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FERREIRA_Avaliação da Resistência Mecânica em Tijolos Modulares de Solo-Cimento com adição de Resíduos de Pavers na Cidade de Sinop-MT

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Avaliação da Resistência Mecânica em Tijolos Modulares de Solo-Cimento com adição de

Resíduos de Pavers na Cidade de Sinop-MT

Evaluation of Mechanical Resistance in Modular Soil-Cement Bricks with addition of Pavers

Residues in the City of Sinop-MT

Bruno Dias Ferreira1, André Luiz Nonato Ferraz2

Resumo: O atual cenário econômico brasileiro possui déficits em vários setores sociais e econômicos importantes, englobando também o setor de construção civil, que não apenas por ter enorme relevância econômica, mas também por causar grandes impactos ambientais em pequenas e grandes cidades Neste contexto, a cidade de Sinop-MT é atualmente uma referência em crescimento e desenvolvimento em vários setores, sendo então de grande importância investir em tecnologias mais eficazes e menos impactantes ao meio. O presente artigo visou analisar tijolos modulares de solo-cimento com adição de 30% de resíduos de pavers (elemento de concreto de uso em calçadas de uso comum na região) com adições de 8%, 10% e 12% de cimento a partir da proporção do solo. Os resultados apontaram que a adição de resíduos melhorou a resistência à compressão simples, porém, não atingiram o mínimo estipulado em norma. No quesito absorção, houve um pequeno aumento nos tijolos com o resíduo, porém não ultrapassaram o limite máximo imposto. Pode-se verificar uma diminuição na quantidade de cimento com o uso do resíduo .

Palavras-chave: materiais alternativos, reciclagem, resíduos de construção, tijolo ecológico

Abstract: The current Brazilian economic scenario has deficits in several important social and economic sectors, including civil construction area which is responsible, not only for having great economic relevance, but also for causing environmental impacts in small and big cities. In this context, Sinop-MT is currently a reference in growth and development in several sectors, and it is therefore important to invest in more efficient technologies of which have lower environmental impacts. The present article aimed to analyze modular soil-cement bricks with 30% of pavers' residues (concrete component used in sidewalks commonly used in the region) with additions of 8%, 10% and 12% cement from the proportion of the soil. The results showed that the addition of residuals improved the resistance to simple compression, but they did not reach the minimum stipulated in standard. For the adsorption’s topic, there was a slight increase in the bricks with the residue, but it did not exceed the maximum limit imposed. A decrease in the amount of cement could be verified by using the residue.

Keywords: alternative materials, construction waste, recycling, ecological brick

1 Introdução

Tem-se no Brasil um quadro de atraso em relação à cultura de responsabilidade sócioambiental no setor da construção civil, com poucos investimentos tanto na formação e qualificação dos profissionais, quanto no destino dos resíduos sólidos provenientes da atividade exercida (CORTES et al, 2011)

Entre o aspectos que se destacam em uma sociedade em desenvolvimento e crescimento populacional, a moradia e a necessidade de novas construções para atender a sociedade sempre estão presentes, e com isso, também cresce a necessidade de desenvolvimento no setor da construção civil, bem

como a preocupação com o meio ambiente. O atual modelo de expansão econômica aliado ao grande crescimento populacional atuam diretamente sobre o meio ambiente e exigem a adoção de medidas alternativas e sustentáveis no uso de recursos naturais (BATISTA, 2010).

Os impactos causados pelos resíduos da construção civil (RCC), quando dispostos de forma inadequada podem ser variados, como a poluição do solo onde é descartado, assoreamento de riachos, cheias, proliferação de vetores de doenças, problemas em vias de tráfego, entre outros (COSTA et al, 2014)

Neste contexto, o presente trabalho verificou a possibilidade de se utilizar resíduos de pavers, um artefato de concreto comumente utilizado em calçadas e de boa aceitação dos usuários, para a composição do traço junto ao solo em tijolos de solo-cimento, para serem utilizados em alvenarias, de forma sustentável, pois há uma necessidade de promover o estudo de novas formas de reaproveitamento, onde cada material

1

Graduando em Bacharelado em Engenharia Civil, Sinop-MT, Brasil, eng.brunodf@outlook.com

2

Doutor em Engenharia Civil, Sinop-MT, andreferraz77@hotmail.com

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deve ser verificado em diferentes situações para a melhor forma de utilização.

