PEÇAS DE CONCRETO PARA PAVIMENTOS INTERTRAVADOS PRODUZIDOS COM RESÍDUOS DE AREIA DE FUNDIÇÃO
C.C. dos Santos;
L. V.O. Dalla Valentina;
F. C. Cuzinsky;
Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC/ Joinville
Rua Paulo Malschitzki, s/n – PGCEM - Campus Universitário Prof. Avelino Marcante - Bairro Zona Industrial Norte - Joinville-SC – Brasil - CEP 89219-710
caicivil@hotmail.com
RESUMO
As indústrias de fundição estão entre as maiores consumidoras de recursos naturais e geradoras de poluição. Alinhado a isto, o setor da construção civil também é conhecido pelo grande consumo de recursos naturais, assim como incorporador de resíduos de outros setores, gerando subprodutos com valor agregado. A pesquisa tem o objetivo de avaliar o uso dos resíduos areia descartada de fundição e pó de exaustão na produção de peças de concreto para pavimentos intertravados. As peças de concreto foram formuladas com o uso de areia descartada de fundição como agregado e substituídas parcialmente de 0, 5, 10, 15 e 20% de pó de exaustão. As peças de concreto foram analisadas tecnicamente, como resistência a compressão, avaliação dimensional e absorção de água. Dentre os resultados das peças de concreto, as resistências mecânicas de compressão foram abaixo da norma e a avaliação dimensional e a absorção atenderam a NBR 9781(ABNT, 2013).
Palavras-chave: resíduos de areia de fundição; areia descartada de fundição, pó de exaustão, peças de concreto para pavimentos.
INTRODUÇÃO
Os produtos industrializados utilizam grandes quantidades de matérias-primas e geram enormes volumes de resíduos. Este fato está causando o desequilíbrio no meio ambiente, como impacto a atmosfera, ao solo, aos lençóis freáticos, ecossistemas e a saúde pública. Considerando a diversidade e o porte das indústrias brasileiras, a quantidade e a qualidade dos resíduos sólidos gerados, assumem uma importância considerável no processo de degradação do meio e de exploração dos recursos naturais (CARNIN, 2008). Uma das alternativas encontradas para a redução do impacto ambiental gerado pelos rejeitos produzidos é a reciclagem, que transforma os resíduos em subprodutos úteis para a sociedade.
Excelentes opções para solver os resíduos em grande quantidade são as indústrias de cimento, do concreto e da cerâmica (MARIOTTO, 2000).
Diante do exposto, as indústrias de fundição enquadram se em recicladoras de resíduos, consumidoras de recursos naturais e geradoras de resíduos através da reciclagem de resíduos metálicos, consumidoras de areia proveniente dos leitos dos rios e geradoras de resíduos como escórias, pós, areia descartada de fundição. No cenário mundial, o Brasil é o 7º produtor de fundidos com produção acima de 3 milhões de toneladas por ano (ABIFA, 2014). Segundo dados da ABIFA (2014), são gerados aproximadamente 03 milhões de toneladas de resíduos de areia de fundição anualmente. Com o intuito de reduzir o passivo ambiental, as indústrias de fundição visam reusar, reutilizar, reciclar, regenerar, melhoria da disposição e controle das areias consumidas no processo de fundição. O maior percentual gerado de resíduo de areia de fundição é a areia descartada de fundição (ADF), obtida após a desmoldagem das peças fundidas. Outro resíduo gerado é o pó de exaustão, obtido após o processo de regeneração térmica das areias de macharia. A geração do resíduo pó de exaustão é, em torno, de 910 toneladas/ano (SANTOS, 2011).
Grande parte desses resíduos de areia é destinada a aterros industriais, que mesmo sendo controlados geram problemas ambientais como contaminação de lençóis freáticos, contaminação do solo e do ar, prejudicando conseqüentemente a saúde das pessoas que vivem perto desses aterros e a fauna da região (SANTOS, 2011). A reutilização de areia descartada de fundição já é uma prática em desenvolvimento nos EUA e em países da Europa, pois há estudos comprovando o sucesso da incorporação do resíduo em produtos da construção civil.
Aliado a situação das indústrias de fundição, o setor da construção civil é consumidor de matérias-primas e gerador de grande quantidade de resíduos.
Entretanto o setor pode absorver os resíduos por ela gerados, assim como, os gerados por outros setores industriais. Dentre as alternativas do reuso das areias residuais de fundição no setor da construção civil, tem-se a incorporação de resíduos em aterros, taludes, camadas de preenchimento, base de estrada, mistura de asfalto a quente, concreto, argamassa, solo agrícola e outros (SINGH &
SIDDIQUE, 2012).
