Investigação Laboratorial do Uso de Resíduo da Construção Civil como Agregado Graúdo em Estaca de Compactação Argamassada

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1 Investigação Laboratorial do Uso de Resíduo da Construção Civil como Agregado Graúdo em Estaca de Compactação Argamassada Ronaldo Alves de Medeiros Junior Universidade de Pernambuco-UPE, Recife, Brasil, Alexandre Duarte Gusmão Universidade de Pernambuco-UPE, Recife, Brasil, Stela Paulino Fucale Universidade de Pernambuco-UPE, Recife, Brasil, RESUMO: A indústria da construção civil constitui uma das maiores consumidoras de matériasprimas naturais do planeta. A quantidade de resíduos gerados nas construções que são realizadas nas grandes cidades demonstra um enorme desperdício de material. Associado a isto, há uma grande geração de Resíduos da Construção Civil (RCC) decorrentes das diversas atividades do setor, provocando problemas ambientais, tais como, contaminação do solo, deterioração da paisagem, dificuldades de drenagem, entre outros. Atualmente, encontra-se na literatura nacional e internacional estudos de alternativas para a reutilização e reciclagem desses resíduos, possibilitando assim uma correta destinação final e um alívio na utilização dos agregados naturais. O presente estudo tem por finalidade analisar a viabilidade de alternativas sustentáveis para destinação final de RCC, especificamente a viabilidade técnica de seu uso como agregado graúdo reciclado para produção de concreto a ser utilizado como material de composição de estacas de compactação argamassadas para melhoramento de solos em obras de fundação. A metodologia consiste na realização de ensaios laboratoriais de caracterização (composição gravimétrica, granulometria, massa unitária e teor de materiais pulverulentos) e de resistência à compressão simples, com amostras de RCC geradas em canteiros de obra da cidade do Recife-PE, em diferentes fases de construção, ou seja, estrutura e alvenaria. Foi realizado também os mesmos ensaios anteriormente citados, para efeito de comparação, com brita 25mm, material este utilizado como agregado graúdo natural em estacas de compactação. Os resultados dos ensaios de caracterização indicam comportamentos semelhantes entre as amostras de resíduos investigadas e a amostra de referência. No tocante ao ensaio de resistência à compressão simples, concretos com amostras de RCC apresentaram resistências próximas, ou superiores, à resistência atingida pelo concreto convencional utilizado em estacas de compactação. O valor da resistência à compressão simples encontrado para o concreto com amostra de RCC de fase de estrutura (9,02MPa) foi superior ao valor encontrado para o concreto convencional (7,70MPa) e a resistência apresentada pelo concreto com amostra de RCC de fase de alvenaria (7,30Mpa) foi apenas 5% inferior a resistênica do concreto tomado como referência. Pode-se assim afirmar, que os resíduos gerados na indústria da construção civil apresentam potencialidade de uso como material alternativo para uso em estacas de compactação em obras de fundação. PALAVRAS-CHAVE: Resíduo da Construção Civil, Estaca de Compactação, Resistência à Compressão Simples. 1 INTRODUÇÃO 1

2 Ao longo dos anos, a Construção Civil tem passado por grandes avanços tecnológicos, facilitando os serviços executados e proporcionando agilidade na execução dos mesmos. Esta modernização, contudo, não tem sido acompanhada de atitudes que protejam o meio ambiente. Inúmeros impactos ambientais são gerados, como o esgotamento de recursos naturais e o consumo de grande quantidade de energia, além da grande geração de RCC (Resíduos da Construção Civil), os quais, quando depositados incorretamente, podem provocar a poluição do solo e da água. Surge também diversos problemas sócio-ambientais, tais como: obstrução de canais, poluição visual, surgimento de possíveis vetores causadores de doenças, dentre outros. Para se ter uma idéia da problemática da geração de RCC, atualmente, estima-se