SIQUEIRA_Análise da viabilidade técnica da utilização de resíduo de EVA como agregado graúdo na produção de concreto leve em Sinop – MT

Análise da viabilidade técnica da utilização de resíduo de EVA como agregado graúdo

na produção de concreto leve em Sinop – MT.

Analysis of the technical feasibility of the use of EVA waste as a large aggregate in the

production of lightweight concrete in Sinop – MT.

Wanderson Vilela Neves Siqueira1, Vinicius Gonsales Dias2.

Resumo: Em busca do desenvolvimento, vários países têm aperfeiçoado as tecnologias para melhorar e

aumentar a produção, tal fato incide diretamente no aumento da geração de resíduos. Portanto a construção civil tem aumentado a proucura por alternativas sustentáveis para o aproveitamento de uma variedade de resíduos. O concreto é um dos materiais mais estudados para utilização destes resíduos, destaca-se a produção de concretos leves, um tipo de concreto que é caracterizado pela utilização de agregados leves com baixas massas específicas. Como alternativa de agregado leve tem se o resíduo de EVA, oriundo da indústria calçadista. Para análises das influências que tal resíduo tem sobre as propriedades físicas e mecânicas do concreto, foi realizado um estudo referente a utilização deste resíduo como agregado graúdo na produção de concreto leve, com três traços de diferentes porcentagens do agregado (25%, 50% e 75%). Ficou constatado que a utilização do agregado de EVA reduz a trabalhabilidade, a massa específica e também a resistência do concreto. Mesmo com tais características afetadas, os resultados mostram que o concreto de EVA pode ser utilizado em funções não estruturais.

Palavras-chave: concreto leve; sustentabilidade; resíduo; agregado reciclado.

Abstract: In pursuit of development, several countries have perfected technologies to improve and increase

production, which directly affects the generation of waste. Therefore, civil construction has increased the researches by sustainable alternatives for the use of a variety of residues. Concrete is one of the most studied materials for the use of these residues. It is worth mentioning the production of lightweight concretes, a type of concrete that is characterized by the use of light aggregates with specific low masses. As an alternative to lightweight aggregate, there is the EVA residue from the footwear industry. For the analysis of the influence that this residue has on the physical and mechanical properties of the concrete, a study was carried out regarding the use of this residue as a large aggregate in the production of light concrete, with three traces of different percentages of the aggregate (25%, 50% and 75%). It was verified that the use of the EVA aggregate reduces the workability, the specific mass and also the resistance of the concrete. Even with such affected characteristics, the results show that EVA concrete can be used in non-structural functions.

Keywords: Lightweight concrete; sustainability; residue; recycled aggregate; 1 Introdução

A industrialização combinada com a expansão demográfica tem ocasionado um aumento notável na produção de resíduos sólidos. Devido isso e também às atuais fiscalizações rigorosas dos órgãos de controle ambiental, várias empresas têm buscado alternativas para solucionar os problemas com a deposição dos resíduos.

De acordo com Garlet (1998), a indústria calçadista é um dos grandes setores industriais do Brasil. Tem atuação destacada no mercado nacional e internacional, porém gera grandes quantidades de resíduos e não possuem programas de reciclagem específicos.

Por outro lado a construção civil é o setor com o maior pontecial para a utilização de uma variedade de resíduos na produção de materiais alternativos que possam ser substitutos de materiais convencionais. O EVA (Etileno Acetato de Vinilina) possui baixa massa específica, tem boa característica termoacústica, é estável, inerte, não suscetível a fungos e pode ser utilizado como agregado sintético

para produção de concreto leve.

Este resíduo não é biodegradável, sua decomposição leva centenas de anos, portanto seu descarte a céu aberto acarreta problemas, que vão desde a poluição visual, até a possibilidade de proliferação de insetos ou a combustão do mesmo.

Segundo Santiago (2008), os principais objetivos no uso do concreto leve são para melhorar a relação resistência/peso e o isolamento termoacústico na construção de edificações.

Consequentemente, tem-se uma redução do peso próprio e das cargas nas fundações, resultando em construções mais leves.

Por isso, nota-se a necessidade de estudos para analisar a viabilidade técnica do uso de agregado leve para concretos, com finalidade de diminuir a massa específica.

De acordo com a finalidade do concreto leve, há valores limites de resistência que regulam sua utilização. De acordo com Santiago (2008), através da substituição crescente, de agregado graúdo por EVA, os valores de resistência tendem a cair.

Sabendo que a resistência tem esse comportamento, é interessante saber qual é a quantidade necessária de EVA que permite ter propriedades aceitáveis para uso em concreto leve.

