RECICLAGEM DE AGREGADOS GROSSOS PARA FABRICO DE BETÃO
Jorge de BRITO A. P. GONÇALVES J. R. dos SANTOS
Professor Associado Eng.ª Civil Assistente
IST/ICIST Mestre em Construção / IST IST/ICIST
Lisboa Lisboa Lisboa
SUMÁRIO
Este artigo relata a análise experimental efectuada no Instituto Superior Técnico no sentido de demonstrar a sustentabilidade técnica da reciclagem de agregados pétreos grossos provenientes da demolição de elementos de betão para fabrico de novo betão. Tecem-se inicialmente algumas considerações sobre reciclagem de resíduos da construção e demolição (RCD) e sobre a investigação em curso no IST neste domínio. Apresentam-se ainda as conclusões finais do estudo efectuado.
1. INTRODUÇÃO
Um dos problemas que é mais premente resolver numa perspectiva de desenvolvimento sustentável na área da construção é o da gestão dos seus resíduos, vulgarmente designados por RCD (Resíduos da construção e demolição). De facto, estes representam, a nível da União Europeia, uma produção anual (números de 1999) de aproximadamente 180 milhões de toneladas, dos quais apenas 28% são reciclados sendo o restante levado a vazadouro [1].
Existem pelo menos três razões muito importantes para promover a reciclagem dos RCD em geral e dos agregados neles contidos em particular:
• diminuir o consumo dos agregados naturais, um recurso não renovável se bem que ainda relativamente abundante, permitindo também diminuir as agressões ao meio ambiente que as
pedreiras geralmente constituem;
• diminuir o consumo de energia associado à extracção e/ou manufactura de novos materiais de construção em situações em que eles já existem disponíveis e não são aproveitados;
• diminuir a agressão ao ambiente e à qualidade de vida dos cidadãos que os vazadouros (Figura 1), quantas vezes em condições irregulares, constituem.
Figura 1: Vazadouro de RCD a céu aberto na zona de Almeirim [7]
De entre os resíduos sólidos urbanos (RSU), existem aqueles cuja perigosidade é considerada nula ou muito baixa, designados por resíduos industriais banais (RIB), provenientes fundamentalmente das indústrias extractiva, transformadora e da construção. Estes resíduos eram, até há relativamente pouco tempo, depositados nos aterros municipais em conjunto com os restantes RSU, levando a que a vida útil destes fosse significativamente reduzida. Mais recentemente, está prevista a construção de aterros especificamente para os RIB. Apesar disso, esta sequência histórica contribuiu para que a distância das obras em regiões urbanas aos vazadouros adequados mais próximos tivesse aumentado significativamente. O aumento simultâneo dos custos de deposição (estimados em 6.000$00 a 8.000$00 nos futuros aterros para os RIB) teve duas consequências distintas e de sinal oposto:
• um aumento da consciencialização dos produtores dos RCD para a necessidade de os reciclar tanto quanto possível, para reduzir custos;
• um aumento dos depósitos selvagens, virtualmente à beira da estrada, tornado possível por uma fiscalização muito deficiente e umas coimas baixas e frequentemente não aplicadas.
Num país em que os agregados naturais são abundantes em praticamente todo o território, não existem incentivos à reciclagem dos RCD, não existe praticamente qualquer legislação respeitante ao seu depósito e reciclagem, as taxas de depósito a vazadouro são ainda muito baixas, as coimas por prevaricação são ínfimas, a eficácia da fiscalização é mínima e não existem depósitos ou centrais de reciclagem específicos para os RCD, naturalmente a taxa de reciclagem é das mais baixas da União Europeia, claramente abaixo dos 5 ou mesmo 2 %. Urge portanto, antes do mais,
alterar toda esta envolvência económico - legislativa, para mudar drasticamente a situação vigente no domínio da reciclagem dos RCD.
Não basta, no entanto, implementar as medidas referidas acima. É também necessário demonstrar a performance técnica dos agregados e outros materiais de construção reciclados [9], para que, tanto nas obras públicas como nas privadas, possam ser inscritas nos cadernos de encargos taxas mínimas desse tipo de materiais, com garantias de que não irão pôr em causa a segurança ou a durabilidade das construções. Aqui, assim como na elaboração de normas e regulamentos, a contribuição da investigação feita nas universidades (IST, FEUP, UM, FCTUC, etc.) e nos laboratórios (LNEC) é primordial.
2. ORIGEM E DESTINO DOS AGREGADOS RECICLADOS
Conforme já referido, a fracção inorgânica não-metálica não constitui a totalidade dos RCD. Na Figura 2, apresenta-se uma composição média dos RCD na Alemanha.
