UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
FABIANA MARIA DA SILVA
PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS E DURABILIDADE DO
CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO COM INCORPORAÇÃO DE
RESÍDUOS DE BORRACHA DE PNEUS
Limeira-SP
2019
FABIANA MARIA DA SILVA
PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS E DURABILIDADE DO
CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO COM INCORPORAÇÃO DE
RESÍDUOS DE BORRACHA DE PNEUS
Tese apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutora em Tecnologia na área de Ciência dos Materiais.
Orientador (a): Profª Drª. Rosa Cristina Cecche Lintz
ESTE TRABALHO CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELA ALUNA FABIANA MARIA DA SILVA, E ORIENTADA PELA PROFA. DRA. ROSA CRISTINA CECCHE LINTZ.
Limeira-SP
2019
FOLHA DE APROVAÇÃO
Abaixo se apresentam os membros da comissão julgadora da sessão pública de defesa de tese para o Título de Doutora em Tecnologia na área de concentração de Ciência dos Materiais, a que submeteu a aluna Fabiana Maria da Silva, em 01 de março de 2019 na Faculdade de Tecnologia- FT/ UNICAMP, em Limeira/SP.
Prof.ª Dr.ª Rosa Cristina Cecche Lintz Presidente da Comissão Julgadora
Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas
Prof. Dr. José Maria Campos dos Santos UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas
Prof. Dr. Carlos Roberto dos Santos
CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
Prof.ª Dr.ª Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo UNIFEI – Universidade Federal de Itajubá
Ata da defesa, assinada pelos membros da Comissão Examinadora, consta no SIGA/Sistema de Fluxo de Dissertação/Tese e na Secretaria de Pós Graduação da FT.
DEDICATÓRIA
“
O temor do Senhor é o princípio da sabedoria, e o conhecimento do Santo aprudência.”
Provérbios 9:10
AGRADECIMENTOS
À Deus por ter me dado a capacidade de chegar até aqui, pois sem Ele nada seria possível.
Aos meus pais Divino e Márcia e às minhas irmãs Juliana e Jaqueline, por todo incentivo, apoio e compreensão ao longo desses anos de estudo.
À Faculdade de Tecnologia pela oportunidade e suporte oferecido para a realização deste trabalho.
Às Professoras Drª Rosa Cristina Cecche Lintz e Drª Luísa Andréia Gachet Barbosa pelas orientações, amizade, apoio e incentivo ao longo desses anos.
Aos amigos de laboratório, em especial à minha querida amiga Drª Andressa Fernanda Angelin, que sempre me acompanhou nos congressos e à Samira Alves Moreira, com quem
tive a oportunidade de participar em um congresso na Espanha.
Aos técnicos do Laboratório de Construção Civil da FT, Emerson Verzegnassi e Reginaldo Ferreira, e aos bolsistas, pelo apoio e auxílio técnico.
À Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM/UNICAMP), ao Prof. Dr. José Maria Campos dos Santos e Prof. Dr. Edson J. P. Miranda Júnior pelo auxílio na execução dos ensaios e
discussão das propriedades acústicas estudadas nesta pesquisa.
À Faculdade de Engenharia Agrícola (FEAGRI/UNICAMP), por intermédio do técnico Paulo G. K. Nunes, por possibilitar a realização do ensaio ultrassônico.
Ao Centro Cerâmico do Brasil-CCB por possibilitar a realização dos ensaios de resistência de corpo duro, abrasão e ataque químico.
À Engenheira Adriana Galletto pelo auxílio nos ensaios de resistividade elétrica.
Às empresas SILICON Indústria e Comércio de Produtos Químicos Ltda, LIMERCAP Pneus BASF S.A. e IMERYS-BRASIL, pelo fornecimento dos materiais utilizados nesta pesquisa.
A todos os amigos e familiares, por todo carinho e apoio que foram essenciais para realização desta jornada.
Aos que chegaram recentemente na minha vida e ocupam um espaço imenso no meu coração, minha sobrinha Sophia e meu namorado Lucas.
RESUMO
Neste trabalho foi abordada a influência da utilização de resíduos de borracha de pneus nas características físicas, mecânicas e de durabilidade do concreto de alto desempenho (CAD). O resíduo de borracha é oriundo do processo de recauchutagem de pneus de carga (ônibus e caminhões) e foi utilizado em substituição parcial do agregado miúdo (areia) nas porcentagens de 7,5%, 15% e 30% em relação à massa da areia. No programa experimental foram testadas três diferentes dosagens de concreto, variando o teor de água/cimento e aditivo superplastificante. Visando melhorar a resistência mecânica do CAD com borracha, foi utilizado um tratamento da superfície das fibras de borracha com CaCO3-SiO2 (carbonato de
cálcio-sílica). Para a caracterização física do concreto foram realizados os seguintes ensaios: consistência do concreto no estado fresco; absorção de água, índice de vazios e massa específica no estado endurecido. Para a caracterização mecânica foram realizados os ensaios de resistência à compressão; resistência à tração na flexão; módulo de elasticidade e resistência ao impacto de corpo duro. Para a caracterização quanto à durabilidade foram realizados os ensaios de resistência à abrasão; resistência ao ataque químico; resistividade elétrica; carbonatação natural e penetração de íons cloretos. Além desses, foram realizados alguns ensaios complementares como absorção sonora, ensaio ultrassônico para a obtenção do coeficiente de atenuação sonora e velocidade de propagação do som e análise de microscopia. A partir dos resultados obtidos verificou-se que a incorporação de borracha de pneus proporcionou maior ductilidade ao concreto de alto desempenho, observou-se que o CAD com borracha pode ser utilizado até mesmo em ambientes altamente agressivos, e que embora a resistência à compressão para o concreto com 30% de substituição da areia pela borracha tenha reduzido em torno de 50%, em relação ao concreto sem borracha, não se descarta a propriedade de melhor desempenho, uma vez que a resistência atingida está dentro da classe dos concretos estruturais e que houve ganho de outras propriedades, demostrando assim, a viabilidade do concreto emborrachado de alto desempenho e seu potencial em aplicações estruturais.
Palavras chave: concreto de alto desempenho; borracha de pneus; materiais alternativos; resistência mecânica, durabilidade, desempenho acústico.
ABSTRACT
In this work the influence of the use of waste tire rubber on the physical, mechanical and durability characteristics of high performance concrete (HPC) was discussed. The waste tire rubber is derived from the retreading of load tires (buses and trucks) and was used in partial replacement of the fine aggregate (sand) in the percentages of 7,5%, 15% and 30% in relation to the sand mass. In the experimental program three different concrete dosages were tested, varying the content of water/cement and superplasticizer additive. In order to improve the mechanical strength of the HPC with rubber, a surface treatment of the rubber fibers with CaCO3-SiO2 (calcium carbonate-silica) was used. For the physical characterization of the concrete, the following tests were performed: consistency of the concrete in the fresh state; water absorption, void index and specific mass in the hardened state. For the mechanical characterization the following tests were performed: compressive strength; flexural strength; modulus of elasticity and hard-body impact resistance. To characterize the durability, the following tests were performed: abrasion resistance, resistance to chemical attack; electrical resistivity; natural carbonation and penetration of chloride ions. Some complementary tests were performed, such as sound absorption, ultrasonic test to obtain the sound attenuation coefficient and sound propagation velocity and microscopy analysis. From the results obtained it was verified that the incorporation of tire rubber provided greater ductility to the high performance concrete, it has been observed that the concrete with rubber rubber can be used even in highly aggressive environments, and that although the compressive strength for concrete with 30% sand replacement by rubber has been reduced by about 50% compared to concrete without rubber, the high performance property is not ruled out, since the compressive strength is within the class of structural concretes and that there was gain of other properties, thus demonstrating the feasibility of high performance rubberized concrete and its potential in structural applications.
