AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE TÉCNICA DE CONCRETOS CONTENDO BORRACHA, APLICADOS À SINALIZAÇÃO RODOVIÁRIA

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1 AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE TÉCNICA DE CONCRETOS CONTENDO BORRACHA, APLICADOS À SINALIZAÇÃO RODOVIÁRIA Alessandra Gonçalves Kobayashi Engenharia Ambiental CEATEC Lia Lorena Pimentel Tecnologia do Ambiente Construído CEATEC Resumo: Com a publicação no Diário Oficial da Resolução nº 258, de 26 de agosto de 1999 do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) ficou regulamentado que a indústria fabricante de pneus é obrigada a dar destinação final ambientalmente correta aos pneumáticos inservíveis. Com a intenção de contribuir para a diminuição do impacto ambiental gerado pelo lançamento de resíduos provenientes de pneus inservíveis, dando destino a estes que demorariam anos para decompor-se na natureza esta pesquisa versa sobre o estudo da influência do emprego de borracha no comportamento dos concretos contento diferentes porcentagens de borracha e verificação da dosagem mais adequada para o uso em sinalizações rodoviárias, como por exemplo, em defensas e guard-hail. A metodologia empregada nesse estudo partiu da determinação das características físicas das partículas de borracha e dos agregados usados na composição dos concretos, foram realizados os ensaios para a determinação da massa específica (NBRNM52 e NBRNM53) e massa unitária (NBR7251). Definiu-se as proporções de mistura visando a substituição de brita 1 por partícula de borracha graúda nas proporções de 5 e 10%, moldou-se corpos de prova para a determinação da resistência à compressão (NBR5739), módulo de elasticidade (NBR 8522), resistência à tração por compressão diametral (NBR 7222), e resistência ao impacto adaptado da NBR 9454, também foi observada a capacidade de absorção de água em função da quantidade do resíduo de borracha utilizado no concreto (NBR 9778). Com este trabalho espera-se que o comportamento mecânico dos concretos com borracha possibilite seu emprego em defensas rodoviárias. Palavras-chave: Pneus inservíveis, Reciclagem, Materiais alternativos. Área do Conhecimento: Engenharias Construção Civil. 1. INTRODUÇÃO 1.1 Pneus Inservíveis No Brasil é grande a disponibilidade de resíduos de pneus inservíveis, segundo a Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos [1], anualmente, no Brasil, 53,2% são considerados pneus inservíveis sendo que apenas 26,5% são destinados de forma ambientalmente correta e regulamentada e 26,7% são destinados de forma não reconhecida por órgãos ambientais. O restante dos pneus estão espalhados em aterros, rios, lagos, terrenos baldios, lixões, beiras de estrada, devido à falta de alternativas viáveis para o seu reaproveitamento econômico. Estes pneus apresentam baixa compressibilidade, resultando na ocupação de grandes espaços, o processo de decomposição é lento e sua queima a céu aberto provoca fumaça negra altamente poluidora, pela diversidade de compostos liberados na combustão, podendo provocar conseqüências a saúde, e o material oleoso derivado do petróleo, gerado na combustão é altamente tóxico, se atingir os corpos d água pode torná-la imprópria para o consumo, prejudicando espécies que habitam o ambiente atingido [2]. 1.2 Sinalização Rodoviária Segundo o Departamento de Estradas de Rodagem (DER) [3], defensas de concreto, ou barreiras são sistemas de proteção rígidos, contínuos, com forma, resistência e dimensões projetadas para redirecionar à pista veículos eventualmente desgovernados, atenuando danos a estes e seus ocupantes. São empregadas em locais de risco, conforme indicação do projeto. Podem ser dotadas de uma única superfície de deslizamento ou duas sendo denominadas, respectivamente, defensas, ou barreiras, simples ou duplas. O material utilizado para a fabricação da defensa ou barreiras é geralmente o concreto armado. Para sua produção são utilizados equipamentos como: formas, equipamentos como betoneira, vibradores,

