ASPECTOS QUALITATIVOS DA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO UTILIZANDO RESÍDUOS DE AREIA DE FUNDIÇÃO

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1 ASPECTOS QUALITATIVOS DA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO UTILIZANDO RESÍDUOS DE AREIA DE FUNDIÇÃO Christian Egidio da Silva (ITA/GERDAL) Luiz Carlos Silidônio Júnior (GERDAU) Richard Egidio Batista da Silva (USP-EEL) A reutilização ou reaproveitamento de areia é uma excelente opção para implementar a sustentabilidade, proporcionando economia de matéria-prima, redução da necessidade de espaços destinados a resíduos industriais e diminuição dos custos de coleta e de destinação para aterros sanitários. Neste contexto, desenvolve-se o presente estudo no intuito de apresentar um estudo de caso de utilização de resíduos gerados no processo de fundição para a fabricação de blocos de concreto. No presente trabalho são apresentados alguns aspectos qualitativos acerca da fabricação de blocos de concreto utilizando-se dois tipos de resíduos de areia de fundição. A incorporação de resíduos de areia de fundição em concreto em substituição parcial à areia natural, visando a fabricação de blocos de concreto, mostrou-se possível. Não foram evidenciadas diferenças significativas no acabamento superficial, tonalidade e peso dos blocos fabricados com os resíduos de areia de fundição em relação àqueles fabricados utilizando-se de areia natural.os blocos fabricados utilizando-se de resíduos de areia de fundição apresentaram maior absorção de umidade (3,03% e 4,08%) frente àqueles fabricados com areia natural (2,06%). Dentre os resíduos utilizados no presente estudo, aquele constituído por areia de sílica cuja cura é proporcionada por um processo químico (utiliza resina e catalisador) foi o que apresentou maior absorção de umidade.quanto à variação dimensional, o bloco fabricado com este mesmo tipo de resíduo não apresentou variação após submersão dos protótipos em água por 24h. Os blocos fabricados com o resíduo constituído por uma mistura de areias de sílica e cromita, curados termicamente, apresentaram 2,26% de contração. Palavras-chaves: Areia, Reaproveitamento, Fundição, Resíduos, Concreto, Argamassa

2 1. Introdução Empresas têm mudado sua filosofia de satisfação das necessidades do consumidor, objetivando uma melhor qualidade de vida para a sociedade através da busca por soluções aos problemas ambientais, seja através do uso adequado dos recursos naturais ou redução do impacto de suas atividades no meio ambiente. O total de excedentes de areia de fundição gerado apenas no Estado de São Paulo atinge cerca de 1 (um) milhão de toneladas anuais, requerendo à mineração igual quantidade de areia nova. Considerando os demais Estados, esses números praticamente dobram. A disposição dessa areia em aterros contribui de forma marcante para o agravamento dos problemas ambientais, principalmente nos grandes centros urbanos, constituindo tarefa potencialmente poluidora do solo e principalmente das águas superficiais e do subsolo (ARMANGE et al., 2005). De acordo com Lopes et al. (2004), os custos da utilização de areia nova nas indústrias de fundição, somados aos anseios dos órgãos ambientais para redução da deposição de resíduos de fundição em aterros sanitários e geração de descartes não nocivos ao meio ambiente, tem levado as fundições e os fornecedores de matéria-prima, tecnologia e equipamentos a estudar novos processos de reciclagem de areia. Okida (2006) compartilha da mesma opinião ao afirmar que o que se coloca às indústrias é a busca por novas tecnologias, a racionalização na utilização de recursos eliminando ou reduzindo perdas, o aperfeiçoamento do sistema produtivo (eco-eficiência) e sua integração interna e externa para efetivar as transformações necessárias ao atual ambiente de negócios. Segundo Armange et al. (2005) é possível encontrar uma destinação mais adequada do ponto de vista ecológico e que adicionalmente também agregue algum valor a certos resíduos da indústria, diminuindo assim o custo com a disposição em aterros industriais. Trabalhos têm sido conduzidos por diferentes autores no sentido de buscar alternativas para a redução dos problemas associados à extração da areia natural, como por exemplo: produção de areia artificial a partir dos resíduos gerados no processo de britagem para a produção de brita (NEVILLE; 1997, DRAGO et al.; 2009), incorporação de resíduos da construção e demolição no concreto como agregado (CABRAL et al.;20.., ARMANGE et al.; 2005), reaproveitamento de resíduos de areia para fabricação de artefatos de concreto (CETESB; 2010a, 2010b), emprego de areia usada de fundição como camada de cobertura intermediária de aterros sanitários de resíduos sólidos domésticos (GOMES et al.; 2007), utilização de areia de fundição como agregado em argamassas de revestimento (PRETTO et al.; 2006), utilização de areia de fundição em cerâmica vermelha (RIBEIRO et al.; 2006). Dentre as linhas de estudo, destaca-se o reaproveitamento de resíduos de areia de fundição. A CETESB publicou no Diário Oficial do Estado de São Paulo a Decisão de Diretoria N C-E (CETESB; 2010c), que dispõe sobre procedimentos para gerenciamento de areia de fundição. Este documento defende a reutilização do resíduo de areia de fundição como alternativa para aumentar a vida útil de aterros. Além disso, é comentado que o resíduo industrial areia de fundição tem apresentado viabilidade ambiental para a sua reutilização na produção de concreto asfáltico e artefatos de cimento ou de concreto, desde que observados critérios específicos estabelecidos. Segundo este documento, o resíduo industrial areia de fundição tem sido classificado como classe II-A, ou seja, não-perigoso e não inerte (conforme norma NBR , Resíduos sólidos - Classificação). Neste contexto, desenvolve-se o presente estudo no intuito de apresentar um estudo de caso de utilização de resíduos gerados no processo de fundição para a fabricação de blocos de 2

