GIOVANNI DOS SANTOS BATISTA
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DO CONCRETO SUBMETIDO À
ALTAS TEMPERATURAS COM A SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DA
AREIA PELA FIBRA PROVINDA DA RECAPAGEM DO PNEU
Ijuí 2017
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DO CONCRETO SUBMETIDO À
ALTAS TEMPERATURAS COM A SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DA
AREIA PELA FIBRA PROVINDA DA RECAPAGEM DO PNEU
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador(a): Prof. Me. Lucas Fernando Krug
Ijuí 2017
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DO CONCRETO SUBMETIDO À
ALTAS TEMPERATURAS COM A SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DA
AREIA PELA FIBRA PROVINDA DA RECAPAGEM DO PNEU
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 19 de dezembro de 2017
Prof. Me. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS) - Orientador Prof. Me. Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA
Prof. Me. Diorges Carlos Lopes (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
Prof. Me. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS)
Dedico este trabalho aos meus pais, familiares e amigos, pois sem eles nada seria possível.
Ao meu pai José e minha mãe Nadia, que contribuíram para minha trajetória até aqui, me apoiando e me incentivando sempre a continuar estudando.
Ao meu avô José e minha avó Odair que, durante toda graduação e, principalmente na reta final, me ajudaram com tudo que eu mais precisei.
Ao meu professor e orientador Lucas Fernando Krug, que sempre acreditou na minha capacidade de desenvolver um bom trabalho, sendo paciente e presente nas horas que eu mais precisei, pois sem ele, nada disso estaria acontecendo.
À todos os mestres, que ao longo da graduação proporcionaram-me construção do conhecimento, contribuindo de alguma forma no meu crescimento pessoal e intelectual.
Aos meus colegas Felipe Dalla Nora e Diego Consatti, que me auxiliaram na realização das moldagens e nos ensaios necessários para realização deste trabalho.
À minha melhor amiga, Júlia Magni, que se fez presente desde o momento em que nos conhecemos e acompanhou o início deste trabalho e não mediu esforços para me ajudar, dentro e fora do laboratório, seja nos ensaios ou na parte escrita.
Também agradeço ao laboratorista Luiz Donato e aos estagiários Igor e Stéfano, pelo empenho e ajuda na realização dos ensaios laboratoriais necessários para a realização deste trabalho.
Quer? Então faça acontecer, porque a única coisa que cai do céu é a chuva Vinícius de Moraes
BATISTA, G. S. Análise do comportamento do concreto submetido à altas temperaturas com a substituição parcial da areia pela fibra provinda da recapagem do pneu. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2017.
A intensa urbanização contribuiu para que aumentasse a produção de lixo industrial, fazendo com que haja crescimento na quantidade de resíduos e que acabam causando sérios problemas à natureza. Um desses resíduos é o pneu, que antes de ser descartado, pode ser reciclado, passando pelo processo de recapagem, onde fibras são geradas. Então surgiu a curiosidade de como seria o comportamento do concreto na presença dessas fibras. Foi percebido que altas porcentagens substituídas de areia prejudicariam a resistência à compressão e, por isso, foram definidos que seriam substituídos 5, 10, 15 e 20% com relação ao seu volume, pois como a massa específica do pneu é muito menor, se substituído em massa seria necessário aumentar também a quantidade de cimento na dosagem. A dosagem foi realizada a partir do método ABCP com uma resistência de 25 Mpa aos 28 dias. A brita escolhida para ser utilizada no estudo foi a brita 0, pois suas dimensões podem facilitar a adesão das fibras, aumentando a resistência à tração do concreto. Antes da realização das moldagens, a preocupação era quanto ao traço, pois não se sabia como o concreto se comportaria no estado fresco com a presença da fibra. Em seguida, foram realizadas as moldagens em corpos de prova cilíndricos de 5x10cm para os ensaios de resistência à compressão aos 28 e 56 dias. Também foram moldados corpos de prova cilíndricos de 10x20cm para determinação do valor de tração por compressão diametral, módulo de elasticidade, absorção por capilaridade e absorção por imersão e placas para o ensaio de tração na flexão. O que pôde ser percebido foi que a substituição da areia pela fibra não interferiu no fator água/cimento, sendo que o concreto referência ficou com um a/c de 0,432 e o concreto com substituição de 20% com um a/c de 0,440. Além disso houve queda na massa específica de 2,30% em relação ao traço referência (2438 kg/m³). A resistência à compressão decaiu de acordo com o aumento dos teores em todas as idades, sendo que nos 28 dias o referência resistiu à 55,26 MPa enquanto o teor de substituição de 20% apenas 41,48 MPa. O módulo de elasticidade reduziu do referência (73,12 GPa) para o teor de 5% (50,63 GPa). A resistência à tração apresentou certa disparidade de resultados, onde o referência teve uma resistência de 3,50 MPa e a melhor resistência foi de 4,21 MPa no teor de 15% de substituição. Na tração os resultados foram superiores ao de compressão diametral, sendo que o maior valor foi também no traço de 15%, com 5,80 MPa. Na absorção por capilaridade, devido à alta porosidade da fibra a maior absorção foi do concreto referência e foi reduzindo de acordo com o aumento do teor de borracha substituído. Quanto à imersão, a menor absorção foi do concreto referência, e a maior foi encontrada no teor de 10%. Foi concluído que a presença da fibra contribui na redução da carbonatação e que os corpos de prova aquecidos até 100ºC obtiveram as melhores resistências.
BATISTA, G. S. Analysis of the behavior of the concrete subjected to high temperatures with the partial replacement of the sand by fiber derived from the tire recycling. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2017.
The intense urbanization has contributed to increase the production of industrial waste, so that there is growth in the quantity of waste and that end up causing serious problems to the nature. One of these residues is the tire, that before being discarded, can be recycled, going through the process of retreading, where fibers are generated. Then came the curiosity of how it would be the concrete behavior in the presence of these fibers. It was noticed that high percentages of sand replaced obstruct the resistance to compression and, therefore, were defined that would be replaced 5, 10, 15 and 20% in relation to its volume, because as the specific mass of the tire is much smaller, if replaced in mass would be necessary to increase the amount of cement in dosage. The dosage was performed from the ABCP method with a resistance of 25 Mpa for 28 days. The aggregate chosen to be used in this study was the grit 0, because its dimensions can facilitate the accession of the fibers, increasing the tensile strength of concrete. Before the completion of reproductions, the concern was regarding the dash, because no one knew how the concrete would behave in the fresh state with the presence of fiber. Then, they were performed moldings in cylindrical bodies of evidence of 5x10cm to the tests for resistance to compression at 28 and 56 days. Were also molded cylindrical bodies of evidence of 10x20cm for determining the value of traction by diametric compression, modulus of elasticity, absorption by capillarity and absorption by immersion and plates to the traction test in flexion. What might be perceived was that the replacement of the sand by fiber does not interfere in the factor of water/cement, being that the concrete reference was with an a/c of 0,432 and the concrete with replacement of 20% with an a/c of 0,440. In addition there was a decrease in the specific mass of 2,30% in relation to the trace reference (2438 kg/m³). The resistance to compression declined in accordance with the increased levels of all ages, being that in 28 days the reference resisted 55,26 MPa while the content of replacement of 20% only 41,48 MPa. The modulus of elasticity was reduced from 73,12 GPa (reference) for the content of 5% (50,63 GPa). The resistance to traction presented some disparity of results, where the reference had a resistance of 3,50 MPa and the best resistance was 4,21 MPa the content of 15% replacement. In traction, the results were superior to the diametric compression, and the greatest value was also no trace of 15%, with 5,80 MPa. In the absorption by capillarity, due to high porosity of the fiber to greater absorption was the concrete reference and was reduced in accordance with the increase in the fat content of rubber replaced. How to immersion, the lower absorption was the concrete reference, and the highest was found in 10%. It was concluded that the presence of the fiber contributes to the reduction of the carbonation and that the bodies of evidence heated to 100ºC obtained the best resistances.
