GABRIELA DA SILVA DA COSTA
A INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO TÉRMICO EM DIFERENTES
TEMPERATURAS DE AGREGADOS RECICLADOS NO
DESEMPENHO DE CONCRETO
Ijuí 2018
A INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO TÉRMICO EM DIFERENTES
TEMPERATURAS DE AGREGADOS RECICLADOS NO
DESEMPENHO DE CONCRETO
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador(a): Me. Lucas Fernando Krug
Ijuí /RS 2019
A INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO TÉRMICO EM DIFERENTES
TEMPERATURAS DE AGREGADOS RECICLADOS NO
DESEMPENHO DE CONCRETO
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, 11 de fevereiro de 2019
Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA
Prof. Eder Claro Pedrozo Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria
Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos
Dedico este trabalho aos meus pais, Erico e Ivone por todo incentivo, apoio, dedicação e amor.
Gostaria de agradecer, primeiramente, a minha mãe Ivone, pelo exemplo de pessoa e determinação ao qual cresci admirando e almejando para minha vida, pelo esforço, amor, dedicação e auxilio em todas as etapas que me trouxeram até aqui.
Ao meu pai Erico, pelo exemplo de integridade moral que sempre admirei e pretendo seguir em minha carreira profissional, além do amor e conselhos essenciais que regeram meus passos até aqui.
Aos todos os meus familiares, pelo incentivo e carinho durante essa jornada.
Ao Luiz, pela paciência e amor dedicados nas horas difíceis e momentos de desespero, pelo companheirismo e incentivo em cada etapa e por ser meu refúgio nas horas de desespero e de conquistas.
Ao meu orientador, Lucas Fernando Krug, pelo entusiasmo transmitido durante todos esses anos de pesquisa, mantendo a paciência para ensinar incansavelmente e incentivar o amor e a busca pelo conhecimento, além de todo tempo extra dedicado a pesquisa e a unidade do grupo, sem nunca reclamar ou desanimar, tornando-se um exemplo de profissional e pessoa, e além de futuro colega de profissão, um amigo para a vida.
Ao MEC/SESU pela participação no Grupo PET Engenharia Civil.
Aos todos os professores da graduação, em especial ao Tarcisio Dorn de Oliveira, pelo incentivo constante em pesquisas e amor pela profissão transmitido em cada aula, a Carlos Wayhs pelo empenho como tutor e professor, demonstrando comprometimento em todos os momentos, a Lia Geovana Sala, pelos assessoramentos e muitos auxílios durante toda essa jornada como professora e coordenadora, a José Echeverria, pela possibilidade de externar os conhecimentos através das monitorias e também pelo auxilio como profissional em muitas das minhas experiências acadêmicas.
Ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUI, especialmente ao laboratorista Luiz Donato e aos estagiários Igor e Stéfano, pela dedicação, paciência e tempo dedicado aos diversos trabalhos e ensaios executados, além da parceria e amizade cultivada durante todo esse período.
Ao Diego Menegusso, amizade verdadeira e pra vida toda que o curso me proporcionou, agradeço pela infinita paciência e ajuda em todas as dificuldades, além da comemoração em cada etapa conquistada.
A Andressa, outra amizade que levarei para a vida toda, agradeço pela amizade, empenho, paciência e amor em todas as dificuldades e momentos de apreensão que passamos juntas ao longo desses anos.
A Ivana, agradeço pelo teu amor, dedicação e paciência ao longo desses anos, em todos os aspectos, acadêmicos e pessoais, você é a irmã que nunca tive.
Aos todos os colegas que tive durante esses anos de pesquisa, Diego, Daniela, Felipe Lidiane, Thainá e Vinicius, pelo apoio e toda ajuda dedicada ao longo desses anos, propiciando além de todo conhecimento, uma amizade.
Aos amigos que o curso me deu, Anna, Dirjan, Diego Consatti, Garciele, Liara e Priscila, pela grande amizade e companheirismo.
Aos colegas e amigos do grupo PET, pela convivência agradável, pelos momentos de grande ajuda e companheirismo.
A Pedreira Tabille pelo fornecimento do material utilizado nesta pesquisa.
Aos colegas Jonatas Carpes, Leonardo Rusch, Diego Menegusso, Pedro Costa Beber (in
memoriam), Lidiane Carvalho, Leonardo Sausen e Vinicius Maicá, pelo auxilio na execução
deste trabalho, sem a ajuda de vocês não seria possível sua conclusão.
A todas as pessoas envolvidas direta e indiretamente na realização deste trabalho e durante todo graduação, deixo meu muito obrigado de coração.
A verdadeira motivação vem da realização, desenvolvimento pessoal, satisfação no trabalho e reconhecimento.
COSTA, Gabriela da Silva da. A influência do tratamento térmico em diferentes temperaturas de agregados reciclados o desempenho de concretos. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.
A responsabilidade com o meio ambiente e use desenfreado dos recursos naturais, têm conduzido à busca por alternativas evolutivas mais sustentáveis de todos as áreas sociais e econômicas. Em vista ao melhoramento ambiental, a reciclagem de resíduos do setor da construção civil tornou-se ótima alternativa à redução do impacto causado pelo consumo descontrolado de matéria-prima, além da redução significativa de áreas de disposição, em razão do elevado volume de resíduos gerados anualmente no mundo todo. A transformação destes resíduos em fonte alternativa à substituição da matéria-prima no próprio setor é um desafio cada vez mais aprimorado no meio científico. Neste âmbito, tentativas de incorporar os resíduos da construção civil na produção de concretos convencionais se tornaram uma solução, aumentando assim o potencial de reutilização e destinação adequada. Dessa forma, esta pesquisa objetiva estudar a influência do uso de agregados reciclados na produção de novos concretos, visando aperfeiçoar suas características e métodos de tratamento deste. O estudo apresenta resultados da verificação granulométrica e física dos agregados graúdos reciclados obtidos pelo beneficiamento de resíduos de concretos provenientes de outras pesquisar desenvolvidas. Para a produção de tais concretos, foi executado o tratamento térmico prévio dos agregados utilizados, nas temperaturas de 300°C, 500°C e 700°C e substituindo 20% dos agregados graúdos convencionais. Sua influência foi avaliada através de ensaios sobre as propriedades dos concretos tanto em estado fresco como endurecido, através de ensaio de massa específica, trabalhabilidade, resistência à compressão simples, absorção de água por capilaridade e resistência à carbonatação acelerada. Em posse dos resultados foram estabelecidas relações entre os concretos produzidos com agregado reciclado, comparando seus diferentes traços de acordo com a temperatura de tratamento, relacionado com o concreto produzido de forma convencional, verificando seus resultados quanto ao desempenho mecânico e a durabilidade. Os resultados mostram a viabilidade do uso do agregado graúdo reciclado na construção civil através da reutilização na produção de concretos.
Palavras-chave: Sustentabilidade. Reutilização de resíduos. Beneficiamento de resíduos. Carbonatação acelerada.
COSTA, Gabriela da Silva da. A influência do tratamento térmico em diferentes temperaturas de agregados reciclados o desempenho de concretos. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.
Responsibility towards the environment and unrestrained use of natural resources have led to the search for more sustainable evolutionary alternatives of all social and economic areas. In order to improve the environment, the recycling of waste in the construction sector has become a great alternative to reducing the impact caused by the uncontrolled consumption of raw materials, as well as the significant reduction of disposal areas, due to the high volume of waste generated annually worldwide. The transformation of this waste into an alternative source to the substitution of the raw material in the sector itself is a challenge increasingly improved in the scientific environment. In this context, attempts to incorporate construction waste into the production of conventional concrete have become a solution, thus increasing the potential for reuse and proper disposal. Thus, this research aims to study the influence of the use of recycled aggregates in the production of new concrete, aiming to improve its characteristics and methods of treatment of this. The study presents results of granulometric and physical verification of the recycled aggregates obtained by the processing of concrete residues from other developed researches. For the production of such concretes, the previous thermal treatment of the used aggregates was carried out, at temperatures of 300 ° C, 500 ° C and 700 ° C and replacing 20% of the conventional large aggregates. Its influence was evaluated through tests on concrete properties both in the fresh and hardened state, through a specific mass test, workability, simple compressive strength, water absorption by capillarity and resistance to accelerated carbonation. The results were based on the relationships between concrete produced with recycled aggregate, comparing their different traits according to the treatment temperature, related to the concrete produced in a conventional way, verifying their results regarding mechanical performance and durability. The results show the feasibility of the use of recycled aggregate in the construction industry through reuse in concrete production.
