UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE TECNOLOGIA
BETOLVEM CRISTHIAN LUCIO DA SILVA
AVALIAÇÃO DE PISO INTERTRAVADO DE CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND BRANCO PIGMENTADO COM RESÍDUOS DE BORRACHA
LIMEIRA-SP 2019
BETOLVEM CRISTHIAN LUCIO DA SILVA
AVALIAÇÃO DE PISO INTERTRAVADO DE CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND BRANCO PIGMENTADO COM RESÍDUOS DE BORRACHA
Dissertação apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre em Tecnologia, na Área de Ciência dos Materiais.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Rosa Cristina Cecche Lintz
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO BETOLVEM CRISTHIAN LUCIO DA SILVA, E ORIENTADA PELA PROFA. DRA. ROSA CRISTINA CECCHE LINTZ.
LIMEIRA-SP 2019
Dedico este trabalho à minha família e a meus mestres que moldaram o meu caráter.
AGRADECIMENTOS
Agradeço minha querida mãe Bertilde Lúcio da Silva pelo apoio em toda essa jornada. Agradeço também minha orientadora Prof.ª Drª Rosa Cristina Cecche Lintz, pela sapiência e dedicação dirigidas a mim em todo esse tempo e a minha amiga Tatiana Oliveira pelo suporte físico e financeiro me dado ao longo deste projeto.
E um agradecimento especial a Instituição Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, que desde a minha graduação vem me dado o suporte necessário para o meu desenvolvimento pessoal, profissional e acadêmico.
Aos técnicos do Laboratório de Materiais de Construção Civil da FT e aos bolsistas, pelo apoio e suporte técnico.
Ao Instituto de Geociências (IG/UNICAMP) pelo auxílio na análise de microscopia das amostras de concreto.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
RESUMO
Os pisos intertravados de concreto vem sendo largamente empregados, principalmente nos grandes centros urbanos, como uma opção de pavimento durável e de baixo custo de manutenção. Este trabalho versa sobre o estudo da viabilidade técnica da fabricação de piso intertravado de concreto pigmentado contendo resíduos de borracha. O aglomerante empregado para a fabricação dos pisos foi o cimento Portland branco. O resíduo de borracha utilizado em substituição parcial ao agregado miúdo (areia natural) é proveniente do processo de recauchutagem de pneu. No programa experimental foram ensaiados diferentes traços de concreto. A partir de um traço de referência foram definidos os demais traços, onde a areia foi substituída, em massa, pelos resíduos de borracha nas seguintes proporções 2,5%, 5,0%, 10%, 20%, 30% enquanto a porcentagem de pigmento de tonalidade azul foi mantida constante, sendo 6% em relação a massa de cimento. Os resultados indicam que, para os traços com 10%, 20%, 30% de resíduos de borracha, os valores de resistência à compressão não atendem os limites mínimos de resistência à compressão especificados pela norma brasileira para pisos intertravados de concreto. Do ponto de vista de sustentabilidade os valores encontrados para a resistência à compressão permitem o emprego dos pisos em calçadas, ciclovias e locais de baixa intensidade de sobrecarga, como praças, canteiros centrais, calçadas, dentre outros. Para os traços dos pisos intertravados de concreto contendo 2,5% e 5,0% de resíduos de borracha em relação a massa da areia, a norma brasileira ABNT NBR 9781:2013 é atendida possibilitando o emprego destes em locais em que haja tráfego de pedestres, veículos leves e veículos comerciais de linha. A análise da microestrutura destes concretos foi realizada para melhor compreender o comportamento do material. Além da viabilidade técnica do material, a incorporação de resíduos de borracha é uma alternativa que agregada muito ao meio ambiente e evita o descarte inadequado deste passivo ambiental.
Palavras-Chaves: materiais alternativos, piso intertravado de concreto, concreto
ABSTRACT
Interlocking concrete block have been widely used, especially in large urban centers, as a durable and low-maintenance floor option. This paper deals with the study of the technical feasibility of the manufacture of iron oxide pigmented interlocking concrete block containing rubber residues. The binder used to make the floors was white Portland cement. The rubber residue used as a partial replacement for fine aggregate (natural sand) comes from the tire retreading process. In the experimental program different concrete traces were tested. From one reference trait, the other traits were defined, where the sand was replaced in mass by the rubber waste in the following proportions 2.5%, 5.0%, 10%, 20%, 30% while the percentage of blue iron oxide pigment was kept constant, being 6% in relation to cement mass. The results indicate that for traces with 10%, 20%, 30% of rubber residues, the compressive strength values do not meet the minimum compressive strength limits specified by the Brazilian standard for interlocking concrete floors. From the point of view of sustainability, the values found for compressive strength allow the use of floors in sidewalks, bike paths and places of low overload intensity, such as squares, central beds, sidewalks, among others. For the traces of interlocked concrete floors containing 2.5% and 5.0% of rubber residues in relation to the sand mass, the Brazilian standard ABNT NBR 9781: 2013 is fulfilled allowing their use in places where there is traffic of pedestrians, light vehicles and commercial vehicles. The microstructure analysis of these concretes was performed to better understand the behavior of the material. Besides the technical viability of the material, the incorporation of rubber waste is an alternative that adds a lot to the environment and avoids the improper disposal of this environmental liability.
Keywords: alternative materials, interlocked concrete block, pigmented concrete, rubber
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Pisos intertravados no Brasil. (a) Condomínio Alphaville Lagoa dos Ingleses, em Nova Lima – MG. (b) Orla de Boa Viagem – Recife/PE.
17 Figura 2 – Pavimentos intertravados: (a) (b) áreas com circulação de veículos (c) jardim.
18 Figura 3 – Tema abordado nesta dissertação, apresentado na interseção dos círculos. 20
Figura 4 – Formatos de peças de concreto. 23
Figura 5 – Tonalidades das peças de concreto. 24
Figura 6 – Estrutura do pavimento intertravado. 26
Figura 7 -– Tipos de assentamento. (a) Assentamento a 45o. (b) Assentamento reto. 27
Figura 8 – Deslocamentos das peças de concreto. 28
Figura 9 – Elementos de pavimentação em concreto cromático. 31 Figura 10 – Pavimento de concreto cromático moldado in loco em centro comercial da cidade de São Paulo.
32 Figura 11 – Detalhe da fachada da Prefeitura de Indaiatuba/SP. 33
Figura 12 – Ponte em Concreto Branco em Brusque/SC. 33
Figura 13 – Museu Iberê Camargo em Porto Alegre/RS. 33
Figura 14 – (a) Edifício Flexotronics, Sorocaba, BR. (b) Painel "Epopéia Paulista", em São Paulo, BR. (c) Panamerica Park, São Paulo.
34 Figura 15 – Barreiras de concreto com cimento branco e cinza. 35 Figura 16 – (a) Ciudad de las Artes y las Ciencias, em Valência, ESP. (b) Igreja “Dives in Misericordia, em Roma, IT. (c) Basílica Sagrada Família, Barcelona, ESP.
35
Figura 17 – Depósito de pneus inservíveis. 43
Figura 18 – (a) Microestrutura do concreto sem borracha. (b) Microestrutura do concreto com 10% de borracha.
53 Figura 19 – (a) Concreto com 30% de borracha analisado por microscópio eletrônico de varredura - A zona de transição entre borracha e pasta de cimento. (b) Microestrutura de imagem de concreto com 50% de borracha analisada por microscopia eletrônica de varredura. (c) Fibra de borracha totalmente envolvida por pasta de cimento examinada por microscópio eletrônico de varredura.
54
Figura 20 – (a) Imagens de MEV da superfície da fratura para a argamassa de 30% emborrachada evidenciando os poros, partículas de borracha e (b) vazios com partículas de borracha destacadas evidenciando as fissuras circundadas, (c) a região em torno da partícula de borracha e (d) ampliação dentro dos poros / vazios evidenciando a estrutura da etringita.
55
Figura 21 – Imagens de MEV comparando os resíduos borracha na forma de esferoide (a) e fibra (b).
57 Figura 22 – Imagens de MEV: (a) referência de concreto - sem borracha, (b) concreto BR1 - 7,5% de substituição; (c) concreto BR2 - 15% de reposição (d) concreto BR3 - 30% de reposição.
