Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Engenharia Civil

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1 FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA. Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Engenharia Civil Curso (s) : Engenharia Civil Nome do projeto: ESTUDO DA DENSIDADE DE MASSA EM ARGAMASSAS COM AREIA DE FUNDIÇÃO E VERMICULITA EXPANDIDA Nome do professor orientador: HELENA RAVACHE SAMY PEREIRA Nome do professor co-orientador: Nome do coordenador(a) do Curso: Helena Ravache Samy Pereira Para a Fundação Educacional Regional Jaraguaense FERJ, mantenedora do Centro Universitário - Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul e em Joinville, encaminhamos anexo, Projeto de Iniciação Científica a ser submetido ao Edital nº.../2014 Programa de Bolsas de Estudo da Educação Superior UNIEDU, da Secretaria de Estado da Educação de Santa Catarina, e declaramos nosso interesse e prioridade conferida ao desenvolvimento do projeto ora proposto, assim como nosso comprometimento de que serão oferecidas as garantias necessárias para sua adequada execução, incluindo o envolvimento de equipe, utilização criteriosa dos recursos previstos e outras condições específicas definidas no formulário anexo. Jaraguá do Sul, 18 de novembro de 2015 Professor orientador Professor coorientador Coordenador do Curso 1

2 2 DESCRIÇÃO DO PROJETO Título do Projeto: Estudo da Densidade de Massa em Tipo de Projeto ( 12 meses ) Argamassas com Areia de Fundição e Vermiculita (X) Apresentado pelo professor; Expandida Resumo do Projeto Atualmente, devido as novas políticas ambientais, existe uma preocupação em relação ao destino dos resíduos industriais metalúrgicos gerados. O desenvolvimento de novos materiais que permitam o retorno de resíduos para a cadeia produtiva e apresentem propriedades de isolamento térmico e acústico é de extrema importância. Este projeto de pesquisa tem por objetivo caracterizar a propriedade densidade de massa da argamassa com areia de fundição e vermiculita expandida possibilitando desta forma conhecimentos técnicos e científicos sobre o uso deste resíduo e do agregado leve. O resíduo areia de fundição será disponibilizada pela WEG Equipamentos Elétricos S.A. Para analisar a propriedade serão produzidos quatro traços de argamassa na composição no qual a areia natural será substituída por 100% de areia de fundição, 80% de areia de fundição e 20% de vermiculita expandida, 60% de areia de fundição e 40% de vermiculita expandidada e 40% de areia de fundição e 60% de vermiculita expandida. As argamassas serão caracterizadas em relação a densidade de massa no estado fresco e endurecido. Por meio deste estudo, pretende-se obter resultados experimentais que poderão ser úteis ao setor de construção civil da região, contribuindo com a divulgação e melhor entendimento da influência da areia de fundição e da vermiculita expandida na propriedade densidade de massa da argamassa. Palavras-chave: densidade de massa; argamassa; areia de fundição; vermiculita expandida. Problematizacão A argamassa é o nome genérico atribuído a uma mistura de aglomerantes, agregado miúdo e água, podendo ter ainda aditivos químicos e minerais. O agregado miúdo normalmente utilizado na produção de argamassas pode ser areia natural, cuja extração é ambientalmente problemática. Dentre os impactos ambientais identificados nas áreas de extração de areia natural, destaca-se perda da biodiversidade, o comprometimento do regime de vazão dos cursos de água, além do assoreamento dos mesmos pela destruição das margens e matas ciliares. Neste contexto surge como alternativa o uso da areia de fundição em substituição a areia natural em argamassas. Argamassas leves podem ser obtidas a partir de agregados leves, como a vermiculita expandida, que é um mineral pertencente à família das argilas micácias hidratadas magnesianas. A vermiculita quando aquecida entre 650ºC e 1000ºC expande até quinze vezes o seu volume original por exfoliação das delgadas lâminas que a constituem, originando a vermiculita expandida. Após a expansão da vermiculita, esta obtém características físicas excepcionais de flutuação, isolamento acústico e térmico (Neville, 2013). Por se tratar de um agregado leve, a vermiculita expandida apresenta elevada porosidade e baixa massa específica aparente, que é uma característica comum dos isolantes térmicos. Atualmente, devido as novas políticas ambientais, existe uma preocupação em relação ao destino dos resíduos industriais metalúrgicos gerados. O desenvolvimento de novos materiais que 2