Figura 1: Análise microscópica do clínquer de cimento Portland ... 19
Figura 2: Nomenclatura dos tipos de cimentos existentes no Brasil ... 20
Figura 3: Ensaio do abatimento do tronco de cone ... 24
Figura 4: Fissuração micro estrutural do concreto submetido a compressão ... 26
Figura 5: Percentgem de carbonatação conforme a umidade relativa do ambiente ... 29
Figura 6: Processo de triagem de resíduos da construção civil ... 33
Figura 7: Esquema de britador de mandíbula ... 34
Figura 8: Esquema do britador de impacto ... 35
Figura 9: Processo de separação magnética ... 36
Figura 10: Agregado reciclado submetido ao tratamento térmico ... 37
Figura 11: Zonas de transição do agregado reciclado de concreto ... 39
Figura 12: Ensaio da massa específica do cimento ... 46
Figura 13: Agregado graúdo natural - brita 1 ... 47
Figura 14: Agregado graúdo reciclado - brita 1 ... 48
Figura 15: Material disposto no LEC ... 48
Figura 16: Processo de peneiramento do agregado reciclado... 49
Figura 17: Processo de aquecimento do RCC ... 50
Figura 18: Processo de moagem do RCC ... 50
Figura 19: Agregado míudo natural - areia ... 51
Figura 20: Realização da produção do concreto na betoneira ... 53
Figura 21: Ensaio abatimento de tronco de cone ... 54
Figura 22: Altura de abatimento ... 54
Figura 23: Moldagem dos corpos de prova ... 55
Figura 24: Processo de cura em câmara úmida ... 55
Figura 25: Ensaio de resistência a compressão simples ... 57
Figura 26: Ensaio de absorção por capilaridade ... 58
Figura 27: Ensaio de carbonatação acelerada ... 59
Figura 28: Resultados da resistência à compressão simples nos concretos ... 60
Figura 29: Resultados de absorção por capilaridade dos concretos (g/cm²) ... 63
Figura 30: Altura de capiladade de água nos concretos ... 65
Figura 31: Profundidade de carbonatação aos 3 dias - concreto referência ... 66
Figura 35: Profundidade de carbonatação aos 5 dias - concreto referência ... 68
Figura 36: Profundidade de carbonatação aos 5 dias - concreto 300°C ... 68
Figura 37: Profundidade de carbonatação aos 5 dias - concreto 500°C ... 68
Figura 38: Profundidade de carbonatação aos 5 dias - concreto 700°C ... 69
Figura 39: Profundidade de carbonatação aos 7 dias - concreto referência ... 69
Figura 40: Profundidade de carbonatação aos 7 dias - concreto 300°C ... 69
Figura 41: Profundidade de carbonatação aos 7 dias - concreto 500°C ... 70
Figura 42: Profundidade de carbonatação aos 7 dias - concreto 700°C ... 70
Tabela 1: Produtos oriundos da reciclagem do RCC ... 32
Tabela 2: Caracterização do agregado natural graúdo - brita 1 ... 47
Tabela 3: Caracterização do agregado graúdo reciclado – brita 1 ... 48
Tabela 4: Percentual de argamassa aderente retirada ... 50
Tabela 5: Caracterização do agregado míudo natural ... 51
Tabela 6: Traços do concreto referência e com substituição do agregado graúdo ... 52
Tabela 7: Massa Específica do concreto referência e com substituição ... 54
Tabela 8: Valores finais do ensaio de resistência à compressão simples ... 60
Tabela 9: Porcentagem de aumento de absorção em relação ao concreto referência ... 64
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
CP Cimento Portland
LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil NBR Norma Brasileira Regulamentadora
RCC Resíduo da construção civil
RCD Resíduo de Construção e Demolição REF Concreto Referência
1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 CONTEXTO ... 14 1.2 PROBLEMA ... 15 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 17 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 17 1.2.3 Delimitação ... 17 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 18
2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ... 18
2.2 COMPOSIÇÃO DO CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ... 19
2.2.1 Cimento Portland ... 19
2.2.2 Agregados ... 21
2.2.3 Água ... 22
2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO ... 23
2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO ... 25
2.4.1 Resistência Mecânica do Concreto ... 25
2.4.2 Permeabilidade ... 27
2.4.3 Durabilidade ... 27
2.4.3.1 Carbonatação ... 28
2.5 UTILIZAÇÃO DO RCC NA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 30
2.6 PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AGREGADO RECICLADO ... 33
2.6.1 Triagem ... 33
2.6.2 Cominuição ... 34
2.6.3 Separação magnética ... 35
2.6.4 Tratamento térmico ... 36
2.7 TRATAMENTO TÉRMICO DE AGREGADOS RECICLADOS ... 37
2.8.3 Resistência mecânica à compressão simples ... 42 2.8.4 Durabilidade ... 43 3 MÉTODO DE PESQUISA ... 44 3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 44 3.2 DELINEAMENTO ... 44 3.3 MATERIAIS UTILIZADOS ... 46 3.3.1 Aglomerante ... 46
3.3.2 Agregado graúdo natural ... 46
3.3.3 Agregado graúdo reciclado ... 47
3.3.4 Agregado miúdo natural ... 51
3.3.5 Água ... 51
3.4 CÁLCULO DA DOSAGEM PELO MÉTODO ABCP ... 52
3.5 PROCEDIMENTOS PARA REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS ... 53
3.5.1 Moldagem dos corpos de prova ... 53
3.5.2 Resistência à compressão simples ... 56
3.5.3 Absorção de água por capilaridade ... 57
3.5.4 Carbonatação acelerada ... 58
4 RESULTADOS ... 60
4.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES ... 60
4.2 ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE ... 62
4.3 CARBONATAÇÃO ACELERADA ... 66
5 CONCLUSÃO ... 72
REFERÊNCIAS ... 75
ANEXO A – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO NATURAL ... 81
1 INTRODUÇÃO
Atualmente várias áreas do conhecimento têm sido confrontadas quanto as questões ambientais, de forma a movimentar e incentivar diversos setores sociais à mudarem seus métodos de produção, objetivando reduzir assim o impacto que suas atividades geram ao ambiente.
Neste âmbito, o setor da construção civil desempenha papel relevante tanto no consumo de recursos naturais quanto na geração de impactos ambientais. Tais impactos vão desde a extração da matéria prima, fabricação de cimento e com as emissões de gás carbônico na atmosfera, construção, uso e demolição até a disposição dos resíduos em aterros (RIBEIRO, DE MOURA e PIROTE, 2016). A cada dia mais as questões ambientais se tornam um aspecto importante na cadeia produtiva, já que os processos de produção destes produtos geram resíduos que, se não forem corretamente destinados, certamente serão dispostos na natureza e poderão ser causa de inúmeros problemas ambientais (GONÇALVES, 2005).
A reciclagem é uma atividade que está presente desde o início da própria humanidade (PEREIRA e VIEIRA, 2013). O estudo para reutilização de resíduos de construção civil iniciou-se antes da aplicação de conceitos, técnicas e posturas mais sustentáveis por parte de todos os setores. No entanto, a primeira utilização efetiva de RCC foi ao fim da Segunda Guerra Mundial, devido ao grande volume de escombros gerado pelos bombardeios. Isto, somado à carência de matéria-prima e a necessidade da falta de locais apropriados para disposição dos resíduos estimularam o reaproveitamento e a reciclagem (LEITE, 2001).
