UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
ENGENHARIA QUÍMICA
LIGIA CRISTINA MICHELETI DE AZEVEDO OLIVEIRA MENEZES MARIANA YAMASHITA
PRODUÇÃO DE TIJOLOS ECOLÓGICOS COM CINZAS DE
CALDEIRA E BAGAÇO DE MALTE
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PONTA GROSSA 2017
LIGIA CRISTINA MICHELETI DE AZEVEDO OLIVEIRA MENEZES MARIANA YAMASHITA
PRODUÇÃO DE TIJOLOS ECOLÓGICOS COM CINZAS DE
CALDEIRA E BAGAÇO DE MALTE
Trabalho de Conclusão de Curso apresentada como requisito parcial à obtenção do título Bacharel, em Engenharia Química, do Departamento de Engenharia Química, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientadora: Prof. Dr. Juliana Martins Teixeira de Abreu Pietrobelli
PONTA GROSSA 2017
TERMO DE APROVAÇÃO
Produção de Tijolos Ecológicos com Cinza de Caldeira e Bagaço de Malte por
Ligia Cristina Micheleti de Azevedo Oliveira Menezes e
Mariana Yamashita
Monografia apresentada no dia 26 de maio de 2017 ao Curso de Engenharia Química da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Ponta Grossa. As candidatas foram arguidas pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.
___________________________________________ Profa. Sandra Mara Kaminski Tramontin
____________________________________________ Prof. Dr. Eduardo Cimino Cervi
_____________________________________________ Profa. Dra. Juliana Martins Teixeira de Abreu Pietrobelli
Orientadora
______________________________________________
Profa. Dra. Juliana de Paula Martins Responsável pelo TCC do Curso de Engenharia Química
- A Folha de Aprovação assinada encontra-se arquivada na Secretaria Acadêmica - Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Ponta Grossa
AGRADECIMENTOS
A Deus, primeiramente, por nos iluminar colocando tantas pessoas especiais que puderam cooperar nesta jornada.
Aos nossos pais e irmãos, que em todos os momentos concederam apoio mesmo à distância, confiando em todo nosso potencial e não medindo esforços para que estivéssemos aqui.
Agradecemos imensamente a nossa orientadora Profa. Dra. Juliana Martins Teixeira de Abreu Pietrobelli, por nos conduzir neste trabalho com paciência, compreensão e amizade.
Um obrigada especial à Profa. Sandra Mara Kaminski Tramontin por todo apoio no laboratório de ensaios mecânicos, pela paciência e pelos conselhos.
Aos nossos apoiadores em vários momentos do projeto: Lamp e Chaikosky, sem vocês não poderíamos ter ido tão longe.
Ao Prof. Dr. Nelson Canabarro e à prefeitura de Tibagi, que nos deram uma grande base de início, além de ceder uma prensa manual.
Enfim, talvez alguns nomes não estejam citados, mas agradecemos aos nossos amigos, colegas e demais professores que acreditaram em nosso trabalho como um instrumento de mudança social, incentivando nossas pesquisas de diversas maneiras.
RESUMO
MENEZES, Ligia C. M. de A. Oliveira; YAMASHITA, Mariana. Produção de tijolos
ecológicos com cinzas de caldeira e bagaço de malte. 2017. 84 f. Trabalho de
Conclusão de Curso Bacharelado em Engenharia Química- Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Ponta Grossa, 2017.
No decorrer do crescimento da produção industrial teve-se progressivamente, além da poluição atmosférica e hídrica, a geração de resíduos acarretando acúmulo de materiais no meio. Evolutivamente, o desenvolvimento sustentável aparece com ares de responsabilidade para as produtoras destes rejeitos, despertando o interesse em seu reuso. Desta maneira, desenvolveu-se a possibilidade de incorporação de resíduos sólidos provenientes de duas indústrias muito distintas, mas que têm a destinação adequada como problema em comum, em tijolos ecológicos. O tijolo citado é constituído por solo, cimento e água, e, por mais rudimentar que pareça, tem como vantagens a simplicidade de fabricação e aplicação em edificações. Com a análise dos materiais recolhidos e métodos empíricos para se alcançar a dosagem ideal de substituição de solo pelos resíduos disponíveis, fabricaram-se corpos de prova de acordo com teorias conhecidas. Estes foram produzidos em prensa manual e curados com água potável, realizando-se, posteriormente, ensaios de resistência à compressão e absorção de água fundamentando sua aprovação ou descarte de acordo com as normas brasileiras. A cinza de caldeira, por suas características, representou um material mais interessante sendo melhor explorado; com relação às exigências normativas, não se obteve o resultado esperado. Os corpos de prova podem ter sofrido mudanças drásticas de resistência por diferenças granulométricas de seus elementos, dificultando uma mistura realmente homogênea ou compactação adequada. Houve também influência climática e do posicionamento no momento do ensaio mecânico. Neste projeto é proposto o aproveitamento de alguns resíduos sólidos industriais de grande impacto na região. A região em estudo se localiza nos Campos Gerais, mais precisamente em Ponta Grossa, os resíduos sólidos testados são cinza de caldeira e bagaço de malte, gerados, respectivamente, em indústria madeireira e em microcervejaria.
Palavras-chave: Resíduo Sólido. Tijolo Ecológico. Cinza de Caldeira. Bagaço de
ABSTRACT
MENEZES, Ligia C. M. de A. Oliveira; YAMASHITA, Mariana. Production of
ecological bricks with caldera ash and malt marc. 2017. 84 f. Final Year Project
(Bachelor’s Degree in Chemical Engineering) - Federal Technology University - Paraná. Ponta Grossa, 2017.
During the growth of industrial production, besides the air and water pollution, the generation of waste has led to the accumulation of materials in the environment. Evolutionarily, the sustainable development appears as responsibility for the producers of these tailings, arousing the interest in the possibilities of reuse. In this way, the possibility of incorporating solid wastes from two very distinct industries, was developed, but they have the proper destination as a common problem, in ecological bricks. The cited brick consists of soil, cement and water, and, rudimentary as it may seem, has the advantages of manufacture simplicity and application in buildings. With the analysis of the collected materials and empirical methods to reach the ideal dosage of soil replacement by the available residues, specimens were manufactured according to known theories. They were produced in a manual press and cured with drinking water, and tests of resistance to compression and water absorption were carried out, based on their approval or disposal in accordance with Brazilian standards. The boiler ash, for its characteristics, represented a more interesting material being better explored; regarding to the normative requirements, the expected result was not obtained. The specimens may have undergone drastic changes in resistance due to granulometric differences of their elements, making it difficult to have a really homogeneous mixture or adequate compaction. There were also climatic and positioning influences at the time of the mechanical test. In this project it is proposed the use of some solid industrial wastes of great impact in the region. The studied region is located in Campos Gerais, more precisely in Ponta Grossa, the solid residues tested are boiler ash and malt marc, generated, respectively, in the timber industry and microbrewery.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Geração de Resíduos no ciclo de vida de um produto ... 16
Figura 2 - Representação esquemática do processo de obtenção do bagaço de malte a partir da cevada natural ... 19
Figura 3 - Bagaço de malte ... 20
Figura 4 - Cinzas de caldeira de indústria madeireira na região dos Campos Gerais ... 22
Figura 5 - Fluxograma do Processo da Indústria Madeireira ... 23
Figura 6 - Exemplo das quantidades ideais das composições do solo ... 26
Figura 7 - Matéria prima do tijolo solo-cimento ... 29
Figura 8 - Processo de cura manual ... 32
Figura 9 - Diferenças entre os sistemas construtivos ... 34
Figura 10 - Tijolo Ecológico com furos ... 35
Figura 11 - Casa construída com tijolo ecológico ... 36
Figura 12 - Associação Habita Tibagi ... 37