Equação 1 - Determinação da massa específica ... 46
Equação 2 - Resistência à compressão simples ... 56
Equação 3 - Cálculo do módulo de elasticidade ... 58
Equação 4 - Resistência à tração por compressão diametral ... 60
Equação 5 - Rompimento no terço médio ... 61
Equação 6 - Determinação da absorção por capilaridade ... 62
Equação 7 - Absorção de água por imersão ... 62
Figura 1 - Estrutura do pneu ... 25
Figura 2 - Ensaio do abatimento do tronco de cone ... 31
Figura 3 - Fatores que afetam o módulo de elasticidade do concreto ... 34
Figura 4 - Modos de carregamento quando sumbetido à tração na flexão (a) no ponto central, e (b) no terço ponto ... 35
Figura 5 - Relação da resistência à compressão relativa no concreto em função da fração volumétrica da fibra de pneu ... 39
Figura 6 - Área carbonatada da (a) argamassa sem borracha, e da (b) argamassa com borracha ... 42
Figura 7 - Resíduo da recapagem do pneu ... 45
Figura 8 - Frasco de Le Chatelier ... 45
Figura 9 - Ensaio no LEC ... 45
Figura 10 - Areia natural ... 47
Figura 11 - Frasco de Chapman ... 48
Figura 12 - Brita 0 ... 49
Figura 13 - Dosagem automatizada com os traços/m³ e unitário ... 51
Figura 14 - Separação dos materiais ... 52
Figura 15 – Colocação dos materiais ... 53
Figura 16 – Adição da fibra de borracha ... 53
Figura 17 - Abatimento do tronco de cone ... 54
Figura 18 - Massa específica do concreto ... 54
Figura 19 - Moldagem dos corpos de prova ... 54
Figura 20 - Câmara úmida ... 55
Figura 21 - Posicionamento dos CPs ... 57
Figura 22 - Carregamento para determinação do módulo de elasticidade ... 58
Figura 23 - Posicionamento do corpo de prova ... 59
Figura 24 - Método de rompimento na flexão ... 60
Figura 25 - Posicionamento dos corpos de prova na câmara de carbonatação ... 63
Figura 26 - Massa específica ... 64
Figura 27 - Ensaio de compressão ... 67
Figura 28 - CP após o rompimento ... 67
Figura 32 - Tração na flexão... 75
Figura 33 - Placa rompida ... 75
Figura 34 - Absorção por capilaridade ... 79
Figura 35 - Absorção CP referência ... 80
Figura 36 - Absorção CP 5% ... 80
Figura 37 - Absorção CP 10% ... 81
Figura 38 - Absorção CP 15% ... 81
Figura 39 - Absorção CP 20% ... 81
Figura 40 - Absorção por imersão ... 82
Figura 41 - Corpo de prova referência... 85
Figura 42 - Corpo de prova do teor de 5% ... 85
Figura 43 - Corpo de prova do teor de 20% ... 86
Quadro 1 - Tipos de cimento no mercado brasileiro ... 28
Quadro 2 - Efeito da elevação da temperatura na resistência ... 33
Quadro 3 - Delineamento da pesquisa ... 44
Quadro 4 - Traços calculados ... 51
Quadro 5 - Programa experimental ... 52
Quadro 6 - Novo fator água/cimento ... 53
Quadro 7 - Fator de correção h/d ... 56
Quadro 8 – Relação a/c final ... 64
Quadro 9 - Comparação do módulo de elasticidade ... 71
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANIP Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
CP Corpo de prova
Fc Resistência à compressão simples
Ft Resistência à tração por compressão diametral
GPa Gigapascal
LEC Laboratório de Engenharia Civil MPa Megapascal
NR Norma Regulamentadora RCC Resíduos da construção civil
1 INTRODUÇÃO ... 17 1.1 CONTEXTO ... 17 1.2 PROBLEMA ... 19 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 21 1.2.2 Objetivos de Pesquisa... 21 1.2.3 Delimitação ... 22 1.3 ORGANIZAÇÃO DA PESQUISA ... 22 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 24
2.1 RESÍDUO ORIGINADO NO PROCESSO DE RECAPAGEM DO PNEU... ... 24
2.2 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ... 26
2.3 MATERIAIS CONSTITUINTES ... 27 2.3.1 Cimento Portland ... 27 2.3.2 Agregados ... 28 2.3.3 Água ... 29 2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO ... 30 2.4.1 Estado fresco ... 30 2.4.2 Estado endurecido ... 31
2.5 PROPRIEDADES DO CONCRETO COM A FIBRA DE PNEU ... 37
2.5.1 Estado fresco ... 37 2.5.2 Estado endurecido ... 39 3 MÉTODO DE PESQUISA ... 43 3.1 MÉTODO DE ABORDAGEM ... 43 3.2 TÉCNICAS DE PESQUISA ... 43 3.3 MATERIAIS UTILIZADOS ... 44
3.3.4 Agregado graúdo ... 49
3.3.5 Água ... 50
3.4 PROCEDIMENTOS PARA REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS ... 50
3.4.1 Ensaio de resistência à compressão simples ... 55
3.4.2 Programa de elevação da temperatura ... 56
3.4.3 Ensaio do módulo de elasticidade ... 57
3.4.4 Ensaio de resistência à tração por compressão diametral ... 59
3.4.5 Ensaio de resistência à tração na flexão ... 60
3.4.6 Ensaio de absorção por capilaridade ... 61
3.4.7 Ensaio de absorção por imersão ... 62
3.4.8 Ensaio de carbonatação ... 63
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 64
4.1 MASSA ESPECÍFICA ... 64
4.2 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES ... 65
4.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE ... 69
4.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES X MÓDULO DE ELASTICIDADE... 72
4.5 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL ... 73
4.6 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO ... 74
4.7 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL X TRAÇÃO NA FLEXÃO ... 77
4.8 ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE ... 78
4.9 ABSORÇÃO POR IMERSÃO ... 82
4.10 ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE X ABSORÇÃO POR IMERSÃO .. 84
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 94
ANEXO A – CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO PNEU ... 101
ANEXO B – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO ... 102
ANEXO C – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO GRAÚDO ... 103
ANEXO D – DOSAGEM ABCP ... 104
ANEXO E – ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE ... 108
ANEXO F – ABSORÇÃO POR IMERSÃO ... 109
______________________________________________________________________________
1 INTRODUÇÃO
Este capítulo abordará uma breve apresentação do tema de trabalho de conclusão de curso relatando os problemas de pesquisa que constitui este trabalho, como o alto índice de pneus inservíveis descartados no meio ambiente, além da busca de um concreto com novas e melhores propriedades sem a perda de sua resistência, visando maior durabilidade. Também a análise do desempenho do concreto diante da alta elevação da temperatura, avaliando seu comportamento mecânico e também visual. Os temas apresentados serão discutidos mais detalhadamente nos próximos capítulos. Ainda serão apresentados, neste capítulo, as questões de pesquisas a serem respondidas através deste trabalho, os objetivos estabelecidos e a delimitação desenvolvida para responder o questionamento e buscar atender os objetivos.
1.1 CONTEXTO
No último século houve a evolução da população, seguida da forte industrialização, que colaborou para o alto crescimento de resíduos, sendo eles biodegradáveis e não biodegradáveis, que vêm causando um processo contínuo de deterioração ambiental, implicando inclusive na qualidade de vida do homem (BIDONE, 1999). Pinto e Gonzalez (2005), ressaltam que o crescimento demasiado de entulho na natureza, causam problemas sociais, econômicos e de saúde pública.
Segundo Fadini e Fadini (2001), naquele momento, a solução para o lixo não foi encarada como algo complexo, pois o simples fato de afastá-lo bastava, realizando o descarte em áreas mais distantes dos centros urbanos, denominados lixões.
O termo ‘desenvolvimento sustentável’ se tornou conhecido por diversos setores da economia, e a sociedade está cada vez mais consciente sobre a importância da preservação ambiental, pois a população, ao sentir os impactos das atividades sobre o meio ambiente, tem aceitado com mais facilidade a necessidade de mudança no modelo de desenvolvimento atual (LIRA; CÂNDIDO, 2013). Silva Júnior (2014) comenta que existe uma preocupação em encontrar alternativas para a utilização de materiais tradicionais, dessa forma espera-se uma utilização
racional de recursos naturais e o aproveitamento de resíduos que são descartados inadequadamente, se tornando um passivo ambiental.