Keywords: high performance concrete; tire rubber; alternative materials; mechanical strength, durability, acoustic performance.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Curvas tensão-deformação de CAD conforme norma norueguesa ... 31
Figura 2: Estrutura do pneu. ... 36
Figura 3: Tecnologia de destinação final e quantidade total em (%) de pneus inservíveis destinados no Brasil (2017). ... 38
Figura 4: Tecnologia de destinação final e quantidade total em (%) de pneus inservíveis destinados nos Estados Unidos (2017). ... 39
Figura 5: Incêndio de pneus em Stanislaus na Califórnia nos Estados Unidos (1999) ... 41
Figura 6: Incêndio de pneus dispostos ao ar livre em Guarulhos-São Paulo-Brasil... 42
Figura 7: Balanço energético do som que incide sobre uma superfície. ... 50
Figura 8: Curva granulométrica da areia. ... 59
Figura 9: Curva granulométrica da brita 0... 61
Figura 10: Curva granulométrica da brita 1... 61
Figura 11: Curva granulométrica da borracha. ... 63
Figura 12: Borracha após peneiramento separado por granulometria ... 63
Figura 13: Análise de EDS do carbonato de cálcio. ... 64
Figura 14: Relação água/aglomerante proposta em função da resistência à compressão de corpos de prova cilíndricos de 100mm x 200mm aos 28 dias. ... 65
Figura 15: Tratamento superficial da borracha com CaCO3 e SiO2. ... 68
Figura 16: Ensaio de abatimento do CAD. ... 71
Figura 17: Prensa hidráulica utilizada para realização dos ensaios de resistência mecânica. .. 73
Figura 18: Ensaio para a determinação da tração na flexão. ... 73
Figura 19: Ensaio para a determinação do módulo de elasticidade. ... 75
Figura 20: Placas para realização do ensaio de resistência ao impacto ... 76
Figura 21: Equipamento para o ensaio de resistência à abrasão profunda. ... 77
Figura 22: Disco de aço e medida da cavidade. ... 78
Figura 23: Placas para realização do ensaio de resistência ao ataque químico ... 79
Figura 24: Determinação da resistividade do concreto. ... 80
Figura 25: Método de determinação da resistividade elétrica. ... 80
Figura 26: Leitura da camada de penetração de íons cloretos. ... 82
Figura 27: Tubo de impedância utilizado para a realização do ensaio. ... 82
Figura 29: Amostras utilizadas no ensaio de absorção acústica. ... 84
Figura 30: Aparelho ultrassônico(a); Transdutores posicionados na amostra (b) ... 86
Figura 31: Microscópio utilizado para o ensaio de MEV ... 87
Figura 32: Resistência média à compressão aos 7 dias. ... 91
Figura 33: Resistência média à compressão aos 28 dias. ... 91
Figura 34: Resistência à tração na flexão aos 28 dias. ... 93
Figura 35: Resultados de módulo de elasticidade estático em GPa. ... 94
Figura 36:Danos causados no concreto Ref (2) – sem borracha ... 97
Figura 37: Danos causados no concreto BR1 – 7,5% de substituição da areia pela borracha . 97 Figura 38: Danos causados no concreto BR2 – 15% de substituição da areia pela borracha .. 98
Figura 39: Danos causados no concreto BR3 – 30% de substituição da areia pela borracha .. 98
Figura 40: Evidências fotográficas - Ataque químico - Traço Ref (2) ... 100
Figura 41: Evidências fotográficas - Ataque químico - Traço BR1 ... 101
Figura 42: Evidências fotográficas - Ataque químico - Traço BR2 ... 102
Figura 43: Evidências fotográficas - Ataque químico - Traço BR3 ... 102
Figura 44: Verificação da existência de carbonatação aos 365 dias de exposição ao ambiente natural. ... 106
Figura 45: Verificação da existência de penetração de íons cloretos (365 dias) ... 107
Figura 46: Coeficiente de absorção acústica- Traço referência (Ref-1) ... 109
Figura 47: Coeficiente de absorção acústica- Traço B1 ... 109
Figura 48: Coeficiente de absorção acústica- Traço B2 ... 110
Figura 49: Coeficiente de atenuação sonora ... 111
Figura 50: Velocidade de propagação do som ... 112
Figura 51: MEV – Concreto sem borracha (Ref-2) ... 113
Figura 52: MEV – (a) Concreto B1 (b) ConcretoBR1 (c) Concreto BT1 ... 114
Figure 53: MEV – (a) Concreto B2 (b) Concreto BR2 (c) Concreto BT2 ... 115
Figure 54: MEV – (a) Concreto (b) Concreto BR3 (c) Concreto BT3 ...116
Figura 55: Teste de Tukey para comparação das médias da resistência á compressão aos 28 dias. ... 118
Figura 56: Teste de Tukey para comparação das médias da atenuação sonora. ... 120
Figura 57: Teste de Tukey para comparação das médias da velocidade de propagação sonora. ... 121
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Classe de consistência do concreto ... 27
Tabela 2– Resistência à compressão do concreto de alto desempenho em função da relação água/aglomerante. ... 29
Tabela 3– Módulo de elasticidade tangente e reduzido ... 30
Tabela 4 – Prazos de vida útil de projeto (VUP) (ABNT NBR 15575:2013). ... 32
Tabela 5 – Obras onde foi utilizado o CAD ... 34
Tabela 6 – Materiais constituintes dos pneus. ... 37
Tabela 7 – Resultados de resistência à compressão aos 28 dias do concreto com borracha obtidos na literatura. ... 48
Tabela 8 – Coeficientes de absorção médios para materiais de construção comuns. ... 51
Tabela 9– Características do Cimento CPV-ARI. ... 58
Tabela 10 – Características físicas e químicas da sílica ativa. ... 58
Tabela 11 – Características físicas e granulométricas da areia. ... 59
Tabela 12 – Características físicas e granulométricas dos agregados graúdos. ... 60
Tabela 13– Características físicas e granulométricas da borracha. ... 62
Tabela 14– Determinação da dosagem mínima de água. ... 66
Tabela 15– Teor de agregado graúdo para dosagem de CAD. ... 66
Tabela 16– Quantidades de materiais utilizados para produção do CAD. ... 66
Tabela 17– Traços de concreto produzidos (1ª Etapa). ... 67
Tabela 18– Traços produzidos (2ª Etapa). ... 68
Tabela 19 – Procedimentos para caracterização do concreto ... 69
Tabela 20- Massa de corpo duro, altura e energia do impacto. ... 76
Tabela 21 – Agentes agressivos e tempo de ataque... 79
Tabela 22– Relação entre Resistividade do Concreto e Risco de Corrosão do Aço. ... 81
Tabela 23- Valores de abatimento dos concretos ... 88
Tabela 24- Valores de absorção de água, índice de vazios e massa específica. ... 90
Tabela 25– Traço Ref (2) - Impacto de corpo duro - Esfera de pequena dimensão (0,5 kg). .. 95
Tabela 26- Traço Ref (2) - Impacto de corpo duro - Esfera de grande dimensão (1,0 kg). ... 95
Tabela 27 – Traço BR1 - Impacto de corpo duro - Esfera de pequena dimensão (0,5 kg). ... 95
Tabela 28 – Traço BR1 - Impacto de corpo duro - Esfera de grande dimensão (1,0 kg). ... 96
Tabela 30 – Traço BR2 - Impacto de corpo duro - Esfera de grande dimensão (1,0 kg). ... 96
Tabela 31– Traço BR3 - Impacto de corpo duro - Esfera de pequena dimensão (0,5 kg). ... 96
Tabela 32 – Traço BR3 - Impacto de corpo duro - Esfera de grande dimensão (1,0 kg). ... 97
Tabela 33 – Abrasão Profunda. ... 99
Tabela 34– Relatório do ensaio de ataque químico – Traço Ref (2) ... 100
Tabela 35– Relatório do ensaio de ataque químico – Traço BR1 ... 101
Tabela 36 – Relatório do ensaio de ataque químico – Traço BR2 ... 101
Tabela 37 – Relatório do ensaio de ataque químico – Traço BR3 ... 102
Tabela 38– Resultados do ensaio de resistividade elétrica do concreto (90 dias) ... 104
Tabela 39– Resultados do ensaio de resistividade elétrica do concreto (180 dias) ... 104
Tabela 40– Resultados do ensaio de resistividade elétrica do concreto (365 dias) ... 105
Tabela 41 – Medidas das camadas de penetração de íons cloretos ... 108
Tabela 42 – Análise de variância dos resultados da resistência à compressão aos 28 dias de idade. ... 117
Tabela 43 – Análise de variância dos resultados da atenuação sonora. ... 119
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
a/a- água/aglomerante a/c - água/cimento
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas ACI - American Concrete Institute
AgNO3 - Nitrato de prata
C - Carbono Ca – Cálcio
CAD - Concreto de alto desempenho Ca(OH)2 - Hidróxido de cálcio
Ca²+ - Cálcio
CaCO3 - Carbonato de cálcio
CAD - Concreto de alto desempenho
CBIC - Câmara Brasileira da Indústria da Construção CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente CP I- Cimento Portland I
CPV-ARI - Cimento Portland - V de Alta Resistência Inicial C-S-H - Silicatos de Cálcio Hidratado
db/mm - Decibéis por milímetro
EDS – Espectroscopia de energia dispersiva fck - Resistência característica do concreto
FHWA - Federal Highway Administration, Washington g/cm³ - grama por centímetro cúbico
GPa - Giga Pascal H2SO4 - Ácido sulfúrico
HClO4 - Ácido perclórico
HCO3 - Ácido Carbônico
HNO3 - Ácido Nítrico
Hz - Hertz
IBAMA - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis JATMA - Japan Automobile Tyre Manufacturers Association
k𝝮cm - Quiloohm centímetro
kgf - Quilograma força kN - Quilo Newton
l/m³ - litro por metro cúbico
LabCCB - Laboratório do Centro Cerâmico do Brasil MEV- Microscopia Eletrônica de Varredura
Mg - Magnésio mm - milímetro MPa - Mega Pascal NaCl - Cloreto de sódio NaOH - Hidróxido de sódio NBR - Norma Brasileira O - Oxigênio
PEAD - Polietileno de Alta Densidade
RILEM - Réunion Internationale des Laboratoires d'Essais et de Recherches sur les Matériaux e les Constructions.