Figura 13 - Preparo da TSA para determinar característica argilosa ou arenosa ... 41
Figura 14 - Verificação da umidade ideal da mistura ... 43
Figura 15 - Prensa manual para produção de tijolos ecológicos ... 44
Figura 16 - Ilustração representando a preparação do corpo de prova ... 45
Figura 17 - Teste das propriedades físicas da terra ... 53
Figura 18 - Preparo da mistura solo cimento... 54
Figura 19 - Comportamento ideal da mistura ... 55
Figura 20 - Baixa compactação da mistura ... 57
Figura 21 - Compactação ideal da mistura ... 57
Figura 22 - Processo de Cura Manual (período de 28 dias) ... 58
Figura 23 - Preparo do material para o ensaio de resistência ... 59
Figura 24 - Submersão dos tijolos em água ... 59
Figura 25 - Máquina utilizada para ensaio de resistência à compressão ... 60
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Produção Industrial do Brasil ... 18
Gráfico 2 - Compactação da mistura em função da variação climática ... 56
Gráfico 3 - Ensaio de Resistência à Compressão – Receita 7:3:1 ... 62
Gráfico 4 - Ensaio de Resistência à Compressão – Receita 7:3:1 ... 63
Gráfico 5 – Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição 16% Cinza de Caldeira ... 64
Gráfico 6 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição 10% Bagaço de Malte ... 65
Gráfico 7 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição 33% Cinza de Caldeira ... 67
Gráfico 8 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição 50% Cinza de Caldeira ... 68
Gráfico 9 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição 75% Cinza de Caldeira ... 69
Gráfico 10 - Ensaio de Resistência à Compressão – Tijolo Padrão 4:2:1 ... 71
Gráfico 11 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição 10% Cinza de Caldeira ... 72
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição do bagaço de malte ... 20
Tabela 2 - Principais componentes de uma amostra de cimento ... 27
Tabela 3 - Teor de umidade do bagaço de malte ... 48
Tabela 4 - Porcentagem de matéria orgânica no bagaço de malte ... 48
Tabela 5 - Teor de umidade da cinza de caldeira ... 49
Tabela 6 - Porcentagem de matéria orgânica no resíduo cinza de caldeira ... 50
Tabela 7 - Avalição Química do Resíduo ... 50
Tabela 8 - Lixiviação dos Resíduos ... 51
Tabela 9 - Solubilização de Resíduos ... 51
Tabela 10 - Ensaio de Fluorescência de Raios-X ... 52
Tabela 11 - Ensaio de Resistência à Compressão – Tijolo Padrão ... 61
Tabela 12 - Ensaio de Resistência à Compressão – Tijolo Padrão ... 62
Tabela 13 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição 16% Cinza de Caldeira ... 64
Tabela 14 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição Bagaço de Malte 65 Tabela 15 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição Cinza de Caldeira ... 66
Tabela 16 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição Cinza de Caldeira ... 68
Tabela 17 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição Cinza de Caldeira ... 69
Tabela 18 - Ensaio de Resistência à Compressão – Tijolo Padrão 4:2:1 ... 71
Tabela 19 - Ensaio de Resistência à Compressão – Substituição 10% Cinza de Caldeira ... 72
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E ACRÔNIMOS
LISTA DE ABREVIATURAS
TSA Terra Seca ao Ar °C kcal g Graus Celsius Quilo caloria Grama N s kgf mm² mm cm² cm MPa Newton Segundos Quilograma-força Milímetro quadrado Milímetro Centímetro quadrado Centímetro Mega Pascal LISTA DE SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná PNRS
IBGE NBR
Política Nacional dos Resíduos Sólidos Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística Norma Brasileira
LISTA DE ACRÔNIMOS
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente FUNTAC Fundação de Tecnologia do Estado do Acre
SUMÁRIO 1INTRODUÇÃO ...13 1.1 OBJETIVOS ...13 1.1.1Objetivo Geral ...13 1.1.2Objetivos Específicos ...14 2REFERENCIAL TEÓRICO ...15
2.1 EVOLUÇÃO DO DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ...15
2.2 POLUIÇÃO INDUSTRIAL ...15
2.3 RESÍDUO SÓLIDOS ...16
2.3.1Resíduos Sólidos Industriais (RSI) ...16
2.3.2Geração de Resíduos no Estado do Paraná ...17
2.3.3Resíduo de Bagaço de Malte - Subproduto ...18
2.3.4Resíduo Cinza de Caldeira ...21
2.4 TIJOLO ECOLÓGICO ...24
2.4.1Composição e Processo de Produção do Tijolo Ecológico ...25
2.4.1.1 O Solo ...25 2.4.1.2 Compactação do solo ...26 2.4.1.3 Cimento ...27 2.4.1.4 Solo- Cimento ...29 2.4.1.5 Moldagem e Presagem ...30 2.4.1.6 Cura ...31
2.4.2Características do Tijolo Ecológico ...33
2.5 IMPLEMENTAÇÃO DO TIJOLO ECOLÓGICO ...36
3MATERIAL E MÉTODOS ...38
3.1 DETERMINAÇÃO DOS TEORES DE UMIDADE E CINZA E PERCENTUAL DE MATÉRIA ORGÂNICA ...38
3.2 PREPARAÇÃO DO RESÍDUO BAGAÇO DE MALTE ...39
3.2.1Secagem Do Bagaço De Malte ...39
3.2.2Moagem do Bagaço de Malte ...40
3.3 TESTE DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DA TERRA ...40
3.4 OUTROS REQUISITOS DA TERRA...41
3.5 ESCOLHA DO CIMENTO ...42
3.6 REQUISITOS DA ÁGUA ...42
3.7 FABRICAÇÃO DO TIJOLO ECOLÓGICO ...42
3.8 TESTES FISICO-MECÂNICOS ...44
3.8.1Ensaio à Compressão Simples ...45
3.8.2Ensaio de Absorção de Água...46
4RESULTADOS ...48
4.1 DETERMINAÇÃO DOS TEORES DE UMIDADE E CINZAS E MATÉRIA ORGÂNICA ...48
4.2 TESTE DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DA TERRA ...53
4.3 FABRICAÇÃO DO TIJOLO ECOLÓGICO ...54
4.4 TESTES FISICO-MECÂNICOS ...58
4.4.1Implementação do Projeto ...70
4.4.2Ensaio de Absorção de água ...73
5CONCLUSÃO ...75
1 INTRODUÇÃO
Conciliar o desenvolvimento sustentável e o econômico tornou-se uma tarefa árdua. O impacto das atividades industriais sobre o meio ambiente alavancou práticas sustentáveis que miram atingir a cadeia de produção completa, ou seja, desde o início do processo até o produto final.
Práticas como reciclagem, reutilização e redução são uma alternativa para os resíduos gerados após as diversas etapas de transformação de um produto. Na tentativa de minimizar os impactos ambientais, as indústrias buscam, atualmente, soluções para reduzir a geração e destinar adequadamente estes resíduos.
Tendo como inspiração este contexto, o projeto indica a possibilidade de incorporar resíduos sólidos industriais (cinzas de caldeira de uma empresa madeireira e bagaço de malte de uma microcervejaria, ambas na região de Ponta Grossa – PR) em tijolos e ainda assim obter produtos resistentes, com qualidade e durabilidade, além de ecologicamente corretos.
O tipo de tijolo escolhido é o ecológico que também é conhecido como solo-cimento ou tijolo modular, sendo composto por terra, areia e solo-cimento. O grande diferencial dele é o fato da incineração ser desnecessária para que se adquira resistência, acarretando menores emissões de dióxido de carbono (CO2) e evitando o
agravamento do aquecimento global.
Sendo assim, investir neste segmento encaixa-se muito bem na situação brasileira de trabalho, moradias populares e reaproveitamento de resíduo, quer dizer, no contexto ambiental, social e também como uma inovação no setor civil, desenvolvendo um tijolo ecológico que entre outros pontos positivos, destaca-se por derivar do reaproveitamento.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Geral
Desenvolver tijolos ecológicos por meio da incorporação bagaço de malte e cinza de caldeira, sem prejuízo nas propriedades físico-mecânicas dos mesmos.
1.1.2 Objetivos Específicos
• Caracterizar os resíduos sólidos, bagaço de malte e cinza de caldeira, e o solo;
• Incorporar diferentes proporções de resíduos sólidos na matéria prima do tijolo ecológico partindo de uma formulação conhecida;
• Analisar as propriedades físico-mecânicas dos tijolos produzidos de acordo com as normas da ABNT;
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 EVOLUÇÃO DO DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Com a expansão do capitalismo e consequente aumento do consumo, o conceito de desenvolvimento era expresso somente pelo avanço econômico. As discussões sobre os impactos ambientais apareceram apenas na segunda metade do século XX e tiveram origem a partir do agravamento da crise ecológica (SOUZA, 2000).
