CONCRETO COM RESÍDUO DE BORRACHA E BRITA GRANÍTICA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO DEPARTAMENTO DE AMBIENTAIS E TECNOLOGICAS COORDENAÇÃO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL KLINGER JUCIER TARGINO RODRIGUES CONCRETO COM RESÍDUO DE BORRACHA E BRITA GRANÍTICA MOSSORÓ-RN 2013

2 KLINGER JUCIER TARGINO RODRIGUES CONCRETO COM RESÍDUO DE BORRACHA E BRITA GRANÍTICA Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semi-Árido UFERSA, Departamento de Ciências ambientais e tecnológicas para a obtenção do título de Engenheiro Civil. Orientador: Prof. D. Sc. Marilia Pereira de Oliveira UFERSA Co-orientador: Prof. M. Sc. Francisco Alves da Silva Júnior UFERSA MOSSORÓ-RN 2013

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4 KLINGER JUCIER TARGINO RODRIGUES CONCRETO COM RESÍDUO DE BORRACHA E BRITA GRANÍTICA Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semi-Árido UFERSA, Departamento de Ciências ambientais e tecnológicas para a obtenção do título de Engenheiro Civil. APROVADA EM: / /2013 BANCA EXAMINADORA Prof. D. Sc. Marilia Pereira de Oliveira UFERSA Presidente Prof. M. Sc. Francisco Alves da Silva Júnior UFERSA Primeiro Membro Prof. M. Sc. João Paulo Matos Xavier UFERSA Segundo Membro

5 Aos meus avós, Manuel Targino de Oliveira e José Raimundo Rodrigues (in memorian) fontes de inspiração e orgulho. Exemplos para mim. Aos meus pais, Francisco Rodrigues de França e Maria Suelli Targino Rodrigues, pelas orações e incentivo.

6 AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço Deus, por ser possível esta conquista. Até aqui nos ajudou o SENHOR. I Sm. 7:12. Aos meus pais, Francisco Rodrigues de França e Maria Suelli Targino Rodrigues, por me incentivarem de todas as maneiras para chegar até aqui. Ao meu Irmão, pela compressão e paciência que teve comigo nos momentos de stress. Ao meu professor Francisco Alves da Silva Júnior, pela orientação e motivação durante a realização do trabalho. A professora, Marilia Pereira de Oliveira por acreditar na realização do trabalho. A todos os meus colegas e professores da graduação.

7 RESUMO O aumento expressivo do número de resíduos gerados para o ambiente vem se tornando cada vez mais preocupante, causando problemas sociais, econômicos e ambientais Diante disso, e baseado nos princípios de sustentabilidade, a reciclagem vem se tornando quase uma obrigação perante as grandes indústrias. Incluída neste contexto está à construção civil. Em muitas das obras de construção de infraestrutura, o concreto é um insumo bastante utilizado. Tecnologias que possam incorporar resíduos neste são de grande valia para o meio ambiente, e podem melhorar algumas de suas propriedades. Neste trabalho foi realizada uma explanação sobre o processo e desenvolvimento de um método especifico de reciclagem de resíduos na área da construção civil, (reciclagem da borracha proveniente da recauchutagem de pneus). Onde foram produzidos concretos com substituição parcial de agregados miúdos por borracha, e analisadas suas características (trabalhabilidade e resistência à compressão) estudando, não apenas sua viabilidade de caráter ambiental, mas também seus benefícios às propriedades do material em estudo. Palavras-chave: Concreto. Borracha. Resíduo.

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Retração do concreto ao longo do tempo Figura 2 Componentes do pneu Figura 3 Processo de recauchutagem Figura 4 Teor de ar incorporado em função da quantidade de borracha adicionada a mistura Figura 5 trabalhabilidade do concreto produzido com resíduos de pneu Figura 6 Relação massa unitária do concreto em função do teor de borracha Figura 7 Consumo de cimento em função do teor de borracha utilizada no concreto. 25 Figura 8 Fator de redução da resistência por teor de borracha Figura 9 Retificação dos corpos de prova Figura 10 Curva granulométrica da areia Figura 11 - Curva granulométrica da brita Figura 12 - Curva granulométrica da borracha Figura 13 - Curva granulométrica da borracha e areia Figura 14 Frasco Chapman

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Composição química média de um pneu Tabela 2 Comparação dos materiais contidos em pneus Tabela 3 Ensaios de caracterização da areia Tabela 4 Ensaios de caracterização da Borracha Tabela 5 Ensaios de caracterização da Brita Tabela 6 Analise granulométrica - Agregado miúdo Tabela 7 Percentagem média retida - Agregado miúdo Tabela 8 Massa especifica da areia Tabela 9 Massa unitária - Areia Tabela 10 Porcentagem média retida Agregado graúdo (brita granítica) Tabela 11 Porcentagem média retida Massa de finos (brita granítica) Tabela 12 Desgaste por abrasão Los Angeles da brita granítica Tabela 13 Percentagem de massa retida para índice de forma da brita granítica Tabela 14 Resultado do índice de forma da brita granítica Tabela 15 Massa unitária da brita calcária Tabela 16 Porcentagem média retida Agregado miúdo (borracha tratada) Tabela 17 Massa unitária da borracha tratada Tabela 18 Trabalhabilidade dos traços de concreto Tabela 19 Resistencia a compressão axial simples do concreto aos 28 dias Tabela 20 Modulo de deformação elástica do concreto aos 28 dias... 49