1

Graduando em Engenharia Civil, UNEMAT, Sinop, Brasil, wanderson.vilela@hotmail.com

2

Bacharel em Engenharia Civil, Professor orientador, UNEMAT, Sinop, Brasil, viniciusgonsalesdias@gmail.com

Esta pesquisa teve o intuito de avaliar o comportamento de concretos leves com resíduos de EVA, oriundos da indústria calçadista do município de Sinop – MT.

2 Fundamentação teórica 2.1 Concreto leve

É caraterizado principalmente pela sua baixa massa específica, devido à utilização de agregados leves no concreto, resultando em uma redução dos esforços nas estruturas das edificações (ROSSIGNOLO, 2009). Outra característica, mas não menos importante é sua elevada capacidade de isolamento térmico e acústico. Em vista dessas qualidades técnicas, alguns concretos leves têm a possibilidade da utilização de resíduos industriais, urbanos e agrícolas, no qual revela uma alternativa sustentável (SOBRAL, 1994). A produção de concreto leve pode ser realizada pela substituição parcial ou total dos agregados convencionais por agregados leves. Para que possa ser classificado como concreto leve, sua massa específica deve ser abaixo de 2000 kg/m³ (GARLET, 1998).

O concreto leve tem aplicação como concreto estrutural, elementos de vedação e isolante térmico. 2.2 Agregados leves

Os agregados empregados na produção de concreto leve podem ser de origem natural ou industrial. Os naturais mais utilizados são a argila expandida, ardósia expandida, perlita e vermiculita. Entre os agregados industrializados estão a escória expandida ou porosa, cinza volante e os resíduos de minas de carvão (SOBRAL, 1994).

De acordo com a NBR NM 35 (1995), os agregados leves para a confecção deste tipo de concreto devem apresentar massa específica menor que 880 kg/m³ para agregados graúdos e, menor que 1120 kg/m³ para agregados miúdos.

As características dos agregados leves, tais como forma e textura das partículas, alta rugosidade e elevada porosidade têm influência direta nas propriedades do concreto (RONSSIGNOLO, 2009). 2.3 EVA

Garlet (1998) relata que o copolímero EVA é produzido pela polimerização do etileno com acetato de vinila, via radicais em reatores à elevadas pressões. Devido a sua elevada homogeneidade o processo é estabilizado, garantindo o produto final uniforme.

A resina de EVA, elemento fundamental no processo de fabricação, contém acetato de vinila, este elemento determina as propriedades do composto EVA. Quanto maior a sua quantidade, mais as propriedades se aproximam às da borracha ou do PVC plastificado. Por outro lado quando o teor de acetato de vinila é baixo, as propriedades do EVA se assemelham às do polietileno de baixa densidade (PREZOTTO, 1990). Na indústria calçadista, o EVA é um material bastante utilizado na produção de solados e palmilhas. Este material chega à indústria como placas expandidas, onde são recortadas no formato da sola, por meio de equipamento especializado.

Os resíduos de EVA quando depositados em áreas a céu aberto são nocivos à população e ao meio ambiente, geram poluição visual, proliferação de insetos e pequenos animais e risco de combustão do material.

Garlet (1998) ressalta que por ser um material termofixo, é impossível seu reaproveitamento total na fabricação de novas placas. O EVA não é um material biodegradável, portanto sua decomposição leva mais de 450 anos, o que contribui para o aumento do deposito deste material em áreas não apropriadas.

3 Materiais e métodos

3.1 Caracterização dos materiais

Os materiais empregados nos experimentos aqui presentes são provindos dos munícipios de Sinop e região. O cimento utilizado foi o CP II-Z-32, comumente encontrado nos comércios dos arredores; O agregado míudo empregado foi a areia média de origem quartzosa, extraída do Rio Teles Pires; O agregado graúdo natural utilizado foi a brita n° 1, extraída de jazidas do munícipio de Colíder; Os resíduos de EVA foram fornecidos por uma empresa local, oriundos da fabricação de solas e entresolas de calçados.

Figura 1: Resíduo de EVA. Fonte: Acervo particular, 2017. Primeiramente foi realizado o ensaio de composição granulométrica conforme a norma NM 248 (ABNT, 2003). Segue ilustrada na figura 2 a curva granulométrica do agregado de EVA.