A reciclagem de resíduos permite vantagens potenciais para a sociedade, entre elas, preservação de recursos naturais, economia de energia, redução do volume de aterros, menor poluição, geração de empregos, redução de custos de controle
ambiental pelas indústrias, aumento da durabilidade, e até mesmo economia de divisas (JOHN, 2000). A otimização de processos de fabricação e da adoção de ''tecnologias limpas'' têm contribuído significativamente para minimizar a produção de resíduos, enquanto produzindo a mesma ou uma melhora dos produtos, com menor consumo de matérias-primas e energia.
Quando um resíduo é utilizado como subproduto em outro processo industrial oferece grandes oportunidades para prover o desenvolvimento sustentável, mas necessita de muita pesquisa até que este resíduo seja reaproveitado de forma correta e eficiente (CARNIN, 2008). Em questão a reciclagem e reuso de resíduos, a construção civil apresenta elevado potencial para incorporação de resíduos, devido ao elevado volume de materiais que utiliza.
Dentro deste contexto, o uso dos resíduos de fundição pó de exaustão e areia descartada de fundição como agregado na construção civil, pode apresentar excelente desempenho técnico e econômico, além do desempenho ambiental, quando adequadamente empregadas.
MATERIAIS E MÉTODOS Materiais
Para a confecção dos corpos de prova das peças de concreto para pavimentação os seguintes materiais foram utilizados (figura 1):
1. areia descartada de fundição (ADF);
2. pó de exaustão (PE);
3. agregado pó de brita;
4. cimento CP V-ARI-RS;
5. água.
Figura 1 – Características físicas dos materiais
Métodos
A metodologia adotada é experimental para determinação das características dos materiais e determinação das propriedades técnicas das peças de concreto para pavimentação (figura 2).
Figura 2 – Metodologia experimental adotada na pesquisa
As análises normatizadas realizadas com os resíduos de areia de fundição e o pó de brita foram:
a) determinação da composição granulométrica PE, ADF, ADF parciais e pó de brita (ADF parciais com 0, 5, 10, 15 e 20% de PE);
b) análise micrografia eletrônica de varredura (MEV);
c) determinação da massa específica e massa específica aparente e
d) determinação química por espectrometria de fluorescência de Raios-X e espectrometria de absorção atômica.
Para a caracterização das peças de concreto foram avaliadas suas propriedades mecânica e física, pois são relevantes para a avaliação do comportamento e desempenho, conforme estabelece a norma vigente NBR 9781 (ABNT, 2013). A dosagem adotada foi de 1:1,88:1,12 (cimento:resíduo:pó de brita), denominado “ traço C”, variando as porcentagens de pó de exaustão de 0%, 5%, 10%, 15% e 20% em substituição ao resíduo areia descartada de fundição. As análises normatizadas realizadas com os corpos de prova foram:
a) determinação da resistência à compressão aos 7 e aos 28 dias de idade;
b) avaliação dimensional e
c) determinação da absorção de água.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
a) determinação da composição granulométrica
Na figura 3 estão apresentadas as curvas granulométricas do pó de exaustão, da areia descartada de fundição, do pó de brita e das parciais de ADF com 5, 10, 15 e 20% de pó de exaustão utilizados na fabricação das peças de concreto para pavimentos.
a) b)
c) d)
Figura 3 - Curva granulométrica do a)PE, b) ADF, c) pó de brita e d) parciais de ADF com 5%, 10%, 15% e 20% de PE
Os materiais analisados graficamente observa-se o traçado em forma de "s"
dos materiais, caracterizando pela adequada distribuição dos grãos das amostras.
Ainda, verifica-se o percentual de granulometria abaixo de 100 µm (figura 3 a) ), indicando material pulverulento. O material pulverulento limita seu uso devido à propriedade de trabalhabilidade no estado fresco das peças.
b) análise da micrografia eletrônica de varredura (MEV)
Na figura 4 estão apresentadas as microestruturas dos materiais, pó de exaustão, areia descartada de fundição e pó de brita. O pó de exaustão e o pó de brita apresentam formas irregulares e lamelares, enquanto a areia descartada de fundição apresenta forma arredonda.
a) b) c)
Figura 4 - Microestrutura da morfologia do a) PE, b) ADF e c) pó de brita c) determinação da massa específica e massa específica aparente
Na tabela 1 estão apresentadas as massas específicas dos materiais. Os valores obtidos estão dentro da norma e estes valores são utilizados na dosagem para a fabricação das peças de concreto.