10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS GERAL ESPECÍFICOS REVISÃO DE LITERATURA CONCRETO Materiais que compõe o concreto Aglomerantes Aditivos Adições Propriedades Concreto fresco Concreto endurecido BORRACHA Composição e estrutura dos pneus Recauchutagem Pneus inservíveis Legislação CONCRETOS COM BORRACHA Propriedades do concreto com resíduo de borracha no estado fresco Propriedades do concreto com resíduo de borracha no estado endurecido MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS Cimento Agregado miúdo Agregado graúdo Água de amassamento Aditivo Borracha MÉTODOS Agregado miúdo (areia) Agregado miúdo (borracha) Agregado graúdo Tratamento da borracha Mistura dos materiais Slump test (ABNT NBR 12654) Moldagem dos CPs Cura do concreto Retificação dos corpos de prova Ensaio de resistência à compressão RESULTADOS E DISCURSÕES CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS Agregado miúdo (areia) Análise granulométrica Massa específica Massa unitária... 38

11 5.1.2 Agregado graúdo Análise granulométrica Abrasão Índice de forma Massa unitária Borracha Análise granulométrica Massa específica Massa unitária PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO Trabalhabilidade PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO Resistencia a compressão Modulo de elasticidade CONCLUSÕES PROPOSTA PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS... 52

12 11 1 INTRODUÇÃO A modernização da linha de produção da grande indústria e o incentivo exacerbado ao consumo em massa, pela conjectura capitalista dominante, vem acelerando cada vez mais o consumo de energia e de recursos naturais. Desde os tempos antigos o homem depende dos recursos naturais para a sua sobrevivência. Mesmo com toda sofisticação e tecnologia existente na atualidade, continuamos extremamente dependentes do meio ambiente e isto, ao que tudo indica, nunca irá mudar (GRANZOTO, 2010). Diante desta realidade a preocupação tem sido crescente, e no Brasil, medidas estão sendo tomadas, é o exemplo da Resolução 258/1999 (CONAMA, 2006), que ficou estabelecida a obrigatoriedade do recolhimento dos pneus usados pelos fabricantes ou importadores. No combate aos problemas supracitados, a reciclagem é uma das propostas que mais ganham estímulo. Hoje, no mercado, já existem vários produtos que são produzidos com materiais reciclados: papel higiênico, embalagens de alumínio, embalagens e subprodutos do aço e outros (SANTOS, 2005). Umas das soluções encontradas pelo campo da construção civil é a utilização de agregados oriundos de processos de reciclagem. Estes materiais podem ser provenientes de processos de demolição, ou até mesmo de rejeitos provenientes de outros produtos gerados pelo homem, tais como: pneus, plásticos, vidros, solas de sapato entre outros (GRANZOTO, 2010). Neste trabalho trataremos de um tema que aborda uma possível alternativa para a problemática, tanto do acumulo de pneus inservíveis no ambiente, como também, para a redução na quantidade de agregados naturais (areia) utilizados no concreto. Fornecendo uma alternativa sustentável de produção de um dos insumos mais consumidos na indústria civil, o concreto.

13 12 2 OBJETIVOS 2.1 GERAL O objetivo geral é avaliar a influência da introdução de plastificante e a substituição parcial do agregado miúdo por resíduo de borracha de pneu, proveniente do processo de recauchutagem, em concretos com brita granítica com fator água/cimento de 0, ESPECÍFICOS Especificamente será: Caracterizar os materiais utilizados na confecção do concreto; Avaliar a trabalhabilidade dos concretos com a introdução de resíduo; Verificar a resistência dos concretos com resíduo e compará-los com uma referência sem este.

14 13 3 REVISÃO DE LITERATURA 3.1 CONCRETO O concreto de cimento Portland é um material poroso, com uma estrutura bastante heterogênea e complexa. Segundo Mehta e Monteiro (1994) apud Freitas (2007) as propriedades de um material têm origem em sua estrutura interna. A estrutura de um material é constituída pelo tipo, tamanho, quantidade, forma e distribuição das fases presentes. O concreto é formado basicamente por três fases distintas: meio ligante: geralmente constituído por pasta de cimento Portland, tem por objetivo envolver os agregados, preenchendo os vazios formados e possibilitar ao concreto a capacidade de manuseio quando recém misturado; agregados: propriedades do concreto como massa unitária e módulo de elasticidade estão ligadas à densidade e resistência dos agregados. Geralmente são mais resistentes que as outras fases, por isso não afetam diretamente a resistência do concreto; zona de transição: é a região entre o agregado graúdo e a pasta de cimento, formada pelo acúmulo de água ao redor do agregado. A fase de transição é a mais fraca dos constituintes do concreto, sendo fonte de micro-fissuras, responsáveis pelo (FREITAS, 2007) Materiais que compõe o concreto Quanto aos materiais componentes do concreto, LIBÂNIO (2007) dá as seguintes definições:

15 Aglomerantes Os aglomerantes unem os fragmentos de outros materiais. No concreto, em geral se emprega cimento Portland, que por ser um aglomerante hidráulico, reage com a água e endurece com o tempo Agregados Os agregados são partículas minerais que aumentam o volume da mistura, reduzindo seu custo, além de contribuir para a estabilidade volumétrica do produto final. Dependendo das dimensões características Φ, dividem-se em dois grupos: Agregados miúdos: 0,075mm < Φ < 4,8mm. Exemplo: areias. Agregados graúdos: Φ >= 4,8mm. Exemplo: pedras Aditivos Os aditivos são produtos que, adicionados em pequena quantidade aos concretos de cimento Portland, modificam algumas propriedades, no sentido de melhorar esses concretos para determinadas condições. Os principais tipos de aditivos são: plastificantes (P) (Utilizado na produção do concreto em estudo), retardadores de pega (R), aceleradores de pega (A), plastificantes retardadores (PR), plastificantes aceleradores (PA), incorporadores de ar (IAR), superplastificantes (SP), superplastificantes retardadores (SPR) e superplastificantes aceleradores (SPA) Adições