RMA - Rubber Manufactures Association SiO2 - Sílica
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 19
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 22
2.1 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO – CAD ... 22
2.2 SELEÇÃO DOS MATERIAIS PARA PRODUÇÃO DO CAD ... 24
2.2.1 Cimento Portland ... 24 2.2.2 Adições Minerais ... 25 2.2.3 Aditivo químico ... 25 2.2.4 Agregados ... 26 2.3 PROPRIEDADES DO CAD ... 27 2.3.1 Trabalhabilidade ... 27 2.3.2 Resistência mecânica ... 28 2.3.3 Durabilidade ... 31 2.4 APLICAÇÕES ... 33
2.5 RESÍDUOS DE BORRACHA DE PNEUS ... 36
2.5.1 Pneus – Aspectos gerais e definições ... 36
2.5.2 Produção e destinação dos pneus inservíveis... 37
2.5.3 Utilização da borracha de pneus na pavimentação asfáltica ... 42
2.5.4 Utilização da borracha de pneu no concreto de cimento Portland ... 43
2.6 PROPRIEDADES DO CONCRETO COM INSERÇÃO DE BORRACHA ... 43
2.6.1 Trabalhabilidade ... 43
2.6.2 Densidade ... 44
2.6.3 Absorção de água e índice de vazios ... 45
2.6.3 Resistência Mecânica ... 46
2.6.4 Durabilidade ... 48
2.7 TRATAMENTOS SUPERFICIAIS DAS PARTÍCULAS DE BORRACHA ... 53
2.8 CARBONATO DE CÁLCIO ... 56
3.PROGRAMA EXPERIMENTAL ... 57
3.1 SELEÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 57
3.1.1 Água de amassamento ... 57 3.1.2 Cimento Portland ... 57 3.1.3 Sílica Ativa ... 58 3.1.4 Agregado miúdo ... 58 3.1.5 Agregado graúdo ... 60 3.1.6 Borracha de pneus ... 61 3.1.7 Carbonato de Cálcio ... 63 3.1.8 Aditivo superplastificante ... 64
3.2 DOSAGENS E PRODUÇÃO DO CAD ... 65
3.3 TRATAMENTO SUPERFICIAL DA BORRACHA ... 67
3.4 PRODUÇÃO DOS CONCRETOS ... 68
3.5 PROCEDIMENTOS PARA A CARACTERIZAÇÃO DO CONCRETO ... 69
3.5.1 Ensaios de caracterização física dos concretos ... 70
3.5.1.1 Trabalhabilidade ... 70
3.5.1.2 Massa específica, índice de vazios e absorção de água ... 71
3.5.2 Ensaios de caracterização mecânica ... 72
3.5.2.1 Resistência à compressão ... 72
3.5.2.2 Resistência à tração na flexão ... 73
3.5.2.3 Módulo de elasticidade ... 74
3.5.2.4 Resistência ao impacto de corpo duro ... 75
3.5.3 Ensaios de durabilidade ... 76
3.5.3.1 Resistência à abrasão ... 76
3.5.3.3 Resistividade elétrica ... 79
3.5.3.4 Carbonatação natural ... 81
3.5.3.5 Penetração de íons cloretos... 81
3.5.4 Propriedades acústicas ... 82
3.5.4.1 Absorção acústica ... 82
3.5.4.2 Ensaio ultrassônico ... 85
3.5.5 Análise de microestrutura ... 86
3.5.6 Análise Estatística ... 87
4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 88
4.1 TRABALHABILIDADE ... 88
4.2 MASSA ESPECÍFICA, ÍNDICE DE VAZIOS E ABSORÇÃO DE ÁGUA ... 89
4.3 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ... 90
4.4 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO ... 92
4.5 MÓDULO DE ELASTICIDADE ... 94
4.6 RESISTÊNCIA AO IMPACTO DE CORPO DURO ... 95
4.7 RESISTÊNCIA À ABRASÃO PROFUNDA ... 99
4.8 RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO... 100
4.9 RESISTIVIDADE ELÉTRICA... 103
4.10 CARBONATAÇÃO NATURAL ... 106
4.11 PENETRAÇÃO DE ÍONS CLORETOS ... 107
4.12 ABSORÇÃO ACÚSTICA ... 109
4.13 ATENUAÇÃO SONORA E VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DO SOM ... 111
4.14 ANÁLISE DE MICROESTRUTURA ... 113
4.15 ANÁLISE ESTATÍSTICA ... 117
4.15.1 Resistência à compressão aos 28 dias ... 117
4.15.2 Atenuação sonora ... 118
5. CONCLUSÕES ... 122
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 125
1. INTRODUÇÃO
O concreto de alto desempenho (CAD) é resultado da evolução tecnológica dos materiais de construção que foram sendo aprimorados e utilizados na produção de concreto com resistência e durabilidade superior ao concreto estrutural convencional. Porém, grande parte desses materiais é proveniente de fontes naturais finitas, como é o caso dos agregados naturais (areia e basalto). Além disso, o aprimoramento e beneficiamento desses agregados consomem grande quantidade de energia (AÏTCIN, 2000).
Quando se qualifica o concreto de alto desempenho, não se trata apenas do desempenho mecânico, mas das diversas propriedades que interferem no desempenho global da obra (TUTIKIAN, ISAIA E HELENE, 2011). Assim, os avanços na tecnologia do concreto levam a busca por materiais alternativos que proporcionam melhorias nas propriedades do concreto e ao mesmo tempo colaborem com as práticas de sustentabilidade na construção civil.
A utilização de resíduos sólidos no concreto tem sido alvo de muitos pesquisadores como uma forma de minimizar os impactos ambientais causados pelo acúmulo desses rejeitos. A borracha de pneus como agregado no concreto é um dos exemplos, porém, a maior limitação do concreto com borracha é a redução da resistência mecânica (AKASAKI et al., 2006; AZEVEDO et al., 2012; BARBOSA et al., 2013; SHU e HUANG, 2014; SILVA et al., 2015; MOUSTAFA e ALGAWADI, 2015; LV et al., 2015; XIE et al., 2015; GUPTA et al., 2015; THOMAS e GUPTA, 2016b; FAKHRI e SABERI, 2016).
Existem muitas pesquisas neste tema, porém, verifica-se a dificuldade de se utilizar teores acima de 20% de borracha, principalmente quando se trata do concreto de alto desempenho, que exige propriedades mecânicas superiores ao concreto convencional, sendo assim, é necessário um avanço maior no estudo de materiais e dosagem do concreto com borracha, buscando melhorar suas propriedades mecânicas e contribuir com a sustentabilidade da construção civil.
O uso em grande escala da borracha de pneus como agregado no concreto, colabora para uma destinação adequada dos pneus inservíveis, uma vez que é uma forma de destinação que não agride o meio ambiente, além de proporcionar a economia de materiais naturais.
A adição de borracha altera significativamente a resistência do concreto, sendo em torno de 80% a redução para 100% de substituição do agregado miúdo natural por borracha
(LV et al., 2015). Isso é devido à natureza hidrofóbica da borracha, que cria uma ligação interfacial fraca entre a pasta de cimento e a borracha, e devido ao baixo módulo de elasticidade da borracha que acaba gerando pontos fracos no interior da matriz do concreto (SHU et al., 2014).
