Dissertação
USO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ PARA OBTENÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO
Jonathan Aires Iacks Pelotas, 2018
Jonathan Aires Iacks
USO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ PARA OBTENÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, do Centro de Desenvolvimento Tecnológico, da Universidade Federal de Pelotas, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia.
Orientadora: Drª Margarete Regina Freitas Gonçalves
Jonathan Aires Iacks
USO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ PARA OBTENÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO
Data da Defesa: 28/09/2018. Banca examinadora: ____________________________________________________________
Dra. Margarete Regina Freitas Gonçalves (Orientadora)
Doutora em Engenharia, área de concentração Ciência dos Materiais pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.
____________________________________________________________ Dra. Maria Tereza Fernandes Pouey
Doutora em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.
____________________________________________________________ Dra. Ariela da Silva Torres
Doutora em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.
_____________________________________________________________ Prof. Dr. Rubens Camaratta (suplente)
Doutor em Ciência e Tecnologia de Materiais pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.
Dedico este trabalho ao pilar da minha existência e minha grande motivadora, minha mãe Eloi da Cruz Aires.
AGRADECIMENTOS
A Deus.
À minha orientadora Dra. Margarete Regina Freitas Gonçalves por ter aceitado me auxiliar na condução deste trabalho, por tamanha paciência e compreensão nos momentos que mais precisei.
À Dra. Estela Oliari Garcez pelo auxílio no início da minha jornada como mestrando deste Programa.
Ao Programa de Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais e a Universidade Federal de Pelotas pela oportunidade de fazer parte do seu quadro discente.
À Professora, colega e grande amiga MSc. Aline Tabarelli, por toda ajuda nesse período de mestrado e, principalmente, por ter me mostrado sempre que tudo é possível e que nosso empenho sempre trará crescimento e bons resultados.
À Empresa São Marcos – Artefatos de Concreto, representada pelo Engenheiro Stael Padilha, por ter disponibilizado seus funcionários, materiais e equipamentos para a realização desta pesquisa, sem dúvida este trabalho não poderia ter sido desenvolvido sem o apoio financeiro e conhecimento técnico desta empresa.
À SLC alimentos pela disponibilidade em fornecer seus resíduos para a realização do trabalho e, além disso, dispor de tempo para conhecimento do processo produtivo e métodos de obtenção do resíduo gerado.
À todos os professores que fizeram parte deste momento da minha formação pessoal e profissional, em especial aos que fazem parte deste programa de Pós Graduação.
Ao Doutorando Oscar Paniz por toda a ajuda no início dos ensaios deste trabalho.
À Graduanda em Engenharia Civil Lislaine Jahnecke Oliveira, por ter sido tão perspicaz ao me auxiliar na realização de cada ensaio e incansável na realização de cada um deles.
À CIENTEC – Fundação de Ciência e Tecnologia por ter aceito, mesmo no encerramento de suas atividades, realizar os ensaios os quais a Universidade não dispõe de equipamentos.
À minha colega e amiga MSc. Juliana Contreira, por ter sido inúmeras vezes fonte de motivação e, também, inspiração.
À minha amiga MSc. Camila Alves, por todo auxílio nos momentos de maiores dúvidas no desenvolvimento desta pesquisa.
À minha família e todos os meus amigos.
E por último, especialmente, ao meu irmão Pablo Aires Iacks e à minha mãe, Eloi da Cruz Aires por ter sido incansável no momento mais crucial de nossas vidas e o suportado, da forma como contornou todos os obstáculos da vida, com fé, determinação e amor.
A todos vocês, o meu muito obrigado. Jonathan Aires Iacks
“Talvez não tenha conseguido fazer o melhor, mas lutei para que o melhor fosse feito. Não sou o que deveria ser, mas Graças a Deus, não sou o que era antes”. (Marthin Luther King)
Resumo
IACKS, Jonathan Aires. Uso de cinza de casca de arroz para obtenção de blocos
de concreto para pavimentação. 77f. Dissertação – Programa de Pós-Graduação
em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2018.
Considerando a importância da reciclagem de resíduos agrícolas, tais como o originado pelo aproveitamento da casca de arroz como fonte de energia, a cinza de casca de arroz (CCA), no presente trabalho pesquisou-se o emprego da CCA na produção de blocos de concreto para pavimentos, buscando obter um produto alternativo para empresas do ramo. A cinza utilizada tem origem na queima da casca de arroz à temperatura em torno de 550ºC e foi caracterizada quanto ao teor de umidade, teor de carbono e granulometria. Em função de sua granulometria, a CCA foi inserida em substituição ao agregado miúdo, a areia média, nos percentuais de 5% e 10%, em massa. Na busca por uma realidade de produção, os blocos de concreto sem e com CCA foram fabricados por uma empresa do ramo existente em Pelotas, RS, e testados quanto ao teor de absorção de água, índice de vazios, resistência à compressão e resistência à abrasão. Além disto, também, verificou-se o efeito da adição da CCA na tonalidade final do bloco, visando a possibilidade de redução do uso de corantes (pigmentos) inorgânicos e uma possível redução de custo nesse aspecto. O resultado mostrou ser possível a obtenção de blocos com CCA nas quantidades propostas de 5% e 10% de substituição, mas que somente os blocos com 5% de substituição atenderam as exigências da ABNT NBR 9781:2013.
Palavras-chave: sustentabilidade; cinza de casca de arroz; pavimento; blocos de concreto; agregado miúdo; propriedades físicas; desempenho mecânico.
Abstract
IACKS, Jonathan Aires. Technological properties of concrete blocks made with rice husk ashes suited for pavements. 77f. Dissertation – Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2018.
Considering the importance of recycling agricultural waste, such as the one originated from the utilization of the rice husk as source of energy, the rice husk ashes (RHA), in this study it was researched the use of RHA on the production of concrete blocks for pavements, seeking to obtain an alternative product for companies of the branch. The ash used had its origin in the burning of the rice husk at a temperature of 550ºC and it was characterized concerning moisture levels, carbon levels and granulometry. Due to its granulometry, the RHA was inserted in substitution to the medium thick sand, in the percentages of 5% and 10%, in mass. In search for reality in production, the concrete blocks with and without the RHA were made by a company of such branch, existing in Pelotas, RS, and they were tested regarding water absorption levels, void ratio, mechanical resistance to compression and abrasion resistance. Besides that, it was also verified the effects of adding RHA on the final tonality of the block, aiming the possibility of reducing the use of inorganic dye (pigments) and a possible cost reduction of this aspect. The result showed to be possible to attain blocks with RHA with the proposed quantities, but only the blocks with 5% replacement met the ABNT NBR 9781:2013 requirements.
Keywords: sustainability; rice husk ashes; pavement; concrete blocks; medium thick sand; physical properties; mechanical performance.