Selung (2012) comenta que o Brasil possui grandes reservas minerais e algumas são as maiores do mundo, diante disso os recursos não renováveis são os mais utilizados do meio ambiente e acabam não sendo repostos, esgotando a cada extração realizada. Um dos maiores consumidores de matérias primas naturais é o setor da construção civil. Estima-se que esse setor consuma cerca de 20 a 50% do total de recursos naturais (FREITAS, 2007). Já França (2004) afirma que a construção civil consome 30% dos recursos naturais extraídos e este percentual representa cerca de 220 milhões de toneladas de agregados naturais por ano.
A construção civil é uma área que vem aderindo diversas formas de reciclagens nos seus diferentes métodos e dessa forma se torna possível a diminuição da utilização de recursos naturais (SANTOS; BORJA, 2005; JOHN, 2000). Os autores ainda comentam que a reciclagem de resíduos industriais se consolidou como materiais para aplicações específicas, alguns exemplos já utilizados são a escória de alto forno, a cinza de casca de arroz e a sílica ativa, que se tornaram aglomerantes na produção de concreto de alto desempenho.
Pierce e Blackwell (2002) apresentam que os resíduos da construção e demolição (RCD), os resíduos da indústria de mármore e granito e as fibras de borracha de pneu estão sendo utilizados para a fabricação de argamassas e concretos. Além destes, diferentes tipos de resíduos podem ser utilizados na indústria da construção civil, mas devem respeitar alguns critérios, como a quantidade de material, processamento e o transporte. Também o resíduo não pode ser nocivo durante a construção ou depois, quando este é incorporado a estrutura (JOHN, 2003).
Segundo Segre (1999), os resíduos que já foram incorporados no concreto apresentaram eficiência. Algumas características citadas pelo autor são: melhora na resistência, coloração do concreto, redução do calor de hidratação, menor índice de fissuras, maior resistência ao impacto e redução de custos. Para Freitas (2007), a eficiência da incorporação de alguns resíduos no concreto, causaram uma boa resistência, baixo calor de hidratação, ajudaram a reduzir fissuras, auxiliaram na resistência ao impacto, na redução custos, entre outros.
______________________________________________________________________________ Para Santos (2005), mesmo que o concreto seja o material mais utilizado na construção civil, ele nem sempre possui uma baixa massa unitária, alta resistência, ductilidade e resistência ao impacto. Por isso, a proposta de agregar borracha ao concreto vem com o objetivo de melhorar algumas das propriedades citadas (SANTOS, 2005).
A elevada resistência ao fogo é uma das vantagens primordiais dos elementos em concreto quando comparados a outros elementos estruturais, como o aço (PHAN; CARINO, 2002). É importante ressaltar que, embora haja uma redução de sua capacidade estrutural quando exposto ao calor, o concreto convencional pode resistir por um tempo considerável sem chegar ao colapso e ocorrer o lascamento explosivo (PHAN; CARINO, 2002).
1.2 PROBLEMA
O concreto é o material mais utilizado na construção, formado pela mistura de cimento Portland, areia, brita e água. Nos Estados Unidos, em 2005, cerca de 63 milhões de toneladas de cimento Portland foram utilizados para produção de 500 milhões de toneladas de concreto. Estima-se que no mesmo ano, o consumo mundial de concreto foi de três bilhões de toneladas, Estima-sendo uma tonelada para cada ser humano vivo. Com exceção da água, não há material mais consumido pelo homem nessas quantidades (MEHTA; MONTEIRO, 2006).
De acordo com Angulo (2000), como a construção civil possui grande representatividade mundial no consumo de recursos naturais, acaba gerando diversos impactos ambientais. Logo, buscar novas soluções para manter o equilíbrio vem se tornando cada vez necessário, pois assim, todos podem usufruir dos recursos naturais juntamente com a menor agressão ao meio ambiente (HÖLTZ, 2011).
Segre (1999) diz que a questão da adição de resíduos no concreto é bastante estudada pelo setor da construção civil e alguns exemplos são: carpetes, garrafas PET, resíduos de serragem, mármore e granito, cinza de bagaço de cana de açúcar, cinza de casca de arroz e resíduos de pneu. Santos e Borja (2005, p.1) explicam sobre o resíduo: “Um dos principais desafios ambientais enfrentados ao redor do mundo é a disposição de pneus inservíveis em terrenos baldios, rios e lagoas, formando um grande passivo ambiental. ”
Monteiro et al. (2001 apud ROMUALDO et al., 2011, p.2) afirma que se o pneu for descartado inadequadamente, abandonado em ambiente aberto, exposto na chuva, eles acabam acumulando água e se tornam ambientes propícios para a proliferação de mosquitos. Os autores comentam que quando destinados a aterros de lixo convencionais, ocasionam “ocos” na massa de resíduos e podem provocar instabilidade do aterro e já se destinados a unidades de incineração, gerará uma grande quantidade de gases tóxicos com a queima da borracha e seria necessário um sistema de tratamento de gases muito eficaz e de alto custo.
Além de demorar anos para se decompor na natureza, de acordo com Santos (2005), o pneu é um dos resíduos de maior consumo no mundo. No momento em que ficam inservíveis, acabam sendo depositados em aterros, levando mais de 500 para sua decomposição, tornando-se um problema de engenharia (SANTOS, 2005).
A Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos – ANIP, comenta sobre o descuido quanto à destinação adequada dos materiais com borracha. Ainda apresenta que são espalhados clandestinamente cerca de 100 milhões de pneus velhos. No Brasil, a quantidade espalhada em aterros, terrenos baldios, rios e lagos, varia de 110 a 150 milhões de pneus velhos.
Alves e Cruz (2007) dizem que, como a química do pneu é avançadíssima e o mesmo demora cerca de 600 anos até se decompor na natureza, as propriedades que o fazem ser tão durável acabam causando um sério problema para o ambiente.
As ocorrências de catástrofes naturais são imprevisíveis e, segundo Sousa e Ripper (1998), podem afetar a vida útil de uma edificação dependendo de sua intensidade. Ainda segundo os autores, acidentes mais graves são causados pela ação do vento e incêndios.
Segundo Morales, Campos e Faganello (2011), quando a temperatura do concreto chega em cerca de 250ºC a 400ºC, ocorre um fenômeno conhecido como explosive spalling, ou lascamento explosivo, que é o destacamento de pequenas placas. Para os autores, os lascamentos podem ocorrer devido à evaporação da água em excesso no concreto, que acaba aumentando a pressão interna em razão do concreto ser pouco poroso.
A partir disso, a justificativa se dá pela possibilidade de reaproveitamento dos resíduos de pneu, que causam grande impacto ambiental e ainda são capazes de transmitir características ao
______________________________________________________________________________ concreto, como a tenacidade, que pode auxiliar na redução do lascamento explosivo durante o aquecimento.
1.2.1 Questões de Pesquisa ▪ Questão principal
Como se comportará o concreto com a substituição parcial em volume da areia pela fibra de borracha de pneu em temperatura ambiente e após a elevação da temperatura?
1.2.2 Objetivos de Pesquisa ▪ Objetivo Geral
Analisar o comportamento do concreto com a substituição parcial do agregado miúdo em volume por fibra provinda da recapagem do pneu, utilizando o método de dosagem Associação Brasileira de Cimento Portland - ABCP, comparando os resultados com o traço referência.
▪ Objetivos específicos
Avaliar o comportamento do concreto a partir dos seguintes ensaios: a) Estado fresco:
o Abatimento pelo tronco de cone (Slump test); o Massa específica.
b) Estado endurecido:
o Resistência à compressão simples;
o Resistência à compressão após a elevação da temperatura. o Módulo de Elasticidade;
o Resistência à tração por compressão diametral; o Resistência à tração na flexão;
o Absorção por capilaridade o Absorção por imersão; o Carbonatação;
1.2.3 Delimitação
Estudo do concreto após a substituição parcial da areia em volume pela fibra da borracha do pneu nas porcentagens de 5, 10, 15 e 20%, verificando seu comportamento relacionado a sua resistência natural e quando submetido à altas temperaturas, determinando seu possível uso para pavimentos e paredes de concreto.