Figura 23 – Fluxograma das atividades realizadas na parte experimental. 61 Figura 24 – Ensaio de consistência do concreto (ABNT NBR 67:1998). 65 Figura 25 – Adensamento na mesa vibratória de corpos de prova. 65
Figura 26 – Moldagem do traço de referência. 66
Figura 27 – Pisos intertravados de concreto pigmentado de 10cm x 20cm x 6cm. 66
Figura 28 – Medição do corpo de prova. 69
Figura 29 – Ensaio de resistência à compressão de piso de concreto. 69
Figura 30 – Corpos de prova na estufa elétrica. 72
Figura 31 – Curva granulométrica da areia. 74
Figura 32 – Curva granulométrica do pó de pedra. 75
Figura 33 – Curva granulométrica da brita. 77
Figura 34 – Curva granulométrica da borracha. 78
Figura 35 – Resíduo de Borracha retida na peneira de 1,2mm. 79 Figura 36 – Massa específica dos pisos intertravados de concreto estudados. 81 Figura 37 – Pesagem na balança de precisão de piso na condição saturado. 82 Figura 38 – Resultados dos valores médios para a absorção de água dos traços estudados.
84 Figura 39 – Resistência característica estimada à compressão dos traços estudados. 88 Figura 40 – Concreto de referência T0 (sem borracha e sem pigmento): (a) estrutura densa e compacta e (b) presença de cristais de C-S-H e C-H.
92 Figura 41 – Concreto de referência T0 evidenciando presença da zona de transição na interface pasta e agregado.
93 Figura 42 – Concreto de traço T2,5: sólidos distribuídos na pasta de cimento e presença de vazios.
94
Figura 43 – Concreto de traço T2,5. 94
Figura 44 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS referente a Figura 43: (a) ponto 1 (b) ponto 2.
95 Figura 45 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS: referente a Figura 43: (a) ponto 3 (b) ponto 4.
96 Figura 46 – Concreto de traço T5: pasta densa e compacta, com baixa quantidade de poros.
98
Figura 47 – Concreto de traço T5. 98
Figura 48 – Concreto de traço T5: presença de cristais de silicatos de cálcio C-S-H e pequena zona de transição.
99 Figura 49 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS referente a Figura 48: (a) ponto 1 (b) ponto 2 (c) ponto 3.
100 Figura 50 – Concreto de traço T10: presença de poros de diversos tamanhos na pasta de cimento.
Figura 51 – Concreto de traço T10: estrutura heterogênea da pasta de cimento. 102 Figura 52 – Concreto de traço T10: evidência de produtos hidratados C-H e
C-S-H, microfissuras e vazios.
102
Figura 53 – Concreto de traço T20: presença de poros na pasta de cimento. 103 Figura 54 – Concreto de traço T20: presença de poros de diversos tamanhos na pasta de cimento.
103 Figura 55 – Concreto de traço T20: estrutura heterogênea da pasta de cimento. 104 Figura 56 – Concreto de traço T20: placas de portlandita (C-H) na pasta de cimento. 105 Figura 57 – Concreto de traço T20: evidência de produtos hidratados C-S-H, borracha e vazios.
105 Figura 58 – Concreto de traço T30: (a) estrutura porosa com grandes vazios (b) presença de microfissuras e zona de transição.
107 Figura 59 – Concreto de traço T30: zona de transição acentuada ao redor do agregado e vazios ao redor da borracha.
108 Figura 60 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS referente a Figura 59: (a) ponto 1 (b) ponto 2.
109 Figura 61 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS referente a Figura 59: (a) ponto 3 (b) ponto 4.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Composição dos Cimentos Portland. 29
Tabela 2 – Requisitos químicos do cimento Portland (em porcentagem de massa). 29
Tabela 3 – Requisitos físicos e mecânicos. 30
Tabela 4 – Compostos principais do cimento Portland. 36
Tabela 5 – Teores normalmente empregados de pigmento. 38
Tabela 6 – Vendas anuais de pneus no Brasil. 44
Tabela 7 – Total de vendas de pneus no 1º semestre de 2018 e 2019, no Brasil. 44 Tabela 8 – Especificações do CPB40 empregado nesta pesquisa. 62
Tabela 9 – Características do aditivo. 63
Tabela 10 – Traço, em massa, dos concretos produzidos. 64
Tabela 11 – Fator multiplicativo p. 70
Tabela 12 – Coeficiente de Student. 70
Tabela 13 – Resultados do ensaio de granulometria da areia natural. 74 Tabela 14 – Resultados do ensaio de granulometria do pó de pedra. 75 Tabela 15 –Resultados do ensaio de granulometria da brita. 76 Tabela 16 – Resultados do ensaio de granulometria da borracha. 78 Tabela 17 – Resultados da massa específica aparente do concreto. 80 Tabela 18 – Determinação do consumo de cimento e teor de ar. 80 Tabela 19 – Ensaio de absorção de água das peças de concreto. 83 Tabela 20 – Resultados do ensaio de resistência característica à compressão do traço de referência (sem adição de borracha).
85 Tabela 21 – Resultados do ensaio de resistência característica à compressão do traço com 2,5% de resíduos de borracha.
86 Tabela 22 – Resultados do ensaio de resistência característica à compressão do traço com 5% de resíduos de borracha.
86 Tabela 23 – Resultados do ensaio de resistência característica à compressão do traço com 10% de resíduos de borracha.
87 Tabela 24 – Resultados do ensaio de resistência característica à compressão do traço com 20% de resíduos de borracha.
87 Tabela 25 – Resultados do ensaio de resistência característica à compressão do traço com 30% de resíduos de borracha.
88 Tabela 26 – Comparação dos resultados da resistência à compressão do concreto com borracha desta pesquisa com os relatados por outros pesquisadores.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas a/c relação água/cimento
ANFAVEA Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores ANIP Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos
ASTM American Society for Testing and Materials
C Carbono
Ca Cálcio
Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente CMA Concrete Manufacturing Association EDS espectrômetro de energia dispersiva FT Faculdade de Tecnologia
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis
ICPI INTERLOCKING CONCRETE PAVEMENT INSTITUTE
JIPEA Japan Interlocking Block Pavement Engineering Association MEV Microestrutura Eletrônica por Varredura
Mg Magnésio
O Oxigênio
SiO2 Sílica
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 16 1.1 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA 19 1.2 OBJETIVOS 20 1.2.1 Objetivos gerais 20 1.2.2 Objetivos específicos 20 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 21
2.1 PISOS INTERTRAVADOS DE CONCRETO 21
2.1.1 Estrutura e execução do pavimento intertravado 22
2.2 CIMENTO PORTLAND BRANCO 28
2.3 PIGMENTOS 37
2.4 RESÍDUOS DE BORRACHA DE PNEU 41
2.4.1 História e fabricação do pneu 41
2.4.2 Reciclagem do pneu 42
2.4.3 Incorporação de resíduos de borracha no concreto 45
2.5 MICROESTRUTURA DO CONCRETO COM BORRACHA 53
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL 60
3.1 MATERIAIS 62
3.1.1 Cimento Portland Branco (CPB) 62
3.1.2 Agregados Miúdos 62
3.1.3 Agregado Graúdo 63
3.1.4 Aditivo 63
3.1.5 Resíduo de Borracha 63
3.1.6 Pigmento 64
3.3 CARACTERIZAÇÃO DOS PISOS INTERTRAVADOS DE CONCRETO 67 3.3.1 Determinação da massa específica e do teor de ar pelo método gravimétrico (ABNT NBR 9833:2009)
67
3.3.2 Resistência à Compressão 69
3.3.3 Determinação da Absorção de Água 72
3.3.4 Análise da microestrutura do concreto 72
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 73
4.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DOS MATERIAIS 73
4.1.1 Cimento Portland Branco (CPB) 73
4.1.2 Agregado Miúdo 73
4.1.3 Pó de Pedra 74
4.1.4 Agregado Graúdo 76
4.1.5 Resíduo de Borracha 77
4.2 ENSAIOS DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO 79
4.2.1 Determinação da massa específica e do teor de ar pelo método gravimétrico (ABNT NBR 9833:2009)
79
4.3 ENSAIOS DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO 82
4.3.1 ABSORÇÃO DE ÁGUA DOS PISOS INTERTRAVADOS DE CONCRETO 82
4.3.2 RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA À COMPRESSÃO 85
4.3.3 MICROESTRUTURA DO CONCRETO 91
5 CONCLUSÕES 112
5.1 SUGESTÕES PARA ESTUDOS FUTUROS 113
1 INTRODUÇÃO
O emprego de pavimentos intertravados vem crescendo aceleradamente nos centros urbanos, seja pela versatilidade quanto a facilidade de fabricação, assentamento e durabilidade.
O piso intertravado de concreto é um sistema de pavimentação que surgiu na Europa do pós-guerra e foi introduzido no Brasil na década de 1970. As diversas possibilidades de cores e formatos viabilizam o assentamento deste tipo de pavimento em: praças, parques, jardins, calçadas, estacionamentos, vias urbanas, pátios, depósitos, galpões, indústrias, rodovias dentre outros (FIORITI et al., 2007).