Figura 2: Curva granulométrica do agregado de EVA. Fonte: Acervo particular, 2017. 0 20 40 60 80 100 1 10 Po rc e n ta g e m p a s s a n te (% )

Para a determinação da massa específica foi necessário realizar algumas adaptações à norma NM 53 (ABNT, 2003), que rege o ensaio de determinação da massa específica de agregados graúdos para concretos, devido à tendência do EVA em flutuar quando submerso na água.

As amostras de EVA foram pesadas e envolvidas com uma malha de nylon impedindo que o material flutuasse, quando foram submergidas em um recipiente com água à temperatura ambiente por um período de 24 horas.

Figura 3: Adaptação do ensaio de determinação da massa específica. Fonte: SANTIAGO, 2008.

Em seguida as mostras foram retiradas da água e secadas em uma estufa à 105 °C e por fim pesadas novamente. Então a massa específica foi obtida pela equação 1.





m

m

m

m









Sendo: ϒEVA é a massa específica do agregado de EVA, em g/cm³; m é a massa da amostra seca em estufa, em g; mS é a massa da conjunto saturado (amostra, nylon, recipiente e água), em g; mT é a massa do conjunto (recipiente, nylon e água)

Na tabela 1 estão os resultados da caracterização do agregado de EVA.

Tabela 1: Características do agregado de EVA.

Ensaios Resultados Dimensão máxima – NM 248 (ABNT, 2003) 12,5 mm Módulo de finura – NM 248 (ABNT, 2003) 5,4 Massa específica – NM 53 (ABNT, 2003) 312,2 kg/m³

Fonte: Acervo particular, 2017.

3.2 Dosagem

A dosagem do concreto para o traço de referência foi determinado através do método da ABCP considerando as características dos materiais. Para estabelecer o teor ótimo de argamassa foi utilizado o traço nas proporções 1:3:3, sendo cimento, agregado miúdo, agregado graúdo respectivamente, para um concreto de 15 MPa, e definida a relação água cimento de 0,55.

Estabelecido o traço de referência, foram determinados os traços unitários dos concretos com adição do resíduo de EVA, considerando os teores de substiuição do agregado graúdo natural de 25%, 50% e 75%.

Devido a diferença entre as massas específicas da brita nº1 e do resíduo de EVA foi considerada uma compensação dos volumes, conforme a equação 2.















=

M

M





Sendo: MEVA é a massa do resíduo de EVA, em kg; MBRITA é a massa da brita n°1, em kg; ϒEVA é a massa específica do resíduo de EVA, em kg/m³; e ϒBRITA é a massa específica da brita nº1, em kg/m³.

Tabela 2: Traços em massa (kg)

Traço Cimento Areia Brita E.V.A a/c

Referência 1 3 3 - 0,55

25% EVA 1 3 2,25 0,09 0,55

50% EVA 1 3 1,5 0,18 0,55

75% EVA 1 3 0,75 0,27 0,55

Fonte: Acervo particular, 2017. 3.3 Produção dos concretos

Inicialmente o agregado de EVA passou por uma pré-saturação por 30 minutos, pois de acordo com Garlet (1998) o EVA tem absorção de água de aproximadamente 75% de sua massa, assim evitando que o mesmo absorva parte da água de amassamento.

Figura 4: Pré-saturação do agregado de EVA. Fonte: Acervo particular, 2017.

Posteriomente deu-se início a produção dos concretos em uma betoneira de eixo inclinado com capacidade de 200 litros, obedecendo a seguinte ordem: adicionou-se todo agregado de EVA, toda a brita n°1 e 1/3 da água de amassamento; depois foi adcionado toda areia média; e por último o cimento CP II-Z-32 e o restante da água de amassamento. Totalizando um tempo máximo de mistura de 6 minutos.

Figura 5: Produção do concreto na betoneira. Fonte: Acervo particular, 2017.

Após a mistura foi realizado o ensaio de abatimento do tronco de cone regido pela norma NM 67 (1998). O procedimento consistiu no preenchimento de um cone com altura de 300 mm, em três camadas iguais, compactando manualmente com uma haste metálica padronizada, cada uma das camadas com 25 golpes uniformemente distribuídos em sua seção transversal. Então o abatimento foi medido pela diferença da altura entre o cone e o eixo do corpo de prova.

Figura 6: Ensaio de abatimento do tronco de cone. Fonte: Acervo particular, 2017.

Também foi realizado o ensaio de determinação da massa específica do concreto no estado fresco de acordo com a NM 9833 (ABNT, 2008). O ensaio utilizou um recipiente cilíndrico com volume conhecido, então foi preenchido com concreto e pesado. Por fim a massa específica foi obtida divindo-se a massa do concreto pelo volume do recipiente cilíndrico.