Para resolver esse problema diversos pesquisadores tem investido no tratamento superficial das partículas de borracha, antes da inserção no concreto, sendo mais evidentes o tratamento com NaOH - Hidróxido de sódio (SEGRE E JOKES, 2000; LI et al., 2004; MARQUES et al., 2008; ALBUQUERQUE, 2009; SU et al., 2015) e o tratamento com Silano (COLOM et al., 2006; COLOM et al., 2007; HUANG et al., 2013; DONG et al., 2013; LIU e ZHANG, 2015; LI et al., 2016).
Os tratamentos superficiais tem se mostrado promissores, percebe-se que aumentar a ligação entre a borracha e os demais constituintes do concreto, é um fator importante no combate à queda de resistência, e uma possibilidade de eliminar os efeitos negativos e manter os efeitos benéficos que a borracha proporciona ao concreto. Portanto é necessária uma maior investigação na efetiva melhora das propriedades e do desempenho do concreto com incorporação de borracha visando aumentar a sua utilização na engenharia estrutural (SHU e HUANG, 2014).
Dentro desse contexto, nesse trabalho foi utilizado o tratamento superficial das partículas de borracha com CaCO3 e SiO2 (carbonato de cálcio e sílica) antes da inserção no
concreto de alto desempenho, visando diminuir as propriedades hidrofóbicas da borracha, aumentando a ligação entre a borracha e a pasta de cimento e consequentemente diminuindo a queda de resistência mecânica. O composto (CaCO3-SiO2) tem sido bastante utilizado pelas
indústrias fabricantes de polímeros para melhorar as propriedades físicas e mecânicas dos polímeros.
Como objetivo principal, a proposta deste trabalho é a produção do concreto emborrachado de alto desempenho, visando aliar as propriedades do concreto de alto desempenho com as propriedades benéficas que a borracha pode proporcionar, com foco no desempenho global do material, ou seja, um material que garanta na sua aplicação a segurança, a qualidade e sustentabilidade.
Para a proposição do concreto emborrachado de alto desempenho, são abordados como objetivos secundários para a efetivação da pesquisa os seguintes aspectos:
1. Estudo da dosagem de materiais e teor de substituição ideal do agregado natural por borracha para a produção de concreto de alto desempenho;
2. Produção do concreto com características físicas, mecânicas e durabilidade de alto desempenho;
3. Tratamento superficial das partículas de borracha com (CaCO3-SiO2), visando
diminuir a queda de resistência mecânica;
4. Melhora das propriedades acústicas do concreto de alto desempenho, já que se trata de um material altamente reflexivo e de baixa absorção de som.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO – CAD
O concreto de alto desempenho foi definido em 1990 por Mehta e Aïtcin como um concreto de alta trabalhabilidade, alta resistência e alta durabilidade.
Em 1998, o ACI – American Concrete Institute definiu o concreto de alto desempenho como um concreto que atende uma combinação especial entre desempenho e requisitos de uniformidade que não pode ser atingida com o uso de materiais convencionais e práticas normais de mistura, lançamento e cura.
Ainda em 1998, o departamento de transportes da Federal Highway Administration, Washington (FHWA), definiu o concreto de alto desempenho como um concreto mais durável e, se necessário, mais resistente do que o convencional. Misturas de CAD são compostas pelos mesmos materiais que as misturas convencionais, mas as proporções são planejadas para fornecer a resistência e durabilidade necessárias para atender os requisitos ambientais e estruturais do projeto.
De acordo com Mehta e Monteiro (2014), o CAD deve possuir certas características para aplicações e ambientes especiais, tais como: facilidade de aplicação; adensamento sem segregação; resistência nas primeiras idades; resistência de longo-prazo e propriedades mecânicas; baixa permeabilidade; densidade moderada; baixo calor de hidratação; tenacidade; estabilidade de volume; longa vida útil em ambientes agressivos.
O CAD é um material que apresenta comportamento estrutural, durante a utilização na construção, em patamar mais elevado que os concretos convencionais, atendendo satisfatoriamente às exigências requeridas pelo proprietário ou pelo usuário em conformidade com os projetistas da estrutura de concreto. Entende-se por desempenho não apenas a alta resistência mecânica, mas também a trabalhabilidade, a estética, o acabamento, a integridade, e, principalmente, a durabilidade, ou seja, todas as propriedades do concreto de modo holístico, focado no resultado final: o máximo desempenho global (TUTIKIAN; ISAIA E HELENE, 2011).
De acordo com Konkov (2013), o conceito de “alto desempenho” não se limita apenas nos termos de resistência, mas também, em termos de segurança, qualidade de vida, sustentabilidade, o que engloba a redução de recursos naturais, energia, mão de obra,
materiais e custos. Abrange um conjunto de propriedades que colaboram com o aumento do ciclo de vida dos edifícios.
De acordo com Tutikian, Isaia e Helene (2011) para produção de um concreto de alto desempenho são necessárias algumas ações:
● Diminuição da relação água/aglomerante e da quantidade total de água por m³, através do uso de aditivos plastificantes e/ou superplastificantes;
● Otimização da granulometria dos agregados para aumentar o esqueleto inerte e obter maior compacidade, utilizando-se agregados graúdos de menor diâmetro máximo e adequada composição granulométrica dos finos;
● Reforço das ligações químicas primárias e secundárias entre as partículas, pelo uso de adições minerais que provocam o refinamento dos poros e dos grãos, especialmente do silicato de cálcio hidratado (C-S-H).
A principal diferença entre um concreto convencional e um concreto de alto desempenho está no fator água/cimento. Em um concreto convencional o fator a/aglomerante varia de 0,42 a 0,60 ou até mais, enquanto que no CAD, o fator a/aglomerante é menor que 0,42, geralmente são utilizados 0,30-0,40 e 0,25-0,30 em casos especiais. Quanto menor o fator água/aglomerante, mais próximas ficarão as partículas de cimento dentro da pasta e mais forte os laços entre as partículas durante a hidratação, pois a água não é o suficiente para hidratar todas as partículas de cimento individualmente, sendo assim, o fator a/aglomerante é diretamente proporcional à distância de partículas de cimento na pasta (AÏTCIN, 2011).
A microestrutura de concreto de alto desempenho, devido à redução da relação água/cimento em comparação ao concreto convencional, é mais compacta, incluindo a zona de transição entre a pasta de cimento e o agregado graúdo, resultando em uma zona de transição delgada ou inexistente e isso está diretamente ligado à maior resistência do concreto (AÏTCIN, 2000).
2.2 SELEÇÃO DOS MATERIAIS PARA PRODUÇÃO DO CAD
2.2.1 Cimento Portland
O cimento Portland é um dos materiais mais utilizados na construção civil, ele pertence à classe dos aglomerantes hidráulicos, que em contato com a água, entra em processo físico-químico, tornando-se um elemento sólido e resistente (MEHTA E MONTEIRO, 2014).
A resistência à compressão é a propriedade mais conhecida dos diversos compósitos preparados a partir do cimento, porém, fatores como a facilidade de uso, possibilidade de moldagem em diferentes formas, a boa interação dos compósitos com outros materiais e a durabilidade, conferem ao cimento o seu importante papel na construção civil (BATTAGIM e SILVA BATTAGIM, 2010).
Segundo Tutikian, Isaia e Helene (2011), para a produção do CAD o ideal seria utilizar os cimentos mais puros possíveis, devido à grande quantidade de pozolanas a serem adicionadas na mistura, portanto, recomendam-se os cimentos CP I e CP V ARI.
A finura do cimento também é muito importante, pois quanto mais fino, mais reativo ele será, o que contribui com a resistência nas primeiras idades, no entanto, do ponto de vista reológico, a maior superfície específica, demanda maior quantidade de água na mistura o que diminui as resistências finais (TUTIKIAN, ISAIA E HELENE, 2011).
Os compostos presentes no cimento Portland são os silicatos: alita (3CaO.SiO2 ou
resumidamente C3S) e belita (2CaO.SiO2 ou resumidamente C2S); e as fases intersticiais entre
os cristais de alita e belita que são os aluminatos: (3CaO.Al2O3 ou resumidamente C3A) e
o (4CaO.Al2O3.Fe2O3 ou resumidamente C4AF) (BATTAGIM E SILVA BATTAGIM, 2010).