1.3 ORGANIZAÇÃO DA PESQUISA
A estrutura da apresentação deste trabalho está distribuída da seguinte maneira: • Capítulo 1:
É descrito uma breve introdução sobre o tema, abordando o contexto, o problema, bem como as questões de pesquisa e os objetivos, geral e específicos.
• Capítulo 2:
É explanado as referências bibliográficas sobre o cimento Portland, citando seus materiais constituintes, o método de dosagem utilizado e assuntos relacionados sobre o resíduo de recapagem de pneus e sua utilização em concretos.
• Capítulo 3:
Aborda a metodologia utilizada, a caracterização do objeto de estudo, o método de dosagem, bem como os procedimentos dos ensaios mecânicos que foram realizados.
• Capítulo 4:
São apresentados os resultados obtidos através dos ensaios realizado com o concreto fresco e endurecido.
• Capítulo 5:
Está descrito a conclusão obtida sobre a pesquisa, dando ênfase aos resultados, as recomendações e o fornecimento de sugestões para futuras pesquisas.
______________________________________________________________________________ No final do trabalho serão apresentadas as referências bibliográficas, bem como os anexos pertinentes na realização do presente estudo.
2 REVISÃO DA LITERATURA
A seguir será apresentado uma breve revisão bibliográfica sobre o tema proposto. 2.1 RESÍDUO ORIGINADO NO PROCESSO DE RECAPAGEM DO PNEU
Segundo Gonçalves (2003), resíduos são classificados como subprodutos gerados por processos econômicos, e são resultados de atividades extrativistas, serviços e produção industrial. Como exemplos de resíduos têm-se a escória de alto forno, a cinza volante, o lodo de estação de tratamento de esgoto, os pneus inservíveis, os cacos de vidro, entre outros (FREITAS, 2007).
Considerando que os pneus inservíveis abandonados ou dispostos inadequadamente constituem um passivo ambiental e que resultam em um sério risco ao meio ambiente e à saúde pública, o Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, cita em nota que, para cada quatro pneus novos fabricados no país ou pneus novos importados, as empresas fabricantes e as importadoras deverão dar destinação final a cinco pneus inservíveis (CONAMA, 2012).
Só no primeiro semestre do ano de 2014, a Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos – ANIP, publicou dados informando que coletou e encaminhou para reciclagem cerca de 223 mil toneladas de pneus inservíveis, um equivalente à 45 milhões de pneus de carros de passeio (CAPELAS JR, 2014).
Cintra (2008) comenta que os pneus inservíveis ocupam espaço físico muito grande na natureza e se tornam resíduos de difícil compactação, coleta e eliminação. Cimino e Zanta (2005) comentam que os pneus quando são descartados inadequadamente em terrenos baldios, beira de estradas, lagos e também em logradouros públicos, constituem um passivo ambiental e além disso são de grande expressividade na geração de resíduos urbanos.
Cimino e Zanta (2005) apresentam que se os pneus forem descartados a céu aberto, serão agentes de proliferação de insetos, sua queima ocasionará a liberação de carbono, dióxido de enxofre e outros poluentes atmosféricos e também libera óleo que percola pelo solo. Cintra (2008) comenta que não existe uma alternativa adequada para os pneus, já que de todas as formas de eliminação provocam algum tipo de impacto ambiental.
______________________________________________________________________________ Freitas (2007) comenta que o pneu após utilizado, não pode servir para produção de um novo pneu, mas que existem procedimentos que substituem os componentes mais comprometidos do pneu usado, e estes passam a ter uma vida útil maior, esse procedimento é chamado de recapagem do pneu e esse processo é uma forma de reciclagem do pneu.
APA (2012 apud FEIO, 2013, p. 14) apresenta que o processo de recapagem consiste no aproveitamento da estrutura do pneu que não sofreu danos após utilização, assim ocorre uma fusão e formação de uma nova borracha de piso. O processo se dá na raspagem mecânica do restante da banda de rodagem velha, assim a estrutura do pneu passa a estar preparada para que uma nova banda de rodagem consiga aderir (MARTINS, 2005). APA (2012 apud FEIO, 2013 p. 14) afirma que as características técnicas do pneu são mantidas e a banda de rodagem, nova estrutura do pneu, mantem o mesmo comportamento de um pneu novo. A Figura 1 apresenta a estrutura de um pneu onde pode ser visualizada a banda de rodagem.
Figura 1 - Estrutura do pneu
Fonte: Igno Pneus (2013).
Martins (2005), comenta que no processo de recapagem, ocorre a raspagem mecânica e nesse procedimento a banda de rodagem velha se transforma em pequenas partículas com diferentes granulometrias, em um formato alongado, denominadas fibras, e também no formato granular, que é o pó. O autor comenta ainda que essas fibras podem ser simplesmente descartadas ou ainda serem reaproveitadas.
2.2 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
De acordo com Petrucci (1998), o concreto hidráulico é constituído por materiais inertes, água, e um aglomerante. O mesmo autor comenta que, ao ser misturado, deve fornecer condições plásticas para que as operações de manuseio sejam realizadas até o lançamento nas fôrmas, adquirindo resistência com o tempo a partir de reações entre o aglomerante e a água. Bastos (2011) afirma que podem ser adicionados ao concreto materiais como cinza volante, pozolanas, sílica ativa e aditivos químicos, buscando a melhora ou a modificação de suas propriedades básicas.
Segundo Mehta e Monteiro (2006), existem três razões que fazem o concreto ser o material mais utilizado na engenharia, sendo a primeira, sua excelente resistência à água, a segunda por ser a quantidade de formas que se pode fazer a partir dele e a terceira razão é o baixo custo e a gigantesca disponibilidade de materiais.
A qualidade e uniformidade do concreto são diretamente afetadas pelo controle da qualidade dos materiais que o constituem, sendo esse um fator de extrema importância na qualidade da estrutura. Dessa forma, a variação na resistência do cimento ou até a própria granulometria dos agregados acabam fazendo com que possam ser produzidos com resistências também variáveis (YAZIGI, 2009).
Pedroso (2009) diz que existem três tipos de concreto em função de suas massas específicas: concreto de densidade normal, com massa específica de 2000 a 2800kg/m³; concreto leve, com massa específica menor que 2000kg/m³, obtida com agregados de menor massa específica; concreto pesado, com massa específica maior que 2800kg/m³, composto por agregados de maior massa específica.
O concreto é classificado pela NBR 8952 (ABNT, 1992) quanto à sua resistência: concreto de baixa resistência possui um fck menor do que 20 MPa, não servindo para uso estrutural segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014); concreto de resistência normal pode possuir um fck de 20 a 50MPa; concreto de alta resistência, com fck maior que 50MPa.
______________________________________________________________________________ 2.3 MATERIAIS CONSTITUINTES
O concreto possui como materiais constituintes o cimento, agregados graúdo e miúdo e água, que serão apresentados na sequência.
2.3.1 Cimento Portland
De acordo com a Neville (1998), o cimento Portland existe há cerca de 4.500 anos, mas somente em 1756, John Smeaton, ao ser encarregado da construção do Farol de Eddystone, fez a descoberta de que quando a pozolana era misturada com calcário altamente composto de material argiloso.
Em 1824, o inglês Joseph Aspdin, conseguiu fazer uma mistura que não se dissolvia em água a partir da queima de pedras calcárias e argila, obtendo um pó fino. O cimento recebeu esse nome pela sua coloração se assemelhar na cor e na dureza às pedras localizadas na ilha de Portland (ABCP, 2016).
Segundo Petrucci (1998), o cimento é um material pulverulento, composto por silicatos e aluminatos de cálcio, praticamente sem cal livre. Esses compostos ao serem hidratados com água produzem endurecimento da massa, e podem oferecer, então, alta resistência mecânica.