que a costrução civil gera uma média de 300 a 500 kg/hab.ano no Brasil (CARNEIRO, 2005). Nesse cenário, tornou-se indispensável à industria da construção, responsável pelo crescimento de diversos países em desenvolvimento, como o Brasil, adequar suas atividades ao conceito de desenvolvimento sustentável, com visão nas gerações futuras, desvinculando a degradação e geração de impactos ao meio. Como bem observa John (2001) nenhuma sociedade poderá atingir o desenvolvimento sustentável sem que a construção civil, que lhe dá suporte, passe por profundas transformações. Kilbert (1994 apud JOHN, 2001) acrescenta que a redução do impacto ambiental da construção civil é uma tarefa complexa, sendo necessário agir em várias frentes de maneira combinada e simultânea, tais como: minimizar o consumo e maximizar a reutilização de recursos (reutilização de materiais e componentes) e usar recursos renováveis ou recicláveis. De uma forma geral, pode-se considerar como marco inicial da gestão dos RCC no Brasil, salvo algumas exceções, a Resolução Nº 307 (2002) do CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente, que entrou em vigor em Tal legislação, além de estabelecer diretrizes, critérios e procedimentos para a gestão dos resíduos da construção, deixa clara a responsabilidade do gerador sobre o resíduo por ele produzido. O procedimento de melhoramento dos solos, através da técnica de estacas de compactação, é sem duvida uma técnica que utiliza uma enorme quantidade de agregados. A vibalização da utilização de agregado reciclado de RCC, em substituição ao agregado natural, poderá contribuir na sustentabiblidade ambiental tanto no sentido do aumento da vida útil dos aterros de RCC, como também na preservação de agregados naturais, além de diminuir a quantidade de resíduos descartados clandestinamente. Sendo assim, este estudo tem como objetivo a verificação da viabilidade de alternativas sustentáveis para destinação final dos Resíduos da Construção Civil (RCC), especificamente a viabilidade técnica do uso de agregado graúdo reciclado de RCC, em substituição ao agregado graúdo natural, para produção de concreto que será utilizado como material de composição de estacas de compactação para melhoramento de solos em obra de fundação. 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 Resíduos da Construção Civil Os Resíduos da Construção Civil (RCC) podem ser definidos, de uma forma mais simplificada, como os resíduos provenientes de construções, reparos, reformas, e demolições. No período de construção, grandes desperdícios são ocasionados devido à falta de aplicação de tecnologia ou instrumentos capazes de minimizar a quebra ou a perda de materiais. Já na fase de manutenção e/ou reformas, RCC surgem por motivos de pequenas mudanças arquitetônicas/decorativas desejáveis pelos proprietários nos imóveis visando modernização ou por problemas técnicos que possam aparecer devido ao processo construtivo executado de forma precária. E por fim, volumes imensuráveis de RCC também são gerados em processos de demolição parcial de estruturas em função do alcance do fim da vida útil, ou de demolição completa. A grande produção de RCC ocasiona 2

3 problemas que, segundo CARNEIRO (2005), vão desde o momento da sua geração, quando em virtude do desperdício, há um acréscimo na quantidade de materiais utilizados e conseqüentemente de recursos retirados da natureza, até o momento da sua disposição final, já que na maior parte das vezes os RCC não são dispostos de maneira adequada, resultando no surgimento e agravamento de problemas urbanos. A questão da estimativa da quantidade de resíduos produzidos em várias cidades brasileiras tem chamado a atenção de diversos autores/pesquisadores. Entretanto, diversos estudos são obtidos por meio de estimativas e previsões, prejudicando a determinação dos impactos causados, haja vista a dificuldade de se determinar com precisão o volume de material transportado por coletores clandestinos