Conforme a Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais – ABRELPE (2015), foram coletadas no Brasil cerca de 45 milhões de toneladas de resíduos da construção civil (RCC) no ano de 2015, apresentando aumento de 1,2% em relação ao ano anterior. Ainda segundo a ABRELPE, na região sul do país estima-se a geração de 0,748 kg/hab/dia de resíduos de construção civil. Dentre esses, cerca de 95% são relevantes à reciclagem por apresentarem natureza mineral inorgânica (ANGULO et al., 2002).
Visando dispor, regulamentar e destinar corretamente esses resíduos, foi homologada a Resolução nº 307 (BRASIL, 2002), definindo que os principais geradores, sejam privados ou
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públicos, devem desenvolver e implantar planos a fim de gerenciar o RCC com objetivo de reutilizar, reciclar ou realizar a destinação ambientalmente correta a esses resíduos, incentivando assim a reciclagem dos mesmos. A referida resolução apresenta a seguinte definição:
Resíduos da construção civil: são os provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos, tais como: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, solos, rochas, metais, resinas, colas, tintas, madeiras e compensados, forros, argamassa, gesso, telhas, pavimento asfáltico, vidros, plásticos, tubulações, fiação elétrica etc., comumente chamados de entulhos de obras, caliça ou metralha (CONAMA, 2002, p.1)
Nesse âmbito, a gestão dos resíduos ocorre de forma a reduzir a geração de resíduos da fonte, reutilizar o resíduo do modo como é disposto, reciclar este e incinera-lo, visando a recuperação da energia ou depositá-lo em aterros sanitários (MAGRINHO et al., 2006). Todavia, esse processo é apenas corretivo, não se atendo as técnicas de tratamento prévio antes de destina-los aos aterros.
1.1 CONTEXTO
Ângulo (2011) define resíduo de construção civil como qualquer resíduo proveniente de novas construções, demolições, reformas, envolvendo edificações, obras de arte, solos ou resíduos vegetais adicionados pela limpeza de terreno, incluindo assim a porção vegetal, de forma que a contaminação é inerente aos resíduos.
No estudo de Lima (1999) verificou-se que a composição média do RCC é bastante heterogênea, variando conforme região e período de análise, não sendo possível fixar valores de porcentagem para os diversos componentes (argamassa, produtos cerâmicos, brita, concreto, torrões, entre outros). Desta forma, a proporção de materiais em diferentes amostras é de grande variabilidade e heterogeneidade, o que dificulta a reciclagem e utilização (SILVA; MACIEL, 2014).
A disposição irregular dos resíduos da construção civil é um problema que atinge tanto as autoridades quanto as populações, e não somente no Brasil, mas também em outros países do mundo. Tal disposição afeta diretamente o meio ambiente, sendo indiretamente responsável por enchentes, em virtude do assoreamento do leito dos córregos, por danos à paisagem, obstrução de
vias de tráfego, proliferação de doenças, dentre outros prejuízos à saúde e à vida humana (JOHN, 2000).
Em adição, a excessiva exploração das jazidas minerais, fonte da matéria prima dos agregados (recursos naturais não-renováveis), utilizados na construção civil, vem, gradativamente trazendo prejuízos ao meio-ambiente. Segundo SJÖSTRÖM (1996) citado por JOHN (2000), este setor consome entre 14% e 50% dos recursos naturais extraídos no planeta. No Brasil, JOHN (2000) estima um consumo anual de 210 milhões de toneladas de agregados somente para produção de argamassas e concretos, devendo, ainda, adicionar-se o volume utilizado em pavimentações e as suas perdas.
1.2 PROBLEMA
Com vista nesse problema, e impulsionada pela questão do desenvolvimento sustentável, surge como solução a reciclagem do RCD e sua reutilização na própria construção civil como matéria-prima alternativa, sendo cada vez mais um tema abordado por pesquisadores da área. Além disso, devido à escassez crítica dos agregados naturais para a produção de concreto em muitas áreas urbanas, e em contrapartida o aumento das quantidades de RCC gerados nessas mesmas áreas também é considerável, afinal ao utilizar outras alternativas aos agregados, é possível amenizar a extração e o consumo da matéria prima, bem como o reaproveitamento destes resíduos gerados, reduzindo assim o impacto ambiental de sua destinação (LAMOND et al., 2002).
Além do ganho ambiental à substituição do agregado natural, há também a questão da viabilidade financeira envolvida, pois como destaca Lauritzen (1998), o processo de reciclagem do RCC se torna uma solução lucrativa, devido a alguns parâmetros geográficos. No Brasil, principalmente nas grandes cidades, devido elevada população e indisponibilidade dos recursos naturais, reciclar esse resíduo apresenta várias vantagens financeiras, uma vez que se considere o custo de implantação de uma usina de reciclagem, contabilizados custos de manutenção e reposição, equipamentos e custos com mão-de-obra, ainda assim o custo para produção do agregado reciclado será mais barato que o custo do agregado natural (PINTO, 1999).
O investimento feito pelo setor público, seria amortizado dentro de no máximo 2 anos dos custos empregados na usina de reciclagem de RCC, considerando que haveria a subtração dos
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custos com limpeza urbana do resíduo e também a aquisição dos agregados naturais, os quais seriam substituídos pelo agregado reciclado. Pinto (1999) comprova essa eficiência com o caso da usina de reciclagem de Estoril, localizada em Belo Horizonte, que aponta dados de amortização dos custos retornados em 6,3 meses de funcionamento, considerando exclusivamente a substituição do agregado natural pelo reciclado e a eliminação do serviço de limpeza urbana. Ainda há também a usina de Ribeirão Preto, que contabilizou abatimento de 2,5 vezes o investido em cerca de 32 meses.
Apesar de todas as vantagens apresentadas, existem ainda fatores limitantes para a expansão da reutilização e da reciclagem dos RCC, entre eles a variabilidade dos seus componentes, e consequentemente de suas características, a possível contaminação do RCC por agentes deletérios, que podem reduzir o desempenho mecânico e de durabilidade dos concretos produzidos com os agregados reciclados, e ainda o receio em se utilizar matéria prima reciclada (MORAIS, 2006). Dessa forma, torna-se extremamente necessário assegurar que os concretos produzidos com os agregados reciclados de RCC apresentem desempenho satisfatório.
Portanto, para inserir o conceito de sustentabilidade nos setores da economia mais tradicionais, como é o exemplo da indústria da construção civil, exige-se que certos paradigmas de produção sejam quebrados e as questões ambientais sejam satisfeitas já nos primeiras etapas de planejamento de seus bens de consumo. Este é um desafio que corresponde aos pesquisadores, buscando alternativas que satisfaçam as exigências tanto dos produtores, que necessitam que seus produtos conservem a qualidade e satisfaçam seus clientes, quanto da sociedade que deseja uma solução para a degradação acelerada dos recursos naturais (MORAIS, 2006).
Na busca de soluções econômicas e sustentáveis aos problemas ambientais gerados pelo setor da construção civil, principalmente aos referentes a redução de entulho e resíduos com necessidade de destinação final, além de diminuir os custos da obra, a presente pesquisa trata do aperfeiçoamento dos estudos referentes a este novo material, buscando aprimorar suas propriedades de forma a incentivar seu uso na produção de concretos convencionais, e ainda comprovar sua efetividade quando utilizado em concretos estruturais. Para tanto, serão realizados diversos ensaios a fim de comparar concretos com uso de agregados convencionais com concretos com uso de agregados reciclados, avaliando suas propriedades tanto no estado fresco, referente a sua
trabalhabilidade, quanto no estado endurecido, avaliando seu desempenho mecânico e a durabilidade.