3 permitam o retorno de resíduos para a cadeia produtiva e apresentem propriedades de isolamento térmico e acústico é de extrema importância. Na construção civil, o aproveitamento de resíduos torna-se vantajoso ambientalmente e economicamente, pois é possível produzir materiais adequados ao uso com um custo mais reduzido. Justificativa Os agregados podem ocupar em torno de 60% a 70% do volume da argamassa e tem influência nas propriedades da argamassa no estado fresco e no estado endurecido. Além da influência nas propriedades importantes, os agregados também tem papel relevante na determinação do custo e trabalhabilidade das misturas de concreto. O estudo das características de argamassas produzidas com resíduos de fundição obtidos na região de Jaraguá do Sul e vermiculita expandida traz benefícios a toda sociedade, pois os conhecimentos técnicos e científicos adquiridos na pesquisa podem influenciar na escolha de materiais que apresentem as propriedades requeridas com contribuição ambiental. Objetivo Geral: Caracterizar a propriedade densidade de massa da argamassa com areia de fundição e vermiculita expandida possibilitando desta forma conhecimentos técnicos e científicos sobre o uso deste resíduo e do agregado leve. Objetivos específicos Em relação aos objetivos específicos pode-se destacar: Dosar e produzir as argamassas utilizando os materiais caracterizados; caracterizar a argamassa em relação ao índice de consistência (Flow Table); caracterizar as argamassas no estado fresco em relação a densidade de massa; caracterizar as argamassas no estado endurecido em relação a densidade de massa; avaliar a adequação ao uso das argamassas em relação a densidade de massa. Metodologia A pesquisa proposta é viável devido à disponibilidade de utilização do resíduo areia de fundição da empresa WEG Equipamentos Elétricos S.A. bem como os outros materiais necessários para a produção da argamassa. Os equipamentos utilizados nas caracterizações dos materiais e da argamassa estão disponíveis no Laboratório de Materiais de Construção do Centro Universitário Católica de Santa Catarina de Jaraguá do Sul. O procedimento experimental pode ser resumido em cinco etapas (ver Quadro 01) e deverá ser acompanhado de revisão bibliográfica. 3

4 Quadro 01 Etapas da pesquisa Etapa Descrição 1 Dosagem e produção das argamassas 2 Determinação do índice de consistência 3 Caracterização da densidade de massa das argamassas no estado fresco 4 Caracterização da densidade de massa das argamassas no estado endurecido 5 Produção de texto científico Fonte: produção da própria autora, Dosagem e produção das argamassas Para a formulação das argamassas será utilizado um traço pré-fixado adequado sugerido pela literatura (ver Quadro 02). O preparo das misturas deve seguir o procedimento descrito da norma brasileira NBR (ABNT, 2005) utilizando o misturador mecânico (argamassadeira). Haverá variação na composição do agregado miúdo no qual a areia natural será substituída por 100% de areia de fundição, 80% de areia de fundição e 20% de vermiculita expandida, 60% de areia de fundição e 40% de vermiculita expandidada e 40% de areia de fundição e 60% de vermiculita expandida. Quadro 02 Traços recomendados por algumas entidades normalizadoras Tipo de argamassa Traço em volume Referências cimento cal areia Revestimento de paredes interno e de fachada a 11 Assentamento Alvenaria em contato com o de alvenaria solo 1 0-1/4 estrutural Alvenaria sujeita a esforços de flexão 1 1/2 Uso geral, sem contato com o solo 1 1 Uso restrito, interno/baixa resistência 1 2 Fonte: Caraseck, ,25 a 3 x (volume de cimento + cal) NBR 7200 (ABNT, 1982) ASTM C Determinação do índice de consistência Após a preparação das argamassas deve ser realizado o ensaio para a determinação do índice de consistência indicado na NBR (ABNT, 2005). Deve ser preenchido um molde tronco-cônico com argamassa fresca em três camadas sucessivas e aplicado em cada camada, respectivamente, 15, 10 e 5 golpes com o soquete, de maneira a distribuí-las uniformemente. Após a retirada do molde deve ser efetuado 30 golpes da mesa de consistência com acionamento elétrico. Imediatamente após a última queda da mesa deve ser medido com o auxílio de uma escala o espalhamento do molde tronco-cônico original de argamassa. O índice de consistência da argamassa corresponde à média de três medidas de diâmetro, expressa em milímetros e arredondada ao número inteiro mais próximo. 4