Nesse cenário de discussões, surge o conceito do desenvolvimento sustentável, que é baseado na capacidade de gerenciar o desenvolvimento econômico atual sem que o meio ambiente seja penalizado; preocupando-se com o legado deixado para as próximas gerações e diminuindo os impactos causados anteriormente (ROMEIRO, 2007).
Com este novo conceito foram gerados, nas indústrias, a responsabilidade e interesse em investir nas tecnologias ou formas de operação voltadas para este tipo de avanço.
2.2 POLUIÇÃO INDUSTRIAL
A produção de bens, intrínseca à atividade industrial, é a responsável pelo maior consumo de energia, pelo maior uso dos recursos naturais e introdução de novos produtos.
O potencial de uma ação industrial ou produto é referente principalmente ao processo que é empregado. Os resíduos (sólidos, líquidos e gasosos) são produzidos a partir de diversos processos, variando a quantidade e o grau de toxicidade dos mesmos (SANTOS, 2005).
A preocupação atual é em relação aos resíduos que se estendem ao longo da vida do produto, desde a extração da matéria prima até a entrega final ao consumidor (SANTOS, 2005). Na figura 1 está representado um esquema do ciclo de vida de um produto.
Figura 1 - Geração de Resíduos no ciclo de vida de um produto
Fonte: Santos (2005)
2.3 RESÍDUO SÓLIDOS
Os resíduos, quando coletados e tratados inadequadamente, podem provocar efeitos diretos e indiretos na saúde da população e contribuir para degradação do ambiente. Os resíduos sólidos constituem uma preocupação ambiental mundial, especialmente em centros urbanos. Um dos maiores desafios da sociedade moderna é o equacionamento da geração e do direcionamento final ambientalmente segura dos resíduos sólidos (JACOBI, BENZEN, 2011).
É cada vez mais evidente que a adoção de padrões de produção, consumo sustentáveis e o gerenciamento adequado dos resíduos sólidos podem reduzir significativamente os impactos ao ambiente e à saúde (JACOBI, BENZEN, 2011).
2.3.1 Resíduos Sólidos Industriais (RSI)
A Resolução nº 313, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), de 29 de outubro de 2002, define resíduo sólido industrial:
“É todo o resíduo que resulte de atividades industriais e que se encontre nos estados sólidos, semi-sólidos, gasoso – quando contido, e liquido – cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgoto ou em corpos d’água, ou exijam para isso soluções técnicas ou economicamente inviáveis em face da melhor tecnologia disponível. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água e aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição”. (CONAMA,2002)
Apesar de o setor industrial pertencer ao progresso socioeconômico, a elevação do consumo implicou em um aumento dos impactos ambientais em todas as fases do sistema linear de produção, e tem também como consequências o acréscimo da geração de resíduos industriais. Historicamente os resíduos industriais vêm sendo depositados de maneira inadequada no Brasil, muitas vezes sem segregação (PAIXÃO, ROMA, MOURA, 2007).
A Política Nacional dos Resíduos Sólidos - PNRS Lei nº 12.305/10 institui a responsabilidade compartilhada dos geradores de resíduos: dos fabricantes, importadores, distribuidores, comerciantes, o cidadão e titulares de serviços de manejo dos resíduos sólidos urbanos na Logística Reversa dos resíduos e embalagens pós-consumo, porém em alguns casos não há fiscalização, aumentando assim o despejo incorreto dos resíduos industriais.
Neste contexto juntamentamente com o desenvolvimento sustentável, práticas de redução, reutilização e reciclagem, ganharam força e começaram a ser uma alternativa para o destino dos resíduos industriais. Dentro dos seus processos produtivos as indústrias liberam resíduos que podem ser reaproveitados, reciclados na mesma ou se tornando matéria prima para outras empresas. Essas práticas, além de promover a sustentabilidade diminuem a geração de resíduos e o despejo dos mesmos de maneira inadequada (SANTANA, 2007).
2.3.2 Geração de Resíduos no Estado do Paraná
A industrialização do Paraná ocorreu um pouco tardia, porém com menos agressividade, podendo desenvolver o processo industrial e urbano, resultando hoje em um Estado que dispõe uma posição destacada no cenário nacional (PELISSER; MAYBUK, 2013). O gráfico 1 apresenta o crescimento da produção industrial no período de 2002 a 2013, evidenciando que o estado do Paraná, foi o que mais cresceu nos últimos anos.
Gráfico 1 - Produção Industrial do Brasil
Fonte: IBGE
Com o crescimento industrial surge então a preocupação com a geração e a destinação dos resíduos sólidos por parte do setor industrial.
Segundo a Secretaria do Meio Ambiente e Recurso Hídricos (2015), a Política Nacional de Resíduos Sólidos, visava alcançar em 2014 a eliminação de 100% dos lixões no Estado do Paraná e a redução de 30% dos resíduos gerados, porém essas metas não foram alcançadas, devido a falta de investimentos para a implantação dos aterros.
2.3.3 Resíduo de Bagaço de Malte - Subproduto
O bagaço de malte consiste basicamente da casca do grão de cevada, adquirida após a elaboração do mosto cervejeiro. Devido a isso, seu arranjo químico pode variar de acordo com o tipo de cevada utilizada, seu tempo de colheita, as condições de malteação e mosturação a que esta foi submetida e também com a qualidade e o tipo de adjuntos adicionados no processo cervejeiro (DRAGONE,2007). A figura 2 apresenta o esquema do processo cervejeiro.
Figura 2 - Representação esquemática do processo de obtenção do bagaço de malte a partir da cevada natural
Fonte: Dragone (2007)
Atualmente esse resíduo é destinado para a produção de ração animal e também é utilizado na confecção de produtos alimentícios, como pães e bolos, se tornando um subproduto (DRAGONE, 2007). O bagaço de malte também pode ser usado como material lignocelulósico passível a conversão química e biológica para a produção de materiais de maior valor econômico tais como açucares fermentescíveis para a produção de álcool.
O bagaço de malte, mostrado na figura 3, é o principal subproduto da indústria cervejeira, sendo gerados 14 a 20 kg. a cada 100 litros de cerveja produzida. O resíduo predomina na indústria cervejeira o ano todo, em grande escala e a um baixo custo (MUSSATTO; DRAGONE; SILVA, 2007). A grande produção anual de cerveja no país, em média 13,8 bilhões de litros, dá ideia da enorme quantidade deste subproduto gerado e com isso são desenvolvidas pesquisas na reutilização do mesmo (SOUSA, 2015).
Figura 3 - Bagaço de malte
Fonte: Dragone (2007)
A sua composição é formada por grande parcela de matéria orgânica. A tabela 1 mostra a caracterização da composição em números.
Tabela 1 - Composição do bagaço de malte Parâmetros Valores Obtidos
Umidade (g100-1) 75,45± 0,48 Cinzas (g100-1) 1,29 ± 0,02 Carboidratos (g100-1) 15,46 ± 0,03 Proteínas Totais (g100-1) 5,37 ± 0,03 Gorduras Totais (g100-1) 2,43 ± 0,05 Fibra Bruta (g100-1) 3,98 ± 0,04 Energia (Kcal. g100-1) 105,19 ± 0,03
Fonte: Cordeiro; Aouar; Gusmão, (2012)
O bagaço de malte apresenta aparência pastosa, granulometria grossa, sem toxicidade, possuindo aproximadamente 80% de fase líquida e a parte sólida composta principalmente pela casca do malte, sendo rico em fibras (20% em média), formada por hemicelulose, lignina, celulose, proteínas, além de extrativos e cinzas, em menores proporções (CABRAL-FILHO, BUENO, ABDALLA, 2007).
Além de fibras e proteínas, o bagaço de malte também possui em sua composição lipídeos, minerais, vitaminas e aminoácidos. Estudos mostram que 25% dos minerais presentes no bagaço de malte encontram-se na forma de silicatos (DRAGONE, 2007).