Lista de Figuras
Figura 1 - Benefícios Obtidos com o aproveitamento da casca de arroz como
biomassa e utilização das cinzas como adição mineral para a produção de concreto
... 26
Figura 2 - Amostra de CCA utilizada no desenvolvimento da pesquisa, obtida a partir da queima da casca de arroz a baixas temperaturas... 27
Figura 3 - Estrutura de um pavimento com blocos de concreto ... 34
Figura 4 - Bloco Holandês ... 35
Figura 5 – Bloco Unistein ... 36
Figura 6 – Bloco Quadrado ... 36
Figura 7 - Blocos de concreto tipo I ... 37
Figura 8 - Blocos de concreto tipo II ... 37
Figura 9 - Blocos de Concreto Tipo III ... 37
Figura 10 - Blocos de Concreto Tipo IV ... 38
Figura 11– Exemplo de blocos de concreto coloridos utilizados em pavimento público ... 39
Figura 12 - Blocos de concreto com coloração escura ... 40
Figura 13 – Piso decorativo de uma praça pública ... 41
Figura 14 – Pavimento com demarcação para deficientes e faixa de pedestres feito com blocos de concreto intertravados de diferentes cores. ... 42
Figura 15 - Análise visual de blocos de concreto pigmentados com rejeitos de mineração e blocos de concreto sem pigmento. ... 42
Figura 16 – Fluxograma das etapas desenvolvidas na parte experimental. ... 44
Figura 17 – CCA fornecida pela SLC Alimentos. ... 46
Figura 18 – Curva granulométrica da CCA ... 49
Figura 19 – Curva granulométrica do agregado miúdo (areia) ... 51
Figura 20 – Geometria do Bloco de Concreto Fabricado ... 52
Figura 21 – Armazenamento dos agregados ... 53
Figura 22 – Silo de Armazenamento de cimento ... 54
Figura 23 - Equipamento de controle de pesagem dos materiais ... 55
Figura 24 – Esteira de transporte de agregados até o misturador ... 56
Figura 25 – Inserção da cinza manualmente no misturador. ... 57
Figura 26 – Moldagem do blocos de concreto utilizados no desenvolvimento experimental ... 58
Figura 27 - (A) Remoção de rebarbas; (B) Acondicionamento em bandejas ... 59
Figura 28 – Acondicionamento dos blocos no laboratório ... 59
Figura 29 – Posicionamento das medições feitas nos blocos. ... 61
Figura 30 - Prensa Hidráulica ... 62
Figura 31 – Paleta de cores de pigmentos usualmente utilizados na produção de blocos de concreto coloridos... 63
Figura 32 – Amostras de blocos de concreto referência utilizadas na inspeção Visual ... 65
Figura 33 – Amostras de blocos de concreto com CCA utilizadas na inspeção Visual ... 66
Figura 34 – Análise comparativa da coloração entre blocos recém fabricados com 5% de CCA com 28 dias (a) e com o pigmento óxido de ferro preto, 90 dias (b). ... 73
Figura 35 – Coloração de blocos de concreto referência, com 5% e 10% de CCA, respectivamente, após 90 dias de exposição à intempérie. ... 73
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Materiais Utilizados ... 45
Tabela 2 - Teor de umidade da CCA ... 47
Tabela 3 – Teor de carbono presente na CCA. ... 48
Tabela 4 – Distribuição granulométrica e módula de finura da CCA. ... 48
Tabela 5 – Distribuição granulométrica do agregado miúdo (areia). ... 49
Tabela 6 – Módulo de finura dos agregados ... 49
Tabela 7 – Determinação do teor de umidade da areia. ... 50
Tabela 8 – Distribuição granulométrica da areia ... 50
Tabela 9 - Traços utilizados na produção dos blocos de concreto ... 52
Tabela 10 – Número de amostras por ensaio de acordo com a NBR 9781:2013 ... 60
Tabela 11 – Análise Dimensional dos blocos de concreto sem e com CCA ... 67
Tabela 12 – Teor de absorção de água dos blocos de concreto referência ... 68
Tabela 13 – Teor de absorção de água dos blocos de concreto com 5% de CCA .... 68
Tabela 14 – Teor de absorção de água dos blocos de concreto com 10% de CCA.. 68
Tabela 15 – Índice de vazios dos blocos sem CCA ... 69
Tabela 16 – Índice de vazios dos blocos com 5% CCA ... 69
Tabela 17 – Índice de vazios dos blocos com 10% CCA ... 69
Tabela 18 – Resistência à compressão dos blocos de concreto sem e com CCA .... 70
Tabela 19 – Ensaio de resistência à abrasão de blocos de concreto sem e com CCA, pelo Método CIENTEC ... 71
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
CCA – Cinza de Casca de Arroz
ONG – Organização não governamental
ABIARROZ – Associação Brasileira das Indústrias de Arroz CP’s – Corpos de Prova
CIENTEC – Fundação de Ciência e Tecnologia IRGA – Instituto Rio Grandense do Arroz
ISC – Índice de Suporte Califórnia MPa – Mega Pascal
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 16 1.1. Objetivos ... 18 1.1.1 Objetivo Geral... 18 1.1.2 Objetivos Específicos ... 19 1.2 Delimitações da pesquisa ... 19 1.3 Estrutura da dissertação ... 19 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 21
2.1 Reciclagem de resíduos como estratégia para o desenvolvimento de novos produtos ... 21
2.2 Cinza de Casca de Arroz (CCA)... 24
2.2.1 Métodos de obtenção ... 27
2.2.2 A sílica presente na CCA ... 28
2.2.3 O uso da CCA na Construção Civil ... 30
2.3 Pavimentos de concreto ... 32
2.3.1 Pavimentos de concreto moldados in loco ... 32
2.3.2 Pavimentos de concreto pré-moldados ... 33
2.4 O uso de resíduos como potencializador para alcançar a inovação em pavimentos com blocos de concreto ... 40
3. MATERIAIS E MÉTODOS ... 44
3.1 Matérias-primas ... 45
3.1.1 Caracterização da CCA ... 46
3.1.2 Caracterização do agregado miúdo (areia) ... 50
3.3 Obtenção dos blocos de concreto sem e com CCA ... 51
3.3.1 Caracterização física e mecânica ... 60
3.3.2 Análise de coloração ... 63
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 65
4.1 Inspeção visual... 65
4.2 Avaliação dimensional ... 67
4.3 Absorção e índice de vazios ... 68
4.4 Resistência à compressão ... 70
4.5 Resistência à abrasão ... 71
4.6 Análise de coloração ... 72
5. CONCLUSÕES ... 75
6. Sugestões para trabalhos Futuros ... 77
1 INTRODUÇÃO
Este capítulo apresenta o contexto no qual se insere esta pesquisa bem como sua justificativa, seus objetivos e a estrutura da presente dissertação.
1.1 Contexto da pesquisa
Nos dias atuais, cada vez mais os consumidores estão em busca de soluções para satisfazer seu anseio de transformar o mundo globalizado em um mundo melhor. Isso se deve ao fato que estes mesmos consumidores estão mais atentos aos conceitos de desenvolvimento sustentável e social, baseados em suprir as necessidades atuais, sem o comprometimento da capacidade de suprir as gerações futuras, tampouco promover o esgotamento dos recursos naturais ou uma degradação massiva do meio ambiente. Sendo assim, “pensar” de forma sustentável já não é mais uma estratégia empresarial, mas representa um desejo pessoal de garantir uma vida com maior qualidade para as gerações do futuro, assegurando a manutenção de recursos naturais e um ambiente de qualidade mais satisfatória.
O meio ambiente é uma das maiores preocupações do século e tratá-lo de forma a promover a sua manutenção e de seus recursos, nada mais é do que criar condições de uso onde sejam levados em consideração dois fatores: os recursos naturais são esgotáveis e a degradação do meio ambiente afeta negativamente a qualidade de vida das pessoas. Em consequência dessa perspectiva, surge a necessidade de impor limites à ação do homem sobre a natureza e busca-se, portanto, um freio ao sistema produtivo insustentável. Aliado a isso, atenta-se à necessidade de tomarem-se medidas de mitigação dos impactos decorrentes da atual ordem econômica mundial caracterizada pela produção e consumo sempre crescentes.
Tendo em vista esse ritmo de produção acentuado, devido ao crescimento populacional e as modificações na economia do país, faz-se necessário observar que rejeitos, independentemente da origem, não são gerados somente após o
consumo do produto final, mas, também, durante a produção do mesmo, como uma consequência do processo.
