IV EREEC João Pessoa - PB 19 a 21 de setembro de 2017

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19 a 21 de setembro de 2017

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DO

CONCRETO COM ADIÇÃO PARCIAL DE FIBRA DE GARRAFA

PET (POLI TEREFTALADO DE ETILENO)

Francisco Layrton (layrtonfi lho@outlook.com) Carmen Maria (silveira_carmen@hotmail.com) Dominique Oliveira (dominiqueoliveira7@hotmail.com)

Ana Flávia (fl aamonteiro20@gmail.com) Lindomar Carvalho (drjuniorcarvalho@hotmail.com)

Resumo: As embalagens pós-consumo de garrafas PET (Polietileno Tereftalato) são resíduos que estão atingindo grandes volumes

nos lixões, gerando custos cada vez maiores para coletas e tratamento. Visando a possibilidade de inserção de resíduos sólidos na construção civil, tem-se a ideia de utilizar triturados de garrafa PET nas propriedades da argamassa do concreto, com intuito de analisar seu comportamento mecânico quanto a substituição parcial de agregado miúdo natural, por triturados de garrafas PET, além de verifi car a caracterização da argamassa em relação a consistência, é verifi cado a infl uência de diferentes teores de triturados de PET em suas propriedades. A pesquisa foi realizada baseada no traço bibliográfi co de 1:1,42:1,96:0,38 (LIMA, et al., 2010), na qual obteve-se a confecção de 24 corpos-de-prova de acordo com a Norma NBR 5739/07 (Ensaio de compressão, dos quais apenas 12 foram analisados (os que atingiram maior resistência a compressão), os demais, desprezados, com isso, foram moldados 6 corpos-de-prova para traços de 0%, 10%, 20% e 30% de substituição do agregado miúdo pelo “fl ake” da garrafa PET, obtendo seu comportamento mecânico com a realização do ensaio de compressão submetidos as idades de 7, 14 e 21 dias, e sujeitos ao ensaio de tronco de cone para verifi cação da trabalhabilidade do concreto. O estudo mostra que o concreto fabricado com 20% do “fl ake” da garrafa PET em substituição do agregado miúdo apresenta consistência média e resistência maior que o concreto confeccionado com o traço padrão, o que engaja a possibilidade de reutilizar resíduos sólidos acerca dos seus benefícios na construção civil, minimizando o seu acúmulo na natureza e a exploração de recursos naturais.

Palavras-chave: Fibra de PET. Resistência à compressão. Trabalhabilidade.

Abstract: Post-consumer PET packaging (Polyethylene Terephthalate) are waste that are reaching large volumes in the dumps,

generating ever greater costs for collection and treatment. Aiming at the possibility of insertion of solid waste in the construction industry, the idea is to use PET bottle crushed in the concrete mortar properties, in order to analyze its mechanical behavior regarding the partial replacement of natural kid’s aggregate, by crushing of bottles PET, besides checking the characterization of the mortar in relation to the consistency, the infl uence of diﬀ erent PET grinding contents on its properties is verifi ed. The research was carried out based on the bibliographic trait of 1: 1,42: 1,96: 0,38 (LIMA, et al., 2010), in which it was obtained the preparation of 24 specimens according to NBR 5739/07 Standard (Compression test, of which only 12 were analyzed (those that reached higher resistance to compression), the others, despised, with that, 6 specimens were molded for traces of 0%, 10%, 20% and 30% of replacement of the small aggregate by the fl ake of the PET bottle, obtaining their mechanical behavior with the compression test submitted to the ages of 7, 14 and 21 days, and subjected to the cone trunk test for The study shows that concrete made with 20% of the fl ake of the PET bottle in substitution of the small aggregate presents average consistency and resistance greater than the concrete made with the standard trace, which engages the possibility of reuse Solid waste on its benefi ts Minimizing its accumulation in nature and the exploitation of natural resources.