De acordo com Ascheri et. al., (2007), o bagaço de malte caracteriza-se por ter alto teor de umidade, o que limita seu tempo útil até 30 dias para seu consumo in natura. A elevada quantidade de água no resíduo úmido pode resultar em outros fatores limitantes como a dificuldade no transporte a longa distância e dificuldades no armazenamento. Ferreira (2013) cita os fungos e as leveduras como os principais microrganismos responsáveis pela degradação do resíduo em condições de aerobiose. A rápida biodegradação foi observada por Ferreira (2013), que sugerem menores períodos de armazenamento; estudos em condições de aerobiose aconselham períodos de no máximo 10 dias (SILVA, 2007).
Atualmente os países desenvolvidos e subdesenvolvidos estão buscando gerar valor agregado nos subprodutos, reaproveitando, reciclando-os e reduzindo o volume produzido (DRAGONE; MUSSATO, SILVA, 2007). Com todas essas características, buscam medidas para reaproveitar o resíduo cervejeiro, tornando-o um subproduto.
2.3.4 Resíduo Cinza de Caldeira
A cinza de caldeira é material resultante da queima de biomassa. De acordo com Vaske (2012), a lenha ainda é um dos combustíveis mais utilizados em alguns setores econômicos do país, originando um montante alto de cinzas que é descartado sem controle específico, comprometendo os lençóis freáticos, contaminando o solo e o ar.
A cinza contém compostos orgânicos e inorgânicos, com altas quantidades de CaO e SiO2 e ainda com certa quantidade de K2O e MgO. A alta quantidade de CaO
têm relação com os carbonatos e hidróxidos de cálcio, já o SiO2 associa-se com a
fase cristalina quartzo (BORLINI et al. 2005).
Em geral, as cinzas das caldeiras de biomassa consistem em uma mistura de elementos minerais oxidados, areia e carbono orgânico não totalmente queimado.
No trabalho de Lima e Iwakiri (2011) com cinzas provenientes também de matéria orgânica observou-se que há quantidade interessante de sílica neste material, não sendo sílica ativa, porém pode ser incorporada ao cimento garantindo a ele maior resistência mecânica.
A composição de cinzas é muito variada, pois depende desde a qualidade da madeira até as condições operacionais da caldeira, mas é possível verificar
características pozolânicas (as mesmas propriedades encontradas em rochas vulcânicas que conferem características parecidas com as do cimento), as mesmas representam substâncias de composição silicosa, resultando em propriedades cimentantes, o que explica a utilização de resíduos sólidos minerais na construção civil (FOELKEL, 2011).
Vasconcellos et al. (2004) diz que a indústria da construção civil tem potencial para reaproveitar rejeitos não só dela, mas de outras indústrias. Isso não é novidade, os subprodutos da indústria de carvão como cinzas volantes são empregadas no concreto pelo menos há 60 anos, por isso é propício agregação de cinzas de caldeira como as da figura 4 nesse segmento.
Figura 4 - Cinzas de caldeira de indústria madeireira na região dos Campos Gerais
Fonte: Própria (2015)
A cinza cedida para o projeto resulta do processo da empresa madeireira de médio porte de Ponta Grossa - PR.
Na figura 5, tem-se um fluxograma do processo que ocorre na empresa madeireira de Ponta Grossa.
Figura 5 - Fluxograma do Processo da Indústria Madeireira
Fonte: Gerente de produção da empresa madeireira (2016)
O ponto ao qual quer se chegar é quanto de cinza poderá ser incorporada nos tijolos desse projeto respeitando as normas da ABNT.
2.4 TIJOLO ECOLÓGICO
As primeiras pesquisas registradas sobre a utilização do tijolo solo cimento foram datadas no ano de 1935, porém os tijolos de solo-cimento pertencem a tempos antigos, surgiu de um processo evolutivo ao longo dos milhares de anos. Relatos apontam uma construção há cerca de 2.600 anos a.C, sendo a pirâmide Queops, no Egito (BIOBLOC, 2015).
A primeira aplicação conhecida do solo cimento para edificação residencial é datada de aproximadamente 10.000 anos, na construção da Cidade de Jericó, que foi totalmente construída com sol, utilizando dejetos vegetais e urina de animais. Conforme o tempo, as aplicações e técnicas foram evoluindo, alcançando um tijolo com qualidade e ecologicamente correto (MONTOVANI, 2012).
O setor da construção civil por ser um dos maiores poluidores e geradores de resíduos, vem buscando alternativas a fim de minimizar o impacto ambiental produzido. Surge neste contexto, sugestões sustentáveis a partir do uso de materiais alternativos com baixo impacto ambiental, como é o caso do tijolo solo-cimento ou tijolo ecológico, que aos poucos ganha espaço e cada vez mais é empregado na construção civil (MORAIS; CHAVES; JONES; 2014).
O tijolo solo-cimento, também conhecido como tijolo ecológico é um bloco de solo comprimido, obtido pela mistura, em proporção adequada, de solo (terra e areia), cimento e água (GRANDE, 2003).
Segundo Sala (2006) os tijolos ecológicos são assim conhecidos porque não utilizam o processo de queima para adquirir resistência física, através dessas características, refletem em menores emissões de CO2 e menor contribuição ao
aquecimento global. Representa, ainda, uma sintonia com as diretrizes do desenvolvimento sustentável, pois além de dispensarem o processo de queima, reduzem a necessidade de transporte, uma vez que os tijolos podem ser produzidos com o solo do próprio local da obra (GRANDE, 2003).
São encontrados diversos tamanhos e modelos de tijolos ecológicos eles
podem se configurar em maciços ou furados, e ainda, com ou sem canaleta. Durante o processo de produção do tijolo ecológico busca-se a qualidade na resistência e um menor impacto ambiental (SALA, 2006).
2.4.1 Composição e Processo de Produção do Tijolo Ecológico
2.4.1.1 O Solo
Conceitua-se solo, como uma estrutura porosa, formado por partículas livres que se deslocam e essa movimentação de partículas muda o comportamento dos solos, visto que altera as porcentagens, em volume, de suas fases constituintes (sólidos, ar e água). A fase sólida do solo é constituída por minerais e materiais orgânicos e esses minerais são subdivididos em dois grupos: os inertes ou fração grossa e os argilominerais, que são ativos quimicamente conferindo plasticidade e coesão ao solo (MIELI, 2009).
As propriedades dos solos mudam de acordo com a região e clima, em algumas regiões há a presença de solos mais argilosos e em outras, mais arenosos. Os solos adequados para a produção de tijolos ecológicos são os conhecidos por solos arenosos, ou seja, aqueles que oferecem uma quantidade de areia na faixa de 60% a 80% da massa total da amostra considerada. São aqueles em que a areia predomina. Este compõe-se de grãos grossos, médios e finos, mas todos visíveis a olho nú. Como característica principal a areia não tem coesão, ou seja, os seus grãos são facilmente separáveis uns dos outros (MIELI, 2009).
Para regiões que não tem solo arenoso, pode-se preparar o solo com terra e areia, visando atingir a qualidade do solo arenoso nas proporções adequadas. Na figura 6 apresenta o exemplo mais comum das quantidades ideais para a composição do solo.
Figura 6 - Exemplo das quantidades ideais das composições do solo
Fonte: Sahara (2007)
2.4.1.2 Compactação do solo
A compactação do solo ocorre pelo agrupamento das partículas de uma forma estreita, através da redução dos vazios no ar, incidindo normalmente por meios mecânicos (MIELI,2009).
Baseado nos princípios da mecânica dos solos é possível afirmar que a densidade de um solo compactado é função do teor de umidade no momento da compactação. Ao se adicionar água ao solo, sua densidade aparente aumentará até um certo ponto, conhecido como umidade ótima. Entende-se por umidade ótima, como o teor de umidade correspondente à massa especifica seca máxima (BOUTH, 2005).
Entende-se que solos com maiores quantidades de finos, quando compactados, demandam maiores teores de água para atingirem a umidade ótima, devido à maior área superficial do solo.
Depois da compactação, o solo apresenta uma nova configuração e, afetando significativamente as características mecânicas, porosidade e permeabilidade do material. Além dessa questão, outras propriedades físico-mecânicas como a resistência à compressão, durabilidade e absorção de água são impactadas e estão intimamente ligadas com as condições de cura (umidade e temperatura). Teores de
umidade acima do ótimo, provocam uma redução na densidade, pois o excesso de água absorve parte da energia de compactação e redistribuiu essa energia ao sistema, afastando assim as partículas sólidas, ou seja, deve-se alcançar a umidade em torno do teor ótimo pois, quanto mais denso o sistema, maior sua resistência (MIELI, 2009).