1.2.1 Questões de Pesquisa
Qual a influência no desempenho de concretos produzidos com agregados reciclados após o mesmo ser submetido ao tratamento térmico em diferentes temperaturas?
1.2.2 Objetivos de Pesquisa Objetivo Geral
Verificar a viabilidade do uso de tratamento térmico em agregados reciclados provenientes de argamassas e concretos, através da comparação do desempenho mecânico e durabilidade de um concreto referência com concretos produzidos com diferentes temperaturas e teores.
Objetivos específicos
Avaliar o desempenho de concretos produzidos com resíduos da construção civil após sofrerem tratamento térmico em diferentes temperaturas quanto à:
a) Trabalhabilidade; b) Massa Específica;
c) Resistência à compressão simples; d) Absorção por capilaridade;
e) Carbonatação.
1.2.3 Delimitação
Análise da influência do tratamento térmico e moagem em agregados reciclados graúdos oriundos de concreto quando utilizados como substituição parcial de 20% na produção de concretos, tanto no desempenho mecânico em estado fresco e endurecido, quanto na sua durabilidade.
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2 REVISÃO DA LITERATURA
Neste item será apresentado o embasamento teórico deste trabalho, com os conceitos relacionados ao concreto e suas propriedades no estado fresco e endurecido e resíduos da construção civil.
2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
O concreto é o material mais utilizado em construções. No decorrer dos últimos anos, o consumo de cimento atingiu crescimento de 80%, bem como o concreto preparado em centrais, que obteve um aumento de 180%. Estima-se um volume produzido de 51 milhões de metros cúbicos de concreto em 2014 (ABCP, 2013).
Em termos mundiais, estima-se um consumo anual de 11 bilhões de toneladas de concreto, gerando aproximadamente um consumo médio de 1,9 toneladas de concreto por habitante por ano, sendo tal consumo superado apenas pelo consumo de água. No Brasil, o concreto produzido em centrais dosadoras é de aproximadamente 30 milhões de metros cúbicos, devido crescimento do setor da construção civil e aquecimento da economia (PEDROSO, 2009).
O concreto constituído de cimento Portland é composto de cimento, água e agregados, podendo conter aditivos, fibras, pigmentos, agregados especiais e adições minerais, compostos cada vez mais presente nos concretos atuais. A proporção entre os componentes é buscada pela tecnologia do concreto, visando atender as propriedades mecânicas, físicas e de durabilidade requeridas para o concreto, além de apresentar boas condições quanto a trabalhabilidade necessária para o transporte, lançamento e adensamento, variando conforme cada caso (HELENE e ANDRADE, 2017).
O cimento Portland originou-se da queima da argila e calcário, moídos à uma textura fina e misturados, sob altas temperaturas. Este material foi produzido pelo inglês Joseph Aspdin, em 1824, entretanto seu processo foi aperfeiçoado, chegando a constituição do cimento produzido nos dias atuais (PEDROSO, 2009).
2.2 COMPOSIÇÃO DO CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND 2.2.1 Cimento Portland
O cimento Portland, considerado um cimento hidráulico, é um material pulverulento, composto de silicatos e aluminatos de cálcio. Tais componentes, ao entrarem em contato com a água, hidratam-se, causando o endurecimento da pasta. (PETRUCCI, 1998)
A NBR 5732 (1991) caracteriza o cimento Portland como sendo um:
Aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto-forno e/ou materiais carbonático (ABNT, 1991, p. 2)
A composição precisa do cimento Portland varia a fim de atender à necessidade da construção. O clínquer é o principal componente e as adições variam de acordo com os tipos de cimento. A matéria-prima que compõe o clínquer é o calcário e a argila, extraída de jazidas. O clínquer é o responsável pela hidratação e endurecimento do cimento, através de uma reação química na presença de água, na qual ele primeiramente torna-se pastoso e em seguida endurece, adquirindo elevada resistência e durabilidade. (ABCP, 2002)
Figura 1: Análise microscópica do clínquer de cimento Portland
Fonte: Disponível <http://blogdocimento.blogspot.com.br/2012/07/relatorio-de-microscopia-de-clinquer.html>
O clínquer constitui-se basicamente de silicatos e aluminatos de cálcio, destacando-se os silicatos de cálcio. Além disso, encontra-se íons de alumínio, ferro e magnésio, compostos que
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auxiliam na formação dos silicatos de cálcio (MEHTA e MONTEIRO, 2008). A figura 1 demonstra a análise microscópica do clínquer, sendo possível visualizar o graus de moagem de seus componentes. A reação que tornam o cimento um material aglomerante se dá através da hidratação dos principais componentes do cimento, os silicatos de cálcio (C3S) e aluminatos de cálcio (C2S), resultando numa massa firme e resistente. Estes elementos apresentam diferentes reações em contato com a água, o C3S hidrata-se muito mais rápido que o C2S, desta forma, a adição do sulfato de cálcio evita que o cimento apresente um tempo de pega instantâneo (NEVILLE e BROOKS, 2013).
O Brasil apresenta uma grande variedade de tipos de cimento Portland, distinguindo-se entre si principalmente pelas suas composições, aferindo a estes peculiaridade e diferentes utilizações. Os principais cimentos empregado na construção civil de acordo com a ABCP (2002) são:
Figura 2: Nomenclatura dos tipos de cimentos existentes no Brasil
2.2.2 Agregados
Os agregados são constituintes de grande importância na confecção de concretos, afinal eles representam pelo menos 3/4 do volume do concreto. Para tanto, a qualidade destes materiais é essencial, pois agregados com propriedades indesejáveis podem limitar a resistência do concreto, afetando significativamente a durabilidade e o desempenho do mesmo (NEVILLE, 2016).
Estes materiais são considerados exclusivamente como de enchimento, ou seja, não resultam nenhuma reação quanto entram em contato com a água. Apesar disso, devem ser analisados de forma criteriosa, afinal estes influenciam nos custos, trabalhabilidade, resistência e durabilidade do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
A NBR 9935 (2011) denomina o agregado como um material granular, geralmente inerte, apresentando propriedades e dimensões adequadas para a utilização em argamassa ou concreto. Os diferentes tipos de agregados são definidos como:
• Agregado natural: “material pétreo granular que pode ser utilizado tal e qual encontrado na natureza, podendo ser submetido à lavagem, classificação ou britagem”.
• Agregado artificial: “material granular resultante de processo industrial envolvendo alteração mineralógica, química ou físico-química da matéria-prima original, para uso como agregado em concreto ou argamassa. ”
• Agregado reciclado: “material granular obtido de processos de reciclagem de rejeitos ou subprodutos da produção industrial, mineração ou construção ou demolição da construção civil, incluindo agregados recuperados de concreto fresco por lavagem [...]”
• Agregado reciclado de resíduos da construção civil: “material granular obtido de processo de beneficiamento de resíduos de construção ou demolição da construção civil, previamente triados e pertencentes à classe A, segundo a ABNT – NBR 15116.” Sua classificação divide-se em agregado reciclado de concreto e agregado reciclado misto.
• Agregado reciclado de concreto (ARC): “[…] obtido por reciclagem de resíduos de concreto fresco ou endurecido, constituído na sua fração graúda (> 4,75 mm) de no mínimo 90%
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em massa de fragmentos à base de cimento Portland ou material pétreo com propriedades que atendam à ABNT – NBR 15116”.
• Agregado reciclado misto (ARM): obtido da mesma forma que o agregado reciclado de concreto (ARC), porém, na sua fração graúda (> 4,75 mm), deve ser constituído por no máximo 90% em massa de fragmentos à base de cimento Portland ou material pétreo de acordo com ABNT – NBR 15116.