16 15 As adições constituem materiais que, em dosagens adequadas, podem ser incorporados aos concretos ou inseridos nos cimentos ainda na fábrica, o que resulta na diversidade de cimentos comerciais. Com a alteração da composição dos cimentos pela incorporação de adições, é comum eles passarem a ser denominados aglomerantes. Os exemplos mais comuns de adições são: escória de alto forno, cinza volante, sílica ativa de ferro-silício e metacaulinita Propriedades Concreto fresco a) Trabalhabilidade e consistência Trabalhabilidade é a propriedade do concreto fresco que identifica sua maior ou menor aptidão para ser empregado com determinada finalidade, sem perda de homogeneidade (MOREIRA, 2004). A consistência traduz as propriedades intrínsecas da mistura fresca relacionadas com a mobilidade da massa e a coesão entre os elementos componentes, tendo em vista a uniformidade e a compacidade do concreto (ALMEIDA, 2002). b) Exsudação Exsudação é a tendência da água de amassamento de vir à superfície do concreto recém lançado. Em consequência, a parte superior do concreto torna-se excessivamente umida, produzindo um concreto poroso e menos resistente (ALMEIDA, 2002).

17 Concreto endurecido a) Resistência mecânica O concreto tem como característica marcante, sua alta resistência aos esforços de compressão e em contrapartida uma má resistência aos esforços de tração (esforço este resistido pelo aço no concreto armado). A resistência é obtida através de corpos de prova padronizados, para possibilitar que resultados do mesmo concreto sejam comparados. Colocando-se essas resistências em um gráfico de distribuição, obtém-se a curva de distribuição normal e a partir desta a resistência característica à compressão do concreto. b)retração É o fenômeno segundo o qual, após a pega, o concreto em contato com o meio ambiente, sofre uma redução de suas dimensões em todas as direções, sem a aplicação de cargas externas, produzidas pelas forças capilares (MOREIRA, 2004). A figura 1 ilustra a retração do concreto ao longo do tempo. Figura 1 Retração do concreto ao longo do tempo. Fonte: Almeida, 2002.

18 17 Esta deformação é tanto maior quanto mais novo é o concreto. A medida que o concreto envelhece, vai se tornando mais resistente, e portanto, sofrerá menores deformações. 3.2 BORRACHA FREITAS (2007) define as borrachas (elastômeros) como materiais poliméricos caracterizados pela capacidade de retornar rapidamente à forma e à dimensão originais, quando submetidas a um esforço externo que aumente seu tamanho em até duas vezes. Quanto à origem, as borrachas, classificam-se em naturais e sintéticas. A primeira é originada do processamento do látex da seringueira (Hevea Brasiliensis). Ao promover uma incisão na casca, esta árvore exsuda uma secreção de aspecto leitoso, onde o produto da coagulação deste líquido da origem a borracha. A borracha sintética, por sua vez, deriva do petróleo. A tecnologia para sua fabricação surgiu na Alemanha após a segunda guerra mundial e sua inserção em grande escala no mercado mundial ocorreu na década de 70 devido a queda no preço do petróleo. Uma variedade muito ampla de elastômeros sintéticos foi desenvolvida desde a descoberta do produto. As características e propriedades da borracha a tornam um produto muito amplo sendo empregado em vários setores da economia: automobilístico, calçadista, construção civil, plásticos, materiais hospitalares e outros também de grande importância no dia-dia da sociedade. As borrachas mais utilizadas na produção de pneus são de estireno butadieno e de polibutadieno, a borracha de acrilonitrila-butadieno é usada em menor proporção (FREITAS, 2007) Composição e estrutura dos pneus De acordo com Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos ANIP (2009) a composição química da borracha de pneu é basicamente a estabelecida na Tabela 1 e Tabela 2 (GRANZOTTO, 2010):

19 18 Tabela 1 - Composição química média de um pneu. ELEMENTO/ COMPOSTO % Carbono 70,0 Hidrogênio 7,0 Óxido de Zinco 1,2 Enxofre 1,3 Ferro 15,0 Outros 5,5 Fonte: Carvalho (2007) apud Granzotto (2010). Tabela 2 Comparação dos materiais contidos em pneus. MATERIAL % AUTOMÓVEL % CAMINHÃO Borracha/Elastômero Negro de fumo Aço Tecido de nylon 5 - Óxido de zinco 1 2 Enxofre 1 1 Aditivos 8 5 Fonte: ANIP (2009) apud Granzotto (2010). Segundo Kamimura (2002), a estrutura dos pneus se divide em diferentes partes, são elas: Carcaça: é a estrutura interna do pneu, com a função de reter o ar sob pressão e suportar o peso do veículo. É constituído por lonas de poliéster, náilon ou aço, dispostas diagonalmente nos pneus convencionais e radialmente nos pneus radiais. Flancos: são constituídos por borrachas com alto grau de flexibilidade, dispostos na lateral do pneu, e tem a função de proteger a carcaça. Talão: é constituído por diversos arames de aço de alta resistência, unidos e recobertos por borracha. Possui a forma de anel, e tem a função de manter o pneu acoplado firmemente ao aro.