2.4.1.3 Cimento
O cimento Portland é um pó fino com propriedade aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, um material pulverulento, constituídos de silicatos e aluminatos complexos, que endurece sob ação da água, depois de endurecido, mesmo voltando a ter contato com água esse material não se decompõe mais, resultando no amadurecimento da massa, que pode então oferecer elevada resistência mecânica (ABCP, 2002).
Segundo Gluitz e Marafão (2013) o cimento pode ser considerado todo material com propriedades adesivas e coesivas capaz de unir fragmentos de minerais entre si de modo a formar um todo compacto.
O conhecimento sobre os produtos formados a partir da hidratação do cimento, assim como os diversos fatores influenciadores (calor liberado e velocidade) que constituem essa reação, é de grande importância para o uso do cimento. Por se tratar de um componente do solo-cimento, é necessário conhecer algumas características (MIELI, 2009). A tabela 2 apresenta os principais componentes de uma amostra hidratada de cimento.
Tabela 2 - Principais componentes de uma amostra de cimento
Componente Fórmula Química Fórmula Usual Proporção
Silicato tricálcico (CaO)3SiO2 C3S 45% – 75%
Silicato dicálcico (CaO)2SiO2 C2S 7 % – 35%
Aluminato tricálcico (CaO)3Al2O3 C3A 0% – 13%
Ferroaluminato tetracálcico (CaO)4Al2O3Fe2O3 C4AF 0% – 18%
Fonte: Mieli (2009)
Segundo Mieli (2009) as propriedades do cimento em hidratação são as seguintes:
C3A - Reage nos primeiros minutos e ocasiona elevado calor de hidratação,
propicia pouco desenvolvimento de resistência e forte retração;
C3S – Responsável pelo desenvolvimento da resistência nas idades iniciais (3
a 28 dias) e propicia alto desprendimento de calor, libera cerca de 40% em massa de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2);
C2S – Proporciona o desenvolvimento da resistência em idades mais
avançadas (mais de 28 dias) com baixa liberação de calor, produz cerca de 18% em massa de Ca(OH)2;
C4AF – Desenvolvimento lento e pequeno de resistência mecânica e boa
resistência ao ataque por sulfatos.
Ainda no cimento há compostos secundários, como MgO, TiO2, MnO2, K2O e
Na2O, porém em pequenas porcentagens. O óxido de potássio e óxido de sódio,
respectivamente, são conhecidos como os álcalis, estes “reagem com alguns agregados, de modo que os produtos dessa reação provocam desintegração do concreto e influenciam a velocidade de aumento de resistência do cimento (GLUITZ; MARAFÃO, 2013).
As reações que fazem com que o cimento se torne um agente ligante ocorre na pasta de água e cimento. O cimento Portland anidro não aglomera areia e agregado graúdo, ele só adquire a propriedade adesiva quando misturado em água. Entrando em contato com a água, os aluminatos e silicatos formam produtos com características de pega e endurecimento, já que o cimento em si não é um material cimentante (GLUITZ; MARAFÃO, 2013).
O processo de hidratação consiste na ocorrência de reações dos compostos anidros com água. Cada composto do cimento reage com água formando um cristal, as equações 1,2, 3 e 4 exemplificam essa reação.
Equação 1: 2(3𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2) + 6𝐻2𝑂 3 𝐶𝑎𝑂. 2 𝑆𝑖𝑂2. 3 𝐻2𝑂 + 3 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 𝐸𝑞. (1) Equação 2: 2(2 𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2) + 4 𝐻2𝑂 3 𝐶𝑎𝑂. 2 𝑆𝑖𝑂2. 3 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 𝐸𝑞 . (2) Equação 3: 3 𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3+ 6 𝐻2𝑂 3 𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3. 6 𝐻2𝑂 𝐸𝑞 . (3)
Equação 4:
4 𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3. 𝐹𝑒2𝑂3 + 19 𝐻2𝑂 4 𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3. 𝐹𝑒2𝑂3. 19 𝐻2𝑂 𝐸𝑞. (4) Contudo os compostos não se hidratam na mesma velocidade. De acordo com Gluitz e Marafão (2013) os aluminatos se hidratam muito mais rapidamente que os silicatos. Os silicatos compõem grande parte do cimento Portland comum e têm um importante papel na determinação das características de endurecimento.
Os benefícios do uso do cimento na estabilização do solo para o tijolo, são a redução da troca volumétrica, por absorção ou perda de umidade, inalterabilidade a submersão em água e resistência à compressão similar ou até superior a do tijolo comum.
2.4.1.4 Solo - Cimento
O solo-cimento é um produto resultante da mistura íntima de solo, cimento Portland e água que compactadas em umidade ótima, em proporções previamente estabelecidas, adquire resistência e durabilidade através das reações de hidratação do cimento (ABCP, 2002).
Ocorre por um processo físico-químico, dependente da estruturação das partículas sólidas do solo e das substâncias cimentantes no contato intergranulares. Incorporando o cimento ao solo, suas partículas envolvem fisicamente os grânulos do solo formando agregados que aumentam de tamanho à medida que se processam a hidratação e cristalização do cimento (GRANDE, 2003).
Na figura 7 estão as matérias primas necessárias para preparar a mistura e produzir o tijolo ecológico.
Figura 7 - Matéria prima do tijolo solo-cimento
A mistura solo e cimento permite obter um material com as seguintes vantagens:
• A absorção e a perda de umidade do material não ocasionam variações volumétricas consideráveis;
• Há aumento da resistência à compressão;
• Apresenta maior durabilidade pois possuir um menor nível de permeabilidade.
Porém, apesar das vantagens o teor cimento, qualidade do solo, método de mistura e compactação podem comprometer algumas característica do material, entre esses fatores o solo é o maior influenciador. O teor de cada componente granulométrico do solo é importante para a escolha do mais adequado. Para tijolos é conveniente que este apresente plasticidade e que seu limite de liquidez não seja excessivo, de preferência menor que 40-45% (SOUZA, 2006).
O aumento no teor de cimento influência no aumento da resistência à compressão e, consequentemente, na durabilidade. Entretanto, se o teor de cimento for muito elevado e as condições de curas não forem adequadas, pode ocorrer fissuras no material, causadas pela retração por secagem (SOUZA, 2006).
Outro fator essencial é a compactação adequada, pois esta, ocorrendo de maneira correta, é garantido que o material atinja um determinado peso específico, ou densidade aparente, que lhe confira resistência mecânica apropriada (MIELI, 2009).
Em resumo, a possibilidade de utilização de solo do próprio local constitui-se em uma das grandes vantagens do solo cimento, sendo que, na mistura, o solo é o elemento que entra em maior proporção, devendo ser tal que permita o uso da menor quantidade possível de cimento, que proporciona economia e torna seu uso mais viável em áreas de pouco disponibilidade de recursos.
2.4.1.5 Moldagem e Presagem
Segundo Presa (2011), o solo quando misturado com o cimento, deve possuir uma umidade ideal para que se obtenha a maior densificação possível no momento da compactação, já que a capacidade de prensagem está diretamente relacionada com a umidade da massa que será compactada. Existe um nível ótimo para a mistura solo cimento, que se obtém o maior nível de prensagem/moldagem. Dependendo da
quantidade de água adicionada na mistura para alcançar a umidade ótima, a eficiência da compactação pode ser prejudicada, visto que as próprias moléculas de água recebem a carga de pressão e impedem o maior nível de resistência dos blocos.
A proporção de água no preparo da mistura da composição do tijolo solo cimento influencia na trabalhabilidade, homogeneidade, coesão, absorção de água, porosidade, durabilidade e principalmente, no desempenho físico mecânico final do produto (BUSON 2009). O teor de umidade é tão significativo quanto a porcentagem de cimento, pois exerce forte influência nas características de resistência e absorção de água.
O tipo de prensa é importante, pois quanto maior a compactação imposta ao solo, melhor será o desempenho final do tijolo. No mercado, encontram-se diversos tipos de prensas, manuais e hidráulicas.
