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XIV SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ. Necessidades Energéticas e Consequências Ambientais

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XIV SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS

DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ

Necessidades Energéticas e Consequências Ambientais

A Utilização dos Resíduos da Poda de Árvore na

Confecção de Chapas e Tijolos.

Manuel Joaquim Duarte da Silva Professor do Curso de Engenharia Civil

Unesp - Universidade Estadual Paulista - Campus de Bauru manuel@feb.unesp.br

Este simpósio tem o apoio da Fundação Fernando Eduardo Lee

Resumo

Esta pesquisa objetivou avaliar as propriedades físico-mecânicas de chapas de madeira fabricadas com partículas da poda de Ipê (Tabebuia serratifolia) e de Chapéu de Sol (Terminalia catappa), bem como tijolos de solo-cimento com incorporação da poda de Ipê. Foram confeccionadas chapas com as duas espécies de madeira, resultante da trituração da poda e com material de granulometria selecionada. As chapas tinham dimensões de 0.45 metros, espessura de 11,8 milímetros e massa específica média de 634 quilogramas por metro cúbico. Utilizou-se adesivo à baUtilizou-se de melamina-formaldeído, na proporção de 12% em relação à massa seca de partículas. As chapas foram prensadas à temperatura de 130°C intervalos de 10 minutos e suas propriedades determinadas segundo a norma NBR 14810-3/2002. A granulometria afetou as resistências à flexão estática e à tração paralela as fibras, produzindo-se tijolos com dimensões de (11x7x21) centímetros em prensa manual. Foram preparados tijolos de solo-cimento para os teores cimento de 2, 7 e 12% em relação à massa de solo utilizada, bem como também tijolos de solo-cimento-resíduo, com teor de cimento em 7% e variando o teor de resíduo em 1, 2, 3, 4 e 5% em relação à massa de solo. A incorporação do resíduo da poda de árvore na confecção de tijolos de solo-cimento é técnica e economicamente viável com aumento da resistência à compressão, uma melhora no seu desempenho, uma boa redução quanto a quantidade de cimento utilizado, além de ser esteticamente aceitável. Vale ressaltar que o traço ideal não apresenta resistência à absorção de água, devendo ser utilizados apenas em ambientes internos protegidos das intempéries e com aplicação de revestimento.

Palavras chaves: Resíduos Urbanos; Poda de Árvore; Ipê; Chapéu de Sol e tijolo de solo-cimento.

Summary

The objective of this research was to evaluate the physical-mechanical properties of wood slabs made from Ipê pruning (Tabebuia serratifolia) and Chapéu de Sol

(Terminalia catappa), as well as soil-cement bricks with Ipê pruning. Plates were made with the two wood species, resulting from pruning crushing and selected granulometry material. The plates had dimensions of 0.45 meters, thickness of 11.8 millimeters and average specific mass of 634 kilograms per cubic meter.

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Melamine-formaldehyde-based adhesive was used, at a ratio of 12% to the dry mass of the particles. The plates were pressed at a temperature of 130 ° C intervals of 10

minutes and their properties determined according to norm NBR 14810-3 / 2002. The granulometry affected the resistance to static flexion and parallel traction of the fibers, producing bricks with dimensions of (11x7x21) centimeters in manual press. Soil-cement bricks were prepared for cement contents of 2, 7 and 12% in relation to the soil mass used, as well as soil-cement-residue bricks, with a cement content of 7% and varying the residue content in 1, 2, 3, 4 and 5% in relation to the soil mass. The incorporation of tree pruning residue in the making of soil-cement bricks is technically and economically viable with increased compressive strength, improved performance, good reduction in the amount of cement used, and aesthetically acceptable. It is worth mentioning that the ideal trace does not present resistance to water absorption and should be used only in indoor environments protected from the weather and with coating application.

Key-words: Urban Waste; Pruning tree; Ipê; Sun hat and soil-cement brick.

Seção 1 - Curso de Engenharia Civil - Meio Ambiente. Apresentação: oral

1. Introdução

Os resíduos sólidos são materiais heterogêneos (inertes, minerais e orgânicos) resultantes das atividades humanas e da natureza que podem ser utilizados, gerando proteção à saúde pública e economia de recursos naturais, sendo que o seu manejo representa grandes problemas ambientais.