2 depósito de água, caminhão de carroceria fixa, carrinho de concretagem, compactador manual e ferramentas manuais, máquina automotriz para a execução de perfis de concreto e guincho ou caminhão com guindaste para o assentamento de dispositivos pré- moldados. O concreto a ser utilizado deve ser dosado, experimentalmente para uma resistência característica à compressão mínima (fck, mín) aos 28 dias de 22 MPa, ou superior, se indicada em projeto especifico. Este concreto deve ser preparado de acordo com o prescrito nas normas NBR [4] e NBR [5], além de atender ao que dispõem as especificações do DER. Sendo que a base de assentamento do dispositivo será executada em concreto magro. A armadura é constituída por aço CA-50, armaduras para concreto armado. Todo o equipamento, antes do início da execução do serviço deve ser cuidadosamente examinado e aprovado pelo DER. Devem ser feitos testes e ensaios que demonstrem as características físicas e mecânicas do material empregado. A resistência do concreto à compressão é determinada através de ensaios de corposde-prova cilíndricos normais, de acordo com a norma NBR5739 [6]. 1.3 Pesquisas desenvolvidas para aplicação de resíduo de pneus inservíveis Durante os últimos 20 anos, pesquisas estão sendo realizadas para tentar reutilizar os pneus inservíveis triturando-os em pequenas partículas (pedaços de borracha) usando-os em asfalto, selantes, materiais como o concreto de cimento [7]. A reutilização ajuda a dar destino aos pneus que demorariam anos para decompor-se na natureza; também há beneficio para as indústrias de pneus que são obrigadas a coletar e destruir o mesmo número de pneus que colocam no mercado, assim diminuindo o impacto ambiental causado por esses materiais nocivos ao desenvolvimento sustentável. A maioria dos obstáculos, fundações, estradas, barragens, barreiras e outras instalações de infraestruturas são construídas com materiais de concreto. De acordo com [8] o concreto emborrachado pode ser utilizado em locais onde as estruturas de concreto estão sujeitos a forças de vibração tais como a carga de impacto ou choque dinâmico de veículos em movimento. Podendo ainda ser utilizado em locais onde a tenacidade e deformabilidade são mais importantes do que a força, como as fundações da estrada e as barreiras de pontes. São encontradas várias abordagens para a utilização de resíduos de borracha em concretos, pesquisadores [2; 7; 8; 9; 12; 13; 14; 22; 23] utilizam o resíduo na substituição do agregado graúdo e agregado miúdo. O concreto com adição de borracha pode ser empregado de diversas formas entre elas em: sinalização rodoviária (defensas de concreto, barreiras, guard-hail), placas de piso, barreiras a- cústicas. Topçu e Avcular [9] estudaram a inclusão de borracha de duas dimensões distintas: 1,7 e 2,2 mm substituindo em 15, 30 e 45% o agregado graúdo e miúdo. Depois de realizado os ensaios de impacto, concluíram que os danos devido aos impactos foram reduzidos e que as barreiras de concreto com borracha têm melhor comportamento que os concretos convencionais devido ao novo concreto absorver a energia plástica. No Brasil já está sendo feito barreiras de rodovias com concreto contento borracha denominado concreto DI (Deformável e Isolante) patenteado pelo Instituto Via Viva; esse concreto já foi utilizado em dois pontos da cidade de São Paulo. O primeiro foi na Rodovia Raposo Tavares, no final de 2003, e o segundo, no final da Marginal Tietê, no fim de 2004 [10]. Na marginal, foram construídos cerca de 1km de barreiras, o que equivale ao uso de pneus [11]. SUKONTASUKKUL e CHAIKEAW [7] fizeram pesquisas e estudaram a substituição de 10 e de 20% em massa, de agregados de