20 19 Banda de Rodagem: formada por um composto especial de borracha que oferece grande resistência ao desgaste. É a parte do pneu que entra diretamente em contato com o solo. Sua superfície constituída por partes cheias (biscoitos) e vazias (sulcos) que devidamente distribuídos proporcionam estabilidade e segurança ao veículo. A figura 2 a seguir ilustra as partes componentes do pneu segundo Kamimura (2002): Figura 2 Componentes do pneu. Fonte: KAMIMURA, Recauchutagem A recauchutagem é uma das formas de reciclagem do pneu mais eficazes, pois pode prolongar a vida útil do pneu em até três vezes (PNEWS, 2002 apud SANTOS, 2005). O Brasil ocupa o 2º lugar no ranking mundial de recauchutagem de pneus. Este processo também é gerador de resíduos, pois a banda de rodagem (parte do pneu que está em contato direto com o solo) é raspada para a retirada da borracha velha e preparação para o recebimento de nova camada de borracha (GALVÃO, 2010 apud KROTH, 2012). No processo de recauchutagem, a banda de rodagem sofre uma raspagem manual e por cilindros automatizados. Assim, um resíduo de borracha constituído por um material grosseiro e por um material fino é gerado. O material fino, à primeira vista,

21 20 parece pulverulento; porém, uma análise tátil visual prova tratar-se de fibras (SANTOS, 2005). A figura 3 ilustra o procedimento. Figura 3 Processo de recauchutagem. Fonte: SANTOS, Pneus inservíveis O Conselho Nacional do meio ambiente (CONAMA) define pneu inservível em seu Art. 2 inciso IV: pneu ou pneumático inservível: aquele que não mais se presta a processo de reforma que permita condição de rodagem adicional, conforme código da Tarifa Externa Comum - TEC. (nova redação dada pela Resolução n 301/02).. Segundo KAMIMURA (2002), um pneu se torna inservível quando está fisicamente prejudicado, a lona se rompe, ou não pode ser recauchutado. Pneu

22 21 inservível é aquele que não mais se presta a qualquer tipo de uso como pneu, não sendo possível inclusive reindustrializá-lo (recapagem, recauchutagem ou remoldagem). A disposição inadequada dos pneus inservíveis traz sérias consequências para o meio ambiente e para a saúde humana. Diversas pesquisas têm sido realizadas com o objetivo de viabilizar técnica e economicamente a reutilização desses pneus. Kamimura (2002) cita as principais aplicações dos resíduos de pneus inservíveis no campo da construção civil, são elas: Materiais para pavimentação asfáltica; Muros de contenção; Barragens; Controle de Erosão; Estabilização de ombreiras; Geogrelha; Sistema de armazenagem de água para gramados; Barreiras de inércia atenuadora de impactos, entre outros. Com relação às inúmeras aplicações dos pneus inservíveis na construção civil, KROTH (2012) cita as seguintes vantagens: a) Economia do consumo das fontes finitas dos recursos naturais; b) prolongando a vida útil dos aterros sanitários; c) redução de emissão de poluentes na atmosfera; d) redução dos vetores de doença; e) redução de sobrecarga em edificações; f) preservação do meio ambiente; g) economia no transporte e otimização na produção Legislação Diante da preocupação quanto ao passivo ambiental criado pelos depósitos clandestinos e formas inadequadas de destinação final dos pneus descartados, várias ações vêm sendo tomadas, é o caso das resoluções CONAMA n 258, de 26 de agosto de 1999; CONAMA n 301, de maço de 2002 que complemente a primeira. Pertinente a

23 22 essas, está à instrução normativa n 08, de 15 de maio de 2002 que regulamenta as duas resoluções supracitadas. A resolução 258/99 obriga as empresas fabricantes e as importadoras de pneumáticos a coletar e dar destinação final ambientalmente adequada aos pneus inservíveis. A resolução 301/02 veio para complementar a primeira, quanto da destinação desses resíduos sólidos. Já a instrução normativa n 08/02 do IBAMA trata de questões quanto ao cadastramento de fabricantes e importadores de pneumáticos para uso em veículos automotores e bicicletas, assim como o cadastramento de processadores e destinadores de pneumáticos de veículos automotores e bicicletas. 3.3 CONCRETOS COM BORRACHA Os diferentes resíduos estudados atualmente para a incorporação na construção civil passam por diferentes processos de reciclagem devido a suas diferentes propriedades. Estudos já realizados apontam que o concreto com agregados reciclados podem ser aplicados de diferentes formas, desde concretos de baixa resistência a concretos de alta resistência, além de argamassas (GRANZOTTO, 2010). O resíduo de pneu na confecção de concretos é uma prática que vem sendo desenvolvida nos últimos anos. Pesquisas já foram desenvolvidas e apresentam resultados tecnicamente satisfatórios, nos quais os agregados naturais são substituídos (no caso especifico de estudo, a areia foi o agregado substituído em massa) por agregados provenientes da trituração de resíduos de pneus inservíveis para produção de concretos (BOAVENTURA, 2011) Propriedades do concreto com resíduo de borracha no estado fresco Aumento na quantidade de ar incorporado ao concreto. À medida que a borracha é adicionada, o concreto passa a repelir a água e atrair o ar como se ver na

24 23 figura 4. Uma das consequências desse aumento de ar incorporado é o aumento no número de vazios do concreto e diminuição de sua resistência (FREITAS, 2007). Figura 4 Teor de ar incorporado em função da quantidade de borracha adicionada a mistura. Fonte: FREITAS, Menor trabalhabilidade. Quanto maior o teor de agregados substituídos pela borracha, em massa, menor é a trabalhabilidade apresentada pelo concreto. Estudos feitos por Marques (2006) apud Boaventura (2011) mostraram que para manter uma trabalhabilidade constante, para o mesmo consumo de cimento é necessário utilizar maior relação água/cimento nos concretos com borracha de pneu, tal como comprovada na figura 5.