A geração de resíduos resulta de comportamento inerente à vida do homem, em qualquer das atividades domésticas, comerciais, produtivas, etc., quase sempre de maneira insustentável. Uma vez gerados, os resíduos devem ser coletados e afastados da sua área de produção e consumo com destino a um descarte controlado e adequado que não cause impacto negativo ao meio ambiente e à saúde humana.

A substituição de recursos naturais não renováveis e a redução de seu uso, mesmo de bens que considerados abundantes, através da reutilização de resíduos sólidos são propostas alternativas que visam reduzir impactos ambientais e impedimentos operacionais, tais como a ocupação de áreas próxima a centros urbanos com potencial de extração e crateras provocadas pela exploração de materiais minerais

A construção civil é reconhecida como das mais importantes atividades para o desenvolvimento econômico e social, e, por outro lado, comporta-se como grande geradora de impactos ambientais, pois de 15 a 50% do consumo é de sua responsabilidade. No Brasil, o consumo de agregados naturais somente na produção de concretos e argamassas são de 220 milhões de toneladas por ano e cerca de dois terços de madeira natural extraída é consumido somente pela mesma, sendo que a grande maioria das florestas não é manejada adequadamente.

Segundo a Prefeitura Municipal de São Paulo, a cidade gera mais de 15 mil toneladas de entulho por dia e estima-se que no Brasil esse tipo de entulho representa de 41% a 70% dos resíduos sólidos urbanos e quando mal gerenciada, degrada a qualidade da vida urbana e sobrecarrega os serviços municipais de limpeza pública. O volume de entulho de construção e demolição gerado chega a

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duas vezes o volume de lixo sólido urbano, isto resulta um total de 0.55 toneladas de entulho por ano habitante, gerando uma diminuição da vida útil dos aterros sanitários.

Outro exemplo de resíduo sólido urbano que gera grande volume é a poda de árvore, prática de remoção de galhos feita para aumentar a vitalidade da árvore ou para evitar problemas de segurança causados pelo crescimento exagerado dos galhos. A disposição e transporte dos materiais custam em média R$ 855 mil por ano. Há alguns programas que pretende transformar os resíduos de podas de árvores em combustível, lenha e também através da compostagem em adubo.

Um exemplo de reutilização de podas de árvores de compostagem é feito pela Prefeitura Municipal de Recife, que utiliza este processo para uma significativa redução do volume inicial dos resíduos produzidos, chegando aos aterros sanitários cerca de 3.000 toneladas por mês de resíduos da poda de árvore. Antes da utilização na compostagem, apenas 13% deste material era aproveitado na venda da lenha e o restante era queimado ou enterrado, sendo que até o momento ainda não há uma grande absorção de grandes volumes de podas de árvores gerados nos centros urbanos.

2. Revisão Bibliográfica

Na revisão bibliográfica são abordados temas referentes: a arborização urbana, a poda de árvore, as chapas e propriedades físicas e mecânicas, os processos de estabilização do solo, a mistura solo-cimento, a produção de tijolos e a adição de fibras.

-Arborização urbana: a vegetação urbana desempenha funções importantes nas cidades, pois, as árvores, pelas características naturais, proporcionam muitas vantagens ao ser humano que vive na cidade: bem estar psicológico, um melhor efeito estético, sombra para os pedestres e veículos, protege e direciona o vento, amortece o som, ameniza a poluição sonora, reduz o impacto da água de chuva e seu escorrimento superficial, auxilia na diminuição da temperatura, pois, absorve os raios solares, refresca o meio ambiente através da água transpirada pelas folhas, melhora a qualidade do ar e preserva a fauna silvestre.

-Poda de árvore: a arborização pública gera uma quantidade expressiva de resíduos verdes, devido às podas e remoções efetuadas, por necessidade de adequação aos equipamentos urbanos e que acabam sendo depositados em aterros sanitários e em alguns casos queimados em lixões. A Lei nº 12300 de 17/03/2006, estabelece a Política Estadual de Resíduos de São Paulo que os classifica em: Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) provenientes de: residências, estabelecimentos comerciais, varrição, podas, limpeza de vias e logradouros públicos e sistemas de drenagem urbana. Existem diferentes tipos de poda cada qual com seu objetivo: formação, limpeza, emergência e adequação.