três formas: somente agregado miúdo, agregado graúdo e de agregado graúdo e miúdo. Chegaram a conclusão que houve redução nas propriedades mecânicas do concreto mas forneceu resultados positivos quanto a tenacidade à compressão, tração na flexão, obtendo assim maior energia de fratura e melhor comportamento pós-pico; além de verificarem melhores resultados quanto a resistência contra derrapagem em comparação com o concreto de referência. Concreto de alta resistência: HERNADES-OLIVARES e BARLUENGA [12] analisaram o comportamento do concreto de altodesempenho com adição de borracha com 3, 5 e 8%, (4,9, 8,19 e 13,1% em peso de cimento) submetido ao fogo. Assim descobriram que o CAB (concreto com adição de borracha) tem melhor desempenho em altas temperaturas, pois reduz o risco de lascamento de concreto e sua rigidez sem provocar grande perda de resistência. Concreto compactado a rolo: ALBUQUERQUE et al. [13] com o objetivo de se criar pontes de ligação entre a borracha e a matriz de cimento para a utilização em estradas e barragens, foram testadas amostras de concreto convencional e compactado com rolo com adição de borracha de pneu. Substituiu-se o volume de areia por

3 borracha com teores de 5, 10, 15, 20 e 25% em concretos compactados a rolo. Para cada teor, a areia foi substituída por borracha de diferentes dimensões 0,42, 1,5 e 10mm. Observou-se uma redução do nível de compactação com o aumento do teor de borracha e as propriedades mecânicas sofreram redução também com o maior teor de borracha e menor dimensão das partículas de borracha. Outros usos da borracha: Isolamento térmico e acústico: utilização em parede e coberturas, telhas de concreto, blocos de alvenaria e painéis [14]. Assim verificamos que a construção civil devido à grande quantidade e diversidade de materiais que consome tem um mercado promissor para dar utilidade e destino aos pneus inservíveis; transformando um resíduo solido imprestável em novos produtos utilizáveis, renovando com isso, uma aprendizagem dentro da sociedade de que refugo pra uns, pode ser matéria-prima para outros [15]. 2. METODOLOGIA O cimento Portland utilizado foi do tipo CP V ARI, o agregado miúdo empregado foi a areia de origem quartzosa natural e o agregado graúdo de origem natural basáltica. A borracha foi fornecida pela empresa em pedaços graúdos (Figura 1) sendo proveniente do processo de recauchutagem de pneus inservíveis. Foi determinada no Laboratório de Materiais de Construção e Estruturas do CEATEC a massa especifica dos agregados miúdos segundo a NBRNM 52 [16] e dos agregados graúdos, brita 1 e borracha conforme a NBRNM 53 [17]. A massa unitária da borracha e dos agregados usados foi determinada conforme a NBR 7251 [18]. A proporção de mistura utilizada no traço referência (0%) foi de 1:1,44:1,44:2,47 (cimento:areia:pó de pedra: brita 1) em massa e relação água cimento de 0,62. Para o traço com 5% de substituição de brita 1 por borracha a proporção utilizada foi de 1:1,44:1,44:2,35:0,05 (cimento:areia:pó de pedra: brita 1: borracha) em massa e relação água cimento de 0,62. O traço com 10% de substituição de brita 1 por borracha a proporção foi de 1:1,44:1,44:2,23:0,1 (cimento:areia:pó de pedra: brita 1: borracha) em massa e relação água cimento de 0,62. Foram moldados corpos-de-prova prismáticos (25X35X5 cm) e cilíndricos (Φ 10 x 20 cm) para a determinação das propriedades mecânicas do concreto. O ensaio para determinação da resistência à compressão simples foi realizado segundo a NBR 5739 [6] em prensa Pruf und Mess MFL Systeme com capacidade de 100 toneladas, a Figura 2 apresenta o ensaio de ruptura a compressão. A determinação da resistência à tração por compressão diametral foi realizado segundo a NBR7222 [19] utilizando a mesma prensa. A determinação do módulo de elasticidade foi feito conforme a NBR 8522 [20] utilizando a prensa