Bastos (2011) diz que o cimento é formado basicamente por clínquer e de adições de silicatos hidráulicos de cálcio. O autor ainda afirma que este, tem como propriedade principal ser um ligante hidráulico, que endurece ao entrar em contato com a água. O cimento Portland também pode conter outras adições que podem modificar suas propriedades e até facilitar o seu emprego (OLIVEIRA, 2012).
De acordo com Aitcin (2000 apud REIS, 2004), se a porosidade, o tamanho dos grãos e a heterogeneidade forem observados, a pasta de cimento pode ser melhorada, pois o primeiro interfere no número de vazios, que quanto maior, reduz a resistência. O segundo é referente à resistência, que aumenta quanto menor o tamanho do grão. E o terceiro é de acordo com a variação na resistência de cada material utilizado, pois podem possuir resistências diferentes.
De acordo com a Associação Brasileira de Cimento Portland – ABCP, são 11 tipos diferentes de cimento Portland disponíveis no mercado brasileiro (Quadro 1). O que muda em cada
um deles é a porcentagem de escória, pozolana e filer em relação à quantidade de clínquer e sulfatos de cálcio.
Quadro 1 - Tipos de cimento no mercado brasileiro
Fonte: ABCP (2016).
2.3.2 Agregados
Do volume total de concreto, pelo menos 3/4 é composto por agregados, então não se torna surpresa a importância de qualidade dos mesmos, pois os agregados interferem diretamente na resistência do concreto, limitando-a (NEVILLE, 1998). Ainda de acordo com o autor, não é possível produzir um concreto resistente se os agregados possuírem propriedades indesejáveis, pois essas propriedades afetam na durabilidade e no desempenho estrutural do concreto.
Albuquerque (2012, p. 63) define agregados como: “materiais granulosos e inertes que entram na composição das argamassas e concretos. ” Podem ser classificados quanto à origem em agregados naturais, que são encontrados na natureza, como areias de rios e pedregulhos, ou agregados artificiais, como areia artificial, que sofreram alterações para obter suas características finais (BASTOS, 2011).
______________________________________________________________________________ Segundo Albuquerque (2012), é muito importante ter cuidado para que não haja grande variabilidade dos agregados em nossas obras daqueles que foram escolhidos inicialmente. Esta variabilidade prejudica a homogeneidade e, consequentemente, as características mecânicas do concreto (ALBUQUERQUE, 2012).
De acordo com a NBR 7211 – Agregados para concreto - Especificação (ABNT, 2009), agregados miúdos possuem grãos que passam pela peneira com abertura da malha de 4,75mm, como areias. Já agregados graúdos possuem grãos que passam pela peneira com abertura de malha 75 mm, como cascalhos e britas.
2.3.3 Água
A água é fundamental para que ocorra uma reação química exotérmica no cimento, gerando calor e resultando no seu endurecimento. Porém, quando se utiliza mais água do que o necessário, o excesso pode ficar no interior do concreto e formar canalículos. No momento em que o concreto endurecer, a água em excesso acaba evaporando, deixando vazios no formato de bolhas, que são responsáveis pela redução da resistência e permeabilidade do mesmo (HELENE; TERZIAN, 1992).
Azeredo (1997) afirma que na mistura pode ser utilizada água potável, mas deve ser isenta de óleos, álcalis e ácidos. É necessário também que se tenha cuidado na quantidade de água para o amassamento, pois admite-se um erro máximo de 3%. Os maiores danos que a água pode causar no concreto acontecem pelo seu excesso e não pelas impurezas encontradas em sua composição (PETRUCCI, 1998).
Conforme a NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento (ABNT, 2014), a quantidade de água a ser misturada em concretos e argamassas depende muito da umidade natural que há na areia e, por isso, é necessário que haja um ajuste até a obtenção de quantidade de água ideal para o traço.
Depois de endurecido, a cura do concreto é um conjunto de medidas que tem como objetivo não deixar com que a água utilizada na mistura evapore, fazendo com que haja a hidratação do cimento. Curar o concreto faz aumentar a resistência à ruptura, ao desgaste, a impermeabilidade e a resistência contra agentes agressivos. (SILVA, 2012).
2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO
Neste item serão apresentadas as características do concreto tanto no estado fresco quanto no estado endurecido.
2.4.1 Estado fresco
Apesar do foco principal não ser o estado fresco, é importante destacar que a resistência da mistura de concreto de determinadas proporções é diretamente influenciada pelo seu grau de adensamento (NEVILLE, 1998). Isaia (1988) afirma que as propriedades no estado fresco, desde a colocação de água, até o adensamento na fôrma, influenciam na qualidade global do concreto.
De acordo com Sobral (2012), o concreto fresco é constituído por agregados miúdos e graúdos, que estão misturados com a pasta de cimento e vazios de ar, conjunto chamado de matriz. Ainda segundo o autor, o ar pode estar envolvido pela pasta, como bolhas ou em espaços interligados, apresentando a plasticidade ou a não plasticidade da mistura.
As propriedades básicas do concreto não endurecido são a trabalhabilidade, exsudação e os tempos de início e fim de pega (YAZIGI, 2009). Dentre os fatores que influenciam na trabalhabilidade, o grau de plasticidade se destaca, seguido dos tipos de mistura, do modo de produção, da forma das peças e da armadura (ISAIA, 1988).
Para medir a trabalhabilidade, é considerado que a massa de concreto fresca, ao ser submetida à uma certa força ou à um esforço necessário, se deformará em um valor pré-estabelecido (PETRUCCI, 1998). Já Neville (1998), comenta que nenhuma forma de medir a trabalhabilidade é totalmente satisfatória, que são capazes de fornecer informações úteis, porém, com certa variação.
Alguns ensaios utilizados para verificação da trabalhabilidade do concreto no estado fresco são: abatimento de tronco de cone, ensaio do fator de compactação, ensaio de remoldagem, ensaio da mesa de espalhamento, ensaio de penetração de bola e ensaio de adensibilidade e ensaio K de Nasser (NEVILLE, 1998).
Bauer e Bauer (2012) comentam que a medida da trabalhabilidade é facilmente determinada de acordo com a norma NBR NM 67 – Concreto – Determinação da consistência pelo abatimento
______________________________________________________________________________ do tronco de cone (ABNT, 1998), que pode ser observado na Figura 2. Para realizar o ensaio, o cone e a chapa inferior devem ser molhados, então o cone é preenchido com 3 camadas de alturas iguais e em cada camada é realizada a aplicação de 25 golpes com uma barra de 16mm (BAUER; BAUER, 2012). Ainda segundo os autores, após terminar os procedimentos, o cone deve ser retirado verticalmente e o abatimento é medido com uma régua.
Figura 2 - Ensaio do abatimento do tronco de cone
Fonte: BAUER E BAUER (2012, p. 380).
Normalmente se utiliza o valor entre 2300 e 2500kg/m³ para massa específica do concreto, que é a massa da unidade de volume incluindo os vazios. É comum utilizar 2300kg/m³ para o concreto simples e 2500kg/m³ para o concreto armado (PETRUCCI, 1998).
2.4.2 Estado endurecido
Oliveira (2012) caracteriza o concreto endurecido como:
Considerado como um sólido a partir da pega, é um material em perpétua evolução. É sensível às modificações das condições ambientes, físicas, químicas e mecânicas, com reações geralmente lentas registradas de certo modo nas suas características, que dependem de sua história (OLIVEIRA, 2012, p.284).
De acordo com Freitas (2012), a resistência à compressão, tração e o módulo de elasticidade são as principais propriedades mecânicas do concreto. As propriedades do concreto endurecido basicamente dependem da resistência mecânica (ISAIA, 1988).
Para Petrucci (1998), alguns fatores afetam diretamente na resistência mecânica do concreto, são eles: relação água/cimento; idade; forma e graduação dos agregados; tipo de cimento; forma e dimensão dos corpos de prova; velocidade da aplicação da carga de ensaio e duração da carga.