e carroceiros, bem como produzido por construções informais, o qual é, em muitos casos, depositado em áreas irregulares. Sendo assim, a reciclagem, considerada como alternativa pela resolução CONAMA Nº 307 (2002), tem se tornado uma opção adequada de destinação dos resíduos provenientes das atividades construtivas, já que é uma oportunidade de transformação de uma fonte importante de despesa em um meio de faturamento com as novas aplicações possíveis do mercado atual. Para tanto, o emprego de agregado reciclado de RCC no próprio canteiro pode ser realizado para fabricação de peças pré-moldadas em pequena escala. No caso de reciclagem de RCC em grande escala, outras possibilidades são na utilização em pavimentação, blocos de concreto sem função estrutural, estruturas de solos reforçados, entre outras. Nesse sentido e objetivando ampliar horizontes para o uso de agregado reciclado, com uma visão em obras geotécnicas, a presente pesquisa, por meio da realização de ensaios laboratoriais de caracterização e resistência à compressão simples, analisou a aplicação dos referidos agregados em obras de melhoramento de solo com execução de estacas de compactação. No caso específico, procurouse substituir o agregado graúdo natural, brita, por RCC beneficiado. 2.2 Estacas de Compactação A implantação do procedimento de melhoramento da camada superficial do solo com estacas de compactação é prática corrente nas obras de fundações na cidade de Recife, desde a década de 70, com a finalidade de viabilizar o uso de fundações superficiais, e reduzir de forma significativa os custos da fundação, uma vez que a execução dessa técnica possibilita elevar a resistência do solo e reduzir o nível de deformabilidade dos mesmos (GUSMÃO FILHO et al., 1998). A melhoria das propriedades geotécnicas do solo com estacas de compactação consiste na cravação da estaca no solo de baixa resistência através da aplicação de energia dinâmica. O procedimento tem início com a introdução nas camadas superficiais do solo de um tubo metálico com uma bucha seca na ponta até a camada que se deseja compactar. Em seguida, a bucha é retirada e o material de preenchimento da estaca é introduzido no tubo. Posteriormente, ocorre aplicação de energia dinâmica devido à queda livre do pilão até a compacidade desejada. O tubo é, então, levantado e executase progressivamente a técnica para as camadas superiores até ser atingido o nível do terreno (FIGURA 1). Figura 1. Execução de estacas de compactação Gusmão Filho et al. (1998). 3 METODOLOGIA O agregado miúdo natural utilizado neste trabalho foi o pó-de-pedra, o qual havia sido coletado em uma obra onde estava sendo executado o procedimento de melhoramento de solo através de estaca de compactação, e o agregado graúdo natural, brita (25mm), adquirido em um armazém de construção da 3

4 cidade. As amostras de RCC foram obtidas em duas obras de elevação vertical localizadas na cidade de Recife-PE. As obras encontravam-se em diferentes fases de construção, estrutura e alvenaria. Todas as amostras foram armazenadas em bombonas e encaminhadas para laboratório. Para determinar quanto, em peso, cada material (tijolo, madeira, concreto, argamassa, papel, cerâmica e outros) representava na constituição das amostras de RCC, foi realizado o ensaio de composição gravimétrica tátilvisual. O programa experimental laboratorial consistiu na realização de ensaios de caracterização física e mecânica em agregados naturais e reciclados (RCC). Antes de serem conduzidas para os ensaios de caracterização física e resistência mecânica, as amostras de RCC foram submetidas a um processo de beneficiamento, que consiste na redução do tamanho das partículas das mesmas por meio de um britador. No caso em estudo, foi utilizado um britador de mandíbula, tendo sido ajustado para uma dimensão máxima de 25mm para a obtenção de amostras de agregado graúdo reciclado. 