Nas propriedades do concreto de alto desempenho, os silicatos possuem um papel importante no desenvolvimento da resistência, enquanto, os aluminatos, são essenciais na determinação das características reológicas dos traços com baixa relação água/aglomerante. Portanto, quanto menor for a quantidade de aluminatos (C3A), mais fácil será o controle da
2.2.2 Adições Minerais
As pozolanas são produtos silicosos ou sílico-aluminosos, que se solubilizam em meio alcalino e reagem em solução com íons Ca²+, levando à formação de silicatos de cálcio hidratados. O silicato de cálcio hidratado é o principal produto de hidratação dos cimentos Portland (JOHN, CINCOTTO E SILVA, 2013).
Alguns exemplos de materiais com atividade pozolânica que podem ser inseridos no concreto de alto desempenho são: pozolanas naturais, cinzas volantes, escória básica granulada de alto-forno, cinza de casca de arroz, metacaulim e sílica ativa. A inserção pode ser por adição (com retirada de parte do agregado) ou por substituição de parte do cimento. As adições pozolânicas mais utilizadas atualmente são a sílica ativa, o metacaulim e a cinza de casca de arroz, por apresentarem grãos de pequena dimensão, além de possuírem o potencial pozolânico para consumir o Ca(OH)2 (TUTIKIAN, ISAIA E HELENE, 2011).
A adição de sílica ou nanosílica diminui a absorção de água e porosidade do concreto, fatores que colaboram com o aumento da resistência mecânica e durabilidade, porém, são materiais extremamente finos e consomem bastante água no momento da mistura, o que ocasiona redução no abatimento, ou seja, perda na trabalhabilidade do concreto fresco, sendo necessário, a utilização de aditivos químicos (GHAFARI et al., 2014;ONUAGULUCHI E PANESAR, 2014).
O uso de adições minerais no concreto de alto desempenho, além de colaborar com o aumento considerável da resistência, colabora para a diminuição do consumo de cimento. Segundo Aïtcin (2000), a sílica ativa tem sido usada no concreto de alto desempenho com uma dosagem entre 3% e 10% em relação à massa do cimento.
2.2.3 Aditivo químico
A principal função do aditivo químico no concreto de alto desempenho é melhorar a consistência do concreto sem aumentar a quantidade de água na mistura. Os aditivos recomendados para o CAD são os superplastificantes (TUTIKIAN, ISAIA E HELENE, 2011).
Os superplastificantes são aditivos redutores de água de alta eficiência, pois são capazes de reduzir de 30% a 40% da água de amassamento do concreto, devido à maior velocidade de hidratação do cimento, as misturas que contêm superplastificante apresentam resistências maiores nas primeiras idades (MEHTA E MONTEIRO, 2014).
Segundo Aïtcin (2000), outro fator importante na escolha do aditivo superplastificante, é a verificação de compatibilidade do aditivo com o cimento. O ensaio mais utilizado para essa finalidade é a determinação do tempo de fluxo da pasta de cimento que passa no cone de Marsh, que consiste em preparar uma pasta e medir quanto tempo demora para que uma certa quantidade da pasta escoe através de um funil com um dado diâmetro (LINTZ, 1997).
2.2.4 Agregados
No concreto convencional, geralmente, não é levado em consideração a influência do agregado sobre a resistência, pois, com exceção dos agregados leves, a partícula de agregado é muito mais resistente que a pasta hidratada e a zona de transição na interface no concreto (MEHTA E MONTEIRO, 2014).
Por outro lado, no concreto de alto desempenho, a pasta hidratada de cimento e a zona de transição podem ser tão resistentes que, os agregados, particularmente os graúdos, se não forem suficientemente resistentes, podem tornar-se o elo mais fraco dentro do concreto, onde a ruptura se iniciará sob uma alta tensão (AÏTCIN, 2000).
Segundo Aïtcin (2000), as seguintes características dos agregados devem ser levadas em consideração na produção do concreto de alto desempenho:
● Como agregado miúdo, é recomendado o uso das areias grossas, com módulo de finura entre 2,7 ou 3,0, pois, o concreto de alto desempenho contém grande quantidade de partículas finas, devido seu alto teor de cimento e adições minerais, então uma areia mais grossa, com menor superfície específica, é importante para a redução da quantidade de água na mistura.
● A forma do agregado graúdo é muito importante na questão reológica do concreto, recomenda-se a forma mais cúbica possível, podendo ser utilizadas rochas calcárias, dolomíticas, graníticas, diabásicas e, preferencialmente, pedra cascalho glacial britada;
● Para diminuir a espessura da zona de transição e torná-la mais homogênea, recomenda-se o uso do menor diâmetro possível dos agregados graúdos, considerando-se, ainda, que as partículas menores são mais resistentes porque apresentam menos microfissuras, poros menores e menos inclusões de materiais frágeis;
● Os diâmetros máximos característicos recomendados são os seguintes: 25mm para CAD classes I e II, 19mm para classe III e 12mm para Classes IV e V, ou seja, quanto maior a resistência requerida, menor a dimensão do agregado graúdo.
2.3 PROPRIEDADES DO CAD
2.3.1 Trabalhabilidade
A trabalhabilidade é o principal parâmetro para a caracterização do concreto no estado fresco, ela tem efeito direto na capacidade de bombeamento e na construbilidade, pois determina a facilidade de manusear a mistura sem que haja segregação prejudicial. Geralmente, um concreto de difícil lançamento e adensamento, também será prejudicado quanto à resistência, durabilidade e aparência (MEHTA E MONTEIRO, 2014).
A norma ABNT NBR 8953:2015 classifica os concretos por sua consistência no estado fresco, determinada a partir do ensaio de abatimento pela ABNT NBR NM 67, de acordo com a Tabela 1, e, no caso de concreto autoadensável, pelo previsto na ABNT NBR 15823-1.
Tabela 1 – Classe de consistência do concreto Classe Abatimento
(mm)
Aplicações típicas
S10 10≤A<50 Concreto extrusado, vibroprensado ou centrifugado S50 50≤A<100 Alguns tipos de pavimentos e de elementos de fundações S100 100≤A<160 Elementos estruturais com lançamento convencional do
concreto
S160 160≤A<220 Elementos estruturais com lançamento bombeado do concreto S220 ≥220 Elementos estruturais esbeltos ou com alta densidade de
armaduras
NOTA 1 De comum acordo entre as partes, podem ser criadas classes especiais de consistência, explicitando a respectiva faixa de variação do abatimento.
NOTA 2 Os exemplos desta Tabela são ilustrativos e não abrangem todos os tipos de aplicações.
Fonte: ABNT NBR 8953:2015
Segundo Aïtcin (2000), nos traços de concreto de alto desempenho, a reologia é bastante sensível a quaisquer alterações da qualidade dos materiais, na produção do concreto e na temperatura, devido à baixa relação água/aglomerante. Neste aspecto, os principais problemas são:
Forte retardamento na pega, causado por dosagem excessiva de aditivo superplastificante ou o uso de aditivo retardador de pega, que leva ao atraso do desenvolvimento da resistência e consequentemente atraso na obra;
Grave segregação na mistura altamente fluída, causada por excesso de superplastificante ou água na mistura.
Para melhorar a reologia do concreto fresco pode ser utilizada a incorporação de bolhas de ar, no entanto, essas bolhas podem influenciar na queda de resistência do concreto (AÏTCIN, 2000).
O uso de adições minerais, como a sílica ativa, também colabora para melhorar a reologia do concreto, por ser um material bastante fino, auxilia no preenchimento de vazios, melhorando a coesão e evitando a segregação, no entanto, a fração fina ou maior superfície específica, na maioria das vezes, causa redução no abatimento (GHAFARI et al., 2014; WANG et al., 2015).
2.3.2 Resistência mecânica
A resistência à compressão é uma das propriedades mais importante quando se fala de concreto, seja ele convencional ou de alto desempenho. Devido a redução da relação água/aglomerante e da adição de materiais pozolânicos, de modo geral, a resistência do concreto de alto desempenho é maior que o concreto convencional.
Os materiais constituintes, em particular, o agregado graúdo, exerce um papel fundamental na resistência do concreto de alto desempenho. Segundo Aïtcin (2000), quando os agregados não são mais resistentes do que a pasta de cimento hidratada, a resistência à compressão do CAD não aumenta significativamente à medida que a relação água/aglomerante diminui.