Muitos resíduos que, por não terem um destino adequado são, muitas vezes, depositados em grandes áreas abertas, provocando um elevado impacto ambiental. Um exemplo típico é a cinza de casca de arroz (CCA), rejeito oriundo da casca de arroz quando utilizada como fonte de energia no processo de secagem em indústrias de beneficiamento de arroz. Após a queima, a casca do arroz converte-se em uma cinza, que dependendo da temperatura, pode apresentar-se escura e com elevado teor de carbono. Esse resíduo tem como principal destino aterros ou descarte inadequado na natureza. Na tentativa de reduzir este descarte, pesquisas vêm sendo realizadas visando a aplicação da CCA na indústria de fabricação de artefatos de concreto e os resultados tem mostrado a possibilidade de otimização das propriedades tecnológicas dos mesmos.
Neste sentido, resíduos industriais e materiais reciclados estão sendo usados na indústria da construção para preservar o meio ambiente, economizar materiais e aumentar a durabilidade do material de construção (SANG-HWA et al., 2018), para que se possa, cada vez mais, aproveitar as características dos rejeitos industriais somando-as às características de outros materiais existentes. Além disso, a Engenharia deve buscar incessantemente o desenvolvimento de materiais com melhores propriedades, que atendam às normas existentes e às expectativas dos consumidores, através de materiais com maior vida útil e melhor qualidade, pois, segundo Neville (1997), a utilização de materiais alternativos como escória, a cinza volante, a cinza de casca de arroz e a sílica ativa, bem como suas combinações, podem produzir concretos com melhor desempenho.
O estado do Rio Grande do Sul é responsável por grande parte da produção arrozeira do país. A constatação da necessidade de encontrar tecnologias sustentáveis para lidar com a quantidade de resíduos gerados por essa demanda de arroz na região e também para a exportação, faz surgir esta pesquisa. Focado nesse contexto, no presente trabalho analisou-se a influência da adição de CCA no concreto utilizado para a produção de blocos para pavimentos, a partir da determinação de suas propriedades tecnológicas (físicas, mecânicas e estética). A utilização da cinza da casca de arroz pode reduzir a densidade e peso do concreto, bem como o coeficiente de condutibilidade de temperatura, aumentando a resistência térmica (YUXIA, 2014) e a resistência à compressão e absorção de água
(BEZERRA, 2010; GIVI et al., 2010). Para tanto, a CCA foi obtida em um engenho de arroz na cidade de Pelotas, Rio Grade do Sul, a partir da queima de casca de arroz em uma grelha, a temperatura de aproximadamente 550ºC. A cinza foi utilizada em substituição ao agregado miúdo (areia), nas quantidades de 5% e 10%, em massa. As propriedades físicas analisadas foram: absorção de água, índice de vazios, resistência à compressão e desgaste por abrasão.
Quanto a estética, buscou-se verificar o efeito da adição de CCA na tonalidade final do bloco, visando a possibilidade de redução do uso de corantes (pigmentos) inorgânicos, em geral a base de óxidos que quando utilizados no concreto alteram a sua trabalhabilidade, exigindo a adição de mais água na mistura, o que ocasiona redução da resistência mecânica.
O presente estudo trabalhou com as hipóteses de obtenção de uma fonte alternativa para o agregado miúdo e os pigmentos corantes usados no concreto de blocos para pavimentos, a partir da substituição de diferentes quantidades da areia por CCA, bem como a de obtenção de um bloco com CCA para pavimentos com propriedades semelhantes às dos blocos sem adição de cinza. A escolha por esse tipo de bloco deu-se em função da sua crescente utilização e, além disso, por ser um material que é utilizado em diversas tonalidades, sendo uma delas o cinza escuro, conferida ao material com o uso de pigmentos, mas que também é atingida com a utilização de cinzas de casca de arroz em outros estudos, como o de POUEY (2006).
Sendo assim, justifica-se a realização do presente estudo em função da minimização da degradação ambiental ao diminuir-se a utilização de um recurso natural não renovável e da promoção da redução no volume de cinza de casca de arroz depositado na natureza, mitigando os impactos ambientais causados por ambos processos e promovendo a possibilidade de redução de custo de produção à indústrias de diferentes segmentos.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral do trabalho foi o de analisar comparativamente blocos de concreto usados em pavimentação com com blocos de concreto com adição de
cinza de casca de arroz, usada em substituição ao agregado miúdo, bem como as propriedades tecnológicas (físicas, mecânicas e estética) adquiridas pelos mesmos.
1.2.2 Objetivos Específicos
Obter e caracterizar física e mecanicamente blocos de concreto referência e com CCA;
Analisar comparativamente as propriedades tecnológicas dos blocos de concreto referência e com CCA;
Avaliar a estética dos blocos com CCA considerando a tonalidade final.
1.3 Delimitações da pesquisa
No desenvolvimento das atividades experimentais foram identificadas as seguintes delimitações:
Dificuldades no armazenamento da CCA na indústria de artefatos de blocos de concreto;
Inexistência de balança de precisão na indústria de artefatos de blocos de concreto, ainda não adaptada à realidade de utilização do resíduo;
Custo dos materiais e ensaios. .
1.4 Estrutura da dissertação
A estrutura da dissertação contém cinco capítulos, sugestões para atividades futuras e referências bibliográficas. Os cinco capítulos estão assim constituídos: o capítulo 1 apresenta a introdução com uma contextualização da temática proposta, os objetivos, delimitações da pesquisa e a estrutura do trabalho; o capítulo 2 contém a revisão de literatura sobre reciclagem de resíduos, cinza de casca de arroz (e pavimentos de concreto e resíduos como potencializadores de inovação em pavimentos; o capítulo 3 descreve os materiais e métodos utilizados na parte
experimental do trabalho, de acordo com as normas regulamentadoras vigentes, com base em outros trabalhos, e de acordo com o dia-a-dia das empresas; o capítulo 4 mostra os resultados e discussões; e o capítulo 5 contém as conclusões finais do trabalho.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O presente capítulo disserta sobre os principais assuntos e aspectos que serão tratados no decorrer do trabalho, como a reciclagem de resíduos para o desenvolvimento de novos produtos, a cinza de casca de arroz e suas características e propriedades e, por fim, pavimentos de concreto.
2.1 Reciclagem de resíduos como estratégia para o desenvolvimento de novos produtos
Atualmente, empresas e indivíduos estão buscando melhorar seus hábitos em prol do meio ambiente por meio do desenvolvimento de técnicas que levem à redução da taxa de utilização de materiais nocivos à natureza, ou, até mesmo, materiais provenientes desta.
Na construção civil, o desenvolvimento e uso de materiais alternativos tem sido uma tendência crescente (GIVI et al., 2010) e a indústria de cimento e concreto tem requerido a utilização de componentes sustentáveis. A reciclagem de resíduos (agrícolas, industriais e de mineração) é uma maneira de se diversificar a oferta de matéria-prima para a utilização como material de construção, viabilizando reduções de custo e de efeitos ambientais negativos (LIMA et al., 2008) e o uso destes resíduos como matéria-prima para componentes da construção civil tem sido muito trabalhado e debatido por pesquisadores nos últimos tempos.
Com a possibilidade de se conquistar uma melhor colocação para o setor da construção, a partir da adoção e do emprego de resíduos em traços de concreto e/ou argamassas, pesquisadores vem buscando conscientizar ceramistas, construtores, meio técnico e o próprio mercado consumidor quanto à importância da qualidade deste produto para as habitações (PRUDÊNCIO JÚNIOR et al, 2003).
Além disso, sabe-se que ações isoladas não irão solucionar os problemas advindos dos resíduos e que a indústria deve tentar fechar seu ciclo produtivo de tal forma que minimize a produção deles e o uso de matéria-prima não renovável (DORSTHORST; HENDRIKS, 2000). Nesse sentido, é de suma importância que haja interação entre as empresas de diferentes segmentos.