2.4.1.6 Cura
Ao contrário dos tijolos comuns que utilizam a queima para adquirir resistência, os tijolos solo cimento, utilizam-se da chamada cura, que incide na adição de água nos tijolos. Aproximadamente 6 horas após a prensagem, os mesmos devem ser molhados periodicamente para que ocorra a reatividade das partículas. A necessidade de umidade ocorre durante um período de sete dias afim de que se obtenha máxima resistência do conjunto. Existem diferentes tempos de curas que são testados a fim de encontrar o período ideal para o material produzido, há período de sete, vinte oito e até quarenta e cinco dias de cura (MOTTA, 2014).
Segundo Presa (2011), estudos comprovaram haver uma redução de resistência na ordem de 40% quando não se usa algum método para evitar secagem rápida, a mesma ocasiona formação de trincas e, no caso da não ocorrência de um processo sistemático de molhagem, pode ocorrer um esfarelamento superficial, tornando a peça de solo cimento, vulnerável a qualquer ação mais rigorosa de chuvas e ventos, sendo assim para garantir o processo de cura, é necessário se atentar para evaporação da água adicionada, é indicado cobrir os tijolos com uma lona plástica para evitar a evaporação e garantir a umidade ideal.
Existem vários tipos de cura, por aspersão manual, mecanizada, automatizada e por imersão. Mas é importante destacar, que em qualquer uma das alternativas citadas, deve-se manter as peças na cura umedecida no mínimo 7 dias.
Na figura 8 ilustra-se o sistema de cura manual.
Figura 8 - Processo de cura manual
Fonte: Própria (2016)
A cura por meio de aspersão manual deve ocorrer em local de preferência coberto com proteção da chuva, sol e do vento excessivo para que a umidade não evapore prematuramente. Esse método pode ser feito através de mangueira, regador e outros objetos similares, ocorrendo no mínimo três vezes ao dia. Ao iniciar esse processo de molhar deve ser do tipo chuvisco fino e leve, tomando os cuidados necessários para que, nas primeiras horas a água adicionada sobre o produto não seja violenta, afetando a qualidade do mesmo. Caso isso ocorra, a tendência é ocasionar pequenos defeitos e abrasões, suas faces podem ficar mais ásperas, como também afetar de alguma forma sua resistência, eliminando um pouco da compressão exercida sobre o produto (BMB, 2017).
A cura por meio de aspersão mecanizada pode ser feita através de bico aspersores (utilizados para passar veneno ou para molhas em galinheiros), uma espécie de sistema de nevoa de água. O processo ocorre através de mangueiras ou canos elevados e distribuídos com vários bicos aspersores fixados e ajustados para que fique em cima do produto a ser umedecido, quando aberto o registro da rede de água vaporizam penetrando levemente nos tijolos ecológicos (BMB, 2017). .
A cura por meio de imersão os tijolos ecológicos serão emersos (mergulhados) dentro de um tanque por no mínimo 2 minutos e no máximo 30 minutos,
o tempo de imersão depende do tipo de solo utilizado. Trata-se de um sistema com o custo um pouco mais elevado, por demandar mais equipamentos para seu transporte e processo, mas é considerado mais eficiente em relação a redução do tempo e qualidade do produto final, por deixar a umidade sempre uniforme. Mesmo sendo um processo avaliado de forma positiva, é menos utilizado por exigir maior aporte financeiro (BMB, 2017).
.
2.4.2 Características do Tijolo Ecológico
Os tijolos ecológicos são mais leves que os comuns e possuem resistência superior. Para uma construção convencional, requer mais ferragens e principalmente menos argamassa.
Para os tijolos maciços com furos, os furos servem para reduzir o peso da obra e também para formar câmaras termo acústicas, controlando a temperatura interior da construção, nos dias quentes, a temperatura interna é fresca e à noite fica aquecida, além de reduzir poluição sonora. Os tijolos ecológicos também permitem embutir a rede hidráulica e elétrica, dispensando o recorte das paredes. O sistema é modular e produz uma alvenaria uniforme, o que diminui as perdas no reboco (SALA, 2006).
O tijolo ecológico oferece algumas vantagens como:
• O custo final da obra pode ser reduzindo em cerca de 31%; • Economia de até 50% no custo final da parede;
• Redução de cerca de 50% no tempo da construção;
• Redução substancial no desperdício de material, especialmente concreto e massa de assentamento;
• Durabilidade maior que qualquer outro tipo de alvenaria; • Não requer argamassa no assentamento dos tijolos; • Menor peso: economia na fundação;
• Usa apenas impermeabilizante no acabamento;
• Assentamento de azulejos diretamente sobre os tijolos;
• Aceita aplicação de reboco, pintura, gesso, grafiato, diretamente sobre o tijolo;
• Estrutura os encaixes e colunas embutidas nos furos distribuindo melhor a carga de peso sobre as paredes;
• Redução do uso de madeira para forma de vigas e pilares quase a zero; • Economia de 50% de ferro.
Na figura 9 exibe-se uma entre as diferenças entre os sistemas construtivos, mostrando que o sistema construído com o tijolo ecológico, possui vários pontos de sustentação na construção.
Figura 9 - Diferenças entre os sistemas construtivos
Fonte: Sahara (2007)
Figura 10 - Tijolo Ecológico com furos
Fonte: Cia do Bem (2011)
Como qualquer tipo de tijolo, o ecológico deve proporcionar segurança e praticidade para obra, por isso devem-se atender os requisitos das normas da ABNT para tijolo ecológico. São utilizadas várias normas, como ABNT NBR-8492:2012 denominada Tijolo de solo-cimento: Análise dimensional, determinação da resistência à compressão e da absorção de água: Método de ensaio, da norma ABNT NBR-8491: 2012 denominada Tijolo de solo-cimento: Requisitos, norma ABNT NBR-12023: 2012 denominada Solo-cimento - Ensaio de compactação.
São realizados ensaios físicos mecânicos visando verificar a resistência e absorção dos tijolos, podendo assim inferir que o tijolo ecológico é mais resistente que o de alvenaria convencional (MORAIS; CHAVES; JONES; 2014).
A implementação do tijolo ecológico em construções já ocorreu e a durabilidade e resistência foram comprovadas (MORAIS; CHAVES; JONES; 2014). A adesão do produto ainda está em andamento, porém entende-se que para o futuro seja o caminho mais viável para as construções civis.
A figura 11 mostra uma casa que utilizou tijolo ecológico na sua construção, confirmando a aplicabilidade e o design do tijolo.
Figura 11 - Casa construída com tijolo ecológico
Fonte: Cia do bem (2011).
Além de todas as vantagens da utilização do tijolo ecológico, esse ramo na indústria civil cresceu com estudos da possibilidade de reutilizar recursos já considerados entulhos e resíduos sólidos na composição base do tijolo.
O estudo apresentará a viabilidade de incorporação de resíduos sólidos industriais na composição do tijolo. Com viabilidade satisfeita, surge um novo tipo de tijolo ecológico, contribuindo para redução do resíduo sólido industrial e configurando-se uma prática ecologicamente correta, já que reduz o impacto ambiental desconfigurando-ses resíduos e investe em um material ecológico.
2.5 IMPLEMENTAÇÃO DO TIJOLO ECOLÓGICO
O tijolo ecológico apresenta características que facilitam a realização da produção em diversas regiões, como, a utilização do solo local, baixo custo de matéria prima e a fabricação do mesmo ser simples (MIELE, 2009). Por ser de fácil operação, surge a possiblidade de desenvolver comunidades carentes, capacitando e mobilizando a população a construir sua própria casa com tijolos ecológicos.
É este o perfil de programa que foi desenvolvido na cidade deTibagi, localizado no Paraná, com o intuito de solucionar um dos problemas presentes em
praticamente todas as cidades brasileiras: o da habitação. Utilizando-se mão de obra da população associada, as casas foram construídas em regime de autoconstrução gerenciada, a produção de tijolo, em 2011 chegava a 45 mil peças por mês.
A associação chamada de Habita Tibagi já construiu mais de 100 casas para famílias carentes (DIÁRIO DOS CAMPOS, 2011). A Figura 12 exibe parte da associação Habita Tibagi.