EMIC, modelo DL3000. O ensaio de resistência ao impacto foi adaptado da NBR 9454 [21] da mesma forma que MARTINS, [22]. Utilizou-se um tubo guia de 2,20 m de altura o qual possuía perfurações transversais distanciadas de 20 cm, onde por meio da introdução ou retirada de um pino metálico pré determina-se à altura e induz-se a queda livre de uma esfera de 1,5 kg sobre um corpo de prova prismático (25X35X5) disposto em um berço de borracha. Então, a partir desse método a resistência ao impacto foi determinada em função da energia necessária para gerar a primeira fissura na face superior do corpo-de-prova. A Equação 1, apresenta a relação entre Energia de impacto (Ei), em Joules (J), a massa da esfera (m), aceleração da gravidade (a) e a altura de queda (h) necessária para gerar a primeira fissura na face superior do corpo-de-prova. Ei = h * m * a (1) Onde: Ei = Energia de impacto (J); h = altura de queda (m); m = massa da esfera (kg); a = aceleração da gravidade (m/s²). Desse modo determinou-se a resistência ao impacto através do somatório de energia necessário ao surgimento da primeira fissura. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 Massa Específica e Unitária dos Agregados Os resultados obtidos relacionados a determinação da massa unitária e massa específica são apresentados na Tabela 1. Tabela 1 Caracterização dos materiais Caracterização Física dos Agregados Material Massa especifica (kg/l) Massa unitária (kg/l) Areia 2,59 1,56 Borracha 1,37 0,9 Brita 1 2,8 1,62 Pó de brita 3,9 0,68

4 3.2 Resistência à Compressão A evolução da resistência à compressão de cada traço de concreto é apresentado no gráfico da Figura 1, são mostradas as médias de resistência a compressão aos 28 dias de idade. Observa-se uma redução da resistência com o aumento da substituição de agregado natural por resíduo de pneu, no entanto os valores obtidos são superiores a 22 MPa, valor recomendado pelo DER [3]. Os ensaios de módulo de elasticidade foram realizados em prensa hidráulica informatizada modelo DL EMIC com capacidade de 30 toneladas. A Tabela 2 mostra os resultados feitos a partir da média de três corpos-de-prova para cada traço. Não são observadas diferenças importantes nos valores obtidos para o concreto com e sem a adição de resíduo de borracha, no entanto os resultados apresentam valores muito próximos aos obtidos por VITA et al [23]. Tabela 2: Resultado módulo de elasticidade Teor de borracha (%) Módulo de Elasticidade (GPa) 0 46, , ,17 Figura 1. Resistência a compressão aos 28 e 60 dias 3.3 Resistência à Tração por Compressão Diametral O gráfico da Figura 2 apresenta a resistência à tração por compressão diametral aos 28 dias de idade. Observa-se um ganho da resistência a tração com o aumento da substituição do agregado graúdo natural pelo resíduo de borracha. 3.5 Resistência ao Impacto A tabela 3 mostra os resultados de resistência ao impacto realizado para cada traço, os valores médios relativos a três determinações também são apresentados. Observa-se que a capacidade de absorção de energia de impacto aumenta cerca de 50% com a substituição da brita por resíduo de borracha. Tabela 3: Resultado de resistência ao impacto dos concretos (1º fissura) Traço Atura de queda (m) Resistência ao Impacto (J) Média (J) 1,0 44,15 0% 1,4 82,4 62,78 1,2 61,8 5% 10% 1,2 61,8 1,6 105,95 1,4 82,4 1,4 82,4 1,4 82,4 1,6 105,95 83,38 90,25 Figura 2. Resistência a Tração por compressão diametral aos 28 e 60 dias 3.4 Módulo de Elasticidade 4. CONCLUSÕES Os resultados obtidos na pesquisa mostraram que o concreto com substituição de agregado graúdo natural por resíduo de pneu apresenta bom desempenho mecânico relativo a resistência a compressão, suficiente para atender a exigências para a fabricação da defensa ou barreiras. Como benefício observa-se um grande incremento na capacidade de absorção de energia de impacto.