Alvenarias 35%
Betão 20%
Terras 10%
Madeira 12%
Plásticos 8%
Aço 3%
Outros 12%
Figura 2: Composição dos RCD na Alemanha [2]
Em Portugal, embora não existam estatísticas fiáveis e a composição dos RCD seja muito diferente consoante o edifício demolido é anterior ou posterior à massificação do betão armado, pode apontar-se para uma percentagem de cerca de 85% de materiais inorgânicos não-metálicos no total dos RCD (fora da indústria da construção de estradas), incluindo o betão, os materiais cerâmicos e as argamassas e excluindo a madeira, metais, plásticos, betuminosos e outros.
Desta forma, o reaproveitamento dos agregados triturados a partir dos RCD será feita de formas e com eficácias diferentes consoante o método utilizado na demolição e a pré-triagem que tenha sido implementada a montante. Por ordem crescente de facilidade na reciclagem dos agregados grossos pétreos, aqueles que foram objecto da análise experimental descrita mais adiante, os detritos podem apresentar-se nas seguintes formas:
• RCD em bruto, sem qualquer tipo de triagem;
• betão, materiais cerâmicos, pétreos e argamassas misturados indistintamente;
• materiais cerâmicos, pétreos e argamassas provenientes de paredes de alvenaria ordinária;
• betão e argamassas provenientes de elementos de betão revestidos;
• betão proveniente de elementos de betão à vista (ou cujo revestimento tenha sido extraído).
As aplicações potenciais dos agregados reciclados são bastante variáveis. Por exemplo nos EUA, foi reportada a seguinte utilização [3]:
• 68% em sub-base para estradas;
• 6% no fabrico de novo betão;
• 9% em misturas quentes de asfalto;
• 3% em produtos diversos de alto valor;
• 7% em produtos de baixo valor, como enchimentos;
• 7% em outras aplicações.
Em Portugal, é possível identificar quatro destinos principais para os RCD reciclados, por ordem de “nobreza” da aplicação:
• os aterros;
• a recuperação paisagística;
• a construção de estradas;
• a produção de betão.
Analisando agora individualmente cada um destes destinos dos RCD reciclados, já é efectuada actualmente em Portugal a intercalação de camadas de 0,2 m de espessura de RCD entre camadas de 2,0 m de RSU correntes, em aterros na região de Lisboa e Vale do Tejo. Estes RCD são sujeitos a uma triagem rudimentar e o seu depósito é feito a custo diminuto ou mesmo nulo para os seus produtores. Tira-se partido do seu bom comportamento na presença da água, que permite evitar a formação de lamas. Ainda no mesmo domínio, está previsto nos futuros aterros específicos para RIB a sua selagem com uma camada de RCD, desde que a percentagem destes no total não ultrapasse os 15%.
A recuperação paisagística de pedreiras em fim de exploração, já regulamentada no nosso país através do Decreto-Lei n. 89/90, de 16 de Março, artigos 44º e 45º, entendida como a revitalização biológica, económica e cénica do espaço afectado pela exploração, dando-lhe nova utilização, com vista ao estabelecimento do equilíbrio do ecossistema, ou restituindo-lhe a primitiva aptidão, é também possível com recurso a RCD. Refira-se, por exemplo, que praticamente 40% das pedreiras de calcários e de areias / argilas do Distrito de Lisboa se encontram actualmente desactivadas ou em vias de o ser. Os RCD, pelo facto de geralmente não possuírem materiais contaminados ou nocivos para o meio ambiente, têm um enorme potencial para esta função, podendo ser posteriormente cobertos com terras provenientes de escavações, no caso das pedreiras a céu aberto.
A construção de estradas constitui a saída mais frequente para os RCD reciclados, utilizados na constituição da sub-base, a camada mais profunda da estrutura da estrada e que assenta directamente sobre o solo. É composta por agregados de maior dimensão para possibilitar a obtenção de uma plataforma de trabalho para as camadas posteriores. A sua espessura varia entre os 15 cm nos pavimentos rígidos e os 20 cm nos pavimentos flexíveis, segundo o Manual de
Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional da JAE de 1995. O caderno de encargos desta entidade prevê mesmo a utilização de materiais granulares não tradicionais ou produtos de demolição “desde que convenientemente justificada a proposta da sua utilização”.
Naturalmente, tal passa pela garantia da sua adequada performance e da obtenção de uma curva granulométrica compatível (Figura 3).
Figura 3: Curvas granulométricas obtidas com diversas aberturas de um triturador comercial e sua comparação com o fuso granulométrico exigido pela JAE.
Finalmente, a produção de betão com agregados reciclados a partir de RCD não tem tido, nem sequer nos países mais desenvolvidos neste domínio, a mesma importância de outras aplicações.
Tal deve-se às maiores exigências, em termos de resistência, deformabilidade e durabilidade (e propriedades que a influenciam), a que os agregados para produção de betão estão sujeitos.