Figura 12 - Associação Habita Tibagi
Fonte: Prefeitura municipal de Tibagi (2010)
As unidades produzidas com os tijolos têm 36m2 e o custo com móveis é de
aproximadamente R$ 150 o metro quadrado. As casas são construídas em terreno próprio do beneficiário ou em áreas que a Prefeitura disponibiliza. O custo final do projeto permanece em média R$ 5400,00, um preço acessível para a população de baixa renda obter sua casa própria.
Visando a implementação do tijolo ecológico com a substituição de resíduos industriais, a Universidade Tecnológica Federal do Paraná em parceria com a prefeitura da cidade de Tibagi e a associação produtora buscam resultados satisfatórios para a possível implementação dos novos tijolos ecológicos.
3 MATERIAL E MÉTODOS
Neste item serão apresentados os métodos para a realização desta pesquisa. Os laboratórios utilizados foram o de Métodos Instrumentais (C-005), o de Química Analítica (C-003) e de Ensaios Mecânicos Destrutivos e Não-destrutivos localizados na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) Campus Ponta Grossa. Também foi cedido um espaço coberto no bloco I para acomodar os tijolos e os materiais para fabricá-los.
3.1 DETERMINAÇÃO DOS TEORES DE UMIDADE E CINZA E PERCENTUAL DE MATÉRIA ORGÂNICA
Para determinação de umidade, teor de cinzas e percentual de matéria orgânica segundo Araújo et al. (2006) e a Sociedade Brasileira de Farmacognosia (2009), inicialmente foram calcinadas as cápsulas de porcelana a 450°C por trinta minutos na mufla e depois resfriadas no dessecador até a temperatura ambiente. Então, se pesou a cápsula de porcelana vazia e anotou-se a massa nomeando Pc.
Em seguida a massa de amostra (cinza de caldeira ou bagaço de malte), até 11 gramas (Pa) foi espalhada no recipiente de maneira uniforme. Acomodou-se o recipiente na estufa com circulação e renovação de ar a 105°C durante 5 horas. Passado o tempo arrefeceu-se a amostra em dessecador até a temperatura ambiente ser atingida.
Houve nova pesagem, a massa foi anotada e denominada P0. A amostra foi seca novamente em estufa, por um período de trinta minutos. Repetiu-se o procedimento até que a massa aferida permanecesse constante. Este processo foi realizado minimamente em triplicata para cada amostra.
O cálculo para o teor de umidade foi obtido através da equação 5: 𝑈(%) = 𝑃𝑐 − 𝑃0
𝑃𝑎 . 100 𝐸𝑞. (5) Pc é a massa da cápsula de porcelana, P0 é a massa da cápsula mais a amostra após a estufa e Pa é a massa da amostra.
Para a determinação de cinzas posicionou-se na chapa aquecedora o recipiente de porcelana e aumentou-se a temperatura gradativamente, de início pode ser vista certa quantidade de fumaça, assim que esta não fosse mais vista transferiu-se o recipiente para a mufla a 450°C por duas horas.
Decorrido o tempo, a cápsula foi deixada para arrefecer no dessecador até chegar à temperatura ambiente. Pesou-se a cápsula e anotou-se como P3. Porém, ela voltou à mufla por mais 30 minutos repetindo-se o procedimento para resfriamento e pesagem. Caso existisse variação na massa (P3) repetiu-se o procedimento até que ocorresse estabilidade desta.
Para o cálculo do percentual de matéria orgânica e teor de cinzas foram utilizadas as relações:
(P0 - Pc) = (massa da amostra seca);
(P3 - Pc) = (total de cinzas do experimento);
Massa da amostra seca (g) ---100% Total de cinzas do experimento (g) --- xx
Onde, P3 é a massa da cápsula de porcelana com as cinzas e xx equivale ao percentual de cinzas na amostra.
A quantidade de matéria orgânica, em porcentagem, é o resultado da diferença entre o percentual total (100%) e o percentual determinado de cinzas.
3.2 PREPARAÇÃO DO RESÍDUO BAGAÇO DE MALTE
A biomassa utilizada neste trabalho é o bagaço de malte, cedido por uma microcervejaria, localizada na cidade de Ponta Grossa.
3.2.1 Secagem Do Bagaço De Malte
Foi observado que o bagaço de malte úmido, por ser um material perecível, é tomado rapidamente por fungos que encontram nele condições ótimas para
reproduzir-se. É de extrema importância realizar a secagem da biomassa no mesmo dia em que esta for coletada.
O processo de secagem consistiu simplesmente em espalhar a amostra de bagaço de malte em recipientes plásticos e deixá-los em estufa com circulação e renovação de ar, a 60°C até que não apresentasse sinais de umidade. Depois disso, o mesmo foi armazenado para posterior utilização.
3.2.2 Moagem do Bagaço de Malte
O bagaço de malte poderia apresentar um formato inadequado para incorporação nos tijolos ecológicos, por isso foram feitos testes com ele apenas seco em seu formato original, mas também moído.
Boa quantidade de amostra foi inserida em macro moinho de facas, obtendo-se partículas com tamanho entre 0,912 a 0,0225 milímetros. O bagaço de malte moído foi recolhido e armazenado, evitando-se a umidade.
3.3 TESTE DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DA TERRA
Para identificar se a terra é argilosa, de acordo com Luchese et. al (2001), preparou-se uma amostra de 100 gramas de terra seca ao ar (TSA) que se queria analisar e foi armazenada em saco plástico.
Foi transferida, com uma proveta, 10 mL de TSA para um vidro de relógio, formando um pequeno amontoado. Depois, com o dedo indicador, o amontoado foi pressionado na parte superior, formando uma depressão pequena.
Como auxílio de um conta gotas, colocou-se de 20 a 30 gotas de água na depressão, como na figura 13.
Figura 13 - Preparo da TSA para determinar característica argilosa ou arenosa
Fonte: Luchese et. al (2001)
Assim juntou-se a TSA e a água com o dedo indicador, segurando uma quantidade da pasta formada entre o polegar e indicador, verificando como se comportava.
Se a pasta se apresentasse como pegajosa, podendo até ser moldada, comprovava-se que a terra possui características argilosas. Se ocorresse o contrário, a terra seria caracterizada arenosa.
3.4 OUTROS REQUISITOS DA TERRA
Segundo a ABNT (NBR 11798: 2012) o solo pode vir de jazidas ou do próprio local, deve ser homogêneo e identificado, “não contendo matéria orgânica em quantidade que prejudique a hidratação do cimento” (NBR 10833:2012).
Ainda segundo a norma, 100% do material devem passar na peneira com malha de 75 mm de abertura, no máximo 30% do material pode ficar retido na peneira com malha de 19 mm de abertura e no máximo 40% do material pode ficar retido na peneira com abertura de malha de 4,75 mm. Desta forma ao passar pela peneira de malha 4,75mm de abertura, o material irá possuir uma granulometria apropriada.
3.5 ESCOLHA DO CIMENTO
O cimento utilizado atendeu às especificações da NBR 5732 – Cimento Portland comum, ou NBR 5733 – Cimento Portland de alta resistência inicial, ou NBR 5735 - Cimento Portland de alto forno, ou NBR 5736 - Cimento Portland pozolânico.
Essa informação consta impressa no saco de cimento, conforme especificação do fabricante.
3.6 REQUISITOS DA ÁGUA
A água empregada tanto para umedecer a mistura como para cura dos tijolos era livre impurezas, ou seja, potável.
3.7 FABRICAÇÃO DO TIJOLO ECOLÓGICO
Como referência para metodologia da produção de tijolos ecológicos teve-se a “Cartilha Para Produção de Tijolo Solo-Cimento” disponibilizada pela FUNTAC (Fundação de Tecnologia do Estado do Acre) (1999) e a Associação Habita Tibagi, com informações dos tijolos já produzidos por eles em seu espaço físico, levando em consideração também a intenção de incorporação de resíduos sólidos.
Primeiramente dispunha-se de terra seca, livre de matéria orgânica e peneirada em malha de 4,8mm, empregando-se a peneira utilizada na construção civil (de malha aproximada).
Caso as partículas da terra fossem muito grandes, mais de 50% das partículas ficam retidas na peneira ABNT de 4,8 mm, o recomendado seria empregar um destorroador e depois peneirar, o que não foi necessário nete caso.