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INTRODUÇÃO

A enorme produção e descarte de embalagens plásticas de diversos produtos e principalmente das garra-fas descartáveis de refrigerante causam preocupação de grande parte da sociedade e mais ainda de estudiosos e ambientalistas, visto que do modo como vem sendo descartadas na natureza, de forma inapropriada, provocam impactos ambientais desenfreados e em proporções crescentes, ou seja, a medida em que aumenta o consumo, a quantidade de embalagens descartadas também aumentam, gerando algo em torno de 30 bilhões de toneladas de resíduos descartados todos os anos. O ramo da construção civil enquadra-se como um dos setores que mais degrada o meio ambiente, sendo um dos maiores geradores de resíduos[4]_.

Uma solução que tem grande potencial para o sucesso é empregar materiais reciclados na construção ci-vil, podendo ser uma das soluções viáveis para problemática da destinação e diminuição do lixo urbano, que de outra maneira seriam jogados de forma aleatória e/ou estocagem inadequada, o que causa aumento no custo de deposição e futuros tratamentos, além de afetar diretamente o meio ambiente[2]_.

Diversos são os materiais que podem ser associados ao concreto quando há a necessidade de melhorar ou aperfeiçoar alguma de suas características, pode-se adicionar gesso, pozolanas, argila expandida, e também outros tipos quando se quer melhorar suas propriedades, tais como a retração, resistência ao impacto, aumento da tenacidade e também resistência à tração e compressão[2]_.

Visando suprir estas necessidades temos a oportunidade de associar o concreto de cimento Portland à agregados alternativos, como embalagens pós-uso de garrafas PET na composição da argamassa do concreto, sobretudo pela grande disponibilidade e características peculiares, das quais sua maleabilidade, resistência e simples aplicação.

Esta substituição pode não ser vantajosa, pois, há o risco de que com esta adição o desempenho do con-creto tenha aumento, diminuição ou até se mantenha, por isso é indispensável à análise criteriosa das porcen-tagens de adição ou substituição de parte do agregado miúdo por grãos de PET, pois, somente com esta base pode-se estimar o melhoramento e otimização da argamassa, criando assim uma expectativa e diversas dúvidas de que a interação entre eles seja viável técnica, econômica e ambientalmente.

Esta pesquisa aborda a parte aplicada com caráter descritivo, onde a abordagem é de modelo quantitati-vo e procedimento experimental, na qual foi desenquantitati-volvido estudos em relação ao comportamento do concreto quando o mesmo tem substituição parcial de areia por “Flakes” de embalagens pós-uso de garrafas plásticas de refrigerante (PET), com o objetivo de esclarecer e testar as propriedades do concreto, em especial, a resistên-cia à compressão, levando em consideração o tempo de cura e os teores de adição[5]_.

1. DESENVOLVIMENTO

1.1 Incorporação de materiais reciclados na construção civil

O crescente desenvolvimento tecnológico e as profundas mudanças no modo de vida contemporâneo têm contribuído para um aumento no volume de rejeitos, os quais preocupam cada vez mais a humanidade, pois, se não forem tomadas medidas para reduzir as quantidades despejadas diariamente nos lixões, consequ-ências irreversíveis poderão assolar a sociedade como um todo, o processo de conscientização em relação a esta problemática tem levado as empresas e a própria sociedade a se preocuparem com a destinação de seus rejeitos, a reciclagem tem sido adotada como alternativa esta transformação, uma vez que estes rejeitos são re-aproveitados em substituição à matéria-prima convencional.

Utilizar materiais reciclados na construção civil surge como uma das soluções viáveis que minimizariam a tão problemática, destinação do lixo, que de outra maneira seriam descartados de forma aleatória e inapro-priada, poluindo assim o meio ambiente e contaminando mananciais, gerando ainda um aumento no custo de deposição, tratamento e consequentemente, prejudicando o meio ambiente.

Acredita-se que o agregado seja apenas material inerte e de enchimento e, por isso, não se dá muita im-portância aos seus possíveis efeitos sobre as propriedades do concreto, no entanto, a fase agregado é a princi-pal responsável pela massa unitária, pelo módulo de elasticidade, e pela estabilidade dimensional do concreto, justificando assim a importância da escolha correta do agregado, da granulometria do mesmo, e do conheci-mento de suas características.