25 24 Figura 5 trabalhabilidade do concreto produzido com resíduos de pneu. Fonte: MARQUES 2006 apud BOAVENTURA Diminuição da massa unitária. Esse fato pode ser explicado pelo fato da densidade da borracha ser menor que a da areia. Outro motivo é a dificuldade de adensamento do concreto produzido com borracha, que ocasiona a produção de vazios internos e diminuição da massa especifica do concreto (FREITAS, 2007). A figura 6 mostra o comentado. Figura 6 Relação massa unitária do concreto em função do teor de borracha. Fonte: FREITAS, 2007.

26 25 Menor consumo de cimento. O consumo de cimento necessário para produção do concreto está relacionado com a massa específica dos componentes da mistura e com massa unitária do concreto fresco. Além do menor consumo de cimento, o concreto com adição de borracha requer menor quantidade de agregados naturais, graúdo e miúdo, já que o volume ocupado pela borracha e maior que o da areia natural (BOAVENTURA, 2011). A figura 7 ilustra o enunciado. Figura 7 Consumo de cimento em função do teor de borracha utilizada no concreto. Fonte: FREITAS, Propriedades do concreto com resíduo de borracha no estado endurecido Diminuição da resistência à compressão axial simples como mostra a figura 8. Segundo Giacobbe. (2008) apud Boaventura (2011), a redução na resistência nos concretos produzidos com resíduos de pneu está ligada à ação da borracha não absorver todo o carregamento em relação aos outros componentes e também admitir maior deformação lateral induzindo à ruptura (BOAVENTURA, 2011). Freitas (2007)

27 26 ainda acrescenta que, a perda de resistência verificada com a adição de borracha pode ser atribuída ao menor módulo de deformação elástico das partículas de borracha e à má aderência entre esta e a pasta de cimento. Como a borracha tem maior capacidade de deformação, sua capacidade de resistir aos esforços aplicados fica limitada pela rigidez da matriz de concreto. As partículas de borracha funcionam, na verdade, como vazios no interior da massa de concreto. Figura 8 Fator de redução da resistência por teor de borracha. Fonte: KATHIB e BAYOMY (2008) apud BOAVENTURA (2011). Diminuição das fissuras. Segundo Toutanji (1996) apud Freitas (2007) a diminuição do surgimento das fissuras, deve-se ao menor módulo de elasticidade da borracha, que se deforma absorvendo parte da carga aplicada após a ruptura.

28 27 4. MATERIAIS E MÉTODOS Para atingir o objetivo proposto no trabalho, foram moldados corpos de prova (CPs) para analisar o comportamento do concreto, quando o agregado miúdo for parcialmente substituído por borracha. Para tanto, se dividiu a metodologia em três partes: coleta e beneficiamento dos resíduos de pneus, caracterização dos materiais e ensaio mecânico. O beneficiamento dos pneus diz respeito ao tratamento da borracha. Com a caracterização buscou-se qualificar os materiais. Os ensaios mecânicos do concreto serviram para analisar a resistência à compressão dos concretos produzidos com a substituição parcial em volume do agregado miúdo natural pelo resíduo de pneu. Os materiais utilizados, com exceção da água, foram fornecidos pelo Coorientador Francisco Alves da Silva Júnior, que utiliza os mesmos em seu trabalho de doutorado, pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), assim como, a realização do tratamento do resíduo de borracha e a execução dos ensaios de caracterização destes materiais. 4.1 MATERIAIS Cimento Utilizou-se o cimento Portland CP IV 32 RS Agregado miúdo O agregado miúdo utilizado na produção do concreto foi à areia lavada com dimensão máxima de 4,75 mm.

29 Agregado graúdo O agregado graúdo utilizado na produção dos concretos possui dimensão máxima característica igual a 19,00 mm. Esse agregado foi caracterizado de acordo com as normas técnicas vigentes. Os ensaios para caracterização dos agregados graúdos estão descritos na Tabela 5. Estes ensaios tiveram o objetivo de qualificar o material e possibilitar as correções de dosagem Água de amassamento A água utilizada para a produção dos concretos foi a disponibilizada pela rede de água da Universidade Federal Rural do Semi-Árido Aditivo Para propiciar melhor trabalhabilidade para o concreto com adição de borracha utilizou-se o aditivo Plastificante a base de lignosulfonatos. Consistência líquida, Densidade de 1,22 g/cm 3 (informações fornecidas na embalagem) Borracha No processo de recauchutagem, o pneu sofre uma raspagem mecânica através de cilindros metálicos. Este procedimento gera uma nuvem de borracha que se espalha pelo piso da empresa reformadora e nas proximidades de onde está sendo processado (BOAVENTURA, 2011).