Para fabricação do tijolo ecológico, corpos de prova, a proporção da mistura foi de 1:10, que significa que para cada 10 medidas de solo (7 de terra + 3 de areia ou 6 de terra + 4 de areia) foi utilizada 1 medida de cimento, e de 6:1, 6 medidas de solo (4 de solo + 2 de areia) para 1 de cimento. A quantidade de material foi padronizada com um pote com capacidade para dois litros, tendo-se em média 11 corpos de prova.
Despejou-se, em lona ou calçamento devidamente livre de sujeiras, primeiramente a terra, depois a areia (que também é peneirada para retirada de impurezas) e por último o cimento.
Misturou-se os materiais de forma a ficar o mais homogêneo possível, indicado por coloração uniforme, com o auxílio de pás e enxadas. A água foi adicionada aos poucos com o auxílio de um regador provido de furos na ponta formando um “chuveiro” garantindo uma melhor distribuição. A massa formada continuava sendo misturada até atingir a umidade ideal.
A umidade ideal foi conferida pegando um punhado da massa, colocando-a na palma da mão, apertando-a com força esperando que ao abrir formasse um bolo com a marca dos dedos. Se não houver formação de um bolo firme, isso significava que a mistura ainda não estava na umidade adequada.
Na figura 14 observa-se o comportamento esperado para a mistura, descrito anteriormente.
Figura 14 - Verificação da umidade ideal da mistura
Fonte: Cartilha Para Produção de Tijolo Solo-Cimento (1999)
Ao atingir a umidade ideal, o bolo formado pela força exercida pela mão do operador era deixado cair de uma altura de 1 metro sobre uma superfície lisa e rígida. Ao cair, este esfarelava, caso contrário, a mistura estaria muito úmida, sendo descartada.
Em seguida, a mistura seguia para a prensa, pois é o molde da prensa que proporciona ao tijolo seu formato final. A mistura era inserida como indicado na figura 15, logo após a alavanca era puxada abrindo o compartimento vazio para onde puxava-se a caixa de retenção da mistura, deixando-a cair, enchendo o vazio, onde se encontra o molde, até o topo. Assim, o peso da prensa caía ao voltar a alavanca para o estado inicial e ao ser puxada novamente prensava-se a mistura. Ao voltar e
puxar novamente a alavanca, o tijolo (em seu formato específico) sobe e finalmente pode ser retirado com facilidade da prensa.
Figura 15 - Prensa manual para produção de tijolos ecológicos
Fonte: Blog do Tijolo Ecológico (2013) adaptada
O tijolo, ao ser retirado da prensa por um operador, era manuseado cuidadosamente e colocado numa superfície lisa e plana (estante) para posteriormente passar pelo processo de cura que durou entre 14 e 28 dias.
Os tijolos permaneceram ao abrigo do sol e chuva, em local coberto, sendo regados todos os dias.
3.8 TESTES FISICO-MECÂNICOS
Os testes foram baseados na NBR 8492 de 2012, que estabelece os métodos para ensaio à compressão simples e absorção de água. A análise dos resultados, indicando resultados positivos ou negativos, é regida pela NBR 8491 de 2012.
3.8.1 Ensaio à Compressão Simples
De acordo com a ABNT (NBR 8492:2012):
“a máquina de ensaio à compressão deve: ser equipada com dois pratos de apoio, de aço, sendo um deles articulado, que atuem na face superior do corpo de prova (…), possuir instrumentos que permitam a medida e a leitura de carga máxima com aproximação de ± 2%, ser provida de dispositivo que assegura distribuição uniforme dos esforços ao corpo de prova e ser capaz de transmitir a carga de modo progressivo e sem choques”.
Foi utilizada a máquina de ensaio de tração da marca EMIC, modelo DL 10000 BF. De uma amostra de 10 tijolos fabricados, sete foram separados para o ensaio. Fez-se necessário o corte dos corpos de prova na metade, perpendicularmente à maior medida, foram coladas as faces, superpondo-as, com uma pasta de cimento Portland (que repousou por 30 minutos antes de ser aplicada) com espessura entre 2 mm a 3 mm, não devendo haver fissuras ou rebarbas nos corpos. Aguardava-se até que a pasta endurecesse. Os tijolos devem ser apresentados como os da figura 16.
Figura 16 - Ilustração representando a preparação do corpo de prova
Fonte: ABNT NBR 8492 (2012)
Após adquirirem consistência, eram identificados os corpos de prova e imersos em água por no mínimo 6 horas. Permanecendo assim, sendo retirados
somente pouco antes do ensaio, enxugados superficialmente, com pano umedecido, sendo que a operação não poderia ultrapassar o tempo de 3 minutos.
As faces eram medidas com paquímetro, com exatidão de 0,5mm e não eram descontados os furos.
Então o corpo era acomodado, centralizando-o no prato inferior da máquina de ensaio. Aplicou-se carga uniforme à 500N/s (50kgf/s) gradativamente até a ocorrência da ruptura do corpo de prova.
Para os cálculos utilizou-se a equação 6:
𝑓𝑡 =𝐹
𝑆 𝐸𝑞. (6) Onde:
𝑓𝑡 é a resistência à compressão simples (MPa); F é a carga de ruptura do corpo de prova (N); S é a área de aplicação da carga (mm²).
O resultado que se esperava é determinado pela ABNT (NBR 8491:2012) onde a média dos valores de resistência à compressão dos corpos de prova (com no mínimo sete dias de idade) não podem ser inferiores a 2,0 MPa (20 kgf/cm²) e o valor individual de cada corpo de prova não deve ser inferior a 1,7 MPa (17 kgf/cm²).
Quando o resultado não sai como esperado, o lote de tijolos deve ser rejeitado.
3.8.2 Ensaio de Absorção de Água
Do lote de 10 tijolos fabricados, três foram utilizados para o ensaio de absorção de água.
Os corpos de prova foram secos em estufa entre 105°C a 110°C, até que ao pesar, a massa deles permaneça constante (foram deixados aproximadamente 24 horas). Obtendo m1 (massa do corpo de prova seco) em gramas (g).
Depois os corpos de prova resfriavam até a temperatura ambiente e ficavam totalmente imersos em água potável por 24 horas.
Passado este tempo, os corpos eram enxutos superficialmente com pano umedecido e pesados em até três minutos, obtendo-se a massa do corpo de prova saturado, m2, em gramas (g).
O resultado deste ensaio é representado pela equação 7:
𝐴 =𝑚2− 𝑚1
𝑚1 ×100 𝐸𝑞. (7) Onde:
A é a absorção de água em porcentagem (%); m1 é amassa do corpo de prova seco (g);
m2 é a massa do corpo de prova saturado (g).
A absorção de água não pode ultrapassar o valor individual de 22%, nem média dos valores acima de 20% com idade mínima de sete dias, caso isso não ocorresse o lote era rejeitado.
4 RESULTADOS
4.1 DETERMINAÇÃO DOS TEORES DE UMIDADE E CINZAS E MATÉRIA ORGÂNICA
A tabela 3 ilustra os resultados obtidos referentes ao teor de umidade.
Tabela 3 - Teor de umidade do bagaço de malte
Amostra Massa do cadinho (g) Massa malte (g) Cadinho + Massa seca (g) Massa Seca (g) Teor de umidade (%) 1 36,3815 7,0044 38,3482 5,0377 71,92 2 34,2502 5,8813 35,8916 4,2399 72,09 3 37,6350 5,9390 39,2818 4,2922 72,27 4 36,1266 6,0039 37,7950 4,3355 72,211
Fonte: Autoria Própria (2016)
A análise das quatro repetições apresentou umidade média no valor de 72,12%. Segundo Cordeiro, Aouar e Gumão (2012), o bagaço de malte apresenta umidade em torno de 75%, comparando os resultados obtidos com a literatura, observa-se então que os resultados foram semelhantes ao fornecido por ela.
A tabela 4 ilustra os resultados obtidos, referente a porcentagem de matéria orgânica.
Tabela 4 - Porcentagem de matéria orgânica no bagaço de malte
Amostra Massa após a mufla (g) Porcentagem da matéria orgânica (%) 1 36,4424 96,9 2 24,2982 97,07 3 37.687 96,84 4 36,1746 97,12
Fonte: Autoria Própria (2016)
Os valores das médias obtidas de porcentagem de máteria orgânica e cinzas foram de 97,01% e 3,9%, respectivamente. Segundo a literatura, Santos (2003)