Na composição do solo-cimento, o solo é o material em maior quantidade, e o cimento deve entrar em proporção mínima, afim de se economizar, porém atendendo aos critérios técnicos mínimos previstos em norma. Pode-se considerar a possibilidade de correção na granulometria do solo, com a utilização de materiais mais arenosos (FERRAZ, 2004).

Diante disso, o tijolo de solo-cimento apresenta-se como um elemento alternativo, onde a matéria prima, o solo, pode ser extraído no próprio local da obra, consumindo pouca energia e dispensando processos de queima, reduzindo a necessidade de transporte (caso o tijolo seja produzido no local da obra), além da construção racional, com tijolos modulares, podendo resultar em ganhos significativos em aspectos sociais, ambientais e econômicos (GRANDE, 2003)

2 Fundamentação Teórica

O setor da construção civil se apresenta como um gerador de resíduos em várias fases de suas atividades, desde a produção das matérias primas, nas atividades em canteiro, nas manutenções e modernizações, como também nas demolições (JOHN, 2000), estando então em praticamente todas as etapas da atividade, acarretando uma diversidade das características dos resíduos como também uma grande quantidade.

Na Tabela 1 é apresentada uma estimativa de produção per capta de resíduos sólidos urbanos pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo - CETESB (2014, pag. 23).

Tabela 1 - Índices estimativos de produção "per capita" de resíduos sólidos urbanos, adotados em função da população

urbana

POPULAÇÃO (hab) Produção (kg,hab.dia)

Até 25.000 0,7

De 25.001 a 100.000 0,8 De 100.001 a 500.000 0,9 Maior que 500.000 1,1 Fonte: CETESB - SP, 2014

Dados do Sindicato da Construção de São Paulo - SINDUSCON mostram que o Resíduo de Construção Civil (RCC) é gerado por habitante entre 0,4 a 0,7 t/hab.ano, podendo representar dois terços da massa de resíduos sólidos municipais, ou seja, duas vezes a quantidade de resíduos sólidos domiciliares. Confirmando essas informações, o Ministério do Meio Ambiente - MMA (2010) demonstram a composição dos resíduos sólidos urbanos, em sua maior com o resíduo de construção e demolição (RCD), conforme Figura 1.

Figura 1 - Presença dos diversos componentes nos resíduos sólidos urbanos, em massa1. Fonte: MMA, 2010

O Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA (2002) classifica os resíduos da construção civil de várias formas, sendo os que podem ser reaproveitados classificados como classe A (resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados), onde constam os resíduos de concreto.

Cândido (2013) realizou um levantamento na cidade de Sinop-MT investigando os tipos de materiais que são descartados no "lixão" destinado aos resíduos de construção civil (RCC), cujos resultados apontaram prevalência de concreto (34%) conforme Figura 2:

Figura 2 - Classificação RCC de Sinop-MT. Fonte: CÂNDIDO, 2013 (Adaptado)

3 Materiais e Métodos

Serão produzidos corpos de prova de tijolos de solo-cimento, produzidos com e sem o resíduo, afim de se determinar suas características mecânicas.

O modelo escolhido de tijolo prensado de solo-cimento a ser estudado foi o tipo modular (Figura 3), que possui dois furos que facilitam a passagem de tubulações, como também podem facilitar a montagem da alvenaria devido ao seu formato. O produto final também apresenta bom acabamento, o que pode facilitar o acabamento final e é o mais popular no varejo.

1

Obs. RCD - Resíduos de Construção e Dem olição (não incluída a movimentação de solo) DOM - Resíduos Domiciliares (incluídos resíduos de comércio e serviços, varrição etc.), "Outros" abrangem o RSS - Resíduos dos Serviços de Saúde e os resíduos volumosos, (podas, móveis e inservíveis). (MMA, 2010)

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Figura 3 - Tijolo Modular. Fonte: Acervo Pessoal, 2017l O tijolo produzido possui dimensões de 12,5cmx25cmx6,2cm. As diferentes dimensões que são encontrados os tijolos entre as fábricas gera uma discordância entre trabalhadores da área e usuários, já que a norma sugere, porém não proíbe diferentes dimensões, desde que a altura não ultrapasse a largura, logo, cada fábrica de prensa acaba adotando próprios modelos e dimensões.