Portanto, é necessário reciclar para que os recursos naturais não renováveis sejam preservados e, além disso, elaborar-se leis ambientais severas que dificultem
a fabricação de produtos que acarretem malefícios ao meio ambiente. Ademais, é viável seguir a orientação dos ambientalistas para a redução, reciclagem e reutilização dos resíduos como um todo, evitando assim o sistema de descartes, uma vez que, segundo SOUZA (2008), a reciclagem de resíduos para a produção de novos materiais, permite:
redução do volume de extração de matérias-primas;
conservação de matérias primas não renováveis;
redução do consumo de energia;
menores emissões de poluentes, como o CO2;
melhoria da saúde e segurança da população.
Cabe ressaltar que, a reciclagem de qualquer tipo de material, independente do uso que lhe for dado, representa vantagens ambientais, econômicas e sociais assim entendidas:
Ambientais – o impacto dos resíduos ao meio ambiente é muito significativo, seja na forma de depósitos irregulares, para os quais a administração pública ou órgãos ambientais, têm de estabelecer uma rotina de correção, seja na forma de bota fora, deixando os gestores públicos reféns de soluções de destinação cada vez mais distantes e custosas. Em qualquer caso, a deterioração ambiental provocada é grande. Os benefícios ambientais com a reciclagem de resíduos são vários, não só por diminuir a deposição em locais inadequados como também por ser uma solução que minimiza a necessidade de extração de matérias primas virgens, o que nem sempre é adequadamente fiscalizado.
Econômicas – reciclar é, na maioria dos casos, menos custoso que descartar os resíduos recicláveis. Primeiro por que se pode fabricar um material alternativo com características semelhantes aos dos convencionais e segundo por que este novo produto estará dispensando em, pelo menos, 30% o uso de recursos naturais.
Sociais – as empresas da construção civil precisam assumir sua responsabilidade social, na forma de utilizar e indicar o produto com materiais reciclados podendo iniciar seu uso em obras de pequeno porte, como habitações populares, depois expandindo sua utilização em qualquer outro tipo de construção, uma vez comprovada sua qualidade e durabilidade. É necessário que a mídia,
agentes da saúde, ONG’s e a população, como um todo, seja conscientizada a valorizar os produtos reciclados e ecologicamente corretos, no caso de materiais de construção alternativos, esta conscientização deve partir do próprio setor.
Diferentes e recentes pesquisas apresentam produtos comercializados feitos com materiais reciclados como os trabalhos de Bastos (2013) que se utilizou de rejeito de barragem de minério de ferro como matéria-prima, identificando o seu potencial como material de infraestrutura rodoviária, seja por meio de estabilização granulométrica ou estabilização química, e de Dias (2017) que utilizou o mesmo rejeito para a produção de argamassa colante, indicando a viabilidade deste material como agregado miúdo em substituição total ao agregado natural, permitindo a redução dos impactos ambientais causados pelas mineradoras e pela construção civil.
Já Fontes (2013) abordou o uso do rejeito de barragem de minério de ferro como matéria-prima para a produção de matrizes de argamassa para revestimento e assentamento de alvenarias, aplicadas em obras civis e construções metálicas, comprovando após análises químicas, físicas e mineralógicas que o rejeito pode ser utilizado como matéria-prima de forma técnica e ambientalmente adequada para a redução dos impactos ambientais da mineração.
Em outro segmento, Sales (2017) trabalhou com o desenvolvimento de painéis aglomerados de papel kraft proveniente de embalagens descartadas de cimento, no qual este tipo de papel das embalagens demonstrou comportamento semelhante ao de algumas fibras alternativas já utilizadas nesse tipo de painéis. JUNIOR (2010) estudou a viabilidade técnica da utilização de resíduos de manta cerâmica, gerados no lingotamento contínuo dos aços, devido à diminuição da sua capacidade de isolamento térmico, na fabricação de argamassa e obteve como resultado o aumento na resistência à compressão com adição do resíduo, em comparação com a argamassa padrão, além do índice de consistência ter apresentado alterações pouco consideráveis no resultado geral do estudo.
No tocante ao emprego de resíduos agrícolas para a obtenção de produtos para a construção civil, Isaia et al. (2010) avaliaram a adição em concretos convencionais de cinza de casca de arroz (CCA) natural, queimada sem controle de temperatura e sem moagem, de forma a simplificar o processamento da cinza e ampliar o seu uso em locais próximos onde é produzida. Na pesquisa, no concreto de referência o cimento Portland CPII F - 32 foi substituído por CCA natural e moída,
nas quantidades de 15% e 25% em massa. A análise dos resultados revelou a viabilidade da substituição de 15% de cimento por CCA natural, com perda não significativa de resistência à tração e módulo de elasticidade aos 28 dias, com recuperação total a 91 dias, para concretos com resistências à compressão entre 25 MPa e 40 MPa.
Fernandes et al (2014) propôs a utilização de CCA como carga em materiais poliméricos em substituição à sílica, de acordo com os diferentes métodos de combustão (combustão com reator tipo grelha e leito fluidizado). Após caracterização e análise do material, os resultados mostraram a viabilidade de substituição para diversos tipos de materiais poliméricos.
Padilha (2017) analisou a potencialidade do uso da CCA em parcial substituição de 5%, 10% e 15% ao aglomerante utilizado para fabricação de blocos de concreto estruturais, avaliando a resistência à compressão simples, absorção de água e análise dimensional. Os resultados encontrados indicaram que a substituição parcial de diferentes aglomerantes por CCA resultou em um material que atende as exigências das normas brasileiras, é comercialmente aceito e que proporciona um uso com um viés sustentável a um resíduo.
2.2 Cinza de Casca de Arroz (CCA)
O arroz é um dos alimentos mais relevantes para a alimentação humana, servindo como base alimentar para mais de três bilhões de pessoas e recebendo o título de segundo cereal mais cultivado no mundo (29% da produção), somente atrás do milho, com percentual de 33% (SOSBAI, 2010).
O Brasil é um grande produtor de arroz, totalizando uma produção anual de aproximadamente 11 milhões de toneladas, sendo o Rio Grande do Sul, o maior produtor do país, com 71,4% de participação no total nacional (ABIARROZ, 2017). A casca de arroz consiste no principal subproduto da indústria arrozeira e representa uma parcela de 20% do arroz, em massa. É um material abrasivo, de baixo valor nutricional e seu simples armazenamento e descarte geram um grande problema tanto à indústria quando ao meio ambiente, visto que quando descartados incorretamente podem destruir fauna e flora (POUEY, 2006).
Segundo o Instituto Rio Grandense do Arroz (IRGA), em 2017, a produção de arroz no Rio Grande do Sul chegou a 8.750.774 toneladas com produtividade média de 7.914 kg/ha confirmando-se como a maior produtividade histórica do estado e recuperando assim, o déficit de produção que o RS teve na safra 2015/16. Há alguns anos, quase todo esse material tinha como destino as lavouras e o fundo de rios, em um descarte prejudicial e criminoso. Esta situação vem se modificando devido ao elevado poder calorífico da casca de arroz que vem sendo utilizada como combustível nos processos de secagem e parboilização do arroz.
Por ter um elevado poder calorífico, a casca de arroz é utilizada como combustível das caldeiras nos processos de secagem e parboilização do arroz. A energia obtida pela queima da casca de arroz é uma alternativa tecnológica, econômica e ecológica porque possibilita a redução da demanda de energia de hidrelétricas e minimiza impactos ambientais. Além disso, gera economia para o poder público e para a indústria arrozeira. Pertinente salientar que toda a energia consumida pela empresa cedente da matéria-prima utilizada nesse estudo, provém da combustão da casca do arroz por ela beneficiado.
Quando utilizada de forma correta, a casca de arroz pode se tornar uma importante aliada na busca do desenvolvimento sustentável, uma vez que pode ser utilizada como fonte alternativa e renovável de energia (queima da casca como combustível), e as cinzas geradas no processo de combustão podem ser incorporadas ao concreto e às argamassas, como pozolanas, em substituição parcial ao cimento, conforme ilustrado na figura 1.