Atualmente no Japão, o pavimento intertravado de blocos de concreto tem tido grande aceitação social pelo seu desempenho técnico sendo considerado um material sustentável e indicado como um dos pavimentos do futuro para as próximas gerações (JAMSHIDI et al., 2019).
Os pavimentos intertravados são construídos com blocos pré-fabricados de concreto, maciços, que permitem pavimentar uma superfície completa. O intertravamento é a capacidade que as peças adquirem de resistirem a movimentos de deslocamento individual, seja ele vertical, horizontal, de rotação ou de giração em relação as peças adjacentes (FIORITI et al., 2007).
Segundo Ling (2012) existem três métodos comumente empregados na produção dos pisos intertravados de concreto: compactação manual, compactação em máquina, métodos de vibração e compactação de alta frequência. Destes, o terceiro é totalmente automatizado, rápido e eficiente conferindo ao material maior densidade, melhor resistência, menor permeabilidade e menor estrutura de poros.
No Brasil os pisos de concreto são produzidos em larga escala em vibro prensas multifuncionais ou em menor escala em misturadores do tipo betoneira. Na sua composição geralmente são empregados cimento Portland, agregados graúdo e miúdo, aditivo, água, e eventualmente pigmentos.
Materiais como cimento Portland branco estrutural, agregados coloridos e pigmentos permitem a moldagem de pisos de concreto com diferentes colorações atribuindo ao material mais uma vantagem arquitetônica e estética (Figuras 1 e 2). A incorporação de resíduos de diferentes naturezas nos pisos de concreto também tem sido uma prática sustentável adotada. Destaca-se o emprego de resíduos de borracha provenientes de pneus inservíveis, que tem mostrado ser viável tecnicamente ao entrar na composição de concretos destinados a pisos.
número de trabalhos publicados relacionados a este tema ainda é pequeno (PIOVESAN, 2009). Segundo Passuelo (2004), as primeiras peças em concreto cromático no Brasil a ganharem destaque foram os pavimentos intertravados aplicados em praças e parques. Esse sistema construtivo permite ao projetista a elaboração de desenhos e formas no piso, deixando o local mais atrativo.
Figura 1 – Pisos intertravados no Brasil. (a) Condomínio Alphaville Lagoa dos Ingleses, em Nova Lima – MG. (b) Orla de Boa Viagem – Recife/PE.
(a) Fonte: Autor.
(b)
Figura 2 – Pavimentos intertravados: (a) (b) áreas com circulação de veículos (c) jardim.
(a)
(b)
(c)
Fonte: www.paver.com.br. Acesso em: 27/07/2019.
O estudo das propriedades mecânicas de blocos de concreto para pavimentação ou de pisos intertravados, permite maior confiabilidade de utilização deste material no meio técnico, viabilizando seu emprego. A pigmentação proporciona uma maior gama de opções para utilização nos diversos projetos de engenharia e arquitetura.
1.1 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA
É intenso o apelo ambiental impulsionado pelo aumento crescente da população mundial e pela escassez de recursos naturais não renováveis. Por este motivo o setor da construção civil vem investindo no desenvolvimento de elementos construtivos que incorporam resíduos de diversas naturezas, visando minimizar o consumo de matéria-prima e energia. Um dos resíduos empregados tem sido os provenientes de pneus inservíveis.
Segundo a Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores (ANFAVEA) somente em 2018, foram fabricados no Brasil um total de 2.879.809 de autoveículos, dos quais 2.745.739 correspondem a veículos leves, 105.534 caminhões e 28.536 ônibus.
O Art. 33 da LEI Nº 12.305, de 2 de agosto de 2010, que institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos obriga os fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes a implementar sistemas de logística reversa, mediante retorno dos produtos após o uso pelo consumidor, de forma independente do serviço público de limpeza urbana e de manejo dos resíduos sólidos.
A Resolução n◦ 416 do CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (CONAMA) que dispõe sobre a prevenção à degradação ambiental causada por pneus inservíveis e sua destinação ambientalmente adequada estabelece que os fabricantes e os importadores de pneus novos devem se responsabilizar pela coleta, armazenamento e destinação de pneus inservíveis. Dentre as tecnologias de destinação ambientalmente adequadas praticadas pelas empresas estão: o emprego dos pneus inservíveis como combustível alternativo em fornos de cimenteiras em substituição ao coque de petróleo, a adição à massa asfáltica, a fabricação de artefatos de borracha (tapetes para automóveis, pisos), a fabricação de percintas (indústrias moveleiras), solas de calçados, dutos de águas pluviais, entre outros. Segundo o Relatório de Pneumáticos do IBAMA (2018), em 2017 foram destinados um total de 585.252,32 toneladas de pneus, no Brasil.
O estudo sobre a incorporação de resíduos de borracha na fabricação de pisos intertravados de concreto tem sido realizado por diversos pesquisadores (FIORITI et al., 2010; LING, 2012; SILVAb et al., 2015; FRONZA, 2016; SILVA et al., 2017; PACHECO-TORRES et al., 2018). Estes pisos são materiais versáteis pela praticidade na sua fabricação e assentamento, e, oferecem opções de formatos, cores, com o uso de pigmentos, e aceitam em sua composição agregados naturais ou reciclados provenientes de resíduos sólidos.
FT-UNICAMP vem desenvolvendo pesquisas acerca da substituição de agregados naturais pelos reciclados. Os trabalhos desenvolvidos por Silva (2014) e Fronza (2016) utilizaram cimento Portland cinza e incorporaram resíduos de borracha de pneus inservíveis nas misturas de concreto destinados a fabricação de pisos intertravados, sendo obtidos resultados promissores, atendendo as recomendações das especificações técnicas brasileira segunda as ABNT NBR 9781:2013 e ABNT NBR 9050:2015. Sendo assim, dando continuidade às pesquisas já iniciadas por este Grupo de Pesquisa, este trabalho trata do estudo de pisos intertravados de concreto fabricados com cimento Portland branco, pigmento e resíduos de borracha de pneus. Este tema, que aborda um conjunto de materiais não convencionais, apresentados na interseção dos círculos, tem sido pouco estudado e carece de investigações (Figura 3).
Figura 3 - Tema abordado nesta dissertação, apresentado na interseção dos círculos.
Fonte: Autor.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivos gerais
Avaliar o comportamento mecânico de pisos intertravados de concreto de cimento Portland branco estrutural, pigmentado, com resíduos de borracha em substituição parcial a areia.
1.2.2 Objetivos específicos
Os objetivos específicos deste trabalho são:
• Caracterizar fisicamente os materiais componentes do concreto;
• Produzir pisos intertravados de concreto de cimento Portland branco, pigmentado, com diferentes teores de resíduos de borracha;
• Avaliar as propriedades no estado fresco e endurecido dos pisos de concreto; • Avaliar a microestrutura do concreto.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 PISOS INTERTRAVADOS DE CONCRETO
Segundo o ABCP (2010) os pavimentos intertravados em pedra eram empregados na Mesopotâmia a quase 5.000 anos a.C. e pelos Romanos desde 2.000 a.C.
Na Roma antiga, no Irã e na Grécia eram empregados este tipo de pavimento em calçadas e estradas. Esta primeira geração de pisos intertravados fabricados em pedra também são encontrados em locais históricos como templos e jardins imperiais (JAMSHIDI et al., 2019).
No Brasil, os pavimentos intertravados de pedra foram construídos pelos portugueses em cidades históricas como: Paraty, Tiradentes, São João Del Rey e Ouro Preto. A cidade de Rio Branco, capital do Acre, possui pavimentação feita com blocos de argila, desde 1940 (CRUZ, 2003; MULLER, 2005).
Os blocos de pavimentação de concreto foram fabricados pela primeira vez na Holanda em 1924 (CMA, 2003). Após a Segunda Guerra Mundial, a Holanda e a Alemanha avançaram nesta tecnologia e utilizaram este tipo de pavimento na reconstrução do país. Nesta época, foram desenvolvidas diferentes formas de blocos e materiais utilizados na sua produção e variados tipos de assentamento (MÜLLER, 2005).
Em meados dos anos 1960, o pavimento intertravado de concreto estava sendo comercializado nas Américas Central e do Sul e África do Sul. Na década de 1970 houve crescimento da aplicação deste, nos Estados Unidos, Austrália, Nova Zelândia e Japão (CRUZ, 2003). E, no final da década de 70 este sistema se disseminou por todo o mundo.