Em se tratando de tijolos de solo-cimento com furo perpendicular à base de assentamento, estipula-se que as paredes em seu entorno deve-se ter 25mm, e a espessura mínima entre os furos de 50mm NBR 8491 (ABNT, 2012)

Foi utilizado um solo comumente disponível em uma empresa local, chamado de "solo vermelho", arenoso, com características mais indicadas para a utilização em composições com cimento, evitando-se assim possíveis correções granulométricas. As amostras foram caracterizadas conforme as normas vigentes, para a comparação com os parâmetros necessários para a confecção dos corpos de prova.

Para a mistura, o aglomerante utilizado foi o cimento Portland CP-II-Z, com adição de material pozolânico e resistência de 32 MPa à compressão em 28 dias. Devido aos diferentes tipos de resíduos que podem ser encontrados, mesmo os derivados de concreto podem possuir diferentes traços para sua confecção, assim como diferentes métodos de fabricação, a utilização do paver seria uma das opções a serem estudadas, visto à comum utilização deste material em calçadas.

Os resíduos foram coletados em uma fábrica de artefatos de cimento da própria cidade de Sinop-MT, triturados em um triturador de mandíbulas e passados na peneira de 4,75mm (Figura 4). Dessa forma houve um maior aproveitamento do material, porém evitando-se pedaços maiores que poderiam evitando-ser prejudiciais à prensa dos tijolos.

Figura 4 - Resíduo triturado. Fonte: Acervo Pessoal, 2017 3.1 Dosagens

As dosagens iniciais de cimento foram embasadas no trabalho de Tonelli e Ferraz (2015), iniciadas em 8% em relação ao solo e 30% de resíduo em relação ao solo (Tabela 2), de modo que esperava-se um desempenho mais frágil dos corpos de prova de tijolos em relação aos corpos de prova cilíndricos, verificando-se assim o comportamento mecânico do tijolo produzido, sendo SC para apenas solo e cimento e SCR para solo, cimento e resíduo.

Tabela 2 - Traços

Termo Teor de cimento Teor de resíduo

SC1 8% 0% SCR1 8% 30% SC2 10% 0% SCR2 10% 30% SC3 12% 0% SCR3 12% 30%

Fonte: Acervo Pessoal 3.2 Ensaios

Todas as amostras foram ensaiadas de acordo com a NBR 12023 (ABNT, 2012) com o intuito de se obterem os teores de umidade ótimos e peso específicos máximos, objetivando assim a utilização de melhor quantidade de água para a correta compactação dos grãos. Foram realizadas também a determinação da granulometria pela NBR 7181 (ABNT, 2016) e índices de LL e LP, conforme NBR 6459 (ABNT, 2016) e NBR 7180 (ABNT, 2016). a determinação dos limites de consistência servem para expressar a condição de trabalhabilidade do solo. Valores maiores podem resultar em maior dificuldade na secagem, assim como no processo de combinação dos componentes. Os tijolos foram confeccionados numa prensa manual (Figura 5), de acordo com a NBR 10833 (ABNT, 2012), num total de 20 tijolos, 10 tirados aleatoriamente para a aferição, sendo 7 para o ensaio de compressão simples e 3 para o ensaio de absorção, para cada um dos traços.

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Figura 5 - Prensa Manual. Fonte: Vimaq prensas3 (Adaptado), 2016

3.3 Compressão simples

No ensaio de compressão simples, os tijolos foram curados 7 dias em câmara úmida, posteriormente serrados ao meio e sobrepostos com argamassa (Figura 6) realizando-se na sequência o nivelamento das faces de trabalho, gerando assim o corpo de prova, que ficou imerso por um período mínimo de 6 horas antes do teste de compressão, conforme NBR 8492 (ABNT, 2012).