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Por conta dos riscos ambientais inerentes a extração de areia natural, várias pesquisas têm sido desen-volvidas sobre a viabilidade da substituição parcial ou total de agregado miúdo natural, com o uso de resíduos de origem diversa (reciclada ou sintética), com esta procura em substituir o agregado miúdo parcialmente ou totalmente é que pesquisas tem sido feitas com o PET (polietileno tereftalato) granulado e em forma de filetes (fibras, matéria prima da indústria têxtil) os resultados mostraram que as propriedades de resistência à com-pressão e à flexão dos concretos não foram prejudicadas com a substituição de até 50% de areia por resíduo de PET, os autores também comprovaram que a zona de transição matriz-resíduo não foi alterada com a substitui-ção do agregado miúdo por PET.

1.2 Concreto com incorporação de “flakes” de PET reciclado

Considerando através de pesquisas as vantagens na utilização de agregados plásticos reciclados e a via-bilidade de utilização dos resíduos de PET em forma de “flakes” como material alternativo, em substituição a uma matéria-prima não renovável na natureza (areia fina) minimizando sérios impactos ambientais, podendo assim lançar um novo olhar aos resíduos sólidos de PET, um material que outrora fora considerado como lixo e que mediante pesquisa, pode se tornar um grande aliado na confecção de outros produtos, sendo utilizado co-mo matéria-prima na indústria da construção civil.

Os experimentos em que se incorporam resíduos de PET tem como aspecto comum a atenção redobrada em relação a quantidade de água necessária à hidratação do aglomerante, neste caso o cimento Portland, que deve ser recalculada, tendo em vista, que o agregado de PET não absorve água, mas tem maior volume e in-fluencia na trabalhabilidade. Desta forma, é necessário ajustar a proporção entre as quantidades de cimento e de agregado reciclado, porém esta relação não é uniforme, não sendo diretamente proporcional a quantidade de agregado reciclado, ou seja, cada traço é produzido com percentuais diferentes e necessitam de ajustes próprios.

2. METODOLOGIA

2.1 Programa Experimental

O traço utilizado para construção do estudo, é baseado no traço bibliográfico de 1:1,42:1,96:0,38 (LI-MA, et al., 2010)[3]_{, como mostra a Tabela 1, onde serviu de modelo para elaboração de novos traços, na qual}

o intuito foi adotar e verificar o comportamento com outras porcentagens de adição de Flake de garrafa PET na composição do concreto.

Tabela 1. Traços utilizados para a composição dos CP’s

Componentes 0% (Padrão) Traços utilizados em massa (Kg)

Quantidade (kg) Quantidade (kg)10% Quantidade (kg)20% Quantidade (kg)30%

Cimento 4,000 4,000 4,000 4,000

Areia 5,680 5,110 4,544 3,976

Brita 7,840 7,840 7,840 7,840

Pet 0,000 0,568 1,136 1,704

Água 1,520 1,520 1,520 1,520

Fonte: Acervo próprio.

2.2 Materiais

Para a confecção dos corpos de prova foi utilizado cimento Portland CP-II-Z-32, da marca “Cimento Poty”, a areia utilizada nos ensaios foi a Areia Fina e brita 0, todos obtidos em loja de construção na região da

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cidade de Teresina-PI. O “Flake” das embalagens de garrafas PET foi obtido através da Fábrica de Tintas “Ver-bras”, situada na Br 316, Km 31 na Cidade de Demerval Lobão-PI, na qual foram submetidos a processos de peneiramento para inserção na mistura da argamassa, para melhor harmonização com os materiais da mistura do concreto e a água utilizada no concreto é a fornecida pela concessionária da região de Teresina-PI.