Tabela 1 – Determinação da massa específica e massa específica aparente
Propriedade (NBR 52) PE ADF Pó de
Brita
Massa específica (g/cm3) 2,63 2,74 2,59
Massa específica aparente (g/cm3) 1,25 2,68 2,22
Módulo de finura 1,41 1,63 -
d) determinação da análise química por espectrometria de fluorescência de Raios-X e espectrometria de absorção atômica
A tabela 2 apresenta a composição mineralógica e o teor de perda ao fogo dos resíduos, pó de exaustão e areia descartada de fundição. O óxido de sílica (SiO2) apresenta o maior percentual, superior a 65%, justificado por que a matéria- prima das areias de fundição é a areia proveniente dos leitos dos rios. Os percentuais de óxido de alumínio (Al2O3) e de óxido de ferro (Fe2O3) são as adições das areias de fundição para a melhor conformação dos moldes durante o processo
de fundição. O percentual de perda ao fogo é devido à presença de água e materiais carbonáceo nas amostras.
Tabela 2 – Espectometria de fluorescência de Raios-X e absorção atômica do resíduo pó de exaustão e ADF
Elemento Teor (%)
PE ADF
SiO2 67,25 68,49
Al2O3 16,91 17,41
Fe2O3 3,48 2,62
K2O 3,08 0,79
TiO2 1,21 0,57
CaO 0,54 0,76
SO3 - 3,44
Perda Fogo 3,9 5,4
d) determinação da resistência à compressão aos 7 e aos 28 dias de idade
Na figura 5 estão apresentados os resultados da resistência à compressão aos 7 e aos 28 dias. O ensaio de resistência à compressão segue a NBR 9781 (ABNT, 2013), a qual estabelece à resistência característica a compressão aos 28 dias ≥ 35MPa, para solicitação de tráfego de pedestres, veículos leves e veículos comerciais de linha. A norma não apresenta uma resistência mínima para solicitações apenas para tráfego de pedestres.
Figura 5 - Gráfico da resistência à compressão característica aos 7 e 28 dias Dentre os resultados das resistências à compressão, o aumento de resistência à compressão da dosagem com 5% de pó de exaustão é justificado pelo melhor empacotamento dos materiais e melhor vibroprensagem. Enquanto na
dosagem de 15% de PE, a baixa resistência pode ser devido à falta de vibroprensagem, durante a moldagem das peças de concreto.
b) avaliação dimensional
As dimensões das formas de moldagem das peças de concreto é 100mm de largura, 60mm de altura e 200mm de comprimento. A tabela 3 apresenta dos valores das dimensões das peças de concreto produzidas.
Tabela 3 – Avaliação dimensional das peças de concreto
Traço
Porcentagem de PE
(%)
Comprimento (mm) Largura (mm)
Espessura (mm)
C 0
200,25 201,00 100,25 101,75 60,25 66,00 200,20 201,30 100,75 101,25 63,25 61,75 201,75 200,25 100,25 101,25 62,00 61,25
C 5
201,50 200,75 101,25 101,00 61,00 62,50 200,45 200,50 101,25 101,50 60,25 61,50 201,75 200,25 100,25 101,00 60,25 61,90
C 10
200,75 201,25 101,75 101,25 60,75 61,10 200,25 200,25 101,00 100,75 60,25 62,00 200,75 200,50 100,25 101,00 60,50 63,75
C 15
200,25 202,00 100,00 101,00 61,25 61,75 201,00 200,30 100,25 101,00 61,00 60,25 200,00 200,25 100,75 101,00 61,25 61,45
C 20
200,50 200,25 100,25 101,30 60,00 64,25 201,25 200,00 100,25 101,00 62,00 62,00 200,75 200,25 100,75 101,75 61,00 63,25
Média 200,79 100,85 61,48
Desvio Padrão 0,59 0,50 1,41
Os resultados apresentados na avaliação dimensional foram dentro da variação estabelecida pela NBR 9781 (ABNT, 2013) de ±3mm.
c) determinação da absorção de água
De acordo com Scott Hood (2006), a absorção de água das peças de concreto é uma característica importante a ser considerada, pois tem reflexo direto na durabilidade da peça de concreto nas condições de utilização. Neste sentido, quanto maior o percentual de absorção, menor a durabilidade devido à possibilidade de lixiviar elementos químicos mais facilmente causando eflorescências que prejudiquem o aspecto do pavimento.
Com relação à NBR 9781 (ABNT, 2013), o limite máximo médio de absorção de água é de 6% para a amostra, não sendo admitido nenhum valor individual maior do que 7%. A tabela 4 apresenta os resultados da absorção de água das peças de concreto para pavimento intertravado.