Os ensaios do concreto no estado endurecido podem ser realizados buscando diversos resultados, mas o controle de qualidade e a conformidade às especificações são os principais (NEVILLE, 1998). O autor ainda comenta que os ensaios podem ser classificados como mecânicos destrutivos e mecânicos não destrutivos, onde é possível repetir ensaios no mesmo corpo de prova. Mehta e Monteiro (2006) comentam que a resistência de qualquer material é quanto esse material resiste à determinadas tensões sem se romper. O surgimento de fissuras pode indicar a ruptura, mas no concreto, para que a ruptura aconteça, é necessário que haja o rompimento do material, pois pesquisas relacionadas com a microestrutura, demonstram que o concreto possui fissuras finas antes de ser submetido à esforços externos.
De acordo com Neville (1998), de todos os ensaios realizados no concreto, este é o mais comum, pois é fácil de ser realizado e, também porque quase todas características do concreto estarem relacionadas à sua resistência.
O autor continua dizendo que podem ocorrer variações nos resultados por conta do tipo e das dimensões do corpo de prova, tipo de molde, cura, preparo da superfície, rigidez da máquina de ensaio e até pela velocidade do carregamento. Por conta disso, o ensaio deve obedecer à norma NBR 5739 – Concreto – Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos (ABNT, 2007).
De acordo com Neville (1998), o concreto possui boa resistência ao fogo e, além de ser incombustível, resiste à grandes períodos de exposição ao fogo sem emitir gases tóxicos.
As estruturas de concreto possuem baixas condutividade térmica e capacidade de combustão e também não exalam gases tóxicos ao serem aquecidas, porém, com o aumento da temperatura, acabam perdendo resistência acontece uma redução no módulo de elasticidade, diminuindo a rigidez da estrutura (AMARAL, 2011).
______________________________________________________________________________ Morales, Campos e Faganello (2011) afirmam que a perda de resistência do concreto e a redução do módulo de elasticidade está relacionado com a perda de umidade e, por isso, é fundamental conhecer o comportamento do concreto sujeito à ação do fogo.
De acordo com Costa, Figueiredo e Silva (2002), a micro e a macro-estrutura do concreto são alteradas quando há aumento da temperatura devido aos incêndios. As principais causas que podem levar uma estrutura que está em altas temperaturas ao colapso estão: a temperatura máxima atingida, o tempo de exposição, o traço do concreto, o tipo de estrutura, o elemento estrutural e a velocidade de resfriamento (MORALES; CAMPOS; FAGANELLO, 2011).
Segundo Mehta e Monteiro (2006), a composição do cimento e do agregado faz com que se degradem com o calor e que, a permeabilidade do concreto, o tamanho do elemento e a velocidade de aumento da temperatura aumentam a quantidade de pressões internas geradas pelos produtos de decomposição gasosa. E dão como exemplo o concreto de alto desempenho, que possui baixa permeabilidade e porosidade, favorecendo a geração de pressões.
Se a taxa de aquecimento é alta e a permeabilidade da pasta de cimento é baixa, o dano no concreto pode vir a ser trincos na superfície, que acaba ocorrendo quando a pressão dentro do material altera muito rápido em relação à atmosfera (MEHTA; MONTEIRO, 2006).
Oliveira (2012) mostra no Quadro 2 a relação entre a resistência do concreto e a elevação da temperatura:
Quadro 2 - Efeito da elevação da temperatura na resistência
Fonte: OLIVEIRA (2012, p.290).
O módulo de elasticidade é a razão entre a tensão aplicada e a tensão reversível (MEHTA; MONTEIRO, 2006). Os autores ainda complementam que em materiais homogêneos é a medida de ligação interatômica de forças e não é afetado por mudanças microestruturais, diferente de
materiais heterogêneos, como o concreto. Os fatores que influenciam o módulo de elasticidade do concreto podem ser observados na Figura 3.
Figura 3 - Fatores que afetam o módulo de elasticidade do concreto
Fonte: MEHTA e MONTEIRO (2006, p.96).
O material encontra-se em regime elástico quando a deformação causada for pequena, ou seja, retorna à sua forma inicial quando cessa o carregamento (MARTINS, 2013). No momento em que as deformações são grandes, Martins (2013) afirma que o material adquire uma deformação permanente, encontrando-se em regime plástico.
Melo Neto e Helene (2002) dizem que os agregados graúdos presentes no concreto, possuem módulos de elasticidades maiores que 35 GPa e a matriz cimentícia maiores que 16 GPa. Consequentemente, a deformação do concreto será um valor entre o módulo de seus componentes (MELO NETO; HELENE, 2002).
Mesmo que o concreto não seja projetado pela sua resistência à tração, é importante conhecer seu comportamento mediante a tais esforços, para saber a carga na qual a fissuração inicia (NEVILLE, 1998). Ainda segundo o autor, existem três tipos de ensaio para determinação da resistência à tração: tração direta, tração na flexão e tração por compressão diametral.
Silveira et al. (2016) relatam em sua pesquisa que para resistência à tração na flexão do concreto, inicialmente foi utilizado a NBR 12142 (ABNT, 2010) para realização do ensaio, mas
______________________________________________________________________________ como a norma considera a carga aplicada em quatro pontos distintos (terço do corpo de prova), acabavam perdendo muitos corpos de prova. Então, optaram por utilizar a norma americana C78 (ASTM, 2016), que apresenta ensaios de tração na flexão com a carga aplicada no centro do corpo de prova.
Os resultados para obtenção da tração no terço ponto da placa diferem do carregamento em seu ponto central (CARRASQUILLO; CARRASQUILLO, 1987). Os autores complementam que com o carregamento nos terços do corpo de prova, a probabilidade e encontrar o ponto mais fraco da seção é maior. Os dois métodos podem ser observados na Figura 4.
Figura 4 - Modos de carregamento quando sumbetido à tração na flexão (a) no ponto central, e (b) no terço ponto
(a) (b)
Fonte: CARRASQUILLO E CARRASQUILLO (1987, p. 2).
De acordo com Petrucci (1998), a propriedade do concreto exposto ao ar de sofrer ataques de água e agentes atmosféricos é chamada de permeabilidade. O autor ainda justifica que, por ter uma constituição porosa, a matriz cimentícia não é capaz de preencher completamente os vazios do agregado.
Segundo Pauletti, Possan e Dal Molin (2009), a exposição do concreto ao meio ambiente faz com que haja ingresso de dióxido de carbono (CO2) em sua estrutura, podendo causar corrosão
das armaduras. Com o aumento das emissões de CO2 na atmosfera, a profundidade carbonada
aumenta (PAULETTI; POSSAN; DAL MOLIN, 2009).
Galan et al. (2010) dizem que a carbonatação do concreto começa quando o CO2 da
hidratado, formando carbonato de cálcio (CaCO3). Geralmente a reação tende a diminuir o pH da
fase aquosa dos poros, baixando o pH alcalino de 12 para valores abaixo de 8 (GALAN et al., 2010).
A carbonatação do concreto não é algo que possa por vidas humanas em risco, mas responsável pelo custo de reparação da estrutura, que pode ser muito superior ao custo inicial (BAUER; BAUER, 2012).
Os ensaios de carbonatação podem ser (PAULETTI; POSSAN; DAL MOLIN, 2009): • Acelerados: São desenvolvidos em laboratório e podem simular o processo de degradação natural com intensidade superior às normais de serviço. As amostras são expostas à elevados teores de CO2, que podem variar de 1% a 100%. A duração dos ensaios
varia de 30 a 180 dias.
• Naturais: São desenvolvidos em campo e têm como base a exposição das amostras no ambiente de degradação natural. As amostras são expostas à teores de CO2 que variam
de 0,03% a 1% e a duração dos ensaios é superior a um ano.
Para Gomes (2013), existem sete fatores que contribuem para a carbonatação ou não do concreto, são eles:
• Relação água/cimento; • Tipos de cimento; • Temperatura;
• Concentração de CO2;
• Umidade relativa do ar;
• Produção e aplicação do concreto; • Idade do concreto.
Bauer e Bauer (2012) afirmam que a camada superficial do concreto se carbonata rapidamente, enquanto seu interior permanece inalterado. A delimitação entre a zona carbonatada e a não carbonatada é chamada frente de carbonatação (BAUER; BAUER, 2012).
______________________________________________________________________________ Os autores ainda colocam que os concretos protegidos da chuva carbonatam mais facilmente e que os submersos não se carbonatam. Também comentam que locais quentes, com umidade relativa entre 50% e 70%, fazem com que a carbonatação seja mais profunda.