Segundo a Associação Japonesa de Engenharia de Pavimentos de Blocos Intertravados (JIPEA - Japan Interlocking Block Pavement Engineering Association) cerca de 2,8 milhões de m2 de pavimento intertravado de blocos de concreto foram construídos no
Japão. A principal aplicação deste tipo de piso tem sido em calçadas, ciclovias, áreas de lazer, rodovias, vias de pedestres, templos, estacionamentos, passarelas. Em países como Alemanha, nos Países Baixos, no Reino Unido, nos EUA e na África do Sul os valores atingem 100, 18, 12, 12 e 8 milhões de m2/ano, respectivamente (CMA, 2003; JAMSHIDI et al., 2019).
De acordo com o Relatório Anual do Instituto de Pavimento de Concreto Intertravado (ICPI, 2018) as vendas de pisos intertravados de concreto, em 2017, atingiram 750 milhões de ft² ou 69.677.250 m2 no Canadá e Estados Unidos.
2.1.1 Estrutura e execução do pavimento intertravado
O pavimento intertravado é definido segundo a norma ABNT NBR 9781:2013 como um pavimento flexível cuja estrutura é composta por uma camada base (ou base e sub-base), seguida por camada de revestimento constituída por peças de concreto justapostas em uma camada de assentamento e cujas juntas entre as peças são preenchidas por material de rejuntamento e o intertravamento do sistema é proporcionado pela contenção. As peças de concreto são definidas como componentes pré-moldados de concreto, utilizado como material de revestimento em pavimento intertravado.
As peças de concreto são produzidas com cimento Portland, de qualquer tipo e classe, agregados e água sendo permitido o uso de aditivos e adições, devendo serem obedecidas as normas brasileiras para cada produto (ABNT NBR 9781:2013).
Os pisos intertravados de concreto são de fácil instalação e devem atender as especificações das normativas brasileiras ABNT NBR 15953:2011 e ABNT NBR 9781:2013. A ABNT NBR 9781:2013 – Peças de concreto para pavimentação — Especificação e métodos de ensaio - Estabelece os requisitos e métodos de ensaio exigíveis para aceitação de peças de concreto para pavimentação intertravada sujeita ao tráfego de pedestres, de veículos dotados de pneumáticos e áreas de armazenamento de produtos. Esta norma especifica para piso de concreto, aos 28 dias, resistência característica à compressão fpk ≥35 MPa para tráfego de pedestres, veículos leves e veículos comerciais de linha; e para tráfego de veículos especiais fpk ≥50 MPa. A absorção de água das peças de concreto deve ser ≤ 6%. A ABNT NBR 15953:2011 – Pavimento intertravado com peças de concreto — Execução – estabelece os requisitos para a execução do pavimento.
Segundo o Manual de Pavimento Intertravado: Passeio Público da ABCP (ABCP, 2010), na execução de calçada de pavimento intertravado em ambientes externos deve-se levar em consideração os seguintes aspectos de utilização: abrasão, tráfego de pedestres, cadeirantes e intempéries.
As peças de concreto podem ter os seguintes formatos (Figura 4):
Tipo I: Formato próximo ao retangular, com relação comprimento/largura igual a dois, podendo ser assentados em fileiras ou em espinhas de peixe (ABNT NBR 9781:2013). Segundo a ABCP (2010) suas dimensões são, usualmente, 20 cm de comprimento por 10 cm de largura e as suas faces laterais podem ser retas, curvilíneas ou poliédricas.
Tipo II: Formato único, podendo ser assentados somente em fileiras (ABNT NBR 9781:2013). As suas dimensões são, usualmente, 20 cm de comprimento por 10 cm de largura
(ABCP, 2010).
Tipo III: Formatos geométricos característicos, como trapézios, hexágonos, triedros com peso superior a 4 kg (ABNT NBR 9781:2013).
Tipo IV: Diferentes tamanhos, ou uma única peça com juntas falsas que podem ser utilizadas com um ou mais padrões de assentamento.
Figura 4 – Formatos de peças de concreto.
Fonte: adaptada ABCP (2010).
Fonte: ABCP (2010), adaptado.
As peças de concreto podem ser ainda fabricadas com variações de tonalidades (Figura 5). Segundo a ABNT NBR 9781:2013 os pigmentos devem ser à base inorgânica e atender à ASTM C 979/C 979M.
Tipo I
Tipo I
Tipo II
Figura 5 – Tonalidades das peças de concreto.
Fonte: ABCP (2010).
Quanto a fabricação, segundo a ABCP (2010), utiliza-se o equipamento vibro prensa para a fabricação das peças de concreto. Após a moldagem é realizada a cura em câmara úmida durante 24 horas e na sequência as peças ficam no pátio durante 7 ou 28 dias.
A execução da pavimentação intertravada com peças de concreto sujeita ao tráfego de pedestres, de veículos dotados de pneumáticos e áreas de armazenamento de produtos é realizada seguindo as especificações da ABNT NBR 15953:2011.
Segundo a ABNT NBR 15953:2011 a estrutura deste pavimento é composta de subleito, sub-base ou base, contenções, camada de assentamento, rejuntamento, peça de concreto.
Os serviços se iniciam com a preparação do subleito que pode ser constituído de solo natural do local ou proveniente de empréstimos atendendo as especificações:
• apresentar índice de suporte califórnia (ISC ou CBR) maior que 2%; • estar limpa, sem presença de plantas, raízes ou material orgânica;
• estar bem drenada, mantendo o lençol freático rebaixado no mínimo 1,5 m da cota final da superfície do pavimento acabado;
• possuir caimento mínimo de 2%, devendo ser previsto reforço caso necessário. Após esta etapa é executada a camada de sub-base ou de base que pode ser constituída de materiais pétreos (agregados industriais, reciclados, cascalho) ou misturas estabilizadas com cimento. Esta camada deve estar compactada, com o caimento mínimo para escoamento da água. Devem ser previstas contenções permanentes para garantir a estabilidade do sistema. E, quando necessário, também podem ser executadas contenções provisórias e vigas de contenção.
Na sequência é feita a camada de assentamento que deve ser constituída de materiais pétreos granulares, que estejam com 3% a 7% de umidade no momento da sua aplicação e possuir espessura de 5 cm (com variação de ± 2 cm), na condição não compactada. A dimensão máxima característica do material de assentamento deve ser menor que 5 vezes a espessura da
camada de assentamento compactada. O material de assentamento deve ser lançado e espalhado na área do pavimento. Devem ser executadas mestras paralelamente a contenção principal nivelando-as na espessura da camada conforme especificação de projeto. Segundo Marchioni e Silva (2011) esta camada tem como principal função fornecer uma superfície uniforme para assentamento das peças de concreto.
No término desta etapa inicia-se o assentamento das peças:
• o assentamento é iniciado com uma fileira de blocos, dispostos na posição normal ao eixo, ou na direção da menor dimensão da área a pavimentar, a qual deve servir como guia para melhor disposição das peças;
• o assentamento é nivelado por meio de uma régua;
• ajustes e arremates são feitos com a colocação de blocos cortados;
• o assentamento das peças de concreto conforme o padrão definido no projeto, pode ser manual ou mecanizado.
A etapa seguinte é a aplicação do rejuntamento que deve ser composto de materiais pétreos granulares secos, devendo ser executado em juntas com espessura de 2 mm a 5 mm entre as peças de concreto.
A compactação final deve ser executada por placas vibratórias de forma a acomodar as peças na camada de assentamento. Na sequência é realizada a limpeza para a remoção de sujeiras e detritos, com água e sabão neutro, de forma cuidadosa para evitar a remoção do rejuntamento.
Na Figura 6 está mostrada a estrutura do pavimento intertravado e na Figura 7 estão apresentados os tipos de assentamento geralmente empregados.
Figura 6 – Estrutura do pavimento intertravado.
Fonte: http://www.lajesitaim.com.br/pdf/manual-instalacao-abcp.pdf, adaptado. Acesso em: 27/07/2019.
Figura 7 -– Tipos de assentamento. (a) Assentamento a 45o. (b) Assentamento reto.
(a) (b)
Fonte: http://www.lajesitaim.com.br/pdf/manual-instalacao-abcp.pdf, adaptado. Acesso em: 27/07/2019.
Segundo a ABNT NBR 15953:201, o intertravamento é a capacidade das peças de concreto de resistirem a deslocamentos individuais, nos sentidos vertical, horizontal, rotacional, giracional em relação as peças adjacentes (Figura 8).
O intertravamento das peças de concreto é fundamental para o desempenho e a durabilidade do pavimento e deve ser realizado por meio de contenção lateral e junta preenchida com areia. As contenções impedem o deslocamento lateral dos blocos da camada de rolamento e a areia proporciona a transferência de esforços entre os blocos, permitindo que eles trabalhem juntos (ABCP, 2010).
contenção material de rejuntamento peças de concreto sub-base subleito material de assentamento base
Figura 8 – Deslocamentos das peças de concreto.