Figura 1 - Benefícios Obtidos com o aproveitamento da casca de arroz como biomassa e utilização das cinzas como adição mineral para a produção de concreto
Fonte: Tiboni (2007)
De acordo com Dalla (2004), o processo de queima da casca de arroz leva sempre à obtenção de uma CCA rica em sílica, cuja coloração varia de cinzenta à preta dependendo do teor de impurezas inorgânicas e carbono presentes. Cabe aqui salientar que no processo de queima da casca de arroz ocorre a liberação do CO e CO2 na natureza, gases que potencializam os efeitos do aquecimento global, fato este que tem despertado o interesse de pesquisadores no desenvolvimento de trabalhos com CCA gerada a baixas temperaturas e com maiores teores de carbono.
O alto teor de sílica (SiO2) presente na CCA lhe confere a possibilidade de ser utilizada na produção de argamassas, podendo ser empregada também como material pozolânico (POUEY, 2006), dependendo das características que apresentar. Se utilizada dessa forma, pode gerar uma economia tanto para a natureza quanto para a indústria, devido à redução da quantidade de cimento e/ou areia na confecção de argamassas e concretos.
Apesar das grandes possibilidades de utilização desse resíduo, seu destino ainda é como aterro, a qual é uma solução insatisfatória, tanto sob o ponto de vista ambiental como econômico.
DELLA (2005) afirma que as amostras de CCA submetidas ao tratamento térmico desenvolveram modificações progressivas na coloração (preta, marrom claro e branca) influenciada pelos diferentes ciclos de queima. Quanto maior a
temperatura de queima, mais claras ficaram as partículas de cinza. Em baixas temperaturas (400 °C) obteve-se cinza de coloração preta devido ao tempo de queima não ter sido suficiente para reduzir o carbono e a 700 °C obteve-se sílica de coloração cinza claro. A figura 2 apresenta a cinza obtida a baixas temperaturas (550°C) e utilizada no desenvolvimento desse trabalho.
Figura 2 - Amostra de CCA utilizada no desenvolvimento da pesquisa, obtida a partir da queima da casca de arroz a baixas temperaturas.
Fonte: Autor.
De acordo com Sandhu e Siddique (2017), a CCA pode ser usada nas seguintes aplicações: cimentos misturados, concreto verde, concreto de alto desempenho, refratário, esmalte cerâmico, isolador, telhas, produtos químicos impermeabilizantes, absorventes de derramamento de óleo, transportador para pesticidas, biofertilizantes, painéis solares, reforços de plástico e borracha, catalisadores, revestimentos, processamento de celulose e papel, detergentes e sabão, agente anti-aglomerante para embalagem.
2.2.1 Métodos de obtenção
POUEY (2006) menciona três métodos para a combustão da casca do arroz, sendo estes: a céu aberto, fornalhas tipo grelha ou leito fluidizado.
O processo a céu aberto consiste em acumular em terrenos cerros de casca e fazer a sua incineração no meio do morro. É um processo muito perigoso porque não se tem controle das temperaturas de queima e danoso ao ambiente por causa da livre liberação do CO2.
Na queima em fornalhas, a casca do arroz é depositada em grelhas e a combustão vai ocorrendo de forma gradativa. Parte do material fica em suspensão (partículas de menor massa) e são retirados por um sistema de exaustão. O material de maior tamanho de partícula, conforme vai sendo queimado para geração de energia às caldeiras, vai sendo realocado até que seja retirado da fornalha. Nesse processo a temperatura varia entre 500 e 600°C. Esse é o tipo de combustão mais comum na cidade de Pelotas/RS. O material retirado da grelha e o suspenso retirado por exaustão são depositados em coletoras de cinza até que sejam transferidos aos caminhões que cumprem a deposição desse resíduo nas áreas licenciadas pela geradora do mesmo.
Na queima por leito fluidizado o processo ocorre com as partículas de casca totalmente em suspensão. Segundo Torres (2016), os termos fluidização ou leito fluidizado são usados para descrever a condição de suspensão completa das partículas de um leito, desde que essa suspensão se comporte como um fluido denso. Esse processo ocorre quando um fluxo de fluido (gás ou líquido) ascendente através de um leito de partículas adquire velocidade suficiente para suportar as partículas, mas sem arrastá-las junto com o fluído. A fluidização pode ser aplicada em diversas operações, como por exemplo, secagem de sólidos, revestimentos de partículas, aquecimento ou resfriamento de sólidos, pirólise, adsorção, troca iônica, entre outras. A combustão em leito fluidizado resulta em um material com menor tamanho de partícula. Dada a condição de suspensão, as partículas se chocam, promovendo uma “quebra” entre elas.
2.2.2 A sílica presente na CCA
A sílica (SiO2) é um composto químico formado por oxigênio e silício, que pode ser encontrado na natureza puro, hidratado ou na forma de mineral. A sílica pura é encontrada em rochas de quartzo, na areia, arenitos e quartzitos. Na forma hidratada, é encontrada na opala e como mineral, apresenta-se em associações que dão origem a feldspatos e silicatos, dentre outros (POUEY, 2006).
A CCA possui como maior componente químico o dióxido de silício (SiO2), variando entre 85 a 95%, distribuído principalmente sob a superfície externa da casca (SANDHU; SIDDIQUE, 2017). O elevado teor de sílica torna a CCA valorizada, mas este resíduo só terá alto valor econômico se tiver alta qualidade, caracterizada pela elevada superfície específica (área de superfície por unidade de peso),
tamanho e pureza de partícula, podendo ser usado em diversas aplicações como em substituição parcial do cimento e em produtos da construção civil (FOLETTO et al., 2005).
Também, segundo Pouey (2006), a sílica pura ou como mineral é o componente básico das cerâmicas, também, sendo empregada como matéria prima para a fabricação de vidros, refratários, isolantes térmicos e abrasivos. Na construção civil, em forma de areia, a sílica é usada como matéria-prima de vários materiais, tal como concretos e argamassas. A sílica ativa, geralmente obtida como subproduto do processo de fabricação de silício metálico e ligas de ferro-silício, é empregada com adição mineral na confecção de concretos convencionais e de alto desempenho.
A CCA quando produzida a partir de queima controlada, com temperatura inferior a 600ºC, apresenta sílica no estado amorfo, obtendo desta forma maior reatividade com o cimento e com a cal. Quando queimada a temperaturas muito elevadas, observa-se o surgimento de fases cristalinas, diminuindo desta forma a reatividade com outros componentes, sendo desta forma inviável para utilização em concretos e argamassas (PEREIRA, 2015).
Para a tecnologia do concreto, a sílica ativa como material pozolânico não é nenhuma novidade, pois, segundo Dal Molin (1995), desde o início da década de 1950 já se substituía parte do cimento por sílica, com a finalidade de economizar energia e propiciar benefícios ecológicos. Porém, quando a partir da década de 1980 surgiu a necessidade de obtenção de concretos com resistência mecânica, durabilidade e fluidez cada vez mais acentuadas, o interesse por tal material foi intensificado, sendo alvo de pesquisas e conferências no mundo inteiro.
Segundo Vaghetti (1999), a contribuição da sílica para o concreto, consiste na alta reatividade nas primeiras idades (1 a 3 dias), induzindo a um aumento nas resistências mecânicas iniciais e também nas finais. Esse efeito favorável é observado devido à alta reatividade da sílica nos períodos iniciais, melhorando, também, características como coesão e viscosidade, proporcionando melhor trabalhabilidade, além do fato de diminuir o fenômeno da exsudação, contribuindo para as resistências nas idades iniciais e nas mais avançadas, principalmente no que diz respeito à compressão.