-Chapas de madeira aglomerada: a norma brasileira NBR 14810-1/2002 define os termos usualmente empregados para as chapas de madeira aglomerada e derivados. Os aglomerados possuem vantagens em relação à madeira serrada, como mencionadas por Maloney (1993): minimização dos efeitos da anisotropia, maior uniformidade de propriedades físico-mecânicas em diferentes pontos do painel, eliminação de defeitos naturais como nós, possibilidade de controle das propriedades físico-mecânicas do painel como tipo e quantidade de resina, geometria de partículas, grau de densificação, menor exigência em termos de qualidade da madeira e maior produção devido à tecnologia empregada e menor

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custo de produção. O tempo de prensagem deverá ser o suficiente para que o centro da chapa atinja a temperatura ideal para a cura da resina e que seja também suficiente para a migração da umidade pelas bordas da chapa.

-Propriedades físicas e mecânicas das chapas: as características físicas das chapas são: a homogeneidade, a anisotropia, a densidade, o inchamento e a estabilidade dimensional. As chapas de madeira reconstituída são mais homogêneas, a anisotropia é melhorada com o processo de fabricação das chapas de madeira reconstituída, o parâmetro densidade é importante para a indústria de chapas porque deverá ser constante em todas as chapas, a resistência ao inchamento é diretamente ligada ao tipo de cola empregada, pois se a mesma for à base de água, as chapas não ter desempenho na presença de umidade, ocorrendo desagregação de sua estrutura e no tocante a estabilidade dimensional, segundo Castro (2000), é resultante do processo industrial das chapas de madeira reconstituída, pois, recebem aditivos que melhoram suas características físicas em relação à esta característica.

-Processos de estabilização do solo: segundo Pinto (1998), os solos podem ser definidos como um conjunto de partículas sólidas provenientes da desagregação de rochas por ações físicas e químicas (água e ar), ou ainda ambos, em seus espaços intermediários. Conforme Cytryn (1957), o solo é insolúvel em água, ou seja, quando imersa forma uma solução. Porém, as partículas sólidas apresentam diferentes diâmetros, fato que acarreta comportamento heterogêneo na sedimentação desses sólidos em suspensão. A areia é constituída por partículas de maiores dimensões que compõe as frações grossas do solo, apresentando maior resistência à compressão que a argila, quanto ao silte é a partícula intermediária entre argila e a areia, com características mais próximas de uma ou outra, dependendo das dimensões predominantes dos grãos, apresentam pouca ou nenhuma plasticidade.

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-Solo-cimento: As normas brasileiras definem solo-cimento como o produto endurecido resultante da cura de uma mistura íntima compactada de solo, cimento e água em proporções estabelecidas através de dosagem, executada conforme a NBR 12254/1990. Silva (1991) explica que as variações de volume por absorção de água estão diretamente ligadas aos Limites de Consistência do solo, que são empregados para descrever os estados físicos do solo: o Limite de Liquidez (LL) é caracterizado pela quantidade de água que, adicionada ao solo, o Limite de Plasticidade (LP) é caracterizado quando se retira gradativamente a umidade do solo, passando do estado plástico para semi-sólido e o Índice de Plasticidade (IP), intervalo de umidade que torna o solo plástico, obtido pela diferença entre LL e LP. O resultado de um estudo de dosagem seria a fixação de três quesitos básicos, a saber: o teor de cimento a ser adicionada no solo, a umidade a ser incorporada na mistura e a massa específica desejada.

-Tijolos de solo-cimento: O uso de tijolos de solo-cimento produzidos por meio de prensas manuais apresenta vantagens em relação ao sistema convencional, entre as quais estão controle de perdas, disponibilidade de abastecimento, baixo custo, durabilidade e segurança estrutural, economia de transporte, quando produzido no próprio local da obra, e baixa agressividade ao meio ambiente, pois dispensa a queima (GRANDE 2003). Os tijolos de solo-cimento podem ser utilizados em alvenaria de vedação ou estruturais, desde que atendam as resistências estabelecidas nos critérios de projeto, que serão os mesmos aplicados no caso de materiais de alvenaria convencional. Outra vantagem desse tijolo é a possibilidade de incorporação de outros materiais na fabricação, como agregados da reciclagem de entulho e rejeitos industriais.