Tabela 4 – Absorção de água das peças de concreto
Traço
Porcentagem
de PE Absorção (%)
Média (%)
Desvio Padrão (%)
C 0
2,39
2,77 0,36 2,81
3,11
C 5
2,82
2,58 0,24 2,56
2,35
C 10
2,94
3,01 0,15 2,91
3,18
C 15
3,34
3,00 0,30 2,89
2,77
C 20
2,74
2,87 0,20 2,76
3,10
Os valores apresentados estão dentro dos limites da norma (ABNT, 2013).
Conforme os resultados apresentados, o percentual de absorção de água nas peças de concreto variou entre 2,5% e 3,0%, denotando diferenças na propriedade de absorção de água entre os percentuais 5 e 15% de pó de exaustão. Onde, a maior resistência à compressão é com o menor percentual de absorção e a menor resistência com o maior percentual de absorção.
CONCLUSÕES
As peças de concreto para pavimentos intertravados com resíduos de fundição foram analisadas tecnicamente, através da caracterização dos materiais e das peças de concreto, portanto a pesquisa atingiu o objetivo esperado.
Os resíduos de fundição pó de exaustão e areia descartada de fundição escolhidos para a produção das peças de concreto, justificam-se pelo reuso de rejeitos industriais em outras cadeiras produtivas, reduzindo o consumo de matérias- primas e minimizando os rejeitos enviados para aterros industriais. Aliado ao fato de
que o setor da construção civil é um dos maiores consumidores de recursos naturais.
A análise técnica das peças de concreto para pavimentos intertravados, através dos ensaios de caracterização mecânica e física, apresentaram resultados satisfatórios, e dentro da norma NBR 9781. Viabilizando assim o uso de resíduos de fundição na produção de peças de concreto a serem utilizados em solicitações exclusivas de passeio de pedestres.
A alternativa de produzir um subproduto de valor agregado traz ganhos para a indústria gerado do resíduo, a indústria que absorve o subproduto e a sociedade.
Além da adequação da NBR 9781 para limite de resistência a compressão para solicitações exclusivas de passeio de pedestre, as políticas brasileiras deveri am investir em pesquisas que comprovem as práticas de reuso, reutilização e reciclagem.
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE FUNDIÇÃO – ABIFA. Guia ABIFA de fundição - Anuário 2014. São Paulo, 2014.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9781: Peça de concreto para pavimentação – Especificação e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, 2013.
CARNIN, R. L. P. Reaproveitamento do resíduo de areia verde de fundição como agregado em misturas asfálticas. 2008, 152p. Tese (Doutorado em Química) - Programa de Pós-Graduação em Química. Universidade Federal do Paraná, UFPR, Curitiba.
JOHN, V. M. Reciclagem de resíduos na construção civil - contribuição à metodologia de pesquisa e desenvolvimento. 2008, 113p. Tese Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2000.
MARIOTTO, C. L. Regeneração de areias: uma tentativa de discussão sistemática.
Fundição & Matérias-Primas, Caderno técnico, São Paulo, p. A-T, jan.-fev. 2000.
SANTOS, C. C. D. Análise do Uso do Pó de Exaustão Proveniente do Sistema de Regeneração de Areia de Macharia em Concreto Convencional. 2011, 109p.
Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais) - UDESC, Joinville.
SINGH, G.; SIDDIQUE, R. Effect of waste foundry sand (WFS) as partial replacement of sand on the strength, ultrasonic pulse velocity and permeability of concrete. Construction and Building Materials, v.26, p. 416-422, 2012.
SCOTT HOOD, R. S. Análise da viabilidade técnica da utilização de resíduos de construção e demolição como agregado miúdo reciclado na confecção de blocos de concreto para pavimentação. 2006, 150p. Dissertação (mestrado em engenharia civil). Universidade Federal do rio Grande do Sul, PPGEC/UFRGS, Porto Alegre.
INTERLOCKING CONCRETE PAVING BLOCKS PRODUCED WITH FOUNDRY SAND WASTE
Abstract
The foundry industries belong to the main raw material consumers and pollutants. In addition the civil construction sector is a huge consumer of environmental sources, but also has the capacity of reuse wastes from other industries to produce high value products. The goal of this research is to assess the use of foundry sand waste and foundry exhausted dust to make interlocking concrete paving blocks. These blocks have been done with foundry sand waste as aggregated and this element has been substituted partially by 0, 5, 10, 15 and 20% with exhausted dust. The blocks were technically analyzed through the compressive strength testing, measurement of dimensions and water absorption testing. The compressive strength results were beneath the standard specification and the dimensions and water absorption testing were in accordance with the Brazilian standard NBR 9781 (ABNT, 2013).
Word-key: foundry sand waste; foundry exhausted dust; interlocking concrete paving block