5 5. AGRADECIMENTOS Os Autores agradecem a PUC-CAMPINAS pela oportunidade da realização desse trabalho e pelo apoio financeiro (bolsa FAPIC). 6. REFERÊNCIAS [1] ANIP - Associação Nacional de Indústrias de Pneumáticos. São Paulo. Disponível em: < Acessado em: 26/01/10. [2] Ghaly, A M.; Cahilliv, (2005) J. D. Correlation of strength, rubber content, and water to cement ratio in rubberized concrete. Canadian Journal of Civil Engineering, V. 32, p [3] DER- Departamento de Estrada e Rodagem. Disponivel em: < mas_tecnicas.aspx> Acessado em: 22/02/10. [4] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12654: Controle tecnológico de materiais componentes do concreto procedimento. Rio de Janeiro, [5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12655: Concreto preparo, controle e recebimento: procedimento. Rio de Janeiro, [6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1994). NBR Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos de concreto. Rio de Janeiro. 4p. [7] Sukontasukkul, P.; Chaikaew, C. Properties of concrete pedestrian block mixed with crumb rubber. Construction and Building Materials v.20, p , [8] Zheng, L.; Huo, S. X.; Yuan, Y. (2008) Experimental investigation on dynamic properties of rubberized concrete. Construction and Building Materials v.22, p [9] Topçu, I.B.; Avcular, N. (1997.) Collision behaviours of rubberized concrete. Cement and Concrete Research, v. 27, n. 12, p [10] INSTITUTO VIA VIVA. Reciclagem de pneus inservíveis. Disponivel em: < Acessado em: 25/01/10. [11] AMBIENTE BRASIL. Concreto com borracha garante destinação ecologicamente correta a pneus inservíveis. Disponível em: > Acessado em: 22/01/10. [12] HERNÁNDEZ-Ollvares, F.; BARLUENGA, G. (2004) Fire performance of recycled rubberfilled high-strengh concrete. Cement and Concrete Research, V. 34, p [13] Albuquerque, A. C.; Andrade, M. A. S. (2004); Andrade, W. P.; Silva, O. C.; Martins, W. Adição da borracha de pneu ao concreto compactado com rolo. In: 46 0 Congresso Brasileiro do Concreto. Florianópolis, p IBRACON (em CD-ROM). [14] Lima, I. S.; Rocha, F. S.; Ferreira, J. B. (2000) Um estudo de argamassa de cimento com adição de fibras de borracha vulcanizada para a construção civil. 42º Congresso Brasileiro do Concreto, Fortaleza. [15] Reis, et al.(1997) As Utilidades dos Pneus Descartados no Estado da Paraíba - Nordeste do Brasil. In: 19º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA. Anais... Foz do I- guaçú. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. [16] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (2003). NBRNM52 - Agregado miúdo - Determinação de massa específica e massa específica aparente. Rio de Janeiro. 6p. [17] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (2003). NBRNM53 - Agregado graúdo - Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Rio de Janeiro. 8p. [18] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1982). NBR 7251: Agregado em Estado Solto Determinação da massa unitária. Rio de Janeiro. [19] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1994). NBR Argamassa e concreto - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-deprova cilíndricos. Rio de Janeiro. 3p. [20] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8522: Concreto Determinção dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva tensão deformação. Rio de Janeiro, [21] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9454: Determinação da re resistência ao impacto de piso cerâmico. Rio de Janeiro: ABNT, (norma extinta). [22] MARTINS, I. R.(2005) de F. Concreto de Alto Desempenho com Adição de Resíduos de Borracha de Pneu, Dissertação de mestrado, Fa-

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