Conforme Fonseca (1999), a sílica apresenta características próprias, tais como resistência mecânica e a ataques químicos, e baixa condutividade térmica,
diminuindo, conforme CORDEIRO (2009), a temperatura de hidratação. Para que seja considerado de boa qualidade, o concreto necessita apresentar tais características. Portanto, a CCA com elevado teor de sílica vem a somar com as propriedades requeridas no concreto.
2.2.3 O uso da CCA na Construção Civil
A continuidade do uso sem controle de matérias-primas naturais pela construção civil poderá ocasionar escassez destes recursos, devido à exploração indiscriminada de jazidas minerais. Além disto, os agregados para a indústria da construção civil são os insumos minerais mais consumidos no mundo. Em 2014 o Brasil bateu recorde de produção de alguns bens minerais, dentre eles, os agregados utilizados na construção civil, totalizando 673.000.000 toneladas (Instituto Brasileiro de Mineração, 2015).
Diante disso, pesquisadores buscam identificar características pozolânicas em vários materiais, sendo que a maioria é rejeito industrial poluente, tais como: a sílica oriunda da fabricação de ligas ferro-silício ou silício metálico; a sílica presente na cinza da casca do arroz; a cinza volante extraída do carvão mineral; a escória de alto forno; a escória de aciaria; a cinza de bagaço de cana-de-açúcar e da espiga de milho; o pó de resíduos cerâmicos, dentre outros, (GRANDE, 2003).
A utilização dessas adições minerais em cimentos, argamassas e concretos vem a ser, atualmente, uma das maneiras de aumentar e garantir a durabilidade das estruturas. Essas adições de pequena granulometria fazem com que os vazios sejam preenchidos e propriedades favoráveis ao material sejam obtidas. No caso dos materiais silicosos residuais, estes na presença de água reagem com o hidróxido de cálcio do cimento, produzindo material cimentício (ligante).
De acordo com Metha e Monteiro (2008), se um material com elevado teor de sílica for incorporado ao concreto somado ao uso de um plastificante ou superplastificante, promovem uma reação que resultam em um concreto de elevada resistência. Isso permite que as peças sejam mais esbeltas, gerando maior economia. Além disso, as estruturas, sendo mais leves, podem alcançar alturas maiores. Os pesquisadores também afirmam que adicionando-se partículas de menor granulometria de CCA em concretos, observa-se que o material, no estado endurecido, apresenta menor permeabilidade. Isso significa que o interior do concreto estará muito mais protegido de agentes agressivos presentes no meio
ambiente, garantindo, assim, maior durabilidade e vida útil da estrutura. Ressalta-se, também, que essa vantagem também é benéfica para o aço no interior de estruturas de concreto armado, que apresentará maior resistência a corrosão e maior resistência ao ataque por cloretos e carbonatação.
Para Sandhu e Siddique (2017), a CCA quando misturada com cimento origina um material cimentício complementar mais ecológico e mais versátil para o concreto, visto que reduz a absorção de água, aprimora a resistência a cloreto e sulfato, reduz custos e danos ambientais, por meio da reutilização de resíduos e redução das emissões de dióxido de carbono. Além disso, segundo GIVI et al. (2010), o concreto com cimento com CCA possui maior durabilidade, reduz o ganho de calor através das paredes dos edifícios e reduz o potencial de eflorescência.
Apesar do elevado número de estudos visando a aplicação da CCA a maior parte da cinza residual ainda é simplesmente descartada, pois na indústria da construção a maioria opta pela produção pelo método “tradicional”, a fim de garantir que o material fornecido tenha as propriedades requeridas pelo mercado. É um problema de aceitação, de falta de confiabilidade na inserção do resíduo, além de questões como a dificuldade de enfrentamento daquilo que é inovador.
Sendo assim, é importante que o setor da construção civil e os profissionais da área aliem as necessidades do mercado a buscas de novas soluções que atendam as expectativas dos consumidores e ofereçam ao mercado produtos alternativos, obtidos a partir de materiais residuais, com as características desejadas quando na sua utilização. O efetivo emprego da CCA na construção civil encontra restrições por motivos tais como sua cor escura que confere aos cimentos, argamassas e concretos aos quais é adicionada, uma coloração também escura e falta de uniformidade. A cor escura não é um problema de ordem técnica, mas estética e de aceitação no mercado. (POUEY, 2006). No entanto, atualmente, vê-se que a coloração escura ou diferente das matizes próprias do concreto não representam mais resistência de aceitação, em função do cunho estético que apresenta.
2.3 Pavimentos de concreto
O pavimento é a parte da estrada, calçada ou rua que é constituído por vários materiais que se colocam sobre o terreno natural ou em aterro, com a finalidade de suportar diretamente o tráfego a que for submetido.
A função essencial de um pavimento rodoviário é a de assegurar uma superfície de rolamento que permita a circulação dos veículos com comodidade e segurança, durante um determinado período, sob as ações do tráfego, e nas condições climáticas que forem submetidos (BRANCO et al, 2006).
Os pavimentos de concreto são aqueles cuja camada de rolamento (ou revestimento) é executada em concreto produzido com agregados e ligantes hidráulicos, que podem ser moldados in loco ou pré-moldados.
2.3.1 Pavimentos de concreto moldados in loco
Os concretos utilizados para os pavimentos moldados in loco apresentam as mais variadas resistências, que serão definidas de acordo com o tráfego a que a faixa de rolamento será submetida. As normas que norteiam os dimensionamentos e execução desses pavimentos são fornecidas pelo DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes.
Os tipos mais comuns de pavimentos moldados in loco são os de concreto simples e de concreto armado. No pavimento de concreto simples utilizam-se concretos de alta resistência em relação a concretos estruturais para edifícios, sendo a presença de juntas serradas de contração (para controle de retração) pouco espaçadas. Já no pavimento de concreto armado o concreto trabalha em regime de compressão, mas sem sofrer esmagamento. São empregadas armaduras que resistem aos esforços de tração e ocorrem juntas serradas mais espaçadas que no pavimento de concreto simples. Os concretos supracitados são frequentemente utilizados em pavimentação de estradas ou vias de tráfego mais intenso. Geralmente, não são utilizados em calçadas e passeios públicos em função de resultar em um produto com efeito estético pouco atrativo.
Existem, também, os pavimentos de concreto com armadura contínua, também, conhecidos como concreto protendido, no qual a armadura contínua, colocada pouco acima da linha neutra, na seção transversal da placa, cabe a tarefa de manter as faces fissuradas fortemente unidas.
2.3.2 Pavimentos de concreto pré-moldados
Os pavimentos de concreto pré-moldados podem ser produzidos na forma de placas ou blocos.
As placas de concreto são normalmente fabricadas sob medida, com elevado controle e precisão, para a rápida substituição de placas em pavimentos de concreto deteriorados. Esse tipo de pavimento é pouco utilizado no Brasil. As placas pré-moldadas apresentam como vantagens uma melhor aferição das medidas e condições mais favoráveis de cura (Rocha, 2017).
O sistema de pavimentação em blocos pré-moldados de concreto - também conhecido como sistema de pavimentação intertravada - consiste na utilização de peças pré-moldadas de concreto com características técnicas específicas para esse tipo de aplicação, configurando uma alternativa à adoção de outros tipos de pavimentos, como concreto ou asfalto. Este sistema permite a execução de um pavimento permeável - aspecto que as outras opções citadas não oferecem - e pode ser rapidamente montado e desmontado (facilidade de manutenção). Além disso, ele pode ser liberado para tráfego logo após o assentamento, possui característica antiderrapante, resistência ao desgaste e à ação de produtos químicos e permite possibilidades estéticas em função da variedade de cores e formas. Para que essas condições sejam atingidas o projeto e a execução devem ser elaborados com cuidado, pois falhas nessas etapas podem comprometer o resultado final.