Fonte: http://www.lajesitaim.com.br/pdf/manual-instalacao-abcp.pdf, adaptado. Acesso em: 27/07/2019.
Segundo Hettiarachchi e Mampearachchi (2016) pavimentos artificiais como o asfalto e o concreto contribuem para o efeito de ilha de calor urbana. O comportamento térmico dos pavimentos intertravados de blocos de concreto é regido principalmente pela irradiação solar. Quando os pavimentos são expostos à radiação solar, os blocos de pavimentação são aquecidos e a temperatura de suas superfícies aumenta. Os pesquisadores verificaram que modificando-se alguns parâmetros dos blocos, como aumentando as lacunas, deixando ar nas lacunas, usando blocos com furos verticais e usando blocos menores, há uma redução significativa da temperatura dos mesmos.
Quanto aos materiais empregados na fabricação das peças de concreto, a ABNT NBR 9781:2013 especifica que:
• o cimento Portland pode ser de qualquer tipo e classe, de acordo com a ABNT NBR 16697; • os agregados podem ser naturais, industriais ou reciclados, obedecendo à ABNT NBR 7211
ou outras Normas Brasileiras pertinentes;
• a água de amassamento deve atender à ABNT NBR 15900-1; • os aditivos devem atender à ABNT NBR 11768;
• os pigmentos devem ser à base inorgânica e atender à ASTM C 979/C 979M.
Nesta pesquisa foi empregado Cimento Portland Branco (CPB), resíduos de borracha de pneus e pigmento inorgânico na tonalidade azul além dos materiais tradicionalmente empregados na fabricação de pisos como agregados naturais, aditivo e água da região de Limeira-SP.
horizontal rotação
vertical
2.2 CIMENTO PORTLAND BRANCO
Cimento Portland é um aglomerante hidráulico constituído de silicatos de cálcio que endurece através de reações com a água, formando um produto sólido e resistente à ação da água. O Brasil dispõe dos seguintes tipos básicos de cimento Portland normalizados, sendo:
CPI Cimento Portland Comum CPI - Cimento Portland comum
CPI-S - Cimento Portland comum com adição CPII - Cimento Portland Composto
CPII-E - Cimento Portland composto com escória granulada de alto-forno CPII-Z - Cimento Portland composto com material pozolânico
CPII-F - Cimento Portland composto com material carbonático CPIII - Cimento Portland de Alto Forno
CPIV - Cimento Portland Pozolânico
CPV - Cimento Portland de Alta Resistência Inicial CPB - Cimento Portland Branco
Cimento Portland branco estrutural Cimento Portland branco não estrutural
Esses tipos de cimento se diferenciam de acordo com a proporção de clínquer e sulfatos de cálcio e de adições, tais como escórias, pozolanas e fíler calcário, acrescentadas no processo de fabricação (Tabela 1).
Na Tabela 2 estão os requisitos químicos do cimento Portland e na Tabela 3 a exigências físicas e mecânicas para os cimentos Portland.
Tabela 1 – Composição dos Cimentos Portland. Designação normalizada Sigla Classe de Resistência Clínquer + sulfato de cálcio Escória granulada de alto-forno Material pozolâni co Material carbonátic o Cimento Portland Comum CPI 25, 32, 40 95-100 0-5 CPI-S 90-94 0 0 6-10 Cimento Portland Composto CPII-E CPII-Z CPII-F 51-94 71-94 75-89 6-34 0 0 0 6-14 0 0-15 0-15 11-25 Cimento Portland de Alto Forno CPIII 25-65 35-75 0 0-10 Cimento Portland Pozolânico CPIV 45-85 0 15-50 0-10 Cimento Portland de Alta Resistência Inicial CP V ARI 90-100 0 0 0-10 Cimento Portland Branco Estrutural CPB 25, 32, 40 75-100 - - 0-25 Cimento Portland Branco Não Estrutural CPB - 50-74 - - 26-50 Fonte: https://www.abcp.org.br/cms/imprensa/a-nova-norma-de-especificacao-de-cimento-abnt-nbr-16697-saiba-o-que-mudou-e-o-que-nao-mudou/, adaptado. Acesso em: 27/07/2019.
Tabela 2 – Requisitos químicos do cimento Portland (em porcentagem de massa). Sigla Resíduo
Insolúvel (RI)
Perda ao fogo (PF) Óxido de magnésio (MgO) Trióxido de enxofre (S03) CPI ≤ 5,0 ≤ 4,5 ≤ 6,5 ≤ 4,5 CPI-S ≤ 3,5 ≤ 6,5 ≤ 6,5 CPII-E ≤ 5,0 ≤ 8,5 - CPII-F ≤ 7,5 ≤ 12,5 - CPII-Z ≤ 18,5 ≤ 8,5 - CPIII ≤ 5,0 ≤ 6,5 - CPIV - ≤ 6,5 - CP V ≤ 3,5 ≤ 6,5 ≤ 6,5 CPB Estrutural ≤ 3,5 ≤ 12,0 ≤ 6,5 CPB Não estrutural ≤ 7,0 ≤ 27,0 ≤ 10,0 Fonte: https://www.abcp.org.br/cms/imprensa/a-nova-norma-de-especificacao-de-cimento-abnt-nbr-16697-saiba-o-que-mudou-e-o-que-nao-mudou/, adaptado. Acesso em: 27/07/2019.
Tabela 3 – Requisitos físicos e mecânicos. Sigla Classe Finura Resíduo Peneira 75 μm Tempo de início de pega Expan sibilid ade Resistência à compressão (MPa) 1 3 7 28 % min mm dias CPI CPI-S CPII-E CPII-F CPII-Z 25 ≤ 12,0 ≥ 60 ≤ 5,0 ≥8 ≥15 ≥25 32 ≤ 12,0 ≥10 ≥20 ≥32 40 ≤ 10,0 ≥15 ≥25 ≥40 CPIII CPIV 25 ≤ 8,0 ≥8 ≥15 ≥25 32 ≤ 8,0 ≥10 ≥20 ≥32 40 ≤ 8,0 ≥12 ≥23 ≥40 CP V ARI ≤ 6,0 ≥ 14 ≥24 ≥34 - CPB Estrutural 25 ≤ 12 ≥8 ≥15 ≥25 32 ≤ 12 ≥10 ≥20 ≥32 40 ≤ 12 ≥15 ≥25 ≥40 CPB Não estrutural - ≤ 12 ≥5 ≥7 ≥10 Fonte: https://www.abcp.org.br/cms/imprensa/a-nova-norma-de-especificacao-de-cimento-abnt-nbr-16697-saiba-o-que-mudou-e-o-que-nao-mudou/, adaptado. Acesso em: 27/07/2019.
A norma brasileira ABNT NBR 16697:2018 define cimento Portland branco como cimento Portland constituído de clínquer Portland branco e cujas adições (sulfato de cálcio e outras) não geram alterações em sua coloração além dos limites estabelecidos pela Norma.
Segundo o BOLETIM TÉCNICO da ABCP (2002) o Cimento Portland Branco (CPB) é obtido através de matérias-primas com baixos teores de óxidos de ferro e manganês, além de condições especiais de fabricação, principalmente durante o resfriamento e a moagem do produto. A ABNT NBR 16697:2018 classifica este cimento em dois subtipos: cimento Portland branco estrutural e cimento Portland branco não estrutural, cujas composições estão apresentadas na Tabela 1. Os cimentos Portland branco estruturais de classes 25, 32 e 40 podem ser empregados na produção de peças de concreto estrutural.
O concreto de cimento branco apresenta vantagens como: permite a eliminação das etapas de revestimento, possibilita diversas opções em acabamentos dispensando as atividades de pintura e manutenção, criam superfícies refletivas, reduzindo o uso de iluminação artificial (KIRCHHEIM et al., 2011).
Segundo Kirchheim et al. (2011) o cimento branco estrutural entrou no mercado brasileiro, no início do século XX. Este material permite grande versatilidade cromática que pode ser obtida com a inserção de agregados coloridos, pigmentos inorgânicos e adições minerais na mistura.
O emprego do concreto cromático, no Brasil, se deu inicialmente na produção de pavimentos intertravados utilizando-se cimento branco. A versatilidade de formas, tamanhos e cores incentivou a construção dos pisos de praças, estacionamentos, áreas de laser, pátio de escolas, como mostram as Figuras 9 e 10 (KIRCHHEIM et al., 2011).
Figura 9 – Elementos de pavimentação em concreto cromático.