2.3 Ensaios

Foram realizados ensaios de granulometria da areia, brita, Flake da garrafa PET e suas respectivas cur-vas granulométricas, para melhor visualização e compreensão de como se dá o comportamento dos materiais mediante o processo dos ensaios submetidos e ensaios de compressão para verificação da resistência.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

De acordo com o ensaio de granulometria da areia, nota-se que a porcentagem considerada, é observada na peneira 3#, na qual a areia apresenta módulo de finura 1,50mm e diâmetro máximo do agregado 0,60mm, como mostra a Tabela 2 e seu comportamento de acordo com a Figura 1.

Tabela 2. Granulometria da Areia Fina

Peneira Peneira (mm) Massa retida (g) % Retida % Acumulada % Passante

1 4,800 0,00 0,00 0,00 100,00 2 2,400 0,00 0,00 0,00 100,00 3 1,200 3,00 0,30 0,30 99,70 4 0,600 11,00 1,10 1,00 98,90 5 0,300 474,00 47,70 49,10 52,30 6 0,150 495,00 49,80 98,90 50,20 7 0,075 11,00 1,10 100,00 98,90 8 Fundo 0,00 0,00 100,00 100,00 ∑ 994,00 100,00

Figura 1.

Curva Granulométrica da Areia Fina

Fonte: Imagem autoral.

O ensaio de granulometria da brita apresenta porcentagem retida considerada na peneira de número 4, com módulo de finura 4,59mm e diâmetro máximo 4,8mm, o que se enquadra na classe de brita 0, como mos-tra a Tabela 3 e seu comportamento de acordo com a Figura 2 – Curva Granulométrica da Brita 0.

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Tabela 3. Granulometria da Brita 0

1 4,800 10,00 1,55 1,55 98,45 2 2,400 484,00 75,16 76,71 24,84 3 1,200 98,00 15,22 91,93 84,78 4 0,600 19,00 2,95 94,88 97,05 5 0,300 10,00 1,55 96,43 98,45 6 0,150 7,00 1,09 97,52 98,91 7 0,075 16,00 2,48 100,00 97,52 8 Fundo 0,00 100,00 100,00 ∑ 644,00 100,00

Figura 2.

Curva Granulométrica da Brita 0

De acordo com o ensaio de granulometria do Flake de garrafa PET, nota-se que a porcentagem retida considerada, apresenta módulo de finura 5,50mm e diâmetro máximo do agregado 9,5mm (peneira 3,8”#), na qual se fosse classificá-lo, se enquadraria na classe de areia grossa, devido sua textura. A Tabela 4, mostra tais resultados e seu comportamento de acordo com a Figura 3.

Tabela 4. Granulometria do “Flake” de garrafas PET

1 4,800 594,00 59,60 59,60 40,40 2 2,400 331,00 33,20 92,80 66,80 3 1,200 61,00 6,10 98,90 93,90 4 0,600 9,00 0,90 99,80 99,10 5 0,300 1,00 0,10 99,90 99,90 6 0,150 0,00 0,00 99,90 100,00 7 0,075 0,00 0,00 99,90 100,00 8 Fundo 0,00 100,00 100,00 ∑ 996,00 0,00

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Figura 3.

Curva Granulométrica do “Flake” de garrafas PET

No teste realizado para o traço padrão, obteve-se depois da média de três pontos (ponto mais alto, pon-to médio e ponpon-to mais baixo), o resultado de 230 mm de abatimenpon-to de tronco de cone, classificando-o como concreto fluido.

Para o traço com substituição de 10% apurou-se um resultado de 93,33 mm tendo assim uma classifi-cação de concreto com consistência média, para o traço com 20% de substituição obteve-se 21 mm de abati-mento, classificando-o como de consistência firme, o último traço com substituição de 30% obteve resultado de 168,3 mm, ou seja, consistência mole, como ilustra a Tabela 5.

Tabela 5. Resultados obtidos para ensaios de “Slump test”

Slump Test % de PET Resultado (cm) 0% 23 - fluido 10% 9,3 - média 20% 2,1 - firme 30% 16,8 - mole

A confecção dos CP’s cilíndricos e prismáticos seguiram as recomendações da NBR 5738/08 (normatiza sobre: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova), foram armazenados em caixas de água onde a umidade se mantém a 100% e a temperatura de 25 ± 2º C até a data dos ensaios.