2.5 PROPRIEDADES DO CONCRETO COM A FIBRA DE PNEU
Um material cada vez mais utilizado na construção civil são os agregados de borracha de pneu, que possuem algumas características inerentes: mais leve, maior elasticidade, grande absorção de energia, propriedades térmicas e acústicas melhoradas (SANTOS; RODRIGUES, 2016).
De acordo com Albuquerque (2009), o resíduo de borracha é adicionado ao concreto ainda durante a mistura dos materiais e que, a porcentagem de material pode ser realizada como adição ou até substituição do agregado graúdo ou miúdo.
2.5.1 Estado fresco
Na maioria dos casos onde há combinação entre o concreto e o resíduo da borracha, encontra-se como problema principal a fraca aderência entre a matriz do concreto e o material inerte, afetando na formação do concreto e favorecendo o aparecimento de micro-fissuras (ALBUQUERQUE, 2009).
Muitos estudos vêm sendo realizados para aumentar a adesão da borracha com a matriz, inclusive utilizar um tratamento superficial na borracha com uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) (MARTINS, 2013). Segre, Monteiro e Sposito (2002), após o tratamento encontraram como resultado o aumento de diversas propriedades mecânicas do concreto.
Li (1998 apud VALADARES, 2009), recorreu à duas formas diferentes para ligar as partículas de borracha e a matriz do concreto: envolver a borracha com a pasta de cimento ou utilizar um polímero derivado da celulose.
A trabalhabilidade do concreto pode ser alterada com a adição de partículas de borracha e, consequentemente, interferir no processo de moldagem (ALBUQUERQUE, 2009). Por mais que a mistura demonstre um aspecto homogêneo e de fácil adensamento, Eldin e Senouci (1993a apud
ALBUQUERQUE, 2009), através do ensaio do tronco de cone, há redução da trabalhabilidade quanto maior o teor de fibra adicionado e quanto maior o tamanho das partículas.
Albuquerque (2009) também faz um alerta que o método de abatimento utilizado e o tipo de material utilizado podem interferir sobre os resultados encontrados acerca da trabalhabilidade, ou seja, mesmo que o material esteja com uma trabalhabilidade ideal para moldagem, pode apresentar resultado negativo no ensaio de abatimento.
Güneyisi, Gesoglu e Özturan (2004) encontraram uma redução representativa do abatimento com a adição de resíduos de borracha de pneu em concretos com relação água/cimento baixa. Dessa forma, os autores relatam que a influência dos resíduos de borracha sobre a trabalhabilidade do concreto é alterada de acordo com a relação água/cimento utilizada.
A utilização da borracha em diferentes granulometrias foi realizada por Marques et al. (2008), observando que o concreto que absorvia maior quantidade de água era o que possuía partículas maiores de borracha. Além da água, o autor diz que com a adição de partículas de borracha, aumenta a quantidade de ar incorporado, que reduz o peso específico e, consequentemente, a resistência do concreto.
Segundo Khatib e Bayomy (1999 apud ALBUQUERQUE, 2009), o ar aprisionado, causado por partículas de pneu, afeta a trabalhabilidade de argamassas e concretos. Os autores complementam que quanto maior a quantidade de borracha e menor o tamanho da partícula, mais ar aprisionado a mistura terá.
Com o aumento do ar aprisionado nos concretos com adição de borracha, há uma redução na massa específica, porém, não é uma coisa muito atrativa devido à proporção da redução da resistência à compressão (MARTINS, 2005). Fattuhi e Clark (1996), obtiveram reduções de 20% na massa específica do concreto ao adicionar borracha, entretanto, a resistência à compressão reduziu cerca de 70%.
A massa específica final do concreto depende dos seus materiais constituintes, por exemplo, espera-se que ela seja reduzida quando há substituição da areia, pois a massa específica da borracha é a metade da massa específica da areia (ALBUQUERQUE, 2009).
______________________________________________________________________________ 2.5.2 Estado endurecido
Com a hidratação e o passar do tempo, o concreto evolui e, após o seu endurecimento, adquire rigidez, que aumenta gradualmente a capacidade de suporte de cargas (ALBUQUERQUE, 2009). Ainda segundo o autor é importante conhecer as novas características quando novos materiais forem adicionados, para avaliar a alteração do desempenho e onde será possível realizar a aplicação do material.
Marques (2005) concluiu que de acordo com a resistência do concreto com fibra, a aplicação deve ser voltada para construções com baixa solicitação estrutural. Pode ser utilizado em paredes e em coberturas, como isolamento térmico (ALBUQUERQUE, 2009).
Freitas et al. (2009) encontraram uma redução da resistência à compressão de 50% ao adicionar 15% de borracha reciclada. Também relatam que a utilização de borracha com menor dimensão faz com que a redução da resistência seja menor.
Bignozzi e Sandrolini (2006) fizeram um estudo comparativo entre a resistência do concreto referência e o concreto com adição da fibra, representado na Figura 5. No eixo vertical pode ser observado o índice de resistência entre o concreto padrão e o que possui adição da fibra (Sc/ScØ). O eixo horizontal indica a fração volumétrica de borracha de pneu no concreto, em porcentagem.
Figura 5 - Relação da resistência à compressão relativa no concreto em função da fração volumétrica da fibra de pneu
Na figura é possível perceber claramente que a resistência relativa decai, mas não tanto como encontrado na literatura (BIGNOZZI; SANDROLINI; 2006). Os autores ainda explicam que a redução da resistência encontrada por eles foi menor por causa do tipo de granulometria utilizada, do método de mistura e também pelo teor de ar incorporado nas partículas de borracha.
Marques (2005) fez uma comparação entre a resistência do concreto referência, com adição da borracha sem tratamento e com adição da borracha tratada. Como resultados, obteve que o tratamento ou não da borracha não causa uma influência representativa na resistência à compressão. Em estudos feitos com pasta de cimento, Segre e Joeckes (2000), realizaram a substituição de 10% da borracha em massa no cimento e observaram que a pasta com borracha tratada possuiu uma resistência à compressão muito parecida com a que não havia sido tratada. Os mesmos autores encontraram também que a resistência da pasta com adição borracha obteve uma resistência cerca de 50% menor em relação à referência.
Após realizar a lavagem da fibra de borracha com água, Rostami et al. (1993 apud MARQUES, 2005), encontraram melhoras na resistência de 16% em relação à borracha não tratada. Ainda realizaram ensaios tratando a borracha com solvente tetracloreto de carbono, onde a melhora nos resultados foram cerca de 57%.
Após substituírem 20% do volume da areia por borracha de pneu no concreto, Turatsinze, Bonnet e Granju (2004) encontraram que após a substituição, a resistência à compressão foi reduzida cerca de 50%.
Marques (2005), ao fazer o estudo do concreto com borracha à altas temperaturas, concluiu que os corpos de prova submetidos à temperatura de 130ºC, liberam gases com odores. O autor ainda observa que na temperatura de 600ºC, a borracha começa a ter a estrutura alterada, ou seja, inicia a sua queima.
Comparando resultados do concreto com borracha de mesma relação água/cimento antes e após o aquecimento, Marques (2005) observou que a resistência reduziu em torno de 68%, enquanto o traço referência reduziu apenas 45%.
______________________________________________________________________________ O autor acima ainda verificou qual foi a redução comparado à resistência inicial, e concluiu que foi de 70% para o concreto com borracha e 64% para o concreto referência.
Quando é realizada a substituição de agregados convencionais por agregados mais leves, há alterações significativas em importantes propriedades do concreto, não só na massa específica, mas também no módulo de deformação (ROSSIGNOLO, 2005).
Claramente o concreto com adição da fibra de borracha possui melhores propriedades elásticas e maior capacidade de absorção de energia do que o concreto padrão (TOPÇU, 1995). Os resultados obtidos por Martins (2005) demonstram que o concreto com a fibra da borracha de pneu possui um módulo de elasticidade 12% menor que o concreto referência, indicando que a borracha melhora a elasticidade do concreto.