Figura 10 – Pavimento de concreto cromático moldado in loco em centro comercial da cidade de São Paulo.
Fonte: KIRCHHEIM et al. (2011).
Outras obras de destaque no Brasil que empregou concreto branco e pigmentado foram:
• Sede da Prefeitura de Indaiatuba, estado de São Paulo, construída de 2000 a 2002, conforme Figura 11 (AGUIAR, 2006);
• Ponte construída em 2004, na cidade de Brusque/SC, moldada em concreto branco (Figura 12). Foi a primeira grande obra construída em concreto branco construída no país (https://protendesistemas.criadorlw.com.br/case-ponte-sobre-o-rio-itajai);
• Museu Iberê Camargo em Porto Alegre/RS, inaugurado no ano de 2008 (Figura 13) (AGUIAR, 2006);
• Edifício Flexotronics, Sorocaba, BR - primeira edificação utilizando painéis pré-moldados de concreto branco (Figura 14a) (KIRCHHEIM et al., 2011);
• Painel concreto branco pigmentado em amarelo e vermelho "Epopéia Paulista" (Figura 14b), na Estação da Luz do Metrô, em São Paulo (KIRCHHEIM et al., 2011).
• Panamerica Park, São Paulo, BR - condomínio totalmente em concreto de cimento branco (Figura 14c) (KIRCHHEIM et al., 2011);
Figura 11: Detalhe da fachada da Prefeitura de Indaiatuba/SP.
Fonte: http://www.revistaprisma.com.br/arquitetura. Acesso em: 01/07/2019.
Figura 12: Ponte em Concreto Branco em Brusque/SC.
Fonte: https://protendesistemas.criadorlw.com.br/case-ponte-sobre-o-rio-itajai. Acesso em: 01/07/2019.
Figura 13: Museu Iberê Camargo em Porto Alegre/RS.
Figura 14 – (a) Edifício Flexotronics, Sorocaba, BR. (b) Painel "Epopéia Paulista", em São Paulo, BR. (c) Panamerica Park, São Paulo.
(a) (b)
(c)
Fonte: KIRCHHEIM et al. (2011).
Exemplos de emprego de cimento Portland branco no exterior (KIRCHHEIM et al., 2011):
• Construção de barreiras para autoestradas no Estados Unidos (Figura 15); • Ciudad de las artes y las ciencias, em Valência, na Espanha (Figura 16a), e a Igreja Dives in Misericordia (Figura 16b), em Roma, na Itália;
Figura 15 – Barreiras de concreto com cimento branco e cinza.
Fonte: CONCRETE REPORT, 2002 apud KIRCHHEIM et al. (2011).
Figura 16 – (a) Ciudad de las Artes y las Ciencias, em Valência, ESP. (b) Igreja “Dives in Misericordia, em Roma, IT. (c) Basílica Sagrada Família, Barcelona, ESP.
(a) (b)
(c)
Fonte: KIRCHHEIM et al. (2011).
Na produção do cimento Portland cinza as matérias-primas empregadas são: carbonato de cálcio (rochas calcárias, giz, mármore ou conchas do mar) tendo a argila e dolomita (CaCO3.MgCO3) como principais impurezas, e, argilas e xistos argilosos (fonte de
sílica). As argilas contêm alumina (Al2O3), óxidos de ferro (Fe2O3) e álcalis que facilitam a
Na fabricação do cimento Portland branco são utilizadas como matéria-prima argila e rochas carbonatadas sem ferro e um combustível limpo, como óleo e gás no forno rotativo ao se produzir o clínquer. São também tomados alguns cuidados durante a moagem do clínquer, sendo utilizados moinhos especiais de bola com revestimentos e bolas de cerâmica para triturar a matéria-prima afim de evitar contaminações (MEHTA e MONTEIRO, 2014).
A matéria-prima é britada, misturada nas proporções adequadas e transferida ao moinho de cru, onde, no processo de fabricação por via seca, é calcinada num forno rotativo a temperaturas próximas a 1450°C. Segundo Mehta e Monteiro (2014) durante a etapa de calcinação são consumidas em torno de 800 Kcal/Kg de cimento produzido. O clínquer é o material resultante das reações químicas que acontecem no forno e possui diâmetro de 5 a 25 mm. Este é moído em partículas menores que 75 µm de diâmetro, juntamente com aproximadamente 5% de gipsita em moinhos de bola.
Na Tabela 4 estão os teores dos quatro principais compostos dos cimentos Portland cinza e do branco (KIRCHHEIM et al., 2011).
Na fabricação de concreto branco, o cimento Portland branco estrutural é o tipo mais empregado de aglomerante.
Tabela 4 – Compostos principais do cimento Portland. Compostos Composição Teores (%)
CP CINZA
Teores (%) CP BRANCO
silicato tricálcico 3 CaO.SiO2 50 - 70 50 – 70 silicato dicálcico 2 CaO.SiO2 15 - 30 15 – 30 aluminato tricálcico 3 CaO.Al2O3 5 - 10 4 -13 ferro aluminato tetracálcico 4 CaO.Al2O3.Fe2O3 3-8 1
Fonte: KIRCHHEIM et al. (2011), adaptado.
A maior diferença mostrada na Tabela 4 quanto à composição química dos cimentos Portland branco e cinza está no teor de C4AF. O teor de ferro do cimento branco é reduzido e
o teor de C3A é maior que do cimento Portland cinza.
Segundo Neville e Brooks (2013) o cimento branco é menos sujeito a manchamentos, devido ao seu baixo teor de álcalis solúveis.
Segundo Kirchheim et al. (2011) o processo de fabricação do cimento branco é encarecido devido ao emprego de matérias-primas selecionadas, isentas Fe2O3, e outros
oligoelementos que induzem à coloração do cimento, tais como o Manganês (Mn), o Cromo (Cr) e o Titânio (Ti). Além disso, o combustível utilizado na queima é normalmente à base de óleo ou gás, para não interferir na coloração final do cimento produzido e, a ausência de ferro
necessita de elevada temperatura de queima do clínquer, afetando sua dureza, e consequentemente o tempo de moagem do mesmo.
Kirchheim et al. (2003) e Kirchheim et al. (2015) avaliaram a resistência à compressão e carbonatação de concretos moldados com quatro tipos de cimento Portland branco estrutural comparando seus resultados com um concreto moldado com cimento Portland de alta resistência inicial (CPV), utilizado como referência. Foram estudados três traços diferentes para as relações água/cimento de 0,4; 0,5; 0,6. Quanto à resistência à compressão, todos os concretos com cimento branco obtiveram desempenho similar ao dos concretos moldados com o cimento CPV. Quanto a carbonatação os resultados mostraram que não há carbonatação em concretos com relação a/c igual a 0,4. Os pesquisadores observaram também que além da relação água/cimento, o tipo de cimento tem influência sobre estas proprieadades.
Katz (2003) ao estudar as propriedades do concreto com agregados reciclados verificou que, para a mesma relação a/c, o concreto de referência de cimento Portland comum apresentou resistência à compressão aos 28 dias (34,6 MPa) inferior à resistência do concreto de referência de cimento Portland branco (42,1 MPa). O concreto de cimento Portland branco apresentou resistência à compressão 20% maior comparando-se ao concreto com cimento Portland comum, produzidos com agregado natural.
2.3 PIGMENTOS
O emprego óxidos de ferro como pigmentos pelo homem para a pintura em cavernas, é uma prática que vem desde a pré-história (HARTMANN e BENINI, 2011).
O primeiro corante utilizado foi o negro-de-fumo e por volta de 3.000 a.C. começaram a ser utilizados alguns corantes inorgânicos sintéticos como o Azul Egípcio. Com o passar do tempo outros corantes foram sendo descobertos, como o vermelho e o índico natural. O primeiro corante orgânico sintetizado foi obtido em 1856 por William H. Perkin (AGUIAR, 2006).
A evolução nos diversos campos da ciência pôde produzir e aprimorar uma ampla gama de pigmentos hoje empregados nos mais variados setores industriais.
Na construção civil o concreto colorido tem sido aplicado em obras emblemáticas de arquitetos como Ruy Ohtake e Oscar Niemayer, no Brasil. O emprego de pigmentos em
concretos e argamassas é economicamente viável e agrega valor estético e arquitetônico (HARTMANN e BENINI, 2011).
Os pigmentos são classificados em orgânicos e inorgânicos. Os pigmentos orgânicos são materiais obtidos de sínteses químicas derivados do petróleo e do carvão. São geralmente empregados na produção de tintas e vernizes utilizadas no setor automotivo, construção civil e em produtos industrializados (AGUIAR, 2006).