De acordo com a NBR 7211 (2005), agregado miúdo é definido como agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm, ficando retidos na peneira com abertura de malha de 150 μm. Já a NBR 7225 (1993) trata como agregado miúdo como pedregulho fino; pedrisco grosso, médio e fino e areia grossa, média e fina, de dimensões nominais entre 4,8 mm e 0,075 mm.
Da mesma forma para o agregado graúdo, a NBR 7211 (2005) diz que é aquele que cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha 75 mm e ficam retidos na malha de 4,75 mm, enquanto que a NBR 7225 (1993) define que agregado graúdo é a pedra britada ou pedregulho muito grosso, grosso e médio, de dimensões nominais entre 100,0 mm e 4,8 mm.
2.2.3 Água
A água é fundamental na composição do concreto pois possibilita que ocorram as reações químicas exotérmicas do cimento, as reações de hidratação, que garantirão a resistência e durabilidade do concreto. Ela possui também a função de lubrificar os demais componentes para proporcionar a trabalhabilidade do concreto. A água indicada para a confecção é a água potável. (BASTOS, 2006).
Os maiores defeitos aos quais a água pode causar no concreto ocorrem pelo excesso de água utilizada no amassamento e não por impurezas que a água possa conter. Em caso de suspeitas sobre a qualidade desta devem ser realizados ensaios a fim de verificar a influência sobre o tempo de pega, a resistência mecânica e a estabilidade do volume, além da probabilidade de ocorrência de eflorescências na superfície do concreto e corrosão das armaduras (PETRUCCI, 1998).
2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO
Apesar do foco principal não ser o estado fresco, é de suma importância destacar que a resistência que concreto apresentará é diretamente influenciada pelo seu grau de adensamento. Além disso, a forma de colocação de água e tecnologia de adensamento na fôrma também interferem na qualidade global do concreto produzido (NEVILLE, 2013).
Conforme Sobral (2012), o concreto fresco é composto pelos agregados graúdo e miúdo envoltos pela pasta de cimento e espaços preenchido de ar. Esta pasta de cimento é constituída por partículas de cimento em solução aquosa. Já o ar incorporado pode estar misturado à pasta, em formato de bolhas ou espaços interligados, determinado assim a plasticidade da mistura.
As principais propriedades do concreto em estado fresco são a trabalhabilidade, consistência, exsudação e os tempos de início e fim de pega. Quanto aos fatores que influenciam na trabalhabilidade, destaca-se o grau de plasticidade, entretanto interferem também os tipos de mistura, processo de produção e fôrma das peças e da armadura (YAZIGI, 2009). Um concreto que permite o fácil adensamento é considerado um concreto trabalhável, entretanto está é uma descrição muito superficial do termo e portanto Neville (2016) define a trabalhabilidade como: “a quantidade de energia interna útil necessária para produzir o adensamento completo” (NEVILLE, 2016, p. 194).
Para medir a trabalhabilidade, considera-se que a massa de concreto fresca, quando submetida à certa força ou à esforço, irá se deformar em um valor pré-estabelecido. Dessa forma destacam-se alguns ensaios utilizados para verificação da trabalhabilidade do concreto no estado fresco, tais como: abatimento de tronco de cone, ensaio do fator de compactação, ensaio de remoldagem, ensaio da mesa de espalhamento, ensaio de penetração de bola e de adensibilidade e ensaio K de Nasser (NEVILLE, 2016).
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), conforme demonstra a figura 4. O procedimento do ensaio consiste inicialmente de umedecer o cone e a chapa inferior, então o cone é preenchido com 3 camadas de alturas iguais e em cada
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camada é realizada a compactação com 25 golpes através de uma barra de 16mm. Após terminar os procedimentos, o cone deve ser retirado verticalmente e o abatimento é medido com uma régua.
Figura 3: Ensaio do abatimento do tronco de cone
Fonte: Neville (2016)
Além da trabalhabilidade, outra propriedade analisada para o concreto fresco é a sua consistência. Esta pode ser definida pela fluidez do concreto, onde o ponto determinante para esta será a relação água/cimento. Quanto maior for esta relação, mais trabalhável e fluído o concreto será, assim como quanto menor a relação, o mesmo apresentará pouca trabalhabilidade e terá uma aspecto mais seco. Essa consistência pode ser medida pelo abatimento do tronco de cone (NEVILLE, 2016).
O autor supracitado ainda salienta que é importante buscar atingir a trabalhabilidade e consistência ideal, evitando assim reduzir o índice de vazios incorporados, pois são esses vazios do concreto que vão ditar a sua resistência. Resumindo, o melhor adensamento representa uma boa trabalhabilidade e por consequência um menor índice de vazios de ar (NEVILLE, 2016).
Há ainda a exsudação, que pode ser considerada uma forma de segregação. Esta ocorre devido excesso de água presente na produção do concreto, que emerge a sua superfície assim que for lançado, isso ocorre na maioria das vezes pois os componentes sólidos não conseguem absorver a água em excesso presente na mistura. Por consequência, obter-se um concreto poroso, que provavelmente atingirá uma menor resistência e alta permeabilidade (SOBRAL, 2012).
2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO
As propriedades do concreto endurecido dependem basicamente da resistência mecânica. Petrucci (1998) considera que a relação água/cimento, idade, forma e graduação dos agregados, tipo de cimento, forma e dimensão dos corpos de prova, velocidade da aplicação da carga em ensaio e duração da carga são alguns dos fatores que influenciam diretamente na resistência mecânica dos concretos.
Os ensaios do concreto no estado endurecido são realizados com intuito de descobrir diversos resultados, entretanto os principais são o controle de qualidade e a conformidade às especificações (NEVILLE, 2016). Por definição, a resistência de qualquer material é a capacidade que este material tem a resistir determinadas tensões sem vir a romper. O aparecimento de fissuras em sua superfície pode indicar a ruptura, entretanto no concreto, é necessário haver o rompimento do material, pois em sua microestrutura, o concreto apresenta finas fissuras antes mesmo de ser submetido à qualquer esforço externo (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Além da resistência mecânica, outras propriedades são essenciais para o conhecimento preciso do concreto analisado, tais como a porosidade e durabilidade. Essas três propriedades são influenciadas por diversos fatores, como a pasta de cimento, tipo de agregado utilizado e principalmente, a superfície de ligação entre esses dois elementos (PAULON e KIRCHHEIM, 2011).
2.4.1 Resistência Mecânica do Concreto
Conforme Neville (2016), em geral a resistência do concreto é considerada sua propriedade mais expressiva, apesar da porosidade e durabilidade poder ser mais significativa. Entretanto, a resistência apresenta uma concepção geral quanto a qualidade do concreto, pois relacionar-se à estrutura da pasta de cimento hidratada (NEVILLE, 2016).
Com o passar do tempo, a resistência do concreto vai crescendo, atingindo seu valor máximo em aproximadamente 1 ano. Até essa idade, sua taxa de crescimento varia conforme o tipo de cimento utilizado. Para o caso específico do cimento Portland comum, em ensaios laboratoriais, utilizando corpos de provas cilíndricos de 100mm x 200mm, aos 28 dias de idade o concreto
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atingirá em média, 80% da sua resistência final, enquanto que aos 90 dias obterá 90% e aos 365 dias 100% (PETRUCCI, 1998).
Mehta e Monteiro (2008) salientam a relação inversa entre resistência e porosidade, onde está é diretamente relacionada a zona de transição pasta-agregados, local onde comumente ocorre a ruptura. Esta zona de transição indica uma grande quantidade de número de vazios, podendo apresentar diferentes comportamentos quando submetido a esforços variados.
Ao ensaio de mecânico de compressão, deve ser obedecida a norma NBR 5739 – Concreto – Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos, isso pois no decorrer do ensaio podem se apresentar variações nos resultados devido o tipo e dimensões do corpo de prova, tipo de molde, cura, preparo da superfície, rigidez e calibração da máquina de ensaio e até mesmo a velocidade do carregamento (NEVILLE, 2016).