5 3 Caracterização da densidade de massa das argamassas no estado fresco Para a determinação da densidade de massa deve ser utilizada as orientações da norma NBR (ABNT, 2005). O procedimento deve ser realizado para todas as misturas utilizando areia de fundição e vermiculita expandida. Imediatamente após o preparo da argamassa, deve ser introduzido com uma colher, porções de argamassa em um recipiente cilíndrico calibrado com capacidade aproximada de 400cm 3, altura aproximada de 85mm e diâmetro aproximado de 80mm. Devem ser formadas três camadas de alturas aproximadamente iguais. Em cada camada deve ser aplicado 20 golpes com espátula ao logo do perímetro da argamassa. Após o golpeamento de cada camada, devem ser efetuadas três quedas do recipiente na mesa de consistência. O recipiente deve ser rasado e a massa do molde com a argamassa foi pesada em balança com resolução de 0,1g. A densidade de massa da argamassa no estado fresco foi calculada através da equação 01. d = mc mv.1000 v r (01) Onde: d: densidade de massa da argamassa no estado fresco (kg/m 3 ) mc: massa do recipiente cilíndrico contendo a argamassa de ensaio (g) mv: massa do recipiente cilíndrico vazio (g) vr: volume do recipiente cilíndrico (cm 3 ) 4 Caracterização da densidade de massa das argamassas no estado endurecido A determinação da densidade de massa aparente no estado endurecido segue as recomendações de procedimento de ensaio da norma NBR (ABNT, 2005). O ensaio deve ser realizado para três corpos-de-prova de cada uma das misturas. Os corpos-de-prova devem ser moldados, adensados e curados e a realização do ensaio deve acontecer com a idade de 28 dias. Para o preparo dos corpos de prova no estado endurecido deve-se após o preparo da mistura de cada argamassa, com o molde fixo à mesa de adensamento, deve ser aplicada uma fina camada de óleo mineral nas faces internas do molde e posteriormente introduzido uma porção de argamassa em cada compartimento. Com o auxílio do nivelador de camadas deve ser feito o espalhamento da argamassa no molde. Em seguida deve ser aplicado 30 quedas através da mesa de adensamento. Posteriormente deve ser colocada mais uma camada de argamassa no molde, e depois de uniformizar o espalhamento, deve ser aplicado novamente mais 30 quedas na mesa de adensamento. Todos os corpos de prova deve ser moldados em formas prismáticas metálicas 4cmx4cmx16cm (ver Figura 01a). Os corpos-de-prova devem ser desmoldados (48 ± 24) horas após a moldagem e a cura deve acontecer ao ar livre (ver Figura 01b). 5

6 Figura 16 (a) Moldes prismáticos metálicos preenchidos com argamassa e (b) corpos-de-prova desmoldados (a) (b) MOLDES CORPOS DE PROVA Deve ser determinado com o auxílio do paquímetro com resolução de 0,1mm, a altura, a largura de cada corpo-de-prova em duas posições. Em seguida deve ser determinada a massa de cada corpo-de-prova com uma balança de resolução de 0,1g. A densidade de massa é calculada pela equação 02. m d =.1000 (02) V Onde: d: densidade de massa (Kg/m 3 ) m: massa (g) V: volume do corpo-de-prova (cm 3 ) 5 Produção de texto científico Para finalizar a pesquisa será produzido um texto científico com objetivo de publicação em congresso ou periódico, onde será feita a descrição da etapa experimental e análise dos resultados obtidos. Fundamentação Teórica 1 Argamassas Entre as definições de argamassa pode-se citar o conceito segundo a norma NBR (ABNT, 2005), que afirma que a argamassa é uma mistura homogênea de agregado miúdo, aglomerante inorgânico e água, contendo ou não aditivos ou adições, com propriedades de aderência 6