Aspectos como a maior absorção de água e a potencial reactividade aos álcalis, assim como a falta de estudos suficientes [4] [5], tem conduzido a uma quase ausência de especificações técnicas neste domínio [6] ou, quando estas existem, a fortes limitações, como acontece por exemplo na Alemanha, em que a reciclagem de agregados finos não é permitida e a de grossos é limitada percentualmente.
A análise experimental mais adiante incide neste último tipo de aplicação dos RCD, neste caso monofásicos constituídos exclusivamente por detritos de betão.
3. TRABALHO EM CURSO NO IST
Ciente da carência de pesquisa no nosso país no âmbito da reciclagem dos RCD, o grupo de Gestão e Tecnologia da Construção, do Departamento de Engenharia Civil do IST, formou um grupo de trabalho para investigação nesta área que já conduziu a uma dissertação de mestrado [7]
intitulada “Análise do Desempenho de Betões Produzidos a Partir de Inertes Reciclados Provenientes de Resíduos da Construção”, cujo trabalho experimental é apresentado neste artigo.
Foi também já apresentada uma dissertação de mestrado intitulada “Gestão de Resíduos na
Construção”, em que é apresentada uma visão estratégica da implementação de políticas de desenvolvimento sustentável aplicadas a Portugal.
No âmbito deste tema e desde há cerca de um ano, está também em curso um trabalho de investigação com vista à elaboração de uma tese de doutoramento, abordando os seguintes aspectos:
• resistência à compressão de betões produzidos com diferentes percentagens de agregados grossos reciclados de betão;
• aspectos relacionados com a deformabilidade (módulo de elasticidade, retracção e fluência) dos mesmos materiais;
• aspectos relacionados com a durabilidade (absorção de água, índice de vazios, porosidade, resistividade, avanço da frente de carbonatação, reacção álcali-agregados e penetração de cloretos) dos mesmos betões.
Um outro trabalho de investigação no âmbito de uma dissertação de mestrado está também em curso, envolvendo a reciclagem e reutilização de resíduos cerâmicos (oriundos da indústria cerâmica, dos desperdícios na construção e ainda da triagem dos detritos da demolição) em argamassas e betões.
Está também em curso uma outra dissertação de mestrado dedicada à optimização dos sistemas de demolição de estruturas de betão, com o objectivo principal de maximizar o reaproveitamento dos produtos da demolição.
O Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura do IST envolveu-se também em projectos de investigação relacionados directamente com esta temática e submetidos a concurso para financiamento no âmbito do apoio dado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, num dos quais em parceria com o Departamento de Engenharia Civil da FEUP. Está ainda em curso a segunda fase da candidatura a um projecto Europeu de investigação (de acrónimo OPTIDEBRIS), no âmbito da optimização da selecção e reutilização dos resíduos de construção e demolição.
4.ANÁLISE EXPERIMENTAL
Foi realizada no IST uma campanha de ensaios [7] no sentido de determinar a evolução da resistência à compressão de betões produzidos com agregados grossos reciclados eles próprios de um betão original, constituído por cubos de ensaio produzidos com agregados grossos pétreos naturais (Figura 4). O objectivo da investigação não era a comparação directa entre betões produzidos com agregados reciclados e agregados naturais, algo já feito anteriormente, com as seguintes conclusões principais:
• mantendo-se a dosagem de ligante e de plastificante, a resistência à compressão do betão de agregados reciclados diminui em relação à do betão original;
• algo de semelhante se passa com o módulo de elasticidade, ainda que de forma mais acentuada;
• a absorção dos agregados reciclados é substancialmente superior à dos naturais originais;
• tal obriga à utilização de uma relação água / cimento maior no betão de agregados reciclados para manter a mesma trabalhabilidade, o que por sua vez explica as duas primeiras tendências acima referidas;
• ainda que não existam ainda estudos absolutamente conclusivos, este factor contribuirá também para a diminuição da durabilidade no betão de agregados reciclados.
Figura 4: Cubos de ensaio do betão original em pleno processo de trituração
O objectivo era sim o de demonstrar a sustentabilidade do processo de reciclagem repetido, sem perda de qualidade ao nível da resistência e de durabilidade. Para tal, partiu-se do betão original, do qual apenas a resistência era conhecida (classe C32/C40), mas apenas como uma referência, e efectuaram-se três ciclos de reciclagem cíclica e repetitiva dos agregados provenientes desse betão.
Para garantir uma gama de resistências relativamente elevada, algo frequentemente apontado como fora do âmbito dos betões “reciclados”, e também garantir indirectamente bons níveis de durabilidade, optou-se por manter ao longo de todo o processo uma mesma relação água / cimento. Para simultaneamente manter uma trabalhabilidade aceitável e sensivelmente constante, recorreu-se por isso à adição de plastificantes e a uma dosagem de cimento ligeiramente superior ao que se suponha ter sido utilizado no betão original. Foi a seguinte a composição, mantida constante nos três ciclos de produção de betão com 100% de agregados grossos reciclados (os agregados finos foram sempre, na sua totalidade, naturais): cimento 450 kg/m3; areia 730 kg/m3; brita reciclada 1040 kg/m3; relação a/c 0,45; plastificante 2,4 l/m3.