Após a etapa de fabricação e moldagem dos corpos-de-prova realizou-se o teste destrutivo de resistência mecânica de compressão seguindo as recomendações da NBR 5739/07 (normatiza sobre: Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndrico), para as idades de 7, 14 e 21 dias respectivamente[1]_.

Os resultados dos ensaios de resistência servem para aceitação ou rejeição dos lotes, ou seja, para cada traço (Padrão ou de Substituição), foram confeccionados um exemplar; Cada exemplar é constituído de dois corpos-de-prova, da mesma amassada, para cada idade de rompimento, moldados no mesmo ato, então, to-mou-se como resistência o maior dos dois valores obtidos no ensaio do exemplar. Existem dois tipos de con-trole de resistência; O Concon-trole Estatístico do Concreto por Amostragem Parcial e O Concon-trole Estatístico do Concreto por Amostragem Total, como a quantidade de exemplares adotados na pesquisa foram menor que 2 (volume menor que 10m3_{de concreto), logo não é possível adotar nenhum dos dois métodos de controle. Caso}

as amostras da pesquisa em curso tivesse um volume de concreto igual ou superior a 10m3_{, ou então, a}

quan-tidade de exemplares estivesse entre 2 e 5, então seria possível classificar o tipo de controle como sendo um Caso Excepcional. No entanto, como foram confeccionados apenas 2 corpos-de prova de mesmo traço para cada idade, o Fckest será o maior valor obtido no ensaio entre os dois corpos-de-prova. Assim, de acordo com

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Tabela 6. Maior resistência do exemplar para o ensaio de compressão (MPa)

Traço 7 dias (MPa) 14 dias (MPa) 21 dias (MPa)

Padrão 15,49 14,42 16,87

10% 12,23 14,51 13,58

20% 12,76 16,39 18,41

30% 9,88 9,03 8,42

Os resultados ideais para melhor cura do concreto se dá nas idades de 28 dias, como os valores obtidos na prática foram até 21 dias, foi realizado uma média baseada no programa “Microsoft Excel”, que obteve uma simulação para os resultados de compressão aos 28 dias, baseados em dados práticos com idades de curas an-teriores, seguindo então uma linha de tendência conforme Figura 4.

Figura 4.

Esboço gráfico para as “linhas de Tendência” aos 28 dias

Logo, os resultados dos corpos de prova submetidos a compressão, são representados na Tabela 7. Tabela 7. Resultados de compressão dos corpos de prova para as idades de 7, 14, 21 e 28 dias

Idade em dias Resist. CP’s _Padrão Resist. CP’s _{10% subst.} Resist. CP’s _{20% subst.} Resist. CP’s _{30% subst.}

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

7,00 15,49 12,23 12,76 9,88

14,00 14,42 14,51 16,39 9,03

21,00 16,87 13,58 18,41 8,42

28,00 24,08 20,84 26,60 12,94

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Mediante a isto, é verificado que aos 28 dias, os concretos moldados com 20% de substituição parcial da areia pelo o Flake de garrafa PET, obteve-se um resultado satisfatório, tendo resistência maior que o concreto padrão, na qual há a possibilidade de inserção do concreto moldado com o resíduo na construção civil, mais especificamente em pavimentação.

CONCLUSÕES

Em conclusão ao estudo, pode-se observar que os corpos de prova moldados com porcentagens maiores de substituição de agregado miúdo natural por “Flake” de garrafas PET, tem-se menor resistência do concre-to para as solicitações de compressão, isconcre-to devido ao maior volume de triturado de PET para a mesma quanti-dade em massa de areia, o que dificulta as reações do cimento entre os demais agregados da argamassa, o que seria necessário um ajuste no traço para que as reações de ligação entre o cimento e os demais agregados fos-sem preservadas.