Figura 7: Ensaio de determinação da massa específica do concreto no estado fresco. Fonte: Acervo particular, 2017. Por último foi feita a moldagem dos corpos de prova cilíndricos de dimensões 10x20 cm (diâmetro x altura) conforme a NBR 5738 (ABNT, 2008). Foi realizado o adensamento manual com um soquete metálico padronizado, aplicando 15 golpes distribuídos uniformemente em sua seção transversal em duas camadas.

Foram moldados dez corpos de prova para cada traço, totalizando quarenta corpos de prova ensaiados.

Figura 8: Produção dos corpos de prova. Fonte: Acervo particular, 2017.

Após 24 horas da moldagem dos corpos de prova, os mesmos foram desmoldados, identificados e armazenados em câmara submersa coberta e livre de intempéries, para realização da cura.

Figura 9: Cura dos corpos de prova. Fonte: Acervo particular, 2017.

A resistência à compressão foi obtida através do ensaio regulamentado pela NBR 5739 (ABNT, 2007), onde foram rompidos os corpos de prova em prensa hidráulica (vide figura 10) nas idades de 7 e 28 dias.

Figura 10: Prensa hidráulica utilizada. Fonte: Acervo particular, 2017.

Os corpos de prova ensaiados foram posicionados na prensa hidráulica juntamente com os pratos de compressão, coincidindo o eixo vertical da prensa hidráulica com o corpo de prova. Foi aplicada a carga contínuamente e sem choques com velocidade de

carregamento de 0,3 MPa/s a 0,8 MPa/s, até o recuo de 10% do valor da carga máxima alcançada.

A carga aplicada pela prensa é expressa em tonelada-força (tf), sendo nessária a conversão para newtons (N), para realizar o cálculo da resistência à compressão em MPa, conforme a equação 3.

R²

F

=

F





Sendo: FC é a resistência em MPa; F é força máxima alcançada na prensa hidráulica em N; e R é o raio do corpo de prova em m.

A figura 11 ilustra a execução do ensaio de resistência à compressão axial

Figura 11: Execução do ensaio de resistência à compressão axial. Fonte: Acervo particular, 2017.

4 Análises dos resultados 4.1 Trabalhabilidade e consistência

De acordo com Garlet (1998), ensaios de abatimento de concretos produzidos com agregados leves não possuem resultados satisfatórios, visto que tais concretos apresentam abatimentos menores, quando comparados a concretos convencionais de trabalhabilidade equivalente.

Segundo Short & Kinniburgh (1967), concretos com agregados leves de boa trabalhabilidade que permitem fácil adensamento, apresentam valores de abatimento entre 0 e 25 mm, portanto ficando difícil estabelecer com precisão o grau de trabalhabilidade do concreto somente por meio do ensaio de abatimento do tronco de cone.

Santiago (2008) relata que o aumento do teor de agregado de EVA faz que a consistência do concreto diminua. A tabela 3 trás os valores de abatimento do tronco de cone para cada traço produzido.

Tabela 3: Resultados dos abatimentos por traço

Traço Abatimento (mm)

Referência 80

25% E.V.A 50

50% E.V.A 30

75% E.V.A 10

Os traços de 25% e 50% de EVA mostraram melhores resultados em relação a trabalhabilidade, apresentando uma boa homogeneidade na mistura, possibilitando bom adensamento e compactação. Por outro lado os traços de 75% não apresentaram uma coesão satisfatória devido à falta de finos.

A utilização de adtivos incorporadores de ar, pozolanas ou misturas ricas em cimento, provavelmente melhorarão a trabalhabilidade destes concretos.

4.2 Massa específica do concreto fresco

Concretos com agregados leves são caracterizados principalmente por massas específicas relativamentes menores aos de concretos convencionais, devido aos teores de agregados leves presentes na mistura, influenciando diretamente as demais propriedades.

Tabela 4: Resultados das massas específicas

Traço Massa específica (kg/dm³)

Referência 2,113

25% EVA 1,894

50% EVA 1,582

75% EVA 1,361

Fonte: Acervo particular, 2017.

A tabela 4 mostra que a massa específica é inversamente proporcional à quantidade de agregado de EVA, tendo como valor máximo e mínimo, 1,894 kg/dm³ e 1,361 kg/dm³ respectivamente. A queda desses valores dão se pela densidade do agregado de EVA, que é menor comparada ao agregado natural (brita).

Todos os traços com adição do agregado de EVA obtiveram massa específica menor que 2 kg/dm³, portanto podem ser classificados como concreto leve baseado na NBR 12655 (ABNT, 2006).