Figura 6 - Fase de preparação do corpo de prova. Fonte: Acervo Pessoal, 2017

3.4 Absorção

Para o ensaio de absorção, foram separados 3 tijolos, secos em estufa até a massa constante, onde então foram pesados e, após atingirem temperatura ambiente, imersos na água por um período de 24 horas. Após o período, foram pesados novamente, e os parâmetros de absorção são dados pela Equação 01

= × 100 (Equação 1)

com m2 = massa do tijolo imerso e m1 = massa dos

tijolo seco, conforme NBR 8492 (ABNT, 2012).

3.5 Retração

Referente à retração linear, o ensaio foi realizado segundo às prescrições do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento - CEPED (1984), um procedimento empírico onde se obtem informações a respeito da tendência do comportamento do solo e cimento, e também do solo, cimento e resíduos.

As amostras foram umedecidas até uma consistência plástica análoga à uma argamassa de emboço, então foram depositadas em moldes, com as medidas indicadas pelo CEPED (1984), conforme segue: 60 cm de comprimento, 3,5 cm de altura e 8,5 cm de largura. O adensamento dos traços foi manual, e após moldados, o material foi guardado à sombra por um período de 7 dias. Após esse período, com o auxílio de um paquímetro, foram realizadas as leituras referentes à retração de cada um dos materiais. Recomenda-se pelo CEPED que as amostres não apresentem fendas transversais na parte do meio da amostra, e que as leituras no outro sentido sejam menores que 20mm (Figura 7).

Figura 7 - Ensaio de retração. Fonte: Acervo Pessoal, 2017

3

http://www.vimaqprensas.com.br/maquinas-de-tijolo-ecologico/prensa-v2/

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4 Apresentação e Análise dos Resultados

4.1 Compactação

Referente ao ensaio de teor de umidade, verifica-se na Figura 8 o resultado encontrado com as amostras, sendo: SC1 - solo + 8% de cimento, SC2 - solo + 10% de cimento, SC3 - solo + 12% de cimento, e SCR1 - solo + 8% de cimento e 30% de resíduo, SCR2 - solo + 10% de cimento e 30% de resíduo e SCR3 - solo + 12% de cimento e 30% de resíduo.

Figura 8 - Curva de compactação. Fonte: Acervo Pessoal, 2017

Nota-se que os teores de umidade ótimos diminuíram com as mistura SCR em relação aos SC . Quanto ao peso específico seco, esse aumentou com a adição do resíduo, podendo indicar que houve uma melhor acomodação dos grãos, e o material tornou-se mais compacto, resultando possivelmente em um material com maior resistência mecânica e menor absorção de água.

4.2 Análise Granulométrica

A análise da granulometria do solo e da composição do solo com o resíduo visa determinar a quantidade e distribuição de cada tipo de partícula, obtendo-se assim informações importantes acerca do comportamento que o material pode apresentar.

Em relação à granulometria, são observadas as curvas granulométricas na Figura 9, relativas ao Solo + Resíduo e Solo puro.

Figura 9 - Granulom etria. Fonte: Acervo Pessoal, 2017

Observa-se que o solo adicionado com o resíduo resulta em uma composição com maior quantidade de areia, pela maior presença do material no resíduo, com uma melhor distribuição granulométrica. Essas características vão de encontro do que é exigido pelo CEPED (1984), que determina para a composição do solo-cimento que o material deva conter entre 10% à 55% de silte e argila, e de 45% a 90% de areia, como também à norma NBR 10833 (ABNT, 2012), com 100% do material que passa pela peneira com abertura 4,75mm de malha e 10% a 50% de material que passa pela peneira com abertura de 75μm.

4.3 Limites de consistência

Referente aos limites de liquidez e de plasticidade, os resultados são apresentados na Tabela 3. Tabela 3 - LL, LP, IP Teor das misturas LP (%) LL (%) IP (%) Solo NP 22 22 Solo+Resíduo NP 14 14

Fonte: acervo Pessoal, 2017

Com a análise da caracterização, verifica-se os parâmetros se enquadram no que determina NBR 10833 (ABNT, 2012), que indicam que o Limite de 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 8,5 10,5 12,5 14,5 16,5 18,5 20,5 P eso espe c ífico S eco (KN /m 3)

Teor de umidade (%)

SC1 SCR1 SC2 SCR3 SC3 SCR3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,01 0,1 1 10 100 Porc e ntagem que pa ssa (%) Diâmetro da partícula (mm)

°

Solo Silte + Argila 35% Areia 65%

Solo + Resíduo Silte + Argila 30% Areia 70%

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Liquidez seja menor ou igual a 45% e o índice de plasticidade menor ou igual a 18%.