Os pigmentos inorgânicos são à base de óxido e são largamente empregados na produção de concretos. São resistentes à alcalinidade do cimento, à exposição aos raios solares e a intempéries. Os principais tipos de origem química dos pigmentos são: óxido de ferro vermelho, óxido de ferro amarelo, óxido de ferro preto, óxido de ferro marrom, óxido de cromo, óxido de cobalto (HARTMANN e BENINI, 2011).
Segundo Hartmann e Benini (2011) os pigmentos se apresentam na forma de pó, granulado e dispersões aquosas que podem ser adicionados aos concretos e argamassas na etapa da mistura. Os teores normalmente empregados de pigmento estão na Tabela 5. Segundo Coelho (2001) ao se adicionar teores crescentes de pigmentos nos concretos há um aumento da tonalidade da cor até o ponto de saturação.
Tabela 5 – Teores normalmente empregados de pigmento. Principais pigmentos inorgânicos
Tonalidade desejada Teor de pigmento
Concreto de cores pálidas, tons pastéis quando utilizado cimento branco
1 a 2 kg por 100 kg de cimento
Tons médios 3 a 5 kg por 100 kg de cimento Tons escuros 6 a 8 kg por 100 kg de cimento
Fonte: Hartmann e Benini (2011).
Segundo a ASTM C979:2016 o teor máximo de pigmento empregado no concreto deve ser igual ou inferior a 10% em massa de cimento.
A adição de pigmento pode aumentar a demanda de água do concreto, sendo recomendado utilizar aditivo superplastificante na mistura para evitar o aumento da relação a/c (NEVILLE e BROOKS, 2013).
No Brasil, o número de obras que utilizam concreto branco pigmentado vem aumentando significativamente e tem sido empregado em pisos, telhas, fachadas e grandes vãos. Os concretos cromáticos podem ser produzidos de três maneiras: por meio de pintura
sobre a superfície do concreto endurecido, incorporando pigmento na etapa da mistura do concreto ou selecionando agregados e tipo de cimento para obtenção de uma coloração derivada da mistura dos materiais (AGUIAR, 2006). As peças de concreto podem ser pigmentadas com uma gama grande de cores encontradas no mercado.
Lee et al. (2003) estudaram sobre dois tipos de pigmentos: o pigmento de óxido de ferro sintético e pigmento de óxido de ferro castanho. Os pesquisadores observaram que:
• o pigmento de óxido de ferro sintético funcionava de uma maneira superior em termos de forma e tamanho de partícula em relação ao óxido de ferro castanho;
• quanto à quantidade de pigmento necessária para obter a mesma cor, a quantidade de pigmento de óxido de ferro sintético empregada é aproximadamente metade da do óxido de ferro castanho. Sugere-se, portanto, que a quantidade adequada de pigmento de óxido de ferro sintético seja a metade da quantidade do óxido de ferro castanho; • o óxido de ferro castanho e o óxido de ferro sintético apresentaram a maior resistência
à flexão para os teores de 6%-8% e 4% da massa de cimento. Os autores sugerem que essa proporção de mistura seja usada para atingir níveis ótimos de desempenho.
Lee et al. (2003) também verificaram que, quanto a estrutura interna do concreto o uso de pigmento no concreto causa o efeito microfiler devido a dimensão e forma da partícula de pigmento que é mais fina e possui área específica superficial maior que do cimento. Lee et al. (2003) sugerem que, ao se empregar o pigmento de óxido de ferro para colorir os pisos intertravados de concreto, a relação pigmento-cimento deve ficar abaixo de 4%.
Aguiar (2006) estudou a influência do teor de adição de pigmentos na resistência à compressão de concretos de cimento Portland branco. A pesquisadora avaliou dois tipos de pigmentos em três tonalidades: vermelho, amarelo e verde, nas porcentagens de 3%, 6% e 9% da massa de cimento. Pode-se comprovar na pesquisa que, com o aumento da porcentagem de pigmento, há queda da trabalhabilidade no estado fresco e diminuição da resistência à compressão para todos os teores de pigmentos.
A influência nas características calorimétricas do concreto foi estudada por Piovesan (2009). A pesquisadora analisou a influência da adição de pigmentos em algumas propriedades de durabilidade e na cromacidade de concretos de cimento Portland branco. Estudou vinte e um traços diferentes, com dois tipos diferentes de pigmentos inorgânicos de bases químicas, adicionados em 4 teores (0, 3%, 6% e 10%) e com 3 relações a/c (0,40; 0,55 e 0,70). Os modelos obtidos nos ensaios mostram que o teor de adição e o tipo de pigmento não exercem influência significativa sobre a durabilidade do concreto. O teor de adição, apesar de significativo, pouco alterou a resistência à compressão; houve um acréscimo de cerca de 2%
e 5% para os pigmentos verde e vermelho, respectivamente. Quanto à cromacidade com a adição de 6% do pigmento vermelho o concreto já atinge tonalidades próximas a cor original do pigmento, ao passo que para os concretos com pigmento verde é necessária a adição de 10% para se obter tonalidades mais escuras e mais próximas a cor do pigmento. Piovesan (2009) também observou que, quanto maior a relação água/cimento do concreto mais clara é a superfície do concreto, principalmente com pigmento vermelho.
Silvaa et al. (2015) analisou o comportamento de um concreto colorido, contendo
pigmentos a base de óxido de ferro. Os pesquisadores inicialmente testaram três composições com um traço padrão de referência 1: 2 : 1,5 : 1,5 (cimento:areia:brita0:brita1). Foi testado um traço com pigmento colorido comercial à base de óxido de ferro na cor azul e outro traço com pigmento na cor vermelho. Foi empregado 0,6% de aditivo superplastificante, 5% de pigmento, e relação a/c de 0,42. Neste experimento inicial pode-se verificar que o abatimento dos concretos com pigmentos diminuiu em relação ao traço de referência assim como a resistência à compressão. Os pesquisadores observaram que o concreto com pigmento vermelho (43,8 MPa) apresentou melhor resultado que o concreto com pigmento azul (41,2 MPa) e ambos foram inferiores ao de referência (44,5 MPa). Outros traços de concreto pigmentado, com pó de quartzo e cura térmica, foram realizados e obtidos maiores ganhos de resistência chegando a atingir o valor de 131,9 MPa aos 28 dias.
Alcantara (2015) avaliou a incorporação de resíduo de cerâmica vermelha (RCV) objetivando a redução de pigmento em pisos coloridos, justificados pela melhoria de suas propriedades pelos efeitos fíler e pozolânico e pela redução do custo. Segundo a pesquisadora alguns pigmentos, encarecem de 20% a 30% o custo das peças e prejudicam as propriedades dos concretos secos moldados sob vibrocompressão. Foram estudados diferentes traços: (a) traço padrão pelo método de dosagem da ABCP para blocos e pavers; (b) adição de pigmento ao traço padrão (2% e 4%); (c) substituição da areia média pelo RCV no traço padrão (50%, 75% e 100%); (d) adição de RCV ao traço padrão (20%, 30%, 40% e 50%); (e) adição de pigmento (2%) e RCV concomitantemente ao traço padrão (20%, 30%, 40%, 50%, 100% e 150%). Para todos os traços (exceto aqueles das formulações de substituição), foi feita a correção do consumo de cimento em relação ao traço padrão. O traço padrão 1:2,29:1,76:0,95 (cimento:areia média:areia grossa:pedrisco) com relação água-materiais secos foi de 0,80. A autora concluiu que:
• de uma maneira geral, as adições de apenas pigmento (2% e 4%) reduziram em até 73% a resistência à compressão dos pisos padrão cinza (sem adições). A Redução nos produtos de hidratação (CH e C-S-H) foram observadas. As substituições de areia média pelo
RCV também foram prejudiciais a esse sistema;
• as adições de apenas RCV, bem como as de RCV concomitantemente com pigmento foram positivas em ganhos ou manutenção de propriedades (resistência à compressão, absorção de água, resistência à abrasão e cor) em relação ao piso padrão colorido (4% de pigmento), destacando-se a formulação 2% de pigmento e 50% de RCV;
• a adição de RCV é uma possibilidade técnica promissora, sustentável e economicamente viável na fabricação de pisos avermelhados.
2.4 RESÍDUOS DE BORRACHA DE PNEU
2.4.1 História e fabricação do pneu
Segundo a Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos (ANIP) o pneu foi desenvolvido no século XIX, por volta de 1830, pelo americano Charles Goodyear após diversos experimentos realizados com a borracha cozida a altas temperaturas com enxofre. Em 1843 foi anunciado o processo de vulcanização da borracha e em 1845, os irmãos Michelin patentearam o pneu para automóvel. Em 1847 o inglês Robert Thompson colocou uma câmara cheia de ar dentro dos pneus de borracha maciça e patenteou o pneu pneumático. Em 1888 o pneu começou a ser utilizado em larga escala, sendo produzido pela Dunlop o primeiro pneu para bicicletas (http://www.anip.org.br/historia-e-fabricacao/).