-Adição de fibras: A mistura de pedaços de palha ou fibras reduz de forma acentuada o efeito de retração quando da secagem do material úmido. A utilização de produtos tais como óleos de origem vegetal ou animal, ou emulsão asfáltica tem a finalidade de ser mais impermeável e a inserção de determinados tipos de fibra em solos altera a rigidez. Por outro lado, a adição de cimento ao solo, embora aumente a resistência e a rigidez do material, torna o mesmo extremamente frágil, efeito esse que pode ser atenuado na presença de fibras (VIEIRA et al., 2002).

3. Metodologia

A metodologia utilizada na confecção das chapas de madeira a partir dos resíduos de poda de árvore consiste de ensaios de corpos-de-prova baseados na norma brasileira NBR 14810-3/2002 para a determinação da densidade, de resistência à flexão, do módulo de elasticidade e da resistência à tração paralela às fibras, sendo que no caso da produção de tijolos de solo-cimento com a incorporação dos resíduos da poda de árvore é feita a escolha do solo e os ensaios de caracterização, conforme procedimento estabelecido pela NBR 10832/1989 que fixa as condições exigíveis da produção de tijolos com prensa manual e os métodos de ensaios para a determinação da resistência à compressão simples e à absorção de água.

Nos experimentos foram utilizados espécies de madeira características de Bauru encontradas no campus da Unesp, o Ipê e o Chapéu de Sol, o adesivo a base de melamina-formaldeído, água e o cimento Portland de alta resistência. Foi escolhido um solo representativo da região do município de Bauru/SP, cuja composição granulométrica é com 14% de argila, 8% de silte e 78% de areia, sendo que devido a pouca quantidade de argila, optou-se pela homogeneização com mistura de solo argiloso proveniente do município de Cordeirópolis. Foi utilizado o

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cimento Portland CP V - ARI ESTRUTURA da marca CAUÊ, que é um cimento Portland de alta resistência inicial capaz de atingir a resistência mínima à compressão de 34 MPa aos 7 dias de idade, o qual atende a NBR 5733/1991. Para a confecção das chapas aglomeradas, produção de tijolos e a realização dos ensaios de caracterização físico-mecânica utilizaram-se os equipamentos dos Laboratórios de Processamento da Madeira, Materiais de Construção Civil e Mecânica dos Solos.

A fabricação das chapas de madeira aglomerada inicia-se pelo processo de trituração, utilizando-se um picador de disco, onde o material processado acondicionado em bandejas metálicas foi seco ao sol, sendo manualmente misturado com adesivo e despejado em fôrmas. Após, a mistura é levada até à prensa hidráulica, previamente aquecido à temperatura de 130° C, durante um tempo de 10 minutos, sendo cinco chapas de madeira aglomerada com resíduo de Ipê e outras cinco com Chapéu de Sol. As chapas foram rompidas através de ensaios conforme norma NBR 14810-3/2002, determinando-se a sua flexão estática, a sua tração paralela e a sua densidade.

Os ensaios de caracterização dos solos foram realizados no Laboratório de Mecânica dos Solos, da Universidade Estadual Paulista, UNESP, Campus de Bauru, sendo eles: determinação do teor de umidade, determinação da massa específica dos sólidos, análise granulométrica conjunta, determinação dos limites de consistência (liquidez, plasticidade e índice de consistência) e ensaios de compactação, sendo utilizado processo com secagem prévia para preparação das amostras de solo nos ensaios de caracterização, realizados de acordo com o método prescrito pela NBR 6457/1986. As amostras foram colocadas em cápsulas de porcelana com água, para completa imersão do material durante 72 horas, sendo então efetuado o teor de umidade através da média das cinco amostras de solo.