4.3 Resistência à compressão axial

A ruptura dos corpos de prova deram-se pelo colapso da argamassa, segundo Garlet (1998) isto se deve ao fato que o valor do módulo de resistência do agregado de EVA é menor do que a da argamassa.

De acordo com a NBR 5739 (ABNT, 2007) no anexo A, as rupturas dos corpos de prova foram classificadas como rupturas do tipo F devido a fraturas na base e no topo.

Figura 12: Fraturas do tipo F em corpos de prova. Fonte: ABNT, 2007.

Figura 13: Ruptura do corpo de prova para o traço com 25% de EVA. Fonte: Acervo particular, 2017.

Figura 14: Ruptura do corpo de prova para o traço com 50% de EVA. Fonte: Acervo particular, 2017.

Figura 15: Ruptura do corpo de prova para o traço com 75% de EVA. Fonte: Acervo particular, 2017.

A resistência à compressão axial está diretamente relacionada à massa específica do concreto, associada ao teor de agregado leve presente na mistura. A tabela 5 mostra os resultados médios de resistência à compressão aos 7 e 28 dias.

Tabela 5: Média resistência à compressão axial

Traço 7 dias (MPa) 28 dias (MPa)

Referência 9 13,8

25% EVA 5,4 8,4

50% EVA 2 3,1

75% EVA 0,8 1,4

Fonte: Acervo particular, 2017.

A figura 16 mostra que os valores de resistência à compressão e o teor de agregado de EVA são inversamente proporcionais com uma relação de decrescimento linear.

Figura 16: Média resistência à compressão axial. Fonte: Acervo particular, 2017.

Como esperado as maiores resistências foram do traço com 25% de EVA na mistura, antigindo o valor médio de 8,4 MPa.

Conforme os resultados obtidos de resistência à compressão para o concreto com EVA, sua aplicação se limita a funções não estruturais tais como: isolamento termoacústico; contrapisos; elementos pré-moldados não portantes, como blocos e painéis de fechamento.

5 Conclusões

Tendo em vista o grande volume de resíduos de EVA produzidos na indústria calçadista, espera-se que o essa pesquisa tenha contribuído na busca do desenvolvimento sustentável, mostrando a viabilidade do emprego de resíduos de EVA em concretos leves, encontrando uma solução para diminuir o impacto ambiental provocado por estes resíduos e também minimizar os custos de produção de concretos leves, já que a obtenção do resíduo é barata.

É possível a utilização do concreto leve de EVA na construção civil em funções não estruturais, visto que suas propriedades são semelhantes a de outros concretos leves como os de poliestireno, perlita e vermiculita expandidas;

Baseado nos resultados e em outros estudos relativos ao tema, as propriedades físicas e mecânicas do concreto leve de EVA são inferiores quando comparadas às de outros concretos leves, entretanto tais prorpriedades podem ser aperfeiçoadas com a adição de aditivos incorporadores de ar, minerais ou misturas ricas em cimento;

Mesmo ficando comprovada a viabilidade técnica da utilização do concreto de EVA, a produção industrial ainda depende da viabilidade econômica, levando em consideração o método de produção, o custo benefício e a disponibilidade dos materiais alternativos.

Agradecimentos

Primeiramente a Deus acima de todas as coisas. Agradeço a minha família, em especial a minha mãe Leide Vilela, que apesar das dificuldades sempre se esforçou para me proporcionar um estudo de qualidade; ela que sempre apoio as minhas escolhas e fez com que eu nunca desistisse em frente às dificuldades.

Ao meu professor orientador Vinicius Gonsales Dias por ter me dado todo o suporte necessário para a realização deste trabalho.

À empresa Sato Alves LTDA, que gentilmente forneceu os resíduos de EVA oriundos da farbicação de calçados.

À todos meus amigos que me acompanharam ao longo dessa jornada, em especial ao Ricardo Walker que me ajudou em todo o processo de execução do projeto. 0 3 6 9 12 15 0 25 50 75 Res is tê n c ia à c o m p re s s ã o (M Pa ) % EVA 7 dias 28 dias

Referências

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_____. NBR: NM 35. Agregados leves para concreto estrutural - Especificação. Rio de Janeiro, 1995. _____. NBR NM 53 Agregados graúdo – Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Rio de Janeiro, 1995. _____. NBR NM 67: Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro, 1998.

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GARLET, Givanildo. Aproveitamento de resíduos de EVA como agregado para concreto leve na construção civil. Porto Alegre, RS. 1998. Dissetação (Mestrado em Engenharia Civil). Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

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