Constatou-se que para a porcentagem de 20% de substituição houve um aumento na resistência, pode inferir-se que esse aumento na resistência deve-se ao formato irregular do triturado de PET, que tem boa flexi-bilidade e boa resistência a tração axial, quando dentro da matriz cimentícia o “Flake” comporta-se como uma espécie de gancho, combatendo as tensões de ruptura e distribuindo as cargas atuantes em uma área maior, o que dificulta a fissuração e posteriormente a ruptura do concreto, favorecendo assim uma distribuição mais ho-mogênea das cargas atuantes e consequentemente faz com que a matriz cimentícia suporte uma carga maior, observou-se ainda que o “Flake” de PET diminui a fissuração por retração e provavelmente não ocasiona pre-juízos futuros ao material.

Em relação a consistência observou-que na medida em que vai sendo aumentado a porcentagem de PET dentro da argamassa do concreto, a consistência vai alterando-se, ou seja, vai perdendo sua plasticidade e tor-nando-se uma mistura seca e quebradiça, com pouca adesão entre os agregados, sem adição de PET a argamas-sa tem consistência fluida, conforme vai sendo adicionado o triturado de PET esargamas-sa consistência vai se tornando mais dura, até que finalmente com 30% de substituição ela tem consistência mole, ou seja, o concreto fica se-co e “farofado”, sem se-coesão suficiente de manter-se firme após ensaio de abatimento de tronse-co de se-cone e ao ser retirado o cone o concreto fica desmoronando, para minimizar esse problema o ideal seria reajustar o traço adicionando mais água no concreto, ou incorporar algum aditivo que tenha a finalidade de favorecer a plasti-cidade e consistência.

Em relação a trabalhabilidade, conclui-se que é diretamente afetada pela quantidade de PET presente na argamassa, ou seja, quanto maior a porcentagem de PET na argamassa menor será a trabalhabilidade. Para a correção da trabalhabilidade faz-se necessário ajustar a relação água/cimento para cada traço de substituição ou então adicionar aditivos que mantenha a boa consistência e consequentemente a trabalhabilidade.

Com base aos experimentos, é notável que estudos baseados com o Flake da garrafa PET e/ou outros resíduos submetidos a testes laboratoriais que sejam viáveis quanto ao uso, sinalizam a prática de desenvolvi-mento de recursos renováveis na construção civil, trazendo melhoria ao concreto e uma forma de potencializar o valor dos rejeitos.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Ensaio de compressão de corpos- de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007.

[2] GOTARDI F. G. N. et al. Estudo das propriedades mecânicas de compósitos obtidos através da incorpora-ção do pet triturado em microconcretos. ENIC, Mato grosso do Sul, v. 10, n. 6, p. 226-234, 2015. Disponível em: https://anaisonline.uems.br/index. php/enic/article/view/2383/2412. Acessado em: 14 de mar. 2016. [3] LIMA, S. A.; SALES, A.; MORETII, J. P.; ALMEIDA, F. do C. R.; SANTOS, W. N. Estudo da condutivi-dade térmica de concretos confeccionados com a cinza do bagaço da cana-deaçúcar. XIII Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído, ENTAC 2010, Canela - RS, out. 2010.

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[4] PIETROBELLI, E. R.; Estudo de viabilidade do pet reciclado em concreto sob aspecto da resistência a compressão. Unochapecó, Chapecó, n. 4, p. 13-25, jul. 2010. Disponível em: <http://fleming.unochapeco.edu. br:8080/pergamumweb/vinculos/000061/000061C4.PDF>. Acessado em: 14 de mar. 2016.

[5] SALUSTIO J. S.; Estudos de concretos de diferentes resistências à compressão submetidos a altas tempe-raturas sem e com incorporação de fibras de polietileno tereftalato (PET). UFRN, Rio Grande do Norte, v. 16, n. 5, p. 134-142, 2013. Disponível em: <http://www.repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/14844/1/ JanainaSS_DISSERT.pdf>. Acessado em: 24 de abril 2016.