4.4 Resistência à compressão simples

Referentes aos testes de resistência à compressão simples, segue na Figura 10, em Mpa.

Figura 10 - Resistência à Compressão. Fonte: Acervo Pessoal, 2017

Pode-se verificar um aumento na resistência à compressão nos corpos de prova feitos de tijolos com a adição do resíduo (SCR) em relação ao tijolo apenas como solo e cimento (SC), sendo este um dos principais fatores para alvenaria, definindo diretamente a resistência do elemento que será utilizado na construção. Apesar do aumento, os traços não atingiram o valor mínimo determinado para 7 dias de 2 MPa, segundo ABNT NBR 8491.

No trabalho de GRANDE (2003), um dos fatores alterados e que influencia o processo de fabricação do tijolo foi a diminuição dos teores de umidade ótimos utilizados. Segundo o autor, os tijolos com essa umidade quebravam mais facilmente quando retirados da prensa. Em seu trabalho, a umidade foi diminuída significativamente (de cerca de 10% para 5%) para o traço estudado, o que facilitou a prensagem e consequentemente a produção em série.

No presente trabalho preferiu-se manter as características da melhor acomodação dos grãos do ponto de vista da geotecnia em relação à proporção de água, o que acarretou em dificuldades na fabricação dos tijolos, que foram aos poucos solucionadas em cada etapa e tentativa.

Durante o processo, percebeu-se que essas dificuldades podem ter influenciado diretamente na qualidade final do material produzido. Devido a umidade do solo, a manipulação da prensa tornou-se mais trabalhosa. A parte deslizante da prensa, que alimentava o molde, muitas vezes deixava o material

na superfície não nivelado, gerando pequenas aglomerados da mistura, dificultando a prensagem e possivelmente não tornando a quantidade homogênea em todas as partes da fôrma (Figura 11). Nos casos em que os tijolos apresentavam algum tipo de deformação, os mesmos eram descartados, utilizando-se apenas então os aparentemente intactos.

Figura 11 - Distribuição do material na fôrma. Fonte: Acervo Pessoal, 2017

A prensa conta com um parafuso abaixo da fôrma para o controle da quantidade de material que entra para ser prensado. Essa quantidade é baseada na experiência e prática com o equipamento assim como também a força aplicada em cada moldagem, o que torna a fabricação dependente do operador.

Vê-se então que, apesar do ponto de vista da geotecnia indicar que se deve usar o teor de umidade ótimo para a melhor compactação, o uso da prensa requer outros parâmetros a serem avaliados e que podem resultar num produto de melhor qualidade de acabamento e parâmetros mecânicos a serem avaliados.

4.5 Absorção de água

Quanto aos testes de absorção, verificou-se uma diminuição na absorção dos tijolos com resíduo em relação aos tijolos apenas com solo, conforme Tabela 4, sendo o que o índice máximo é estipulado em 20%, segundo a ABNT NBR 8491.

Tabela 4 - Absorção de água Dosagem Absorção Média (%) SC1 17,94 SCR1 18,35 SC2 17,78 SCR2 19,11 SC3 18,68 SCR3 19,40

Fonte: Acervo Pessoal, 2017

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

SC1 SCR1 SC2 SCR2 SC3 SCR3

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Assim como nos ensaios à compressão, a dificuldade de moldagem do tijolo pode ter tornado o material menos compacto com a utilização da prensa, o que pode aumentar os espaços livres onde a água percola, aumentando assim a absorção no material.