Em 1906 foi lançado o primeiro pneu de avião e em 1910 o negro de fumo foi acrescentado à borracha pela BFGoodrich Company, aumentando sua vida útil. Em 1919 foram fabricados os pneus de caminhões pela Goodyear e Dunlop e, em 1946, a Michelin lançou o pneu radial. Em 1947 a Goodyear produziu os pneus de nylon e, em 1974 a Pirelli introduziu o pneu radial largo e a tecnologia de zero grau de nylon em 1978 (http://www.anip.org.br/historia-e-fabricacao/).
Na fabricação do pneu, as matérias-primas variam de acordo com o tipo de pneu, ou seja, em pneus de automóveis de passeio a borracha sintética é mais usada que a borracha natural e em pneus de caminhões de carga predomina a borracha natural, por sua maior resistência aos cortes e lacerações. Também estão presentes no processo de fabricação do pneu, o negro de fumo ou carbono amorfo, o enxofre, e vários outros produtos químicos, catalisadores, plastificantes e cargas reforçantes. E, de acordo com a capacidade de carga requerida, a velocidade de emprego e, tipo de aplicação, é dimensionada a estrutura resistente
de lonas emborrachadas de cordonéis de aço, de náilon ou outros materiais como o kevlar. O pneu é formado pela banda de rodagem (parte do pneu que entra em contato com o solo), pelo corpo (ou carcaça) e pelo talão (parte do pneu que faz ligação com a roda) (http://www.anip.org.br/historia-e-fabricacao/).
2.4.2 Reciclagem do pneu
A geração excessiva e o descarte inadequado de pneus vêm causando sérios problemas ao meio ambiente e a sociedade (Figura 17). Algumas formas de minimizar este passivo ambiental no setor da construção civil é justamente a incorporação de resíduos de pneus à massa de concreto na etapa da mistura.
A Resolução n°416, de 30 de setembro de 2009 do CONAMA, que dispõe sobre a prevenção à degradação ambiental causada por pneus inservíveis e sua destinação ambientalmente adequada, considera que:
• os pneus dispostos inadequadamente constituem passivo ambiental, e podem resultar em sério risco ao meio ambiente e à saúde pública;
• esse passivo deve ser destinado o mais próximo possível de seu local de geração, de forma ambientalmente adequada e segura;
• a importação de pneumáticos usados é proibida pelas Resoluções CONAMA nº 23, de 12 de dezembro de 1996, e nº 235, de 7 de janeiro de 1998;
• os pneus usados devem ser preferencialmente reutilizados, reformados e reciclados antes de sua destinação final adequada;
• o Art. 70 do Decreto Federal n° 6.514, de 22 de julho 2008, impõe pena de multa por unidade de pneu usado ou reformado importado;
• a liberdade do comércio internacional e de importação de matéria-prima não devem representar mecanismo de transferência de passivos ambientais de um país para outro.
Figura 17 – Depósito de pneus inservíveis.
Fonte: http://bempublico.com.br/noticias/12/sustentabilidade/6214/fabricantes-vao-reusar-pneus-descartados-no-parana. Acesso em: 04/04/2019.
E, resolve em seu Art. 7º que os fabricantes e os importadores de pneus novos, devem elaborar um plano de gerenciamento de coleta, armazenamento e destinação de pneus inservíveis (PGP). Neste plano consta que nos municípios acima de 100.000 habitantes, deve existir pelo menos um ponto de coleta.
Visando atender a Resolução 416/09 do CONAMA, em 1999, a ANIP (Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos), entidade que representa os fabricantes de pneus novos no Brasil, implantou o Programa Nacional de Coleta e Destinação de Pneus Inservíveis. Este Programa foi ampliado e, em 2007, foi criada a Reciclanip que realiza o trabalho de logística reversa como a coleta e destinação de pneus inservíveis no Brasil.
Segundo a Reciclanip, os fabricantes nacionais de pneus destinaram de forma ambientalmente correta 458 toneladas de pneus inservíveis em 2017. De 1999 a 2017 foram recolhidos e destinados adequadamente 4,5 milhões de toneladas de pneus inservíveis.
Segundo o Relatório de Pneumáticos do IBAMA (2018), em 2017 foram cadastrados 1.718 pontos de coleta, sendo 925 localizados em municípios com população acima de 100 mil habitantes. Ainda existem 12 municípios, com população acima de 100 mil habitantes, sem nenhum ponto de coleta declarado.
Na Tabela 6 estão os números totais de vendas de pneus de 2006 a 2018 no Brasil, onde o recorde foi alcançado no ano de 2013, onde chegou a 74 milhões de unidades vendidas.
Tabela 6 – Vendas anuais de pneus no Brasil. Total de vendas (milhões de unidades)
Ano 2006 57,20 2007 63,10 2008 54,30 2009 60,20 2010 73,00 2011 72,90 2012 67,90 2013 74,30 2014 72,80 2015 71,90 2016 70,70 2017 59,25 2018 59,38
Fonte: http://www.anip.org.br/, adaptado. Acesso em: 10/07/2019.
De acordo com a ANIP, a Indústria Nacional de Pneumáticos fechou o primeiro semestre de 2019 com ligeira alta de 1% em relação ao mesmo período de 2018 (Tabela 7).
Tabela 7 – Total de vendas de pneus no 1º semestre de 2018 e 2019, no Brasil. 1º SEMESTRE
Total de vendas (unidades)
Mês 2018 2019 Janeiro 4.761.843 4.469.081 Fevereiro 4.530.362 4.781.370 Março 5.311.308 5.067.000 Abril 4.980.791 4.743.504 Maio 3.754.612 5.116.638 Junho 5.530.200 4.985.294 TOTAL 28.869.116 29.162.887 Fonte: http://www.anip.org.br/, adaptado. Acesso em: 10/07/2019.
No Brasil, uma das formas mais comuns de reaproveitamento dos pneus inservíveis é como combustível alternativo para as indústrias de cimento. Outros usos dos pneus são na fabricação de solados de sapatos, borrachas de vedação, dutos pluviais, pisos para quadras poliesportivas, pisos industriais, além de tapetes para automóveis. Mais recentemente, surgiram estudos para utilização dos pneus inservíveis como componentes para a fabricação de manta asfáltica e asfalto-borracha, processo que tem sido acompanhado e aprovado pela indústria de pneumáticos. No processo de coleta, a entidade é responsável pelo transporte de
pneus a partir dos Pontos de Coleta até as empresas de trituração, quando necessário, de onde os pneus são encaminhados para destinação final (http://www.reciclanip.org.br/v3/formas-de-destinacao-para-onde-vao).
Segundo a Resolução 416/09 do CONAMA o pneu usado pode ser reformado, para aumentar sua vida útil, pelos seguintes processos:
a) recapagem: o pneu usado é reformado pela substituição de sua banda de rodagem; b) recauchutagem: o pneu usado é reformado pela substituição de sua banda de rodagem e dos ombros;
c) remoldagem: o pneu usado é reformado pela substituição de sua banda de rodagem, ombros e toda a superfície de seus flancos.
A reforma de pneu não é considerada pela Resolução 416/09 do CONAMA como destinação ambientalmente adequada de pneus inservíveis. Esta Resolução considera que os pneus devem ser descaracterizados de sua forma inicial, e que seus componentes devem ser reaproveitados, reciclados ou processados observando a legislação vigente afim de evitar riscos à saúde pública e à segurança. Segundo a Reciclanip as principais formas de destinação dos pneus inservíveis no Brasil são:
• co-processamento: os pneus inservíveis possuem alto poder calorífico e são empregados como combustível alternativo em fornos de cimenteiras, em substituição ao coque de petróleo;
• artefatos de borracha: os pneus são utilizados na fabricação de tapetes para automóveis, pisos industriais e pisos para quadras poliesportivas;
• asfalto-borracha: o pneu triturado em forma de pó é adicionado a massa asfáltica;
• laminação: os pneus são empregados, na forma de lâminas, na produção de percintas (indústrias moveleiras), solas de calçados, dutos de águas pluviais etc.
2.4.3 Incorporação de resíduos de borracha no concreto
Os resíduos provenientes de borracha reciclada tem sido empregados no setor da construção civil, na produção de argamassas, concretos e elementos construtivos. Uma das aplicações destes resíduos são na fabricação de peças de concreto para pavimentação.