3.1 Ensaios de Caracterização Os ensaios de caracterização dos agregados graúdos naturais e reciclados (RCC) foram realizados de acordo com os procedimentos estabelecidos pela Associação Brasileira de Normas Técnicas: Determinação da Composição Granulométrica - NBR 7217/87; Determinação do Teor de Umidade Total, por Secagem, em Agregado Graúdo - NBR 9939/87; Determinação da Massa Unitária - NBR 7251/82; Determinação de Materiais Pulverulentos - NBR 7199/ Ensaio de Resistência à Compressão Simples Em campo, na execução das estacas de compactação para melhoramento de solos, as estacas compostas de cimento, pó-de-pedra e brita são chamadas de estacas argamassadas. Porém, apesar do nome adotado, essas estacas são compostas de um concreto simples, uma vez que em sua composição há cimento, agregado miúdo e agregado graúdo. Sendo assim, o ensaio de compressão simples foi realizado com o objetivo de determinar a resistência mecânica do concreto feito com resíduo da fase de estrutura e concreto com resíduo de fase de alvenaria, em substituição ao agregado graúdo natural, e do concreto convencional com o brita como agregado graúdo. Foram moldados 6 corpos-de-prova (CP s) de cada amostra estudada, sendo rompidos 2 CP s em cada dia de cura determinado, possibilitando assim a elaboração de uma média aritmética entre esses dois valores de tensão de ruptura obtidos. Os corpos-de-prova foram rompidos com 7, 14 e 28 dias de cura. Foram utilizados no experimento o cimento Portland CP II-Z-32 e pó-de-pedra como agregado miúdo. Os moldes cilíndricos utilizados para moldagem dos CP s possuíam 15cm de diâmetro e 30cm de altura. O traço, em volume, usualmente utilizado na execução das estacas de compactação de cimento, pó-de-pedra e brita é o 1: 8: 4 (cimento: pó-de-pedra ou areia: brita) com um fator água cimento igual a 0,3. Portanto, foi adotado neste estudo o traço 1: 8: 4 para a elaboração do concreto convencional e um fator água cimento de 0,6, uma vez que o fator a/c 0,3 proporcionou um concreto sem nenhuma trabalhabilidade, ou seja, não foi possível moldar os corpos-de-prova através do procedimento descrito a seguir com fator a/c 0,3. Vale ressaltar que em campo, na execução dessas estacas de compactação, muitas vezes não é feito o controle da quantidade de água adicionada, modificando assim o fator água cimento. O fator a/c 0,6 permitiu a moldagem dos corpos-de-prova com o processo de compactação com o auxílio de um soquete de 5kg caindo em queda livre de uma altura de 55cm, uma vez que o concreto apresentou característica bastante seca com Slump 0 (zero). Esse processo é utilizado em empresa de moldagem e ruptura de concreto seco na cidade de Recife-PE. 4

5 Para a elaboração do concreto com amostra de RCC substituindo o agregado graúdo natural (brita), em função dos resíduos estudados apresentarem em sua composição materiais como tijolo e cerâmica, a presença desses componentes provocaram uma absorção de água pelo agregado graúdo do concreto muito maior do que a absorção proveniente da brita do concreto convencional. Sendo assim, para elaboração do concreto com RCC, manteve-se a relação a/c 0,6, porém o traço do concreto foi modificado para 1: 6: 3. O processo de moldagem desses corpos-de-prova foi o mesmo do concreto convencional. Os corpos-de-prova permaneceram em câmara úmida até os dias de ruptura. Dentro da câmara úmida, com o auxílio de um pequeno chuveiro que despejava água automaticamente em intervalos de tempo, a temperatura foi mantida em 27º Celsius e a umidade em 96%. Os corpos-de-prova foram capeados e rompidos por uma prensa de compressão com acionamento elétrico e capacidade máxima de 100 ton. 4 RESULTADOS 4.1 Composição Gravimétrica A Figura 2 apresenta a composição gravimétrica das amostras de RCC (bruto), nas fases de estrutura e alvenaria. Figura 2. Resultado do ensaio de composição gravimétrica. A) RCC (estrutura); B) RCC (alvenaria). Pela análise da Figura 2A, percebe-se que a porcentagem de concreto (42%) foi superior, em relação aos outros materiais, na amostra proveniente de fase de