7 e endurecimento, podendo ser dosada em obra ou em instalação própria. Já Carasek (2007) define argamassa como um material de construção, com propriedades de aderência e endurecimento, obtidos a partir da mistura homogênea de um ou mais aglomerantes, agregado miúdo (areia) e água, podendo conter ainda aditivos e adições minerais. Existem várias aplicações na construção civil para as argamassas. As mesmas podem ser utilizadas para a construção de alvenarias, para o revestimento de paredes e tetos, para revestimentos de pisos, para revestimentos cerâmicos e para a recuperação de estruturas. O quadro 03 apresenta a classificação das argamassas segundo sua função na construção civil. 2 Densidade de massa Quadro 03 Classificação das argamassas segundo as suas funções na construção Função Tipos Para construção de alvenarias Argamassa de assentamento Argamassa de fixação (ou encunhamento) Para revestimento de paredes e tetos Argamassa de chapisco Argamassa de emboço Argamassa de reboco Argamassa de camada única Argamassa para revestimento decorativo monocamada Para revestimento de pisos Argamassa de contrapiso Argamassa de alta resistência para piso Para revestimento cerâmicos Argamassa de assentamento de peças cerâmicas - colante Argamassa de rejuntamento Para recuperação de estruturas Argamassa de reparo Fonte: Carasek, 2007 A massa específica ou densidade das argamassas depende principalmente da massa específica do agregado miúdo e do teor de ar incorporado na massa. No caso de aplicação manual da argamassa, quanto mais leve será mais trabalhável ao longo prazo, pois reduz o esforço na aplicação. As argamassas quanto à densidade no estado fresco podem ser classificadas segundo o quadro 04 (CARASECK, 2008). Quadro 04 Classificação das argamassas quanto à densidade no estado fresco Argamassa Densidade - A(g/cm 3 ) Leve <1,40 Normal 2,30 1,40 Pesada >2,30 Fonte: Caraseck, 2007 A massa específica da argamassa no estado endurecido, devido à saída de parte da água é um pouco menor do que o valor no estado fresco. Os quadros 05 e 06 classificam as argamassas de assentamento de paredes e revestimentos de tetos segundo a NBR (ABNT, 2005) em relação a densidade de massa no estado fresco e endurecido. 7

8 Quadro 05 Classificação das argamassas de assentamento e revestimento de paredes e tetos em relação à densidade de massa do estado fresco Classe Densidade de massa no Método de ensaio estado fresco (kg/m 3 ) D D a 1600 D a 1800 ABNT NBR D a 2000 D a 2200 D6 >2000 Fonte: ABNT/NBR 13281, 2005 Quadro 06 Classificação das argamassas de assentamento e revestimento de paredes e tetos em relação à densidade de massa aparente no estado endurecido Classe Densidade de massa no Método de ensaio estado endurecido (kg/m 3 ) M M a 1400 M a 1600 ABNT NBR M a 1800 M a 2000 M6 >1800 Fonte: ABNT/NBR 13281, Utilização de resíduos de fundição em materiais cimentícios Os estudos sobre materiais cimentício sustentáveis incluem aqueles que se dispõe a consumir rejeitos industriais. Os rejeitos da indústria metalúrgica podem ser incorporados em materiais cimentícios de forma geral. Pereira (2014) apresenta em sua pesquisa um referencial teórico sobre a utilização de resíduos de fundição em materiais cimentícios. A incorporação de areia de fundição em substituição parcial a areia natural é analisada nos trabalhos de Monosi, Sani e Tittarelli (2010). Foi observado que a trabalhabilidade das argamassas não foi alterada se a substituição for de até 10%. Em dosagens maiores é necessária a adição de plastificantes para obtenção da mesma trabalhabilidade. Também foi observada uma diminuição da resistência mecânica em torno de 20% até 30%. Guney et al. (2010) investigam a utilização de areia de fundição em substituição parcial da areia natural fina nas proporções de 0%, 5%, 10% e 15% em concreto. Foi observado que o concreto contendo até 10% de areia de fundição apresentou resultados de resistência à compressão e tração e módulo de elasticidade semelhante ao concreto sem areia de fundição. Siddique e Singh (2011) apresentam uma visão geral de algumas das pesquisas publicadas sobre o uso de areia de fundição em concreto. Os efeitos do uso da areia de fundição em propriedades como resistência a compressão, resistência à tração, resistência ao congelamento e módulo de elasticidade são apresentados. Em outras pesquisas Singh e Siddique (2012a) descrevem os efeitos da utilização da areia de fundição em substituição parcial ao agregado miúdo sobre a resistência e permeabilidade do concreto. Foram feitas substituições em peso de 0%, 5%, 10%, 15% e 20% e foi verificado aumento de resistência e permeabilidade. Os mesmos autores Singh e Siddique (2012b) em outro trabalho analisam a resistência à abrasão e outras propriedades de resistência do concreto com areia de fundição em proporções de substituição em relação ao agregado natural variadas. As propriedades 8