Verificou-se (Figura 5) que a absorção dos agregados grossos reciclados, muito superior à dos agregados naturais, foi aumentando progressivamente ao longo dos 3 ciclos de reciclagem (6,3%
no 1º, 7,6% no 2º e 8,5%), não tendo sido possível, com o número de ciclos efectuado, se tendia ou não a estabilizar. A massa volúmica média dos agregados grossos reciclados (na condição saturados com superfície seca), naturalmente menor que a dos naturais, cifrou-se em 2321 kg/m3. A trabalhabilidade que, como se referiu, se pretendeu manter aproximadamente constante, foi medida indirectamente através do abaixamento no ensaio do cone de Abrams (Figura 6). Não foi
possível evitar algumas oscilações ao longo das betonagens nos diversos ciclos, cifrando-se o valor médio nos 36 mm.
Figura 5: Saturação dos agregados grossos reciclados para posterior medição da sua absorção à água
Figura 6: Medição do abaixamento no cone de Abrams
A evolução da resistência média à compressão do betão nos 3 ciclos de betonagem, em termos de classe de resistência, foi a seguinte: C32/C40 (1º ciclo); C32/C40 (2º ciclo); C35/C45 (3º ciclo).
Registou-se também um invulgarmente baixo coeficiente de variação dos resultados em cada ciclo, o que contradiz a ideia por vezes veiculada da dispersão de comportamento dos betões de agregados reciclados, mas que resulta das condições controladas implementadas em laboratório.
A ligeira subida da resistência no último ciclo pode ser justificada mas não é, em princípio, indicadora de qualquer tendência
Como principais conclusões desta campanha de ensaios, podem apontar-se as seguintes:
• a reciclagem repetida de agregados grossos pétreos para fabrico de betão é um processo auto- sustentável no tocante à resistência à compressão e à trabalhabilidade da amassadura, sem colocar em causa a durabilidade do material;
• a quantidade de agregados grossos susceptíveis de serem reciclados a partir de um determinado volume de betão é mais do que suficiente para produzir o mesmo volume de betão no ciclo seguinte.
5.CONCLUSÕES FINAIS
A reciclagem dos resíduos da construção e demolição (RCD) é fundamental numa perspectiva de desenvolvimento sustentável. As hipóteses de aplicação dos agregados reciclados vão claramente para além da aplicação clássica na construção de estradas. A produção de novo betão com estes materiais é particularmente promissora pelo potencial de poupança na extracção de materiais naturais não renováveis.
A análise experimental efectuada no IST vem mostrar que o processo de repetidas aplicações de um mesmo agregado grosso não conduzem a uma perda de qualidade ou resistência do produto final. Urge portanto elaborar especificações técnicas credíveis sobre a utilização dos agregados reciclados, tanto na produção de betão como nas outras aplicações referidas, no sentido de, através dos cadernos de encargos, promover de forma activa a reciclagem daqueles.
6.REFERÊNCIAS
[1] Use of Recycled Materials as Aggregates in the Construction Industry. European Thematic Network in Construction, ed. Johan Vyncke, Vol. 1, 1999, Brussels.
[2] Roos, F.; Zilch, K., “Verification of the Values for Concrete with Recycled Concrete Aggregates”, Internet 3/11/2000.
[3] Deal, T. A. - “What It Costs to Recycle Concrete”, C & D Debris Recycling, September / October, 1997.
[4] Demolition and Reuse of Concrete and Masonry. Third International RILEM Symposium, Chapman & Hall, 1993, 534 p.
[5] Recycling of Demolished Concrete and Masonry. RILEM Technical Committee 37-DRC, Chapman & Hall, 316p.
[6] Use of Waste and Recycled Materials Aggregates: Standards and Specifications. London, HMSO, 1995, 59p.
[7] Gonçalves, A. P. - “Análise do Desempenho de Betões Obtidos a Partir de Inertes Reciclados Provenientes de Resíduos da Construção”, dissertação de mestrado, IST, DECIVIL, Dezembro de 2000, Lisboa.
[8] Carvalho, P. - “Gestão de Resíduos na Construção”, dissertação de mestrado, IST, DECIVIL, Novembro de 2000, Lisboa.
[9] Ikeda, T.; Yamane, S.; Sakamoto, A. - “Strengths of Concrete Containing Recycled Concrete Aggregate”, Demolition and Reuse of Concrete and Masonry. Second International RILEM Symposium, Chapman & Hall, 1988, pp.585-594.