30 29 A borracha (originada do processo de recauchutagem) utilizada na confecção dos corpos de prova foi obtida na empresa VIPAL com sua filial em Mossoró representado pela empresa Normando Recapagem de Pneus. 4.2 MÉTODOS Foram submetidos aos ensaios de caracterização os agregados: areia, borracha e brita, conforme as normas vigentes. Os resultados dos ensaios de caracterização dos materiais utilizados nesta pesquisa para confecção dos concretos foram realizados pelo co-orientador, professor Francisco Alves da Silva Júnior. Este material está sendo estudado pelo mesmo em seu trabalho de doutorado pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). A pesquisa parte destes e fará a análise de sua conformidade e de suas propriedades para o uso no concreto. Sendo realizados ensaios de consistência e compressão axial para se verificar a resistência dos concretos propostos. Foi escolhido o traço (1:2,5:3,5:0,60) em massa de cimento, areia, brita e fator água/cimento, com a pretensão de aplicação em concretos com baixa resistência, para aplicação em obras que não possuam grandes solicitações. A escolha do fator água/cimento de 0,60, parte do princípio de que nas obras a água é bastante aumentada para melhorar a trabalhabilidade do concreto e acelerar a etapa de concretagem e acabamento. Foi usado Plastificante (3% em massa de cimento) com o intuito de melhorar a trabalhabilidade do concreto, sem acréscimo de água no mesmo Agregado miúdo (areia) Tabela 3. Os ensaios realizados para caracterização da areia natural estão descritos na

31 30 Tabela 3 Ensaios de caracterização da areia. Determinação Ensaio Norma Granulometria Agregados Determinação ABNT NBR NM 248: da Distribuição 2003 granulométrica. Massa específica Agregados Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio ABNT NBR 9776: 1987 do frasco Chapman. Massa unitária Agregados Determinação da massa unitária. ABNT NBR NM 45: Agregado miúdo (borracha) Os ensaios realizados para caracterização da borracha estão descritos na Tabela 4: Estes ensaios tiveram o objetivo de qualificar o material e de comparação com o agregado mineral substituído. Tabela 4 Ensaios de caracterização da Borracha. Determinação Ensaio Norma Granulometria Agregados Determinação ABNT NBR NM 248: da Distribuição 2003 granulométrica. Massa específica Agregados Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio ABNT NBR 9776: 1987 do frasco Chapman. Massa unitária Agregados Determinação da massa unitária. ABNT NBR NM 45: 2006

32 Agregado graúdo 5. Os ensaios para caracterização dos agregados graúdos estão descritos na Tabela Tabela 5 Ensaios de caracterização da Brita. Determinação Ensaio Norma Granulometria Agregados Determinação ABNT NBR NM 248: da Distribuição 2003 granulométrica. Abrasão Agregado Graúdo Ensaio de abrasão Los Angeles. ABNT NBR NM 51: 2001 Índice de forma Agregado Graúdo Determinação do índice de forma pelo método do ABNT NBR 7809: 1983 paquímetro. Massa unitária Agregados Determinação da massa unitária. ABNT NBR NM 45: Tratamento da borracha O método de tratamento se deu em duas etapas e foi feita pelo professor Francisco Alves da Silva Júnior. Primeiro através de análise visual da borracha coletada, para detectar se havia algum material proveniente do processo de recauchutagem, tais como fibras de aços e metais dos equipamentos. E em segundo foi feito o tratamento da borracha com NaOH (soda cáustica) Mistura dos materiais

33 32 A produção do concreto se deu de forma manual no laboratório de Ensaios de materiais - LEMAT da UFERSA. Os insumos foram pesados em balança digital com precisão de 0,01g, e então colocados na recipiente de mistura. A mistura foi feita adicionando-se gradualmente os materiais, primeiramente foram adicionados os agregados graúdos, seguidos dos miúdos e parte da água com plastificante dissolvido. Depois de misturada a primeira parte, adicionou-se o cimento, e o restante da água, homogeneizando-os manualmente com uma espátula de aço retangular (colher de pedreiro ou trolha). Para os traços contendo partículas de borracha esta foi adicionada juntamente com a areia Slump test (ABNT NBR 12654) Trabalhabilidade é o esforço necessário para manipular determinada quantidade de concreto fresco com uma mínima perda de homogeneidade. A consistência é um dos principais fatores que influenciam na trabalhabilidade do concreto. O termo consistência está relacionado às características inerentes ao próprio concreto, com a mobilidade da massa e com a coesão entre seus componentes. O método utilizado para medir a consistência da mistura foi o de abatimento de tronco de cone slump test realizado segundo a ABNT NBR NM 67 (1998). O ensaio consiste em preencher o cone (três camadas com 25 golpes cada), Suspende-lo e medir o abatimento Moldagem dos CPs A moldagem dos corpos-de-prova foi feita logo após o slump test. Com os moldes cilíndricos com altura igual ao dobro do diâmetro (10 cm de diâmetro e 20 cm de altura), de acordo com a norma ABNT NBR 5738 (2002): concreto - procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Cada traço foi feito concreto suficiente para que se confeccionasse 5 corpos de prova para cada referência a ser estudada.

34 Cura do concreto As curas dos corpos de prova (CP) depois de retirados dos moldes se deu com 28 dias de imersão, e também seguem as especificações da NBR 5738 (2002): concreto - procedimento para moldagem e cura de corpos de prova Retificação dos corpos de prova A retificação teve o intuito de nivelar a superfície do corpo de prova. O processo em questão foi feito no laboratório de construção civil do IFRN - campus Mossoró. Figura 9 Retificação dos corpos de prova. Fonte: SILVA JUNIOR Ensaio de resistência à compressão

35 34 Os ensaios de resistência a compressão foram realizados no laboratório de construção civil do IFRN - campus Mossoró. O equipamento do ensaio em questão é composto por uma prensa ligada a um computador, que possibilita o controle de aplicação de carga pelo deslocamento axial do punção, assim como, o registro de dados como: Carga máxima aplicada; Tensão de ruptura; Módulo elasticidade.