estrutura, diferentemente da amostra de alvenaria (43%), Figura 2B, que apresentou tijolo como material preponderante. No tocante à amostra que foi utilizada como agregado reciclado graúdo, o material miúdo e o material misto tiveram que ser eliminados da amostra original por apresentarem granulometria muito reduzida para serem trabalhados como agregado graúdo. Após o descarte desses resíduos, o ensaio de composição gravimétrica foi realizado novamente nas amostras, para recalcular a nova porcentagem dos constituintes nas amostras que foram utilizadas como agregados graúdos reciclados. O resultado pode ser observado na Figura 3. 5

6 A Tabela 1 exibe os resultados dos ensaios de umidade, massa unitária e teor de material pulverulento realizados nas amostras de agregado graúdo natural e reciclado. Figura 3. Resultado do ensaio de composição gravimétrica após eliminação dos resíduos com granulometria reduzida. A) RCC (estrutura); B) RCC (alvenaria). A Figura 3 revela que 83% da amostra de estrutura é composta por material cimentício (concreto e argamassa), enquanto, para a amostra de alvenaria, esse valor foi diminuido para 46%, representando uma redução de 44,6% em relação à amostra de estrutura. 4.2 Ensaios de Caracterização A Figura 4 apresenta os resultados do ensaio de granulometria nas amostras de agregado graúdo de RCC, das fases de estrutura e alvenaria, e na amostra de agregado graúdo natural (brita). Tabela 1. Resultado dos Ensaios de Caracterização. Amostra Umidade (%) Massa Unitária (kg/dm 3 ) Material Pulverulento (%) Natural 0,10 1,42 0,18 RCC 2,35 1,10 0,33 (estrutura) RCC (alvenaria) 1,81 1,01 0,73 De acordo com a Tabela 1, percebe-se que as amostras apresentam massa unitária no intervalo de 1,0 a 1,5 kg/dm 3 e teor de mateiral pulverulento menor que 1%, comprovando que as amostras possuem características físicas semelhantes. 4.3 Ensaio de Resistência à Compressão Simples Os valores da tensão de ruptura versus dias de cura (7,14 e 28 dias) obtidos em ensaio de resistência à compressão simples realizado em concreto convencional (agregados naturais) estão apresentados na Figura 5. Figura 5. Reultado do ensaio de resistência à compressão simples em concreto convencional. Figura 4. Curva granulométrica das amostras de agregado graúdo ensaiadas. A granulometria das amostras ensaiadas apresentam comportamento semelhante, comprovando a eficácia do beneficiamento anteriormente realizado. O valor da resistência à compressão simples, aos 28 dias de cura, para concreto convencional utilizado em estacas de compactação deve ser superior a 5MPa, conforme empresas que executam o procedimento de melhoramento de solos com estacas de compactação na Região Metropolitana do Recife. De acordo com a Figura 5, observa-se que o valor máximo da tensão de ruptura, aos 28 dias, do concreto 6

7 convencional foi 7,70MPa, ou seja, superior a 5MPa, demonstrando a conformidade da utilização desse concreto para execução de estacas de compactação. A Figura 6 apresenta os resultados das tensões máximas atingidas pelos concretos moldados com RCC (estrutura e alvenaria) como agregado reciclado graúdo reciclado em substituição à brita, com traço de 1:6:3, relação a/c 0,6 e slump 0. foram bem próximos. Entretanto, destaca-se que na rodagem do concreto com agregados reciclados, foi adotado menor traço (1:6:3) em comparação ao concreto convencional (1:8:4), proporcionando um maior consumo de cimento por m 3 para o concreto com resíduos. Além de possuir maior quantidade de cimento em sua composição devido ao traço reduzido em comparação com o concreto convencional, a presença de materiais cimentícios (concreto, argamassa, dentre outros) na composição das amostras de RCC contribuíram para elevar o valor atingido para resistência à compressão simples. De acordo com a Figura 6A, o valor da tensão de ruptura obtida pela amostra de estrutura foi 23,56% maior que o valor encontrado para a amostra de alvenaria (FIGURA 6B), aos 28 dias, uma vez que a amostra de estrutura apresentou maior quantidade de material cimentício em sua composição, quando confrontado com a composição da amostra de alvenaria, Figura 3. 