No Brasil a norma que rege as propriedades mecânicas do bloco de concreto para pavimento é a ABNT NBR 9782:2013, que define que o valor mínimo de resistência à compressão de 35 MPa.
Os blocos de concreto para pavimento possuem medidas que variam de 6 à 10 cm de altura, de acordo com o tráfego a que vai estar submetido. A espessura do pavimento varia de acordo com:
A intensidade do tráfego a qual o pavimento vai estar submetido;
As características do terreno, fundação e solos;
Disponibilidade e qualidade dos materiais utilizados nas camadas restantes.
A estrutura de um pavimento com blocos de concreto se apresenta conforme a figura 3. Na sequência encontram-se descritas as camadas constituintes dessa estrutura.
Figura 3 - Estrutura de um pavimento com blocos de concreto Fonte: HALLACK, 1998.
1º) Subleito: Estrutura final da terraplenagem que deve ser regularizada e compactada antes da colação das camadas posteriores. O subleito é considerado concluído para receber uma base ou sub-base quando sua capacidade, comumente expressa pelo Índice de Suporte Califórnia (ISC), for igual ou maior do que 2% e o material utilizado ter expansão volumétrica 2% ou conforme for especificado em projeto. O objetivo é proporcionar uma plataforma de trabalho firme, sobre a qual a sub-base e a base possam ser compactadas (CARVALHO, 1998).
2º) Sub-base: Conforme Fioriti (2007), a sub-base pode ser granular, solo escolhido (de acordo com a capacidade de suporte), solo e brita ou tratado com aditivos, como por exemplo, solo melhorado com cimento Portland. O material da sub-base também será definido pelo valor de ISC mínimo necessário, de acordo com as diretrizes de dimensionamento para este tipo de pavimento.
3º) Base: A base é a camada que recebe as tensões distribuídas pela camada de revestimento e tem como função principal proteger estruturalmente o
subleito das cargas externas, evitando deformações e deterioração do pavimento intertravado (WIEBBELLING, 2015).
4º) Camada de assentamento: Esta camada serve como base para o assentamento dos blocos de concreto. A mesma deve possuir regularidade a fim de transmitir os esforços oriundos dos blocos para as camadas mais inferiores. Essa camada, por estar diretamente ligada ao revestimento, sofre algumas deformações nas primeiras idades após a execução. Isso se deve ao fato de ser constituída de uma camada arenosa, em que as partículas vão se “acomodando” de acordo com a solicitação da camada superior. Essas deformações devem ser de forma que não influenciem nas condições de trafegabilidade, por isso é tão importante que as condições da base sejam satisfatórias antes de receber as camadas finais de assentamento e revestimento.
5º) Bloco de Concreto: Primeiramente os blocos são assentados. Após o assentamento, deve-se inserir uma camada de pó-de-pedra, a fim de promover um rejuntamento entre as peças, o que contribui na promoção de uma transferência eficaz de esforços entre os blocos, devido ao atrito.
Em pavimentos, o crescimento no uso de blocos esta justificado na sua resistência mecânica, durabilidade, aderência (possui superfície antiderrapante), drenagem para os lencóis freáticos, diversificação de formas, facilidade de execução e rápida liberação para o tráfego, seja ele para pedestres, veículos ou ciclistas. Por possuir custo competitivo e ser de manutenção rápida, cada vez mais o bloco é adotado para a utilização em vias urbanas, praças e até calçadas. Os blocos de concreto são comumente produzidos e utilizados conforme as figuras 4, 5 e 6.
Figura 4 - Bloco Holandês Fonte: Pagnussat, 2004.
Figura 5 – Bloco Unistein Fonte: Pagnussat, 2004.
Figura 6 – Bloco Quadrado Fonte: Pagnussat, 2004.
De acordo com a ABNT NBR 9781:2013, as peças de concreto são descritas e ilustradas como seguem:
Tipo I: peças de concreto de formato próximo ao retangular, com relação comprimento/largura igual a dois, que se arranjam entre si nos quatro lados e podem ser assentadas em fileiras ou em espinha de peixe. As peças do tipo I estão ilustradas na figura 7.
Figura 7 - Blocos de concreto tipo I. (a) De acordo com a ABNT NBR 9781:2013. (b) Imagens de blocos de concreto do mesmo tipo.
Fonte: Autor.
Tipo II: peças de concreto com formato único, diferente do retangular e que só podem ser assentadas em fileiras. As peças do tipo II estão ilustradas na figura 8.
Figura 8 - Blocos de concreto tipo II Fonte: ABNT NBR 9781:2013
Tipo III: Peças de concreto com formatos geométricos característicos, como trapézios, hexágonos, triedros, etc., com peso superior a 4kg. As peças do tipo III estão ilustradas na figura 9.
Figura 9 - Blocos de Concreto Tipo III Fonte: ABNT NBR 9781:2013
Tipo IV: Conjunto de peças de concreto de diferentes tamanhos, ou uma única peça com juntas falsas, que podem ser utilizadas com um ou mais
padrões de assentamento. As peças do tipo 4 estão ilustradas na figura 10.
(a) (b)
Figura 10 - Blocos de Concreto Tipo IV. (a) De acordo com a ABNT NBR 9781:2013. (b) Imagem de blocos de concreto.
Fonte: Autor.
Conforme Junior et al (2010), os blocos de concreto apresentam as seguintes propriedades:
Podem ter, simultaneamente, capacidade estrutural e valor paisagístico;
Permite fácil reparação quando ocorre recalque no subleito que comprometa a capacidade estrutural do pavimento;
Possibilita de fácil acesso a serviços subterrâneos e o reparo não deixa marcas visíveis;
Podem ser reutilizados;
Não necessitam mão-de-obra altamente especializada;
Chegam na obra prontos para serem aplicados;
Liberam rapidamente o tráfego, logo após a conclusão.
O setor de blocos de concreto para pavimentação tem demonstrado um grande potencial de expansão de mercado, tanto na pavimentação de vias de tráfego intenso como, também, na urbanização de cidades como elementos de paisagismo.
É importante salientar que, para que houvesse uma evolução quanto ao uso, fez-se necessário um aperfeiçoamento no que diz respeito às características
técnicas do bloco, como por exemplo, aumento da resistência mecânica para suportar tráfegos mais pesados e inovação com a proposição de blocos de concreto com coloração (Figura 11).
Os blocos de concreto coloridos são atualmente produzidos com pigmentos inorgânicos na cor vermelha, amarela e cinza (claro e escuro). Os vermelhos geralmente são utilizados para pavimentar ciclovias, os amarelos para identificar elementos para portadores de necessidades especiais e os cinzas são usados para atender efeitos estéticos (Figura 12)
Figura 11– Exemplo de blocos de concreto coloridos utilizados em pavimento público Fonte: Autor
Figura 12 - Blocos de concreto com coloração escura Fonte: Autor
Nesse sentido, observa-se que a coloração escura advinda da utilização de CCA residual já não se caracteriza mais como um problema para o mercado e justifica o desenvolvimento dessa pesquisa que analisou, também, o uso da CCA como material pigmentante para blocos.
2.4 O uso de resíduos como potencializador para alcançar a inovação em pavimentos com blocos de concreto
Silva (2016) afirma que a inovação permeia todas as atividades, incluindo as mais tradicionais, como a agricultura, e as indústrias de bens de consumo e de capitais e serviço. Para o mesmo autor, a inovação e o design representam a melhoria de desempenho e competitividade no mercado.
Importante salientar que para que se pense em inovação é necessário que se reconheça uma determinada necessidade. Por outro lado, é importante que sejam buscados conhecimentos científicos e tecnológicos que possibilitem a vinculação dessa inovação às necessidades as quais o mercado demanda.