36 35 5. RESULTADOS E DISCURSÕES 5.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS Agregado miúdo (areia) Análise granulométrica A analise granulométrica da areia foi realizada de acordo com a norma NBR NM 248/2003. O ensaio consistiu em manter 500g (dentro do limite mínimo da norma) durante 10 min. No agitador de peneiras com frequência de vibração de 15. Após a agitação, realizou-se a verificação da massa de borracha retida em cada peneira, com ajuda de um pincel para retirada da borracha da peneira e de uma balança de precisão de 0,01g. Os resultados em cada ensaio estão dispostos na tabela 6. Tabela 6 Analise granulométrica - Agregado miúdo. Peneira (mm) Amostra 01 (g) Amostra 02 (g) 4,75 0,0 0,0 2,36 53,99 60,87 1,18 94,02 104,49 0,6 147,37 144,33 0,3 134,42 125,95 0,15 62,24 55,73 fundo 7,95 7,91 Fonte: SILVA JUNIOR.

37 36 A percentagem média obtida entre as duas amostras está contida na tabela 7. Tabela 7 Percentagem média retida - Agregado miúdo. Peneira (mm) Amostra 01 (g) Amostra 02 (g) Média entre as amostras (g) Média retida acumulada (g) Percentagem entre a média e as amostras (%) Percentagem média retida acumulada (%) 4,75 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 2,36 53,99 60,87 57,43 57,43 5,99 11,49 1,18 94,02 104,49 99, ,685 5,27 31,34 0,6 147,37 144,33 145,85 302,535 1,04 60,51 0,3 134,42 125,95 130, ,72 3,25 86,54 0,15 62,24 55,73 58, ,705 5,52 98,34 Fundo 7,95 7,91 7,93 499,635 0,25 100d Fonte: SILVA JUNIOR. A partir do ensaio de análise granulométrica da areia obteve-se como o módulo de finura o resultado de 3,88 e para a dimensão máxima característica da areia a dimensão de 4,75 mm.

38 37 Figura 10 Curva granulométrica da areia Massa específica A massa especifica da areia foi obtida conforme a NBR 9776/1987 (Agregados Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco Chapman.). Para a realização dos ensaios o frasco foi de vidro e composto de dois bulbos e de um gargalo graduado. No estrangulamento existente entre os dois bulbos há um traço que corresponde a 200 cm³, e acima dos bulbos situa-se o tubo graduado de 375 cm³ a 450 cm³. O frasco foi inicialmente aferido, verificando-se os devidos volumes correspondentes às graduações. A amostra foi colhida de acordo com a NBR 7216, e seca em estufa ( C), até a constância de massa. Foi executado dois ensaios consecutivos, os quais não diferiram 0,05g/cm³ entre si, como mostra as Tabela 8.

39 38 Tabela 8 Massa especifica da areia Etapas de ensaio Amostra 01 Amostra 02 Massa de areia utilizada na 500,23g 500,20g amostra Volume de água utilizada 200ml 200ml na amostra Volume de amostra após 392,3ml 392,4ml adição de areia Volume deslocado 192,3ml 192,4ml Maasa específica da areia 2,601g/ml 2,599g/ml Fonte: SILVA JUNIOR. 2,60g/ml. A partir do ensaio de massa específica da areia obteve-se como resultado Massa unitária A ABNT NBR NM 45/2006 estabelece três métodos para a determinação da massa unitária, foi adotado o método C para esse trabalho, utilizado para o caso de material solto. Foram realizados dois procedimentos para o ensaio, os resultados se encontram na Tabela 9. Tabela 9 Massa unitária - Areia. Procedimentos Amostra 01 Amostra 02 Volume do recipiente 15 dm³ 15 dm³ Massa de agregado no g g recipiente Massa Unitária da areia 1,55Kg/dm3 1,52Kg/dm³ Fonte: SILVA JUNIOR.

40 39 Kg/dm³. A partir do ensaio de massa unitária da areia obteve-se como resultado 1, Agregado graúdo Análise granulométrica A análise granulométrica da brita granítica foi realizada conforme a ABNT NBR NM 248/2003. Os resultados obtidos encontram-se na Tabela 10. Tabela 10 Porcentagem média retida Agregado graúdo (brita granítica) Peneira (mm) Amostra 01 (g) Amostra 02 (g) Média entre as amostras Média retida acumulada Porcentagem entre a média e as amostras Porcentagem média retida acumulada (g) (g) ,000 0,000 0,00% 0,00% ,01 131,02 178,52 178,52 26,6% 3,07% 11,2 2991, , , ,61 4,74% 57,03% 9,5 599,18 555,10 577, ,69 3,81% 80,88% 6,3 887,63 734,26 810, ,63 9,45% 94,82% 4,75 135,16 93,35 114, ,89 18,3% 96,78% Fundo 164,44 210,32 187, ,27 12,24% 100% Fonte: SILVA JUNIOR. As amostras passaram por mais um conjunto de peneiras, para determinação dos finos como mostra a Tabela 11.

41 40 Tabela 11 Porcentagem média retida Massa de finos (brita granítica) Peneira (mm) Amostra 01 (g) Amostra 02 (g) Média entre as amostras Média retida acumulada Porcentagem entre a média e as amostras Porcentagem média retida acumulada (g) (g) 2,36 50,24 39,74 44,99 44,99 11,66% 24% 1,18 15,14 17,77 16,45 61,44 7,96% 32,82% 0,6 10,62 15,91 13,26 74,70 19,9% 39,90% 0,3 13,79 22,79 18,29 92,99 24,6% 49,67% 0,15 23,30 37,50 30,4 123,39 23,35% 65,92% 0,075 21,80 31,97 26,88 150,27 18,89% 80,28% Fundo 29,55 44,27 36,91 187,18 19,94% 100% Fonte: SILVA JUNIOR. A partir do ensaio de analise granulométrica da brita granítica obteve-se como modulo de finura o resultado de 4,32 e para a dimensão máxima característica da brita granítica a dimensão de 19,0mm. Figura 11 - Curva granulométrica da brita.