5 CONCLUSÕES Figura 6. Reultado do ensaio de resistência à compressão simples em concreto com uso de agregado graúdo de RCC. A) Estrutura; B)Alvenaria. Conforme a Figura 6A, aos 28 dias de cura, o valor da tensão de ruptura do concreto com amostra de agregado graúdo de RCC (estrutura) foi de 9,02MPa, valor esse 17,14% superior em relação ao resultado encontrado para o concreto convencional rompido no mesmo dia de cura considerado (Figura 5). Ja de acordo com a Figura 6B, conclui-se que o valor da resistência à compressão simples dos CP s, em 28 dias de cura, moldados com a amostra de RCC (alvenaria), apesar de menor que a tensão de ruptura máxima obtida pelo concreto convencional e o concreto com amostra de RCC (estrutura), foi ainda superior a 5Mpa, valor de resistência mínima adotada para concreto utilizado em estacas de compactação. No geral, percebe-se que os resultados dos ensaios de resistência à compressão simples, utilizando agregado graúdo natural e reciclado, A realização deste estudo permitiu concluir que as amostras de RCC estudadas e a amostra de agregado graúdo natural apresentam características físicas semelhantes. O ensaio de resistência à compressão executado no concreto convencional e no concreto com amostras de RCC apontou resistências semelhante entre as amostras. Aos 28 dias, o concreto com amostra de estrutura apresentou maior resistência que os demais concretos ensaiados, atingindo, para este dia de cura, um valor de 9,02Mpa. Contudo, os concretos com RCC tiveram seu traço modificado de 1: 8: 4 (concreto convencional) para 1: 6: 3 devido a alta absorção de água apresentada pelo resíduo da construção. Sendo assim, para não modificar a relação água cimento (0,6) foi necessária essa modificação no traço do concreto com agregado reciclado. Portanto, de acordo com o que foi estudado, conclui-se que as amostras de Resíduos da Construção Civil se comportaram de forma satisfatória, ou de melhor qualidade, nos ensaios realizados, apresentando características 7

8 semelhantes ao agregado natural comumente utilizado em estacas de compactação. Tal comportamento foi obtido no âmbito de estudos laboratoriais. A aplicação desses resíduos em campo, na realização de estacas de compactação de argamassa, deve ser estudada como alternativa para reutilização desses resíduos. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq e PIBIC/POLI pelo suporte financeiro fornecido ao desenvolvimento da pesquisa. REFERÊNCIAS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, Determinação da Composição Gravimétrica - NBR 7217/87. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, Determinação do Teor de Umidade Total, por Secagem, em Agregado Graúdo - NBR 9939/87. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, Determinação da Massa Unitária - NBR 7251/82. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, Determinação de Materiais Pulverulentos - NBR 7199/87. CARNEIRO, F. P. Diagnóstico e Ações da Atual Situação dos Resíduos de Construção e Demolição na Cidade do Recife. Dissertação (Mestrado em Engenharia Urbana), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2005, 131p. CONAMA - Conselho Nacional de Meio Ambiente. Resolução Nº 307 de 5 de julho de Estabelece Diretrizes, Critérios e Procedimentos para a Gestão dos Resíduos da Construção. Diário Oficial da República Federativa do Brasil. GUSMÃO FILHO, J. A., GUSMÃO, A. D. e MAIA, G. B. Prática de Fundações na Cidade do Recife: Exemplos de Casos. 12º Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, Brasília, Vol. 3, 1998, p JOHN, V. M. Aproveitamento de Resíduos Sólidos como Materiais de Construção. In: CASSA, J. C. S.; CARNEIRO, A. P.; BRUM, I. A. S. Reciclagem de Entulho para Produção de Materiais de Construção: Projeto Entulho Bom. Salvador: EDUFBA/ Caixa Econômica Federal, 2001, Cap. I, p