Neste contexto, identificar o potencial do uso de resíduos industriais tais como a CCA deve ser entendido como uma filosofia de gerenciamento, observando-se, igualmente, critérios técnicos, econômicos e ambientais associados à sua geração, manuseio, processamento, estocagem e destinação final. Os critérios técnicos do processamento e da destinação final devem fundamentar-se na melhor tecnologia disponível e aplicável à rota selecionada. Já os critérios econômicos, conferem sustentabilidade ao sistema, e os ambientais previnem possíveis impactos que são nocivos à flora e fauna e à saúde humana, além de preservar os recursos naturais (SILVA, 2016).
Fontes et. al. (2016) afirmam que ao incorporar atributos intangíveis nos bens de produção, os quais consideram fatores estéticos e psicológicos do usuário, tem-se o detem-senvolvimento de produtos mais eficazes, ou tem-seja, produtos que atendam aos objetivos de uso, assim como de outras expectativas do consumidor.
As figuras 13 e 14 demonstram que a inovação de blocos de concreto intertravados pela adição de pigmentos, possibilitou variados usos e atendimento as necessidades do mercado e da população com produtos duráveis. As demarcações das faixas com os blocos na tonalidade cinza claro, por exemplo, geram uma economia para o município pois não é necessária a pintura nesses locais
Figura 13 – Piso decorativo de uma praça pública
Figura 14 – Pavimento com demarcação para deficientes e faixa de pedestres feito com blocos de concreto intertravados de diferentes cores.
Fonte: Autor.
Neste contexto de inovação e aproveitamento de resíduos, Toffolo et. al. (2016) analisaram a viabilidade técnica de produção de blocos de concreto para pavimentação com rejeito de barragem de minério de ferro e concluíram que os blocos obtidos são estáveis em relação a variação dimensional e menos porosos que os blocos de concreto sem adição.. Além disso, observaram a possibilidade de coloração do bloco com o resíduo (Figura 15), devido à presença de óxido de ferro.
Figura 15 - Análise visual de blocos de concreto pigmentados com rejeitos de mineração e blocos de concreto sem pigmento.
É importante ressaltar que a mudança de mentalidade é um processo que está se construindo. Faz-se necessário compreender que trabalhar em prol de que as indústrias não busquem apenas cumprir com suas obrigações legais, mas que, conhecendo a importância do problema, invistam no cerne da questão. Dessa forma, tem-se um processo onde o fornecimento de resíduos como matéria-prima se torne mais uma satisfação de contribuição com o meio ambiente, ao invés do sentimento de obrigatoriedade de atender uma legislação vigente.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
Para o desenvolvimento da parte experimental do trabalho foram previstas as etapas apresentadas no fluxograma da figura 16.
Figura 16 – Fluxograma das etapas desenvolvidas na parte experimental.
Na sequência é feita a descrição da metodologia utilizada para o desenvolvimento das etapas previstas.
Obtenção da matéria-prima
•Coleta da CCA na SLC Alimentos •Caracterização da CCA e da areia
Obtenção dos blocos de concreto
•Fabricação de Blocos de Concreto referência •Fabricação de Blocos de Concreto com 5 e 10% de CCA
Carcterização dos blocos de
concreto
•Inspeção visual; •Avaliação dimensional •Absorção e Índice de Vazios
•Ensaio de Resistência à compressão aos 28 dias •Ensaio de Resistência à Abrasão
•Análise visual da tonalidade dos blocos de concreto com CCA
Análise dos Resultados
•Análise comparativa dos resultados obtidos com os blocos sem e com CCA •Avaliação comparativa da estética dos blocos segundo a coloração e aparência.
3.1 Matérias-primas
Para o desenvolvimento da pesquisa foram utilizadas as matérias-primas descritas na Tabela 1.
Tabela 1 - Materiais Utilizados
Material Tipo
Cimento CPII F 32
Água Potável
Agregado Miúdo Areia 1 Areia 2 Agregado Graúdo Brita
Resíduo CCA
Aditivo Plastificante
O cimento, os agregados (miúdo e graúdo) e o plastificante foram fornecidos pela empresa de artefatos de concreto que realizou as moldagens, indústria pelotense que atua no ramo de concretos pré-moldados para pavimentos.
A CCA foi coletada em uma arrozeira na cidade do Capão do Leão/RS. A cinza utilizada resulta da fonte de energia da empresa, proveniente da queima da casca do arroz em grelha a temperatura de aproximadamente 550°C.
Devido ao elevado volume de CCA produzida, aproximadamente 18 toneladas/mês, a empresa necessita de um descarte frequente. O carregamento, transporte e descarga da cinza são feitos pela própria empresa que, buscando reduzir o seu custo operacional e promover ações que minimizem o impacto desse resíduo ao meio ambiente, se interessou em fornecê-la como matéria-prima para o desenvolvimento desta pesquisa e, dependendo dos seus resultados, investir na indústria de artefatos de forma a utilizar o que é tratado como resíduo para esta indústria, em matéria-prima para a produção de artefatos de cimento.
A coleta da CCA (Figura 17) foi feita no mês de outubro de 2017. A própria empresa fez o transporte da cinza para a indústria de artefatos de concreto para pavimentos onde foram produzidos os blocos de concreto sem e com CCA testados nessa pesquisa.
Figura 17 – CCA fornecida pela SLC Alimentos. Fonte: Autor.
3.2 Caracterização da CCA
A CCA foi caracterizada quanto ao teor de umidade, distribuição granulométrica e o teor de carbono.
Para a determinação do teor de umidade (Tu) utilizou-se o procedimento descrito na ABNT NBR NM 30:2001, no qual, inicialmente, pesou-se as amostras de CCA em balança de precisão e depois estas foram secas em estufa à temperatura previamente estabelecida de 110°C por um período de aproximadamente 24 horas ou até a constância de massa. Após a secagem, as amostras foram novamente pesadas para a determinação da massa seca. No ensaio foram utilizadas três amostras de CCA e o teor de umidade da CCA foi definido pela equação 1. A tabela 2 apresenta os resultados obtidos.
Tu =Pu−Ps Ps 𝑥 100% (eq. 1) Onde: Tu = Teor de Umidade (%) Pu = Peso Úmido (g) Ps = Peso seco (g)
No ensaio da CCA (Tabela 2) identificou-se o valor de 6,10% para o teor de umidade da cinza. Este valor foi considerado na definição da quantidade de água a ser utilizado no traço do concreto com CCA.
Tabela 2 - Teor de umidade da CCA
Peso Úmido (Kg) Peso Seco (Kg) Teor de umidade (%) Amostra 1 0,17 0,16 6,25 Amostra 2 0,13 0,12 8,33 Amostra 3 0,28 0,27 3,70
Teor de umidade médio 6,10
O teor de carbono da CCA foi determinado por perda de massa. Para tanto, foram utilizados três cadinhos de alumina, limpos e secos, e amostras de CCA secas em estufa à 100°C até a constância da massa. Os cadinhos contendo as cinzas secas foram pesados para a determinação da massa total do conjunto. Após, estes foram colocados em um forno tipo mufla para tratamento térmico a temperatura de 900°C, por um período de 24 horas. Concluído o período, as amostras foram retiradas e colocadas em um dessecador até o resfriamento total do conjunto. Finalizando, o conjunto (cadinho e amostras secas) foi pesado e a diferença de peso definiu o teor de carbono existente na CCA, denominado de carbono residual foi determinado pela equação 2.
Tc = (Pi – Pf) x 100 (eq. 2) Onde:
Tc - Teor de carbono residual (%) Pi – Peso inicial (g)
Pf – Peso final (g)
A tabela 3 apresenta o teor de carbono presente na CCA, correspondente a média das três amostras, indicando ter esta um percentual médio de 15%. O conhecimento deste percentual é de extrema importância porque é um balizador da quantidade de material pigmentante da CCA para o tingimento de blocos.