42 Abrasão O desgaste por abrasão Los Angeles da brita granítica foi realizado conforme a ABNT NBR NM 7211/2009. A amotra obtida foi pesada, secada e juntamente com a carga abrasiva, dentro do tambor. Foi feito o tambor girar a uma velocidade compreendida entre 30 rpme 33rpm, até completar as rotações. Em seguida,o material foi retirado do tambor, passado pela peneira 1,7mm, lavado e secoem estufa a 107,5 C e por ultimo foi pesado. A Tabela 12 mostra os resultados do ensaio. Tabela 12 Desgaste por abrasão Los Angeles da brita granítica. Etapas do ensaio Amostra 01 Massa da amostra seca 5.000g Massa do material retido na peneira 3.613,6 1,7mm Desgaste por abrasão Los Angeles 27,73% Fonte: SILVA JUNIOR. Segundo a ABNT NBR 7211/2009o índice de desgaste por abrasão Los Angeles determinado pela NBR NM 51/2001 deve ser inferior a 50% em massa do material Índice de forma O índice de forma da brita granítica foi realizado conforme a ABNT NBR 7809/1983. Primeiramente a amostra foi colhida de acordo com anorma NBR 7216, em seguida, seca em estufa a 110 C. A amostra foi analisada granulometricamente utilizando as peneiras da serie normal e intermediaria. Foi desprezadas as frações passantes na peneira 9,5mm. Cada fração obtida foi quarteada até a obtenção do numero de grãos. A tabela 13 apresenta o numero de grãos a serem ensaiados para o índice de forma da brita granítica e a tabela 14 o resultados do ensaio.

43 42 Tabela 13 Percentagem de massa retida para índice de forma da brita granítica. Peneiras (mm) Percentagem de massa retida (%) Total retida (%) N de grãos necessários N de grãos a ser ensaiados 19,00 mm 4,36 76, ,20mm 59,38 76, ,5mm 12,84 76, Fonte: SILVA JUNIOR Tabela 14 Resultado do índice de forma da brita granítica. Peneiras Índice de forma (mm) 19,00 mm 2,36 11,20mm 2,29 9,5mm 2,64 Fonte: SILVA JUNIOR. Segundo a ABNT NBR 7211/2009, o índice de forma dos grãos não deve ser superior a 3 quando determinado pela NBR 7809/1983. De acordo com os resultados obtidos o índice de forma encontrado foi de 2,35, dentro do valor permitido pela norma Massa unitária A massa unitária da brita granítica foi realizada conforme a ABNT NBR NM 45/2006. A norma estabelece três métodos para determinação da massa unitária, o método utilizado neste trabalho foi o C, que é utilizado no caso de material solto. De acordo com a norma para agregados com dimensões entre 37,5 e 50 mm o recipiente a ser utilizado nos ensaios deve ter capacidade mínima de 15dm³. Foi realizado dois procedimentos pra o ensaio, os resultados estão representados na Tabela 15.

44 43 Tabela 15 Massa unitária da brita calcária Etapas do ensaio Amostra 01 Amostra 02 Volume do recipiente 15dm³ 15dm³ Massa de agregado no recipiente g g Massa unitária da br 1,52Kg/dm³ 1,5Kg/dm³ Fonte: SILVA JUNIOR 1,51Kg/dm³. A partir do ensaio de massa unitária da brita granítica obteve-se como resultado Borracha Análise granulométrica A análise granulométrica da borracha foi realizada conforme a NBR NM 248/2003. Utilizou-se duas amostras de 300g cada, para a borracha sem tratamento e com tratamento, o ensaio consistiu em manter os 300g de borracha durante 10 minutos no agitador de peneiras eletromecânico com a frequência de vibração de 15. Após a agitação, realizou-se a verificação da massa de borracha retida em cada peneira, com a ajuda de um pincel para a retirada da borracha da peneira, e de uma balança de precisão de 0,01g. Os resultados obtidos em cada ensaio estão presentes na Tabela 16.

45 44 Tabela 16 Porcentagem média retida Agregado miúdo (borracha tratada) Peneira (mm) Amostra 01 (g) Amostra 02 (g) Média entre as amostras Média retida acumulada Porcentagem entre a média e as Porcentagem média retida acumulada (g) (g) amostras 4,75 15,15 14,00 14,575 14,575 3,945% 4,86% 2,36 14,73 14,96 14,845 29,420 0,775% 9,82% 1,18 87,27 86,06 86, ,085 0,698% 38,73% 0,6 101,33 102,11 101, ,805 0,383% 72,67% 0,3 50,60 52,27 51, ,240 1,623% 89,83% 0,15 23,82 23,70 23, ,000 0,253% 97,76% 0,075 6,26 6,27 6, ,265 0,080% 99,85% Fundo 0,45 0,43 0, ,705 2,273% 100% Fonte: SILVA JUNIOR A partir do ensaio de analise granulométrica da borracha tratada obteve-se como modulo de finura o resultado de 5,14 e para a dimensão máxima característica da areia a dimensão de 4,75mm. A figura 12 mostra a curva granulométrica da borracha e a figura 13 faz o comparativo entre as curvas da borrachae e areia. Figura 12 - Curva granulométrica da borracha. Figura 13 - Curva granulométrica da borracha e areia.

46 Massa específica A massa especifica da borracha foi encontrada pelo professor Francisco Alves Júnior de acordo com os procedimentos da norma ABNT NBR 9776/1987 Figura 14 Frasco Chapman. Fonte: SILVA JUNIOR