Quando submetido à compressão, o concreto tende a apresentar microfissuras, conforme a tensão aplicada é aumentada. Essas microfissuras vão se interligando, fazendo com que as superfícies fraturadas comecem a se desintegrar, até que o limite de resistência seja atingido, gerando o desplacamento superficial do material (ANDRADE e TUTIKIAN, 2011). A figura 5 representa a fissuração do concreto.
Figura 4: Fissuração micro estrutural do concreto submetido a compressão
2.4.2 Permeabilidade
De acordo com Petrucci (1998) o concreto é poroso, sendo impossível preencher todos os vazios dos agregados com a pasta de cimento, tornando-o assim permeável a água. Define-se a absorção como a capacidade do concreto de manter água nos poros, enquanto a permeabilidade é tida como a capacidade de passagem da água através do concreto, onde pode ocorrer por filtração, difusão ou capilaridade.
A permeabilidade do concreto é proporcional a relação água/cimento e inversamente proporcional aos constituintes finos da mistura, como o cimento. O processo de cura é determinante para a permeabilidade, tendo em vista que uma má cura causa microfissuras pela baixa hidratação, aumentando o número de vazios (OLIVEIRA, 2012).
Esta será determinante aos processos químicos e físicos que ocorrerão na vida útil do concreto. Sua resistência está diretamente relacionada com a permeabilidade, percebendo que seus fatores interferem em ambas. Para tanto é imprescindível levar em considerações diversos cuidados quanto a produção de um concreto, desde a escolha da relação água/cimento, dimensão dos agregados, processo de cura, entre outros, para assim produzir um concreto com baixa porosidade (MEDEIROS et al, 2011).
2.4.3 Durabilidade
Um concreto é considerado durável quando sua estrutura desempenha funções predeterminadas, apresentando resistência necessária em determinado tempo tradicionalmente esperado. Esse tempo é finito e requer certo reparos e manutenções constantes a fim de apresentar uma durabilidade máxima (NEVILLE, 2016). Os três principais agentes que podem causar danos as estruturas são: a água, o gás carbônico e o oxigênio. A durabilidade do concreto da capacidade de penetração destes agentes em seu interior. Essa penetração depende, essencialmente, da permeabilidade da estrutura (NEVILLE, 2016).
Dentre os diversos agentes agressores do ambiente ao concreto, salienta-se o gás carbônico. A penetração desse gás pode causar a carbonatação das estruturas de concreto no decorrer dos anos,
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sendo fator determinante e principal causa da redução do tempo de vida dessas estruturas (LUCENA, 2016).
2.4.3.1 Carbonatação
A carbonatação é o fenômeno em que o pH dos materiais cimentícios é reduzido devido a reação físico-química dos compostos hidratados do cimento e o CO2 da atmosfera. O avanço da profundidade de carbonatação é diretamente relacionado à facilidade que o CO2 tem para infiltrar-se no interior do concreto, às condições ambientais e às propriedades do concreto.
Em condições naturais de exposição (0,03% a 1% de CO2), o processo de carbonatação pode necessitar de vários anos para apresentar dados que possam ser analisados, de acordo com a relação água/cimento utilizada e da composição química do cimento e demais componentes. Para relações água/cimento acima de 0,60, é possível obter dados de profundidade carbonatada com cerca de um ano de exposição ao CO2. Contudo, para concretos com relações água/cimento inferiores a 0,50, o tempo pode ser necessários até 20 anos para que seja possível verificar carbonatação (KOBUKU; NAGATAKI, 1989).
O processo de carbonatação ocorre quando o dióxido de carbono encontrado na atmosfera se infiltra na matriz porosa do concreto e dissolvendo-se, modificando o equilibro químico do concreto (LUCENA, 2016). Ao ocorrer a diluição da umidade presente na estrutura, forma-se o ácido carbônico (H2CO3), que reage com o hidróxido de cálcio [Ca(OH)2 ou CH] encontrado na pasta de cimento hidratada, gerando água e carbonato de cálcio (CaCO3). O carbonato de cálcio não é capaz de deteriorar o concreto, entretanto consumirá os álcalis da pasta (CH e C-S-H) reduzindo assim o pH do concreto (RIBEIRO, 2014).
O ingresso de gás carbônico se dá pela difusão por meio dos poros do concreto. Em situações onde a umidade presente é alta, o processo de carbonatação pode ser até quatro vezes mais lento do que em condições normais e, quando mantem-se muito baixa, dificulta a mudança de estado físico do gás carbônico, conservando o mesmo forma gasosa e assim, não permite sua reação com os componentes da pasta (NEVILLE, 2016).
Conforme Lucena (2016), os teores de umidade onde ocorre maior incidência de carbonatação estão entre 60% e 85%. Fora deste intervalo, o processo de carbonatação ocorre de
maneira lenta. Em umidades acima deste, a difusão do gás carbônico atinge níveis baixos, evidenciando que acima de 95% não ocorre carbonatação. Já nos teores abaixo deste intervalo, e salientando que quanto mais baixo for esta umidade, a carbonatação também ocorre de maneira lenta, viso que o CO2 precisa da presença de água para poder reagir, assim, quando sua concentração é baixa, o processo de carbonatação se tornará mais lenta. A relação da percentagem de carbonatação conforme a umidade relativa do ambiente pode ser visualizada através da figura X, segundo estudos de Cascudo e Carasek (2011).
Figura 5: Percentgem de carbonatação conforme a umidade relativa do ambiente
Fonte: Cascudo e Carasek (2011)
A carbonatação é prejudicial aos concretos pois é um dos principais fatores a contribuir para o processo de corrosão das armaduras. Em situações normais, quando aplicadas no concreto armado, as armaduras possuem uma camada de passivação, aderida fortemente ao aço, impossibilitando que o oxigênio e a água possam reagir com elas. Tal camada possui naturalmente um pH elevado, assim, ao permitir que as reações que possuem pH baixo entrem em contato com esta, possibilita a perda do filme de óxidos que constituem a camada de passivação, expondo as armaduras à ação do oxigênio, facilitando a corrosão (NEVILLE, 2016).
O concreto é um composto altamente alcalino, com seu pH variando entre 12,5 a 13,5. Tal alcalinidade é proveniente reação na fase líquida constituinte da pasta de cimento, composta essencialmente de hidróxidos alcalinos, com alta concentração de íons OH-. Os compostos encontrados nos poros constituem-se por uma solução mista de hidróxido de sódio (NaOH) e de hidróxido de potássio (KOH), oriunda dos álcalis do cimento (CASCUDO e CARASEK, 2011).
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O processo da carbonatação somada a despassivação das armaduras gera a corrosão do aço, tal como se esta fosse exposta sem qualquer proteção, e agravada pelo fato de estar em confinada em um ambiente que possui umidade livre em seu interior, o concreto (CASCUDO e CARASEK, 2011). Os primeiros indícios dessa corrosão são o aparecimento de manchas sobre as barras de aço, seguidos pela fissuração e pôr fim a redução do tamanho da seção, aliadas a perda de aderência da armadura ao concreto. Tais fatores comprometem a segurança e estabilidade da estrutural ao longo do tempo (RIBEIRO, 2014).
Visando evitar o processo de corrosão acelerada, medidas podem ser tomadas além das alterações das propriedades do concreto, como o traço e relação água/cimento. Método eficazes como utilização de aditivos inibidores de corrosão, revestimento da armadura, alteração do tipo de material que constituem as barras, como aço inox, recobrimentos protetores para o revestimento do concreto contribuem de forma a prolongar a vida útil das armaduras, entretanto, tais processos elevam o custo final da edificação. Tais medidas podem ser adotadas em situações ambientais onde o próprio meio ao qual estará inserida propicie uma elevada agressão a estrutura, como é o caso de túneis ou estruturas confinadas, locais que apresentam alta concentração do CO2, reduzindo assim
eventuais custo com manutenção (RIBEIRO, 2014).