De acordo com Neville (2016), não há informações disponibilizadas sobre a relação entre a resistência à tração na flexão ou tração por compressão diametral e a resistência à compressão do concreto de alto desempenho, mas o ACI 363-92 sugere expressões aplicáveis para concreto de até 83MPa. Existem indícios de que, para resistência à compressão superior a aproximadamente 100MPa não ocorre mais o aumento da resistência à tração.
A Tabela 2 mostra uma previsão da resistência à compressão dos concretos de alto desempenho em função da relação água/aglomerante (a/a), neste caso supõe-se que os agregados graúdos são mais resistentes do que a pasta de cimento hidratada.
Aïtcin (2000) classificou o concreto de alto desempenho de acordo com a resistência à compressão, sendo que a classe I representa o concreto entre 50 e 75 MPa, a classe II entre 75 e 100 MPa, a classe III entre 100 e 125MPa, a classe IV entre 125 e 150 MPa e classe V de 150 MPa.
Tabela 2– Resistência à compressão do concreto de alto desempenho em função da relação água/aglomerante.
Relação a/a Resistência à compressão (MPa)
0,40 - 0,35 50 -75
0,35 - 0,30 75-100
0,30 - 0,25 100-125
0,25 - 0,20 >125
Fonte: Aïtcin, 2000
A ABNT 8953:2015 classifica os concretos estruturais, em relação à resistência à compressão (fck), em dois grupos. O Grupo I formado pelos concretos de 20 a 50MPa e o
Grupo II, constituído pelos concretos de 55 a 100MPa. A ABNT NBR 12655:2015, define o concreto de alta resistência como o concreto do grupo II da NBR 8953:2015.
O módulo de elasticidade também é uma propriedade que deve ser investigada para o concreto de alto desempenho, pois está relacionado à ductilidade dos materiais, ou seja, as deformações que o material sofre antes da ruptura (TUTIKIAN, ISAIA E HELENE, 2011).
O módulo de elasticidade está relacionado à resistência do material, segundo Aïtcin (2000), o CAD comporta-se como uma rocha artificial, além da influência da relação a/c, a resistência do agregado graúdo também exerce grande influência no valor do módulo de elasticidade. Para uma mesma resistência à compressão o módulo de elasticidade pode variar, dependendo do valor da resistência do agregado graúdo.
Para o concreto de alto desempenho o fib (CEB-FIP) Model Code 2010 apud Tutikian; Isaia e Helene (2011) apresenta:
Eci = Ec0 . αE. (fcm / 10)1/3 (Eq.1)
onde:
Eci: módulo de elasticidade tangente do concreto, aos 28 dias, em MPa;
Ec0: 21,5.103 MPa;
αE: coeficiente função do tipo de agregado, variando de 1,2 para basalto a 0,7 para arenito;
O módulo de elasticidade reduzido pode ser utilizado quando se deseja somente a análise elástica do concreto na estrutura, considerando as deformações plásticas iniciais que ocasionam deformações irreversíveis:
Ec = α1 . Eci (Eq.2) onde:
Ec: módulo de elasticidade reduzido;
α1: 0,8 + 0,2 (fcm /88);
Eci: módulo de elasticidade do concreto aos 28 dias
A Tabela 3 mostra os valores de Eci (módulo de elasticidade tangente) e o Ec
(módulo de elasticidade reduzido) para CAD com resistência à compressão entre 50MPa e 120MPa. Para as classes iguais ou superiores a 80MPa, os dois módulos são equivalentes.
Tabela 3– Módulo de elasticidade tangente e reduzido (fib, 2010 apud Tutikian; Isaia e Helene 2011).
Classes C50 C60 C70 C80 C90 C100 C110 C120
Eci (GPa) 38,6 40,7 42,6 44,4 46,0 47,5 48,9 50,3
Ec (GPa) 36,0 38,9 41,7 44,4 46,0 47,5 48,9 50,3
α
1 0,909 0,955 0,977 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
A Figura 1, ilustra a evolução das curvas tensão-deformação para os CADs de 45MPa a 115MPa de resistência à compressão. À medida que aumenta a resistência à compressão, a deformação diminui, essa é uma característica do CAD, ou seja, quanto à ductilidade, o concreto de alto desempenho é um material frágil (TUTIKIAN, ISAIA E HELENE, 2011).
Figura 1: Curvas tensão-deformação de CAD conforme norma norueguesa
Fonte: HELLAND, 1988 apud Tutikian, Isaia e Helene, 2011. 2.3.3 Durabilidade
A ABNT NBR 15575:2013, define durabilidade como a capacidade da edificação ou de seus sistemas de desempenhar suas funções, ao longo do tempo e sob condições de uso e manutenção especificadas.
A vida útil de qualquer produto depende da eficiência do projeto, da construção, das condições de agressividade do meio e dos cuidados no uso e manutenção. A vida útil prevista no projeto de habitação (Tabela 4), só poderá ser atingida no caso do seu uso correto e adoção de eficientes processos de manutenção (CBIC, 2013).
No caso do concreto, a durabilidade, é empregada para caracterizar a resistência do concreto aos ataques de agentes agressivos físicos e químicos. A redução do fator a/c é uma condição necessária para obter um concreto durável, mas não o suficiente, pois existem vários fatores que influenciam nesta propriedade (AÏTCIN, 2000).
Tabela 4 – Prazos de vida útil de projeto (VUP) (ABNT NBR 15575:2013).
SISTEMA VUP (ANOS)
MÍNIMO INTERMEDIÁRIO SUPERIOR
Estrutura ≥50 ≥63 ≥75
Pisos internos ≥13 ≥17 ≥20
Vedação vertical externa ≥40 ≥50 ≥60
Vedação Vertical interna ≥20 ≥25 ≥30
Cobertura ≥20 ≥25 ≥30
Hidrossanitário ≥20 ≥25 ≥30
*Considerando periodicidade de manutenção segundo a ABNT NBR 5674 e especificados no respectivo Manual de Uso, Operação e Manutenção entregue ao usuário elaborado em atendimento à ABNT NBR 14037.
Fonte: ABNT NBR 15575:2013.
De acordo com Mehta e Monteiro (2014), quando o concreto é submetido a condições normais de exposição, os procedimentos de dosagem ignoram a durabilidade, pois considera-se que a resistência é um índice geral de durabilidade. No entanto, sob condições que possam diminuir a vida útil do concreto tais como: exposição à ataques químicos, climas de congelamento e descongelamento, são necessárias considerações especiais na dosagem como baixo fator a/c, uso de adições minerais e aditivos químicos e incorporação de ar.
A durabilidade está relacionada com o desempenho em longo prazo de um determinado material, num determinado ambiente, sob determinadas condições de serviços, portanto é bem difícil especificar a durabilidade de um material (AÏTCIN, 2000).
Alguns testes são realizados em laboratórios para determinar a durabilidade do concreto, tais como: permeabilidade à água, resistência à penetração de cloretos, resistência à carbonatação, resistência aos ciclos de congelamento e descongelamento, resistência ao fogo (WANG et al., 2015).
A carbonatação está relacionada à penetração do dióxido de carbono, por meio dos poros, para o interior do concreto, o qual na presença da umidade se transforma em ácido carbônico (HCO3), que é reativo. A relação a/c é responsável pelo tamanho e continuidade
dos poros no concreto. Quanto se reduz a relação a/c há uma diminuição na profundidade de carbonatação, uma vez que, ocorre a diminuição dos poros (SILVA, 2007).
A penetração de cloretos também se dá através dos mecanismos de penetração de água e transportes de íons. A ação dos íons cloretos é nociva às armaduras das estruturas de concreto, causando a corrosão e afetando diretamente a durabilidade. Portanto, a durabilidade
do concreto, depende muito da facilidade com que os fluidos, tanto líquidos como gases, possam adentrar por meios dos poros existentes no concreto (SILVA, 2006).
2.4 APLICAÇÕES
Os CAD são utilizados em estruturas sofisticadas de concreto que são planejadas para uma vida útil longa, mesmo em ambientes agressivos, como em construções de plataformas marítimas de petróleo, pontes de vão longo e tabuleiros de viadutos (MEHTA E MONTEIRO, 2014).
As estruturas de concreto de alto desempenho são mais adequadas à ambientes altamente agressivos, além de proporcionarem um ganho de área útil, redução do número e dimensão de pilares, diminuição do consumo de material, redução da carga permanente da estrutura e fundações, menor tempo de execução e, portanto, melhor relação qualidade/custo (SILVA, 2006).
O CAD também pode ser aplicado como uma alternativa para vencer o ambiente agressivo das câmaras de refrigeração, onde são processados e armazenados alimentos em baixa temperatura (LIMA, 2008).