De acordo com Topçu (1995), o comportamento da matriz cimentícia quando submetido à tração geralmente é realizado por compressão diametral ou na flexão. São métodos utilizados por vários pesquisadores tanto em concreto quanto argamassas que possuem adição de borracha (TOPÇU, 1995).
A resistência à tração, de acordo com Albuquerque (2009), também sofre redução quando há adição de resíduos, mas essa redução é menos intensa do que a de compressão. Marques (2005); Turatsinze, Bonnet e Granju (2005) dizem que há uma redução de 40% na resistência à tração em relação ao concreto referência. Quando a substituição parcial da areia pela borracha é menor do que 10%, a perda de resistência à tração é menor (GRANZOTTO; SOUZA, 2012).
Estudos realizados por Martins (2005), demonstram que a resistência à tração do concreto de alto desempenho é inferior à 10% em relação com a resistência à compressão. Porém, quando adicionou a borracha, esta relação variou de 9,7% a 12,6%.
Segundo Topçu (1995), o ensaio de compressão diametral e o de flexão fizeram com que houvesse comportamento semelhante do concreto. O autor segue dizendo que mesmo resistindo pouco à tração, os corpos de prova demonstraram uma maior resistência à deformação, que indica maior absorção das tensões em relação ao concreto referência.
Quando submetidos aos ensaios de flexão, os corpos de prova são capazes de resistir a cargas residuais mesmo após a fratura, demonstrando um deslocamento considerável e uma ruptura menos frágil (ALBUQUERQUE, 1994). Os autores ainda afirmam que o comportamento se deve à capacidade da borracha sofrer uma grande deformação elástica antes do concreto fraturar.
Ao realizar o ensaio para determinar a resistência de tração na flexão, Marques (2005) observou que também há redução da resistência no concreto com fibra, porém essa redução é de apenas 30%.
Ao substituir 12% do volume de areia por fibra da borracha de pneu, Marques (2008) concluiu que a absorção da argamassa com a fibra foi cerca de 6% menor do que o traço referência. Martins (2005) realizou o estudo de absorção de água por imersão em concreto de alto desempenho com borracha, e concluiu que o concreto padrão absorveu menor quantidade de água do que o com adição da fibra de borracha. O autor ainda conclui que isso se deve à quantidade de ar incorporada no concreto. De acordo com Neville (1998), a absorção não mede a qualidade do concreto, mas afirma que concretos de alta qualidade possuem absorção inferior a 10%.
Bonnet (2004 apud ALBUQUERQUE, 2009) realizou testes de carbonatação em argamassas e concretos com adição da fibra da borracha de pneu e concluiu que a borracha contribui para redução da carbonatação. Na Figura 6 o autor descreve que é possível observar a diferença entre área que não foi carbonatada (rosa) entre a argamassa sem borracha e com borracha.
Figura 6 - Área carbonatada da (a) argamassa sem borracha, e da (b) argamassa com borracha
______________________________________________________________________________
3 MÉTODO DE PESQUISA
Neste item serão apresentados o método de abordagem e as técnicas de pesquisa utilizados. 3.1 MÉTODO DE ABORDAGEM
Os métodos gerais, segundo Assis (2009) fornecem as bases da investigação científica. Ainda de acordo com o autor, eles estão ligados ao plano geral do trabalho, ao processo racional adotado e baseiam-se em princípios lógicos. São classificados em dedutivo, indutivo, hipotético-dedutivo, dialético e fenomenológico (ASSIS, 2009).
A pesquisa é classificada no método indutivo, pois há realização de ensaios e experimentos laboratoriais que possam comprovar sua verificação. Os resultados então, são comparados a estudos de outros autores, onde as observações devem ser muitas e repetidas.
3.2 TÉCNICAS DE PESQUISA
De acordo com Gil (2002), a pesquisa pode ser classificada em três grupos:
a) Exploratórias: o objetivo é fornecer maior familiaridade com o problema, ajudar a torná-lo mais explícito ou a constituir hipóteses. Estas pesquisas possuem como objetivo principal o aprimoramento de ideias e seu planejamento é bastante flexível; b) Descritivas: têm como objetivo principal descrever as características de determinada
população ou fenômeno. Podem ser classificados neste tipo de pesquisa a utilização de técnicas padronizadas de coleta de dados, como questionários e observação sistemática; c) Explicativas: a preocupação principal é identificar fatores que contribuem para a ocorrência de fenômenos. É um tipo de pesquisa que aprofunda o conhecimento da realidade, pois faz a explicação da razão, do porquê das coisas.
Em relação aos seus objetivos, esta pesquisa é classificada como exploratória e descritiva. Já em relação aos seus procedimentos, se classifica como bibliográfica e experimental, pois baseia-se em materiais já elaborados e também por baseia-ser necessária a realização de ensaios laboratoriais que demonstrem sua viabilidade ou não.
Quadro 3 - Delineamento da pesquisa
Fonte: autoria própria (2017).
3.3 MATERIAIS UTILIZADOS
Neste item serão abordados os ensaios de caracterização de cada material, necessárias para realização da dosagem para a produção do concreto. Os materiais a serem caracterizados são o resíduo da recapagem do pneu, o aglomerante e os agregados miúdo e graúdo.
3.3.1 Resíduo da recapagem do pneu
O resíduo utilizado para realização para realização dos ensaios, que pode ser observado na Figura 7. O resíduo é resultado da primeira etapa de reciclagem do pneu e vêm de forma heterogênea, com a granulometria variada.
______________________________________________________________________________
Figura 7 - Resíduo da recapagem do pneu
Fonte: autoria própria (2017).
Massa Específica: o ensaio foi realizado com o Frasco de Le Chatelier (Figura 8), conforme a NBR NM 23 (ABNT, 2000). Neste ensaio deve-se encher o frasco (Figura 9) com querosene, utilizando um funil longo. Então deve-se secar o interior do frasco acima do nível do líquido e colocá-lo em banho maria com a água na temperatura de 25ºC durante 20 minutos, pois o volume da querosene varia de acordo com a temperatura. Após isso, é realizada a leitura inicial e separada uma amostra de 60g de aglomerante, que deve ser colocado cuidadosamente dentro do frasco, evitando a formação de bolhas. Depois de inserir todo material, é deixado descansar por cinco minutos e é realizado a leitura final.
Figura 8 - Frasco de Le Chatelier
Fonte: NBR NM 23 (ABNT, 2000, p. 7).
Figura 9 - Ensaio no LEC
O valor da massa específica é obtido pela equação 1:
Equação 1 - Determinação da massa específica
ρ = m/V onde:
ρ, é a massa específica do material, em g/cm³; m, é a massa do material ensaiado, em g;
V, é o volume deslocado pela massa do material, em cm³.
O ensaio resultou em uma massa específica do resíduo de 1,19 g/cm³
Massa unitária solta e compactada: o ensaio de massa unitária solta seguiu os procedimentos da NBR NM 45 (ABNT, 2006). De acordo com a norma, o resíduo é lançado com uma concha a uma altura aproximada de 10 a 12 cm da borda do recipiente cúbico de metal, com 15 dm³ de volume, sendo a base de 316mm x 316mm com 150mm de altura. Então o topo do recipiente é rasado e pesado.
A massa unitária compactada segue os mesmos procedimentos, porém o recipiente é preenchido em três camadas, aplicando 25 golpes em cada camada com uma haste.
Os valores da massa unitária solta e compactada são determinados realizando a divisão entre a massa do recipiente e o seu volume.
Obteve-se um valor de massa unitária solta de 400 kg/m³ e um valor de massa unitária compactada de 440 kg/m³.
Granulometria: o ensaio seguiu os procedimentos da NBR 7217 (ABNT, 1987), com o objetivo de conhecer o módulo de finura e o diâmetro máximo do material. Deve-se encaixar as peneiras determinadas para a realização da granulometria e encaixadas em ordem crescente da base para o topo. Então, são separadas duas amostras com no mínimo 500g cada, para realizar a média no final do ensaio e, em seguida é realizado o peneiramento, agitando as peneiras por um tempo razoável até permitir a separação e classificação dos diferentes tamanhos de grãos.