2.5 UTILIZAÇÃO DO RCC NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Ao considerar a grande demanda necessária de matéria-prima na construção civil, uma significativa solução considerada é a reciclagem. Nesse processo, o RCC é submetido a procedimentos que visam seu melhoramento para que possa ser reutilizado (LEITE, 2001).
Vários pesquisadores defendem a ideia de que os resíduos de construção civil reciclados possam ser utilizados na própria construção civil, como matéria-prima alternativa. Essa alternativa, além de reduzir a extração de recursos naturais não renováveis, torna-se solução à carência de locais adequados para disposição deste, locais estes cada vez mais escassos e afastados dos centros urbanos, tornando oneroso este processo de deposição (BRASILEIRO; MATOS, 2015).
De acordo com Goldstein (1995), a implementação de agregados reciclados ao concreto é uma excelente forma de reduzir consumo de energia e recursos naturais, além de ampliar a vida
útil de aterros destinadas a disposição deste material. Ainda pode-se acrescentar que, de acordo com John (2000), a reciclagem do RCC traz vantagens como:
redução no consumo de recursos naturais não-renováveis, quando substituídos por resíduos reciclados;
redução de áreas necessárias para aterro, pela minimização de volume de resíduos;
redução do consumo de energia durante o processo de produção.
No ano de 2009, sete anos após a publicação da resolução CONAMA nº 307, haviam sido implantadas no Brasil cerca de 48 usinas recicladoras de resíduos, sendo metade destas administradas pelo poder público (MIRANDA; ANGULO; CARELI, 2009). Em sua última pesquisa setorial, a ABRECON - Associação Brasileira para Reciclagem de Resíduos da Construção Civil e Demolições, ao avaliar os dados de 2008 a 2013, atestou um índice de crescimento de 10,6 usinas por ano, comprovando que o setor de reciclagem de RCC está em franco crescimento no país (ABRECON, 2013).
Com base na resolução CONAMA nº 307, a Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, implantou um conjunto de normas técnicas e planos de gerenciamento aos resíduos oriundos da construção civil, entrando em vigor no ano de 2004 (MIRANDA; ANGULO; CARELI, 2009). Segue abaixo as normas referentes a este material:
NBR 15113:2004 - Resíduos sólidos da construção civil e resíduos inertes - Aterros - Diretrizes para implantação e operação;
NBR 15114:2004 - Resíduos sólidos da construção civil - Áreas de reciclagem - Diretrizes para projeto, implantação e operação;
NBR 15115:2004 - Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil - Execução de camadas de pavimentação – Procedimentos;
NBR 15116:2004 - Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil - Utilização em pavimentação e preparo de concreto sem função estrutural – Requisitos.
Conforme a NBR 15114 (ABNT, 2004) agregados reciclados são os materiais granulares resultantes do tratamento dos resíduos Classe A que demonstra características técnicas para
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aplicação em obras de edificações, infraestrutura, aterros sanitários e outras obras de engenharia. Estes podem ser classificados como de concreto e mistos. Os agregados reciclados oriundos de concreto, segundo a NBR 15116 (ABNT, 2004) são os obtidos através do tratamento de resíduos classe A que possuam em sua porção graúda ao menos 90% em massa de fragmentos à base de cimento Portland ou rochas. Já o agregado reciclado misto é proveniente de resíduos classe A com menos de 90% em massa de materiais cimentícios e rochas.
Apesar de o RCC se apresentar como um material promissor, sua reciclagem ainda é reduzida devido à dificuldade do mercado da construção civil em aceitar a reutilização deste material em novos projetos. Desta forma, evidencia-se a necessidade do trabalho conjunto de órgãos públicos a fim de estimular seu consumo através da incentivos fiscais a empresas que abracem esse material, além de severizar taxas de extração da matéria prima por recursos naturais. Entretanto, é importante salientar que apesar disso, a demanda por agregados reciclados ao invés de naturais apresentou crescimento nos últimos anos (FERREIRA, MOREIRA, 2013).
Tabela 1: Produtos oriundos da reciclagem do RCC
Conforme é possível observar na tabela 1, a ABRECON selecionou os diferentes produtos que são produzidos pela reciclagem dos resíduos da construção civil, assim como recomendações de uso para tais.
De acordo com Jadovski (2005), os agregados reciclados demonstram grande variabilidade em sua caracterização final, isso pois há muitas variáveis envolvidas em sua produção, tais como a composição original do resíduo utilizado, os equipamentos, o teor de impurezas incorporadas devido o ambiente ao qual foi coletado, entre outros.
2.6 PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AGREGADO RECICLADO
O processo de preparação e produção do agregado reciclado é muito semelhante ao processo de produção dos agregados naturais, diferenciando-se em alguns aspectos.
2.6.1 Triagem
O processo de produção de agregados reciclados assemelha-se muito a forma de produção do agregado natural, diferenciando-se principalmente na sua forma de obtenção e preparo antes da britagem. A primeira etapa, que por recomendação deve iniciar já nas obras, é o processo de separação, onde são selecionados principalmente os resíduos de concretos dos demais resíduos gerados, visando sua melhor qualidade. Entretanto esta prática não é comumente adotada nos canteiros de obra, ou são separados de forma indevida. Portanto, assim que os resíduos são entregues na recicladora ocorre a separação do material, salientando a remoção de madeiras, vidros, aço, papéis, plásticos e contaminantes (ÂNGULO e FIGUEIREDO, 2011), conforme Figura 6.
Figura 6: Processo de triagem de resíduos da construção civil
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2.6.2 Cominuição
O processo de cominuição consiste em operações visando a redução do tamanho das partículas do material de acordo com sua utilização. Este processo apresentam um elevado custo de execução, seja pelo consumo de energia aplicada o pelo consumo de peças de desgaste. Esse método é dividido em duas operações, a britagem e a moagem (CHAVES, 1996).
Dentre estas, a britagem é normalmente empregada para a reciclagem da fração mineral dos resíduos de construção civil. Ela pode ser aplicada várias vezes e reduz as partículas através da ação mecânica de força de compressão, com britadores por mandíbula, ou por impacto, com britadores por impacto. Este processo é realizado geralmente a seco e é dificultado pela heterogeneidade e anisotropia das fases minerais (CHAVES, 1996).
Algumas usinas brasileiras e europeias costumam realizar apenas único estágio de cominuição (normalmente com britadores de impacto), entretanto são mais frequentes usinas com cominuição em dois estágios, um primário com britador de mandíbulas e outro secundário com britador de impacto ou o contrário. A cominuição secundária é aplicada visando otimizar a granulometria dos agregados reciclados de RCC (HENDRIKS, 2000).
Figura 7: Esquema de britador de mandíbula
Fonte: Peres et. al. (2002)
Os britadores de mandíbulas os elementos mecânicos são efetuados por uma placa metálica móvel, conhecida como mandíbula, que trabalha em movimento recessivo, aproximando-se e
afastando-se, de uma mandíbula fixa. Os fragmentos do material a ser britado é depositado no espaço entre as duas mandíbulas esmagado pelo movimentos das placas. O material resultante escoa por entre as placas, durante o movimento de afastamento, deslocando-se até uma posição em que fique preso pelas mandíbulas e seja novamente esmagado na aproximação seguinte da mandíbula móvel (PERES, 2002). O esquema de funcionamento pode ser observado pela figura 6. Já os britadores de impacto convencionais se caracterizam pelo alto desgaste do agregado e por isto recomendam-se aos materiais não abrasivos. O movimento mecânico é constituído pelo impacto dos martelos sobre os fragmentos, triturando-os pela energia cinética. A estrutura é projetada de forma a forçar as partículas impactadas umas contra as outras, fragmentando-as assim. Em alguns modelos é possível ajustar o posicionamento dos martelos de forma a regular à granulometria do produto desejada (PERES, 2002). A figura 7 apresenta o funcionamento interno do britador de impacto.