4.6 Retração Linear

Tabela 5 - Retração Linear Dosagem Retração linear em mm SC1 2 SCR1 1 SC2 2 SCR2 1 SC3 0 SCR3 1

Fonte: Acervo Pessoal, 2017

Conforme os dados da Tabela 5, pode-se verificar que a soma das medidas das retrações das amostras foi inferior à especificada pelo CEPED (1984). Na questão da abertura no sentido transversal, nenhuma das amostras demonstrou tal comportamento. Tem-se então, com a melhor comportamento, a composição SC3, que não apresentou fissuras significativas. 4.7 Análise dimensional

Neste quesito, os tijolos não tiveram variações significativas, o que é um fator positivo na utilização da prensa, assim como possui as espessuras das paredes e entre os furos acima das mínimas estipuladas pela NBR 8491 (ABNT, 2012)

Conclusão

Baseado nos ensaios realizados no laboratório, o solo encontrado na região de Sinop-MT, conhecido popularmente como "solo vermelho", apresenta características que o torna utilizável junto ao cimento, devido à característica arenosa. Com a adição do resíduo de paver, essa característica se manteve, com uma melhor distribuição da granulometria.

Em relação ao ensaio de compressão simples, o melhor resultado obtido ocorreu na adição de 12% de cimento e 30% de resíduo. Observa-se também que a adição de resíduo aumentou a resistência em todas as amostras, com taxas variadas, que podem ser decorrentes da forma com que os tijolos foram fabricados.

Tendo vista que os traços com cimento e resíduo ficaram próximos dos traços apenas com cimento da dosagem superior próxima, pode-se projetar uma redução da quantidade de cimento, podendo-se atingir o mínimo de 2MPa com um traço com composição adequada.

No que se refere à absorção, as amostras apresentaram-se menores sem a adição dos resíduos, e como já mencionado, o acabamento final do tijolo, com aparência mais "porosa" devido à quantidade de água na moldagem, pode ter influenciado também a absorção. Entretanto, todas as dosagens obtiveram valores abaixo do recomendado de 20%, pela NBR 8491 (ABNT, 2012).

Em comparação ao tijolo de solo-cimento maciço, o tijolo de solo-cimento possui menor peso próprio, o que é benéfico para a estrutura, porém, sua resistência deve ser maior, pois os furos não podem ser desconsiderados no cálculo da resistência à compressão simples.

Diante disso, os valores da porcentagem de cimento podem aumentar significativamente em comparação ao tijolo maciço, logo, há a necessidade de se determinar a melhor relação entre a porção de cimento e a porção de resíduo, afim de se atingir o mínimo estipulado em norma, porém objetivando a melhor economia.

Em termos estéticos, a adição do resíduo não alterou significativamente as faces do tijolo, ou seja, as partículas adicionadas não ficaram realçadas em relação ao solo utilizado.

Porém, possivelmente devido a quantidade de água na hora da prensagem, observou-se após cerca de 4 semanas um desprendimento do material, ficando com uma aparência conforme a Figura 12.

Figura 22 - Desprendim ento do material. Fonte: Acervo Pessoal, 2017

De forma geral, percebe-se que a adição de resíduos de pavers pode ser uma boa alternativa para a utilização como adição em tijolos de solo-cimento, uma técnica construtiva já considerada ecológica, podendo assim diminuir a quantidade de material normalmente descartado e melhorar algumas características finais dos tijolos. Visto que a forma mais usual, segundo a prática e as instruções dos principais fabricantes destes tipos de máquinas seria uma redução na quantidade de água a ser utilizada (tomando como referência a umidade ótima encontrada), fica como sugestão para próximos trabalhos a fabricação de tijolos com menor umidade, até se atingir um material com melhor trabalhabilidade, adequada ao equipamento, e com

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traços parecidos ao presente trabalho, ou o a fabricação de tijolos maciços.

Agradecimentos

Primeiramente à minha família pelo apoio, motivação e oportunidade de realização de mais essa etapa. À minha noiva, Leila. Aos amigos Vanderson Cunha del Sent e Allan Christian Alves da Luz, pelo apoio e ajuda "braçal" no desenvolvimento deste trabalho, e minha amiga Carol Scarsi, pela companhia durante toda a jornada.

À Universidade do Estado de Mato Grosso por disponibilizar o Laboratório de Engenharia Civil para os ensaios, assim como todo o curso de graduação em Engenharia Civil. Por fim, aos que não foram citados, mas que de forma direta ou indireta contribuíram na conclusão deste trabalho. À todos, muito obrigado. Referências

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Referências

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