástico para o estado semi-sólido. À diferença entre o LL e o LP denomina-se índice de plasticidade (IP) (ZANATTA, 2015). Os resultados dos ensaios para o solo e o RCD encontram-se nos Quadros 14 e 15. Quadro 14: Limites de consistência do solo natural Fonte: Elaborado pela autora. 31,75 25,45 6,3 Limites de Consistência Limite de Liquidez Limite de Plasticidade Índice de Plasticidade Parâmetro Composição Solo Natural 47 Quadro 15: Limites de consistência dos resíduos Fonte: Elaborado pela autora. Estes resultados são decisivos para a melhoria da qualidade do produto final, pois o solo considerado adequado para a produção do solo-cimento segundo a ABNT NBR 10833 (2013), deve possuir LL ≤ 45% e IP ≤ 18%. Valores elevados dificulta a estabilização do solo com o cimento e, segundo Souza et al. (2008), podem conduzir a maiores dificuldades na secagem, e também no processo de mistura dos componentes. Conforme pode ser observado nos Quadros 14 e 15, ambos parâmetros foram alcançados pelo solo e RCD. Os ensaios de determinação da massa específica dos sólidos do solo e RCD, realizados em conformidade com a ABNT NBR 6458 (2016), estão apresentados nos Quadros 16 e 17. Quadro 16: Massa específica do solo natural Fonte: Elaborado pela autora. Quadro 17: Massa específica dos resíduos Fonte: Elaborado pela autora. O ensaio da massa específica do cimento utilizado na confecção dos tijolos de solo- cimento com adição de RCD descrito pela NBR NM 23 (2001) está apresentado no Quadro 18. Os resultados serviram de base para composição em massa da quantidade de cimento para cada traço. 20,35 18,58 1,78 Limites de Consistência Limite de Liquidez Limite de Plasticidade Índice de Plasticidade Parâmetro Composição RCD Parâmetro Composição Solo Natural Massa específica dos grãos (Kg/ m³) 2427,18𝜌𝑠 Massa específica dos grãos (Kg/ m³) 2672,54 Parâmetro Composição RCD 𝜌𝑠 48 Quadro 18: Massa específica do Cimento Portland Fonte: Elaborado pela autora. 4.2 Ensaio de Absorção de Água dos tijolos Para a absorção de água dos tijolos, a ABNT NBR 10834 (2013) especifica que os valores das amostras devem ser menores ou iguais a 20% e os valores individuais menores ou iguais a 22%, com idade mínima de 7 dias. O Quadro 19 demostra os resultados encontrados para os tijolos dos traços em estudo, no qual nenhum dos três alcançaram resultados satisfatórios. Quadro 19: Absorção de água dos tijolos Fonte: Elaborado pela autora A Figura 18 apresenta a massa específica média dos tijolos para cada traço analisado: Parâmetro Composição RCD Massa específica do cimento CP II Z-32 (Kg/ m³) 2900,48𝜌𝑠 Traço Absorção (%) Solo Natural 31,7 Solo + 40% RCD 28,5 Solo + 60% RCD 28,4 49 Figura 18: Massa específica dos tijolos Fonte: Elaborado pela autora Conforme pode ser visto no Quadro 20, a massa específica aumentou em função do aumento da quantidade de resíduos incorporados ao solo, variando de 3156,25 Kg/m³ para 3517,24 Kg/m³. Certamente, os resíduos proporcionaram uma acomodação melhor das partículas na compactação, aumento da massa específica e, portanto, a obtenção de materiais mais compactos, mais resistentes, com menor absorção de água e, mais duráveis (SOUZA, 2006). Quadro 20: Massa específica dos tijolos Fonte: Elaborado pela autora. Os resultados com os valores abaixo do exigido pela norma podem ter sido afetados pela granulometria inadequada, com baixos índices de materiais finos, causando uma alta porosidade no material em estudo. Para Pinto (2006), quanto menores as partículas, menores a quantidades de vazios, e consequentemente menores os coeficientes de permeabilidade. Pela composição granulométrica dos materiais utilizados na confecção dos tijolos, os mesmos não apresentaram quantidade de materiais finos suficiente daqueles recomendados pela ABNT NBR 10833 (2013), ou seja, de 10% a 50% passantes na peneira nº 200. 2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 Solo Natural Solo + 40% RCD Solo + 60% RCD M as sa e sp ec íf ic a d o s ti jo lo s (K g /³ ) Composição Solo Natural 3156,25 Solo + 40% RCD 3511,36 Solo + 60% RCD 3517,24 Parâmetro Massa específica dos tijolos (Kg/ m³) Composição 50 Outro fator de grande influência na absorção de água é a umidade, que quando acima da ótima, o esforço de compactação
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