O ensaio de determinação do limite de liquidez foi realizado de acordo com a NBR 6459/1984, onde se dividiu a massa de solo em duas partes, passando o cinzel na mesma, de maneira a abrir uma ranhura na parte central e com a adição de água à amostra promove-se a homogeneização durante pelo menos mais 3 minutos, amassando e revolvendo com auxílio da espátula, repetindo-se várias vezes essa operação até obter pelo menos mais três pontos de ensaio, cobrindo-se o intervalo de 15 a 35 golpes, onde o teor de umidade com 25 golpes é considerado o limite de liquidez do solo.

O método de ensaio para a determinação do limite de plasticidade é prescrito pela NBR 7180/1984, onde é feita a consistência plástica através do rolamento de uma pasta de material sólido com cerca de 10 gramas sobre uma placa de vidro com pressão suficiente com a palma da mão para lhe dar a forma de cilindro, sendo que o valor do limite de plasticidade deve ser feita através da obtenção da média de três teores de umidade.

Com os resultados dos ensaios de caracterização do solo determinam-se os traços em relação à mistura de solos, ao teor de resíduo de poda de árvore e teor de cimento empregado e planejando-se a confecção dos tijolos de solo-cimento-resíduo. O traço da homogeneização dos solos foi obtido em função da porcentagem de areia desejada para a confecção dos tijolos, definindo-se o solo base da mistura com os solos de Bauru e de Cordeirópolis.

Para a confecção dos tijolos de solo-cimento-resíduo foram necessárias as seguintes etapas: escolha e preparação da prensa, planejamento do preparo, homogeneização do solo e preparo dos resíduos da poda de árvores, mistura dos materiais, prensagem, cura e armazenamento dos tijolos, onde foi feita a prensagem

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manual com capacidade de produção de 3 tijolos, pois, após prensados devem ser dispostos em local protegido do sol e do vento, molhados 3 vezes ao dia, durante os primeiros 7 dias, conforme a NBR 8492/1984, sendo depois ensaiadas na Máquina Universal de Ensaios, do Laboratório de Construção Civil da Unesp, Campus de Bauru.

4. Resultados Obtidos

Na determinação da resistência à flexão e módulo de elasticidade das chapas a tabela 1 mostra os valores médio, máximo e mínimo do MOE dos corpos-de-prova para o caso das podas das espécies Ipê e Chapéu de Sol.

Espécie MOE (MPa)

Máxima Mínima Média Desvio Padrão Ipê 1382,83 433,97 1057,00 320,30 Chapéu de Sol 1158,93 479,26 649,10 286,70

Tabela 1: Valores médio, máximo e mínimo de MOE para resistência à flexão, das espécies Ipê e Chapéu de Sol.

No caso da determinação do módulo de ruptura, a tabela 2 apresenta os valores médio, máximo e mínimo do MOR para corpos-de-prova das espécies Ipê e Chapéu de Sol.

Espécie MOR (MPa)

Máxima Mínima Média Desvio Padrão

Ipê 10,31 2,49 6,72 2,41

Chapéu de Sol 7,93 0,66 2,45 2,11

Tabela 2: Valores médio, máximo e mínimo de MOR no ensaio de resistência à flexão das espécies Ipê e Chapéu de Sol.

No caso da resistência à tração paralela às fibras, os resultados obtidos no ensaio de resistência à tração foram registrados pela Máquina Universal de Ensaios, sendo que a tabela 3 mostra os valores médio, máximo e mínimo para corpos-de-prova das espécies Ipê Chapéu do Sol.

Espécie Resistência à Tração Paralela às Fibras (MPa) Máxima Mínima Média Desvio Padrão

Ipê 4,26 1,76 2,91 0,75

Chapéu de Sol 1,50 0,32 0,93 0,39

Tabela 3: Valores médio, máximo e mínimo obtidos no ensaio de resistência à tração paralela às fibras das espécies Ipê e Chapéu de Sol.