Figura 8: Esquema do britador de impacto
Fonte: Peres (2002)
2.6.3 Separação magnética
No processo da separação da fração mineral do RCC, a concentração de materiais metálicos ferrosos é realizada por separação magnética de baixa intensidade antes e/ou após a cominuição. No Brasil, ela é normalmente realizada após a etapa de cominuição. Separadores de tambor de corrente induzida podem ser utilizados para a separação de metais não-ferrosos presente no RCC em função da susceptibilidade magnética da fração a ser removida gerada por uma força magnética de alta (HENDRIKS, 2000).
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O processo de separação magnética é baseado na susceptibilidade magnética de cada material mineral de forma a proporcionar a sua separação de acordo com seu valor. A susceptibilidade magnética específica é uma constante adimensional que define qual a reação que os materiais minerais têm ao campo magnético externo (LUZ, et al, 2005).
Figura 9: Processo de separação magnética
Fonte: Luz et al. (2005)
2.6.4 Tratamento térmico
O concreto endurecido é considerado um material incombustível, e quando submetido a altas temperaturas não libera nenhum gases tóxicos. Entretanto, ao ser aquecido, este costuma apresentar deterioração em forma de rachaduras, pipocamentos e em caso extremos lascamentos. Devido sua estrutura heterogênea, a degradação se manifesta de forma diferencial entre seus componentes, gerando assim uma redução da resistência mecânica e do módulo de elasticidade dos materiais de forma a comprometer a rigidez da estrutura como um todo. Da mesma forma como no concreto armado, o agregado reciclado oriundo do concreto apresenta o mesmo comportamento, podendo-se analisar quais os efeitos individuais que temperaturas elevadas causam nos componentes individuais do concreto, ou seja, agregados e pasta de cimento (COSTA; FIGUEIREDO; SILVA, 2002).
Como forma de complemento ao processo de produção do RCC, acrescenta-se o tratamento térmico. Nesse processo, são separados resíduos de concreto que apresentem dimensões menores que 50mm. Este é encaminhado a um forno movido a querosene e aquecido até aproximadamente 300°C. Quando submetido a essa temperatura, o concreto é atingido por dilatações térmicas
distintas, ocasionando fissuras na interface do agregado com a argamassa aderente desses materiais, fato este apresentado na figura 8 (NAWA, 2010). A Figura 10 apresenta o processo de fraturação da argamassa aderente ao ser submetida a tratamento térmico.
Figura 10: Agregado reciclado submetido ao tratamento térmico
Fonte: Nawa (2010)
O próximo item aborda os efeitos que o tratamento térmico exerce no agregado reciclado proveniente do concreto e quais as alterações este implica sobre a estrutura do concreto.
2.7 TRATAMENTO TÉRMICO DE AGREGADOS RECICLADOS
As principais diferenças entre o agregado reciclado de concreto e natural são oriundas da presença de argamassa aderida. Este novo material torna a densidade agregada menor e a absorção de água maior, gerando uma menor resistência à fragmentação. Dessa forma, a quantidade e qualidade da argamassa é um dos principais fatores que controlam a qualidade agregados de concreto reciclados e, de fato, a desempenho de concreto reciclado (JIMÉNEZ et. all, 2014).
O comportamento do concreto quando submetido a altas temperaturas é reflexo das propriedades dos seus constituintes. Assim como no concreto convencional, o agregado reciclado apresenta a mesma tendência de comportamento, de forma que conforme a variação da temperatura o mesmo demonstra deterioração por rachaduras ou lascamentos (COSTA; FIGUEIREDO; SILVA, 2002).
As alterações do comportamento do concreto provem dilatação térmica e da evaporação da água presente na matriz cimentícia conforme o mesmo é aquecido. Ao liberar o vapor através dos poros da estrutura, há um alivio parcial das tensões provocadas pelo calor aplicado. A água contida
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na pasta do concreto exerce pressão nos poros do concreto, tanto pela evaporação quanto pela liberação do vapor, gerando uma rede de trincas pela contração da pasta (KÜTZING, 2002).
Já na pasta de cimento as alterações ocorrem gradualmente conforme a temperatura se eleva. O processo de expansão térmica da argamassa aumenta proporcionalmente até os 100°c, temperatura em que toda água livre presente evapora. Ao atingir 180°C, ocorre um processo de desestruturação química da pasta de cimento, isto devido ao aumento das microfissuras entre poros, ocasionada pela contração da própria pasta (KALIFA et al., 2000).
Quando submetido a 200°C, a argamassa demonstra uma redução das forças de Van der Walls, assim como uma ligeira redução de sua resistência, fato este comprovado pelo redução da adesão química na própria pasta de cimento. Esta condição se estende até o atingimento de 300°C. salienta-se que no momento em que há aumento significativo das microfissuras na matriz do concreto, ou seja, superfície de ligação do agregado com a argamassa, ocorre proporcionalmente a redução tanto do módulo de elasticidade quanto da resistência a flexão deste concreto. Enquanto que aos 204°C perde-se de 70% a 80% do módulo de elasticidade, ao atingir 427°C, essa porcentagem cai para cerca de 40% a 50% do módulo encontrado inicialmente (NEVILLE, 2016). Da mesma forma, em temperaturas entre 400°C e 600°C, há uma série de reações químicas, entre elas a dessecação dos poros e destruição do gel de C-S-H, acompanhadas por mudanças físicas, como redução de seu volume e assim o aumento das fissuras (GRATTAN-BELLEW, 1996).
Os autores ETXEBERRIA et al. (2006) afirmam que cerca de 60% dos agregados reciclados de concreto possuem argamassa aderida ao agregado natural. Estes consistem, em geral, de 60% a 70% do seu volume em agregados naturais e de 30% a 40% de argamassa, sendo a menor fração o material mais poroso. Ainda segundo os autores, os concretos produzidos com agregados contendo essa argamassa aderida apresentam o pior desempenho quando comparados com concretos convencionais.
Em concretos produzidos com agregado reciclado de concreto há dois tipos matriz entre o agregado e a argamassa: a primeira entre o agregado natural e argamassa aderida e a segunda entre a argamassa aderida e nova argamassa, como pode ser observado na Figura 11. Diferentemente, o concreto convencional é constituído somente de agregado natural, existindo apenas um tipo de matriz (ETXEBERRIA et al., 2006). Esta matriz é chamada de zona de transição e é considerado
o ponto mais frágil do concreto, regendo as propriedades do concreto convencional, tais como resistência à compressão, à flexão e módulo de elasticidade (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Figura 11: Zonas de transição do agregado reciclado de concreto
Fonte: Etxeberria et al., 2006
Dessa forma, é comum tentar retirar o máximo possível essa argamassa dos agregados reciclados de concreto. Durante o processo de beneficiamento do RCC, a maioria da argamassa é separada do agregado original, pois a ligação entre a argamassa e o agregado é fraca. Como esta argamassa é moída à partículas finas, acaba sendo eliminada durante o processo de peneiramento, permitindo que o agregado graúdo reciclado obtido deste concreto original apresente menor quantidade desta (DE JUAN e GUTIÉRREZ, 2009).
Existem diferentes opções de tratamento para tentar eliminar a maior parte dessa argamassa aderida, com alguns autores propondo um ou uma combinação de processos mecânicos de cominuição, outros utilizando tratamentos térmicos e outros tratamentos químicos (pré-embebição ou imersão dos agregados reciclados em diferentes solventes ácidos) (AKBARNEZHAD et al., 2011).
2.8 PROPRIEDADES DO CONCRETO PRODUZIDO COM RCC
O desempenho do concreto está diretamente ligado às propriedades dos materiais que o constituem, assim, os agregados desempenham grande influência nas propriedades finais do