Os arquitetos preferem usar o CAD em edifícios altos com vista a projetar lajes e colunas mais esbeltas e aumentar o espaço útil. Alguns construtores recomendam o uso do CAD devido à rapidez para desmoldar. Além da redução da fissuração e retração, o CAD em construções de edifícios altos, aumenta a rigidez da estrutura, aumentando a rigidez transversal do edifício, reduz a oscilação lateral causada pelo vento e aumenta o nível de conforto. O uso de concreto de alto desempenho em construções de grande altura pode também reduzir a quantidade de aço e assim o peso próprio das mesmas (AÏTCIN, 2000).
Na Tabela 5 estão citadas algumas obras onde foi utilizado o concreto de alto desempenho.
Tabela 5 – Obras onde foi utilizado o CAD (continua)
Obra Local Ano Resistência
fck (MPa)
Obras no Exterior
Edifício Lake Point Tower Chicago - EUA 1965 50
Edifício Water Tower Place Chicago - EUA 1970 60
Plataforma Gullfaks Noruega 1981 70*
Viaduto Sylas e Glaciéres França 1986 60
Arco da Defense Paris-França 1988 65*
Ponte da llê de Ré França 1988 68
Edifício Scotia Plaza Toronto-Canadá 1988 70
Edifício Two Union Square Seattle – EUA 1988 130**
Ponte Joigny França 1989 60
One Peachtree Atlanta – EUA 1991 83***
Ponte da Normandia França 1993 60
Ponte Montée St-Rémi Canadá 1993 80*
Plataforma Submarina Hibernia Newfoundland-Canadá 1996 69
Ponte da Confederação Canadá 1997 72**
Petronas Tower Kuala Lampur –Malásia 1999 80*
Burj Khalifa Dubai 2009 80*
*Resistência medida em cubos. O resultado deve ser multiplicado por 0,80 para se ter a correlação com corpos de prova cilíndricos.
** Resistências médias. Estas sempre são mais altas que o fck. ***fck.est. normalmente maior que o fck.
Tabela 5 – Obras onde foi utilizado o CAD (conclusão)
Obra Local Ano Resistência fck
(MPa) Obras no Brasil
CNEC São Paulo 1989 65
Ponte sobre o Rio Maranhão Goiás - 50
Edifício Banco de Tóquio Salvador 1990 60
Supremo Tribunal de Justiça Brasília 1993 72
Edifício Suarez Trade Center Salvador 1993 60
Edifício Gonden Park Santa Maria 1994 60*
Torre das Nações Unidas São Paulo 1997 50
Pavimento da Ponte Rio
Niterói Rio de Janeiro 2000 65
Museu Oscar Niemeyer Curitiba 2000 35****
Edifício Evolution Towers Curitiba 2000 60
Edifício e-Tower São Paulo 2002 115***
Museu Iberê Camargo Porto Alegre 2005 45
Edifício Buenos Aires Curitiba 2007 50
Centro Empresarial Antártica Ponta Grossa-PR 2007 70
Edifício Palazzo Lumini Curitiba 2010 50
*Resistência medida em cubos. O resultado deve ser multiplicado por 0,80 para se ter a correlação com corpos de prova cilíndricos.
** Resistências médias. Estas sempre são mais altas que o fck. ***fck.est. normalmente maior que o fck.
****fck estimado aos três dias.
Fonte: AÏTCIN, 2000; BEZERRA, 2005; CHRISTOFOLLI, 2007; BIANCHINI, 2010 apud TUTIKIAN; ISAIA E HELENE, 2011.
2.5 RESÍDUOS DE BORRACHA DE PNEUS
2.5.1 Pneus – Aspectos gerais e definições
A Resolução CONAMA nº 416/2009 define o pneu como: um componente de um sistema de rodagem, constituído de elastômeros, produtos têxteis, aço e outros materiais, que quando montado em uma roda de veículo, é responsável por sustentar elasticamente a carga do veículo e resistir à pressão provocada pela reação do solo.
Os pneus são formados basicamente de quatro partes principais: carcaça, talões, banda de rodagem e flancos (Figura 2). A carcaça é a parte resistente do pneu, constituída de lona de poliéster, nylon ou aço. Os talões são constituídos de arames de aço resistente. A banda de rodagem é a parte de borracha que fica em contato com o solo. Os flancos são as partes laterais de borracha que protegem a carcaça de lonas (KAMINURA, 2002 apud PRETTI et al., 2012).
Figura 2: Estrutura do pneu.
Fonte: https://auto.umcomo.com.br/artigo/o-que-e-o-protetor-de-aro-de-um-pneu-14776.html (2015)
O pneu novo é aquele que não sofreu qualquer uso, nem foi reformado. O pneu usado é aquele que foi submetido ao uso ou desgaste e engloba os pneus reformados e inservíveis, sendo os pneus reformados os que passam por um processo de reutilização da carcaça, e os inservíveis são os pneus que sofreram danos irreparáveis em sua estrutura não servindo mais para a circulação ou reforma.
A Tabela 6 apresenta os materiais que compõem os pneus de automóveis e os pneus de carga. Conforme Lagarinhos (2011), os polímeros que compõe o pneu são: a borracha natural, que é proveniente do látex, e a borracha sintética que é derivada do petróleo. O negro de fumo utilizado na composição da borracha é obtido por meio da queima do petróleo em fornos.
Tabela 6 – Materiais constituintes dos pneus.
Materiais Pneu de automóvel (%) Pneu de Carga (%)
Borracha natural 14 27
Borracha sintética 27 14
Negro de fumo 28 28
Aço 14-15 14-15
Tecido, aceleradores,
anti-ozônio, óleos etc. 16-17 16-17
Peso total
Peso médio do pneu novo 8,5 Kg. No Brasil,
o pneu inservível pesa 5Kg, conforme a instrução normativa nº8 do IBAMA, de 15 de maio de 2002. No Brasil o pneu inservível pesa 40Kg, conforme a instrução normativa nº8 do IBAMA, de 15 de maio de 2002 Fonte: Adhikari, De e Maiti (2000); Brasil (2003) apud Lagarinhos (2011)
A resolução CONAMA nº 416/2009 dispõe que para cada pneu novo comercializado para o mercado de reposição, as empresas fabricantes ou importadoras deverão dar destinação adequada a um pneu inservível, sendo que a reforma de pneu não é considerada fabricação ou destinação adequada, e sim um método específico que aumenta a vida útil do pneu. A destinação adequada são os procedimentos em que os pneus são descaracterizados de sua forma inicial, e que seus elementos constituintes são reaproveitados, reciclados ou processados por outras técnicas admitidas pelos órgãos ambientais competentes.
2.5.2 Produção e destinação dos pneus inservíveis
No Brasil, segundo os dados divulgados pelo IBAMA no Relatório de Pneumáticos-Resolução CONAMA 416/2009 (2018), foram colocados no mercado de reposição no ano de 2017 mais de 60 milhões de pneus (60.424.080 em unidades o que corresponde a 839.863,47 toneladas).
A meta de destinação para o ano de 2017 era de 587.904,43 toneladas, sendo que, foi atingido 99,55% dessa meta, o que corresponde a 585.252,32 toneladas. No entanto os
0,45% dos pneus sem destinação no Brasil, correspondem em unidades a mais de 530 mil pneus de automóvel e a mais de 66 mil pneus de carga.
A Figura 3 apresenta as tecnologias de destinação ambientalmente adequadas praticadas pelas empresas destinadoras que declararam no Relatório de Pneumáticos em 2017 sendo:
● Coprocessamento: Utilização dos pneus inservíveis em fornos de clinquer como substituto parcial de combustível;
● Laminação: A borracha dos pneus são cortadas em lâminas e utilizadas na fabricação de artefatos de borracha;
● Granulação: Processo industrial de fabricação de borracha moída em diferentes granulometrias, com separação e aproveitamento do aço;
● Pirólise: Processo de decomposição térmica da borracha conduzido na ausência de oxigênio ou em condições em que a concentração de oxigênio é suficientemente baixa para não causar combustão, com geração de óleos, aço e negro de fumo.
Figura 3: Tecnologia de destinação final e quantidade total em (%) de pneus inservíveis destinados no Brasil (2017).