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No caso do rompimento dos corpos-de-prova de tijolos solo-cimento-resíduo para ensaios à compressão simples, realizados pela Máquina Universal de Ensaios, a tabela 4 apresenta os resultados para uma variação de 1% a 5% nos teores de cimento. Teor de cimento C.P. La,m (mm) Lb,m (mm) FcT,máx (kgf) fcT (MPa) fcT,média (MPa) 1% C10 111,3 111,3 5001 3,96 4,91 C11 111,0 111,2 6598 5,24 C12 111,3 111,2 6998 5,54 2% C13 111,1 111,6 6778 5,36 5,08 C14 111,3 111,2 6557 5,20 C15 111,8 111,3 5953 4,69 3% C16 111,3 111,4 6281 4,97 5,11 C17 111,0 112,1 7518 5,93 C18 111,9 111,4 5635 4,43 4% C19 111,4 112,0 5338 4,20 3,87 C20 111,2 112,0 5025 3,96 C21 111,9 111,4 4376 3,44 5% C22 111,5 111,6 3842 3,03 3,10 C23 111,3 111,9 4488 3,54 C24 111,3 111,5 3463 2,74

Tabela 4: Resistências a compressão para tijolos de solo-cimento-resíduo.

5. Conclusões

As conclusões dizem respeito a uma pesquisa de caracterização dos possíveis materiais de construção civil que utilizam com matéria-prima os resíduos da poda de árvore, sendo que o seu desenvolvimento permite que sejam registradas as seguintes conclusões:

a) a norma brasileira não estabelece valores mínimos para MOE, entretanto o valor mínimo referenciado para MOE na norma americana CS 236-66 (1968) é de a 2403 MPa. As chapas de Ipê obtiveram 44% desse valor (1057 MPa) e as de Chapéu de Sol 27% (649 MPa) na primeira fase e 53% (1272 MPa) para as chapas de Ipê e 32% (771 MPa) para os de Chapéu de Sol na segunda fase da pesquisa, sendo que em ambos os casos, ocorreu melhora de 18,9% em relação ao valor médio do Ipê e 18,8% para o Chapéu de Sol.

b) A norma NBR 14810-2/2002 estabelece na flexão estática mínima o valor para o MOR de 18 MPa. Na primeira fase, as chapas de Ipê obtiveram 37% (6,72 MPa) e o Chapéu de Sol 14% (2,45 MPa); na segunda, as chapas de Ipê obtiveram 44% (7,92 MPa) e o Chapéu de Sol 29% (5,25 MPa), pois, mesmo os valores sendo inferiores ao mínimo, constatou-se uma melhora de 17,9% do valor médio na espécie Ipê e 114% para as chapas com Chapéu de Sol.

c) A poda da espécie Ipê apresentou resultados melhores e homogêneos, com potencial para produção e utilização das chapas aglomeradas.

d) O solo de Bauru foi caracterizado como areia fina pouco argilosa marrom-claro com umidade 0,72% e massa específica de 2,647 gramas/cm3. O limite de liquidez

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de 16,5%, solo não plástico, não apresenta limite de plasticidade e com composição de 76,0% de areia, 6,0% de silte e 18,0% de argila

e) O solo de Cordeirópolis é tipo argila rosa-claro, com teor de umidade de 2,60%, massa específica de 2,696 gramas/cm3, limite de liquidez de 42,8%, limite de plasticidade de 21,5% e índice de plasticidade de 21,3%, com composição de 5,7% de areia, 44,3% de silte e 50,0% de argila.

f) A incorporação do resíduo da poda de árvore na confecção de tijolos de solo-cimento é técnicamente viável por aumentar a resistência à compressão, melhorar o desempenho diante as solicitações, reduzindo a quantidade cimento a ser utilizado e também ser esteticamente aceitável.

g) Constatou-se também que no caso da incorporação de até 3 % de resíduos há um ganho na resistência à compressão dos tijolos e a partir de um teor de cimento de 4% já se garante a resistência mínima exigida pela norma. Entretanto este traço econômico não apresenta resistência à absorção de água, estes tijolos devem ser utilizados apenas em ambientes internos protegidos das intempéries e, de preferência com aplicação de revestimento.

h) É interessante experimentar-se novos teores de cimento e resíduos, para avaliar a influência granulométrica das partículas de resíduo, sendo também importante avaliar outros tipos de espécies, pois nos ensaios realizados as resistências à compressão foram compatíveis com a de blocos estruturais.

6. Referências Bibliográficas

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