9 analisadas foram resistência à compressão, resistência à tração, resistência à abrasão e módulo de elasticidade. Os resultados mostram uma melhoria contínua destas propriedades com a substituição parcial dos agregados por areia de fundição. Khatib, Herki e Kenai (2013) investigam as propriedades do concreto com areia de fundição. O agregado fino natural foi substituído em peso em porcentagens de 0%, 30%, 60% e 100%. As propriedades estudadas foram absorção de água e resistência à compressão. Os resultados indicam que há um aumento na absorção de água e uma diminuição na resistência à compressão em relação ao aumento da quantidade de areia de fundição na mistura. 3. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ETAPA OU FASE DO PROJETO Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Semanas e meses Término Semanas e meses Dosar e produzir as argamassas utilizando os materiais caracterizados Caracterizar a argamassa em relação ao índice de consistência (Flow Table) Caracterizar as argamassas no estado fresco em relação a densidade de massa Caracterizar as argamassas no estado endurecido em relação a densidade de massa Avaliar a adequação ao uso das argamassas em relação a densidade de massa Dosagem e produção das argamassas Determinação do índice de consistência Caracterização da densidade de massa das argamassas no estado fresco Caracterização da densidade de massa das argamassas no estado endurecido Produção de texto científico -Revisão bibliográfica. -Realizar a dosagem e a produção das argamassas conforme normas técnicas. -Revisão bibliográfica. -Realizar o ensaio de consistência -Revisão bibliográfica. -Realização do ensaio para a determinação da densidade de massa no estado fresco Revisão bibliográfica. -Realização do ensaio para a determinação da densidade de massa no estado endurecido. -Revisão bibliográfica. -Analisar os resultados da propriedade estudada e a viabilidade do uso do resíduo de fundição. -Produzir texto científico. 01/03/ /04/ /04/ /06/ /06/ /08/ /08/ /11/ /11/ /02/2017 9

10 4. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Preparo da mistura e determinação do índice de consistência. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 13278: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 13280: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação da densidade de massa aparente no estado endurecido. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 13281: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Requisitos. Rio de Janeiro, CARASEK, H. Argamassas. In: ISAIA, Geraldo Cechella. Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais. São Paulo: Arte Interativa, Cap. 26, p GUNEY, Y.; SARI, Y. D.; YALCIN, M.; TUNCAN, A.; DONMEZ, S. Re-usage of waste foundry sand in high-strength concrete. Waste Management, n. 30, p , KHATIB, J. M.; HERKI, B. A.; KENAI, S. Capillarity of concrete incorporating waste foundry sand. Construction and Building, n. 47, p , MONOSI, S.; SANI, D.; TITTARELLI, F. Used Foundry Sand in Cement Mortars and Concrete Production. The Open Waste Management Journal, n. 3, p , NEVILLE, A. M.; BROOKS, J. J. Tecnologia do Concreto. 2. ed. Porto Alegre, PEREIRA, H. R. S. Proposta de Formulação de Argamassas para Assentamento e Revestimentos de Paredes e Tetos com Incorporação de Pó de Exaustão de Fundição. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência dos Materiais) - UDESC, Joinville, SIDDIQUE, R.; KADRI, E. Effect ofmetakaolin and foundry sand on the near surface characteristics of concrete. Construction And Building Materials, n. 25, p , SINGH, G.; SIDDIQUE, R. Abrasion resistance and strength properties of concrete containing waste. Construction And Building Materials, n. 28, p , 2012b. SINGH, G.; SIDDIQUE, R. Effect of waste foundry sand (WFS) as partial replacement of sand on the strength, ultrasonic pulse velocity and permeability of concrete. Construction and Building Materials, v.26, p , 2012a. 10

11 5. RESUMO DO ORÇAMENTO: VALOR MÁXIMO DE R$ 900,00 FERJ Contrapartida (quando houver parcerias) Total R$ Elementos de Despesa Quantidade Preço Unitário R$ Quantidade Preço Unitário R$ Participação em eventos 1 900,00 900,00 Passagens e Despesa de Locomoção. Material de Consumo ( descrever todos os itens ex: Papel A4, disquetes,etc..) Aquisição de Livros * Cópias monocromáticas, fotocópia colorida, fotos aéreas, mapas, plotagens, cópias em metro. Equipamentos e Material Permanente ** Outros ( Descrever conforme padrão) Total do Projeto 900,00 * O valor não poderá exceder a 15 % do valor total solicitado para a execução do projeto. ** O valor solicitado deverá respeitar os critérios dispostos no Edital. 6-CRONOGRAMA DE DESEMBOLSO (R$) (Especificar o período em que os elementos de despesas serão solicitados) Objetivo Específico Elementos de despesas 05/ /2015 Avaliar a adequação ao uso das argamassas em relação a Participação em eventos - 650,00 densidade de massa Inscrição Avaliar a adequação ao uso das argamassas em relação a densidade de massa Participação em eventos - Deslocamento 250,00 1 Deverá estar justificada a despesa na Metodologia do projeto e aprovada pela Coordenação do PROINPES 11

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