Fonte: CTF/IBAMA (2018)
Nos Estados Unidos, segundo dados divulgados pela Rubber Manufactures Association – RMA no U.S. Scrap Tire Management Summary (2018), a geração de pneus inservíveis no ano de 2017 foi de 255,61 milhões de pneus. Grande parte desses pneus, cerca de 105,94 milhões, foram utilizados como combustível no processo de coprocessamento pelas empresas cimenteiras, fabricantes de papel e caldeiras industriais. Cerca de 61,83 milhões,
46,96% 36,84% 13,95% 2,26% Coprocessamento Granulação Laminação Pirólise
foram destinados ao processo de granulação. Cerca de 19,28 milhões foram utilizados na engenharia civil. Para o restante foram dadas outras destinações tais como: exportação, agricultura, projetos de recuperação, fornos elétricos etc. e cerca de 39,46 milhões de pneus ainda foram dispostos em aterros (Figura 4).
Em 1990, nos Estados Unidos, havia aproximadamente um bilhão de pneus inservíveis empilhados. Atualmente grande parte desses pneus foram destinados, restando ainda 60 milhões de pneus empilhados (RMA, 2018).
Figura 4: Tecnologia de destinação final e quantidade total em (%) de pneus inservíveis destinados nos Estados Unidos (2017).
Fonte: Rubber Manufactures Association – RMA (2018)
De acordo com o relatório publicado pela European Tyre & Rubber Manufacturers’ Association (2017), na União Europeia (U.E.), a estimativa de geração de pneus inservíveis para o ano de 2016, foi de 3,29 milhões de toneladas, cerca de 94% desses pneus foram reciclados. As formas de destinações mais comuns são: como combustíveis nas indústrias cimenteiras e companhia de energia e a reciclagem para outros fins, por meio da granulação da borracha.
No Japão, segundo os dados publicados pela The Japan Automobile Tyre Manufacturers Association (2018), a geração de pneus usados no ano de 2017 foi de 97
43,00% 25,00% 8,00% 16,00% 8,00% Coprocessamento Granulação Engenharia Civil Disposição em aterro
Outros (exportação, projeto de recuperação, agricultura etc.)
milhões em quantidade o que representa em peso 1.034.000 toneladas, aumentou em 3 milhões de pneus e 37.000 toneladas em peso em relação ao ano anterior.
O volume de pneus reutilizados ou reciclados foi de 965.000 toneladas em 2017, o que representa uma taxa de reciclagem de 93%.
Nos últimos anos no Japão, as empresas que utilizam os pneus inservíveis como combustível alternativo, precisaram importar pneus inservíveis de outros países, pois a quantidade de pneus inservíveis gerada no Japão não tem sido o suficiente para atender a demanda.
As formas de destinações dos pneus usados foram: reutilização de 178.000 toneladas de pneus; utilização de 652.000 toneladas de pneus como combustível alternativo pelas indústrias, sendo as empresas fabricantes de papel as que mais utilizaram; exportação de 135.000 toneladas de pneus (JATMA, 2018).
Em fevereiro de 2018, o número de pneus inservíveis empilhados ou dispostos irregularmente era de 35.771 toneladas, o volume diminuiu em 30 toneladas comparado ao ano de 2017. Como a demanda do uso de pneus inservíveis como combustível alternativo é alta, o empilhamento e o despejo irregular tende a ser decrescente (JATMA, 2018).
No Brasil, a reforma de pneus não é uma atividade considerada pelo CONAMA como uma destinação adequada, e sim como uma forma de aumentar a vida útil dos pneus. Nos Estados Unidos, também não é considerada como atividade de reciclagem e não faz parte das estatísticas. No Japão e na União Europeia a reforma de pneus é considerada como reciclagem e recebe incentivos do governo (LAGARINHOS et al., 2013).
Os processos de reforma de pneus consistem em reconstruir um pneu usado, por meio da substituição da banda de rodagem, podendo incluir também a substituição da superfície lateral externa. Os métodos utilizados são: recapagem, recauchutagem e remoldagem (LAGARINHOS E TENÓRIO, 2008).
A recapagem consiste na substituição da banda de rodagem. A recauchutagem consiste na remoção mais profunda, abrangendo a banda de rodagem e ombros dos pneus. O processo de remoldagem consiste em remover a borracha das carcaças e em seguida o pneu é totalmente reconstruído e vulcanizado (LAGARINHOS E TENÓRIO, 2008).
Segundo Lagarinhos e Tenório (2008), existem várias vantagens nos processos de reforma de pneus, tais como: aumento da vida útil do pneu; economia de matéria prima e energia; custo menor de venda para o pneu reformado; redução dos impactos negativos ao ambiente. No entanto, a grande desvantagem é que nos processos de reforma ainda são gerados resíduos, como por exemplo, as raspas de pneus.
A destinação final dos pneus inservíveis constituiu, no mundo inteiro, um grande problema, pois não resolve o problema ambiental (VELOSO, 2013).
Se dispostos em locais inadequados, devido seu formato, os pneus são locais propícios para o acúmulo de água e a proliferação de insetos transmissores de doenças, como o mosquito “Aedes Aegypti”.
O armazenamento em pilhas gera o risco de incêndios, devido ao alto poder calorífico dos pneus, sendo que, a queima dos pneus libera compostos que são extremamente prejudiciais ao meio ambiente e a saúde como: Monóxido de Carbono – CO; Óxidos de Enxofre- SOx; Óxidos de Nitrogênio-NOx; Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos – PAH; Metais Pesados: como chumbo, cádmio e zinco; Dioxinas e Furanos (RESCHNER, 2008; LAGARINHOS e TENÓRIO, 2008; VELOSO, 2013).
Segundo Veloso (2013), o coprocessamento de pneus em fornos de cimento pode levar à emissão de dioxinas, furanos e outros poluentes orgânicos persistentes. Existem apenas 3 laboratórios acreditados para verificação do índice de emissões desses poluente no Brasil e das 47 cimenteiras do país, aproximadamente, 26 estão licenciadas para coprocessar resíduos industriais.
Em 1999 em Stanislaus na Califórnia nos Estados Unidos, uma pilha de 7 milhões de pneus pegou fogo gerando um grave acidente ambiental (Figura 5).
Figura 5: Incêndio de pneus em Stanislaus na Califórnia nos Estados Unidos (1999).
Fonte: https://www.sfgate.com/bayarea/article/LIVING-IN-THE-PATH-OF-SMOKE-FROM-A-RUBBERY-INFERNO-3200382.php
No ano passado segundo notícias divulgadas em 13/07/2018 no site https://g1.globo.com/sp/sao-paulo/noticia/montanha-de-pneus-pega-fogo-perto-do-aeroporto-de-cumbica.ghtml, uma pilha de pneus disposta ao ar livre, em um galpão onde funciona uma
empresa de reciclagem de pneus, perto do Aeroporto de Cumbica, em Guarulhos, na cidade de São Paulo, Brasil, pegou fogo, imagens do incêndio e a fumaça gerada pela queima dos pneus são mostradas na Figura 6.
Figura 6: Incêndio de pneus dispostos ao ar livre em Guarulhos - São Paulo - Brasil
Fonte: Reprodução/TV Globo
2.5.3 Utilização da borracha de pneus na pavimentação asfáltica
A borracha triturada ou as raspas de pneus podem ser incorporadas nas misturas asfálticas por meio de dois processos:
● Seco: a borracha triturada entra como agregado, se misturando com os outros agregados antes de entrar em contato com o ligante.
● Úmido: a borracha moída é adicionada ao ligante asfáltico aquecido a uma temperatura elevada (177-210 °C) e depois os agregados são adicionados, dando origem ao Asfalto Borracha (PRETTI et al., 2012; SHU e HUANG, 2014).
No Brasil, segundo Lagarinhos e Tenório (2008), a primeira aplicação do asfalto-borracha foi feita em 2001. De acordo com Pretti et al. (2012), em setembro de 2009 entraram em vigência as normas do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes EM 111 (DNIT, 2009a) e ES 112 (DNIT, 2009b), definindo as especificações de materiais e serviços empregados na pavimentação asfáltica com emprego de borracha por via úmida.
Em geral, o uso da borracha de pneus na pavimentação asfáltica tem sido bem aceito e o asfalto-borracha tem mostrado um desempenho melhor que o asfalto convencional, algumas das vantagens são: aumento da vida útil; retardamento do aparecimento de trincas e selagem das já existentes; redução da espessura da camada de revestimento; redução do nível de ruído nas estradas (LAGARINHOS e TENÓRIO 2008; MENEGUINI, 2011; PRETTI et al., 2012; SHU e HUANG, 2014).