3 concreto. No presente trabalho são apresentados alguns aspectos qualitativos acerca da fabricação de blocos de concreto utilizando-se dois tipos de resíduos de areia de fundição. 2. Materiais e métodos 2.1. Caracterização da matéria-prima Foram empregados 3 (três) tipos de resíduos de areia de fundição, sendo que em 2 (dois) tipos trata-se de areia de sílica quartzosa e em 1 (um) tipo trata-se de areia de cromita. A diferença existente entre os 2 (dois) tipos de areia de sílica reside no tipo de processo de cura: uma obtida através de um processo de cura térmica aonde são utilizadas estufas para proporcionar a resistência ao molde de areia, e outra obtida através de um processo de cura química aonde são utilizados catalisador/resina para proporcionar a resistência ao molde de areia. O resíduo de areia de cromita também é submetido a um processo de cura térmica. Os resíduos foram coletados do próprio processo de fundição após desmolde das peças. A Tabela 1 apresenta as principais características físicas dos resíduos de areia de fundição utilizados no presente estudo. Tabela 1. Características físicas dos resíduos de areia de fundição. Característica analisada Módulo finura (AFS) Concentração (%) Tipo de resíduo de fundição e processo de cura Sílica/Térmico Sílica/Químico Cromita/Térmico ,6 92,2 67,4 Finos (%) 4,7 0,0 5,4 Composição granulométrica Percentual retido por peneira [CEMP-081 (2003)] Peneira Sílica/Térmico Sílica/Químico Cromita/Térmico Individual Acumulado Individual Acumulado Individual Acumulado 3,35mm 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,79mm 3,5 3,5 0,0 0,0 3,3 3,3 0,85mm 3,5 7,1 1,3 1,3 6,5 9,8 0,60mm 2,4 9,4 2,6 3,9 6,5 16,3 0,42mm 18,8 28,2 27,3 31,2 18,5 34,8 0,30mm 38,8 67,1 53,2 84,4 30,4 65,2 0,21mm 20,0 87,1 11,7 96,1 18,5 82,7 0,15mm 7,1 94,1 3,9 100,0 9,8 93,5 0,107mm 1,2 95,3 0,0 100,0 1,1 94,6 0,075mm 1,2 96,5 0,0 100,0 1,1 95,7 3

4 0,053mm 1,2 97,6 0,0 100,0 1,1 96,7 Fundo 2,4 100,0 0,0 100,0 3,3 100, Fabricação de blocos de concreto Através de uma parceria estabelecida com fabricantes de blocos, de pequeno e médio porte, localizados na região do Vale do Paraíba/SP, iniciou-se a fabricação de blocos de concreto, em escala real de produção. Utilizou-se um equipamento manual para fabricação de blocos de concreto. Independente do tipo de equipamento empregado, vale ressaltar que as características do produto são determinadas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), características estas que vão desde a resistência à compressão simples até a absorção de água, e não são específicas para um determinado tipo de equipamento ou outro. Obviamente que um equipamento manual pode não proporcionar a elevada resistência à compressão obtida por um equipamento pneumático. A resistência à compressão é a característica de qualidade que confere ao bloco a capacidade de resistir às cargas, tanto as provenientes do transporte e do assentamento quanto as estruturais. A geometria (comprimento, altura, largura, espessura das paredes, dimensões dos furos) é uma característica importante para quem utiliza o produto, devendo atender aos valores mínimos especificados pelas normas. Existem outras características normatizadas, mas a qualidade percebida é, sem dúvida, um parâmetro de qualidade muito importante, mesmo que seja algo subjetivo e não esteja contemplada em norma alguma, necessitando, portanto, ser analisada e aprofundada. Para a fabricação dos blocos de concreto, foi utilizado como aglomerante o cimento Portland composto CP II, visto ser o ligante empregado rotineiramente pelo fabricante de bloco de concreto que está apoiando o presente estudo. Como o objetivo do trabalho é avaliar numa situação real o comportamento dos blocos ao serem utilizados os resíduos de fundição, optouse por não induzir a utilização de outro tipo de cimento. Como agregado, foram empregados 2 (dois) tipos de resíduos de areia de fundição: areia de sílica obtido pelo processo de cura químico (doravante designado de areia de sílica/químico ) e uma mistura de areia de sílica-cromita, sendo esta submetida ao processo de cura térmico (doravante designado de areia de sílica-cromita/térmico). A água utilizada para a preparação dos traços foi a mesma água que é distribuída para as residências. O concreto foi preparado por meio de uma betoneira comercial. Inicialmente foram adicionados os constituintes sólidos, que foram homogeneizados por um período de aproximadamente 300s (5min). Somente após este tempo de mistura é que foi iniciada a adição de água. A água foi sendo adicionada gradativamente, e entre as adições, a mistura permanecia em agitação na betoneira. A adição de água foi feita em quantidade suficiente para assegurar que a mesma atingisse um determinado nível de molhabilidade. Este ponto é estabelecido através do teste do tato, que consiste em colocar uma pequena quantidade do material misturado na palma da mão, apertando-o de forma que seja obtido um torrão, o qual poderá ser partido em dois sem se esfarelar. A palma da mão deverá só estar levemente umedecida. Caso o torrão se esfarele, deve-se adicionar mais água. Deve-se evitar um excesso de água, pois isso faria com que o cimento escorregasse para a região inferior do bloco, reduzindo sua resistência mecânica na borda superior. Utilizou-se como referência para comparação dos resultados a proporção típica adotada por um fabricante de blocos: 4 partes de pedrisco, 3 partes de areia média e 1 parte de cimento. Os 4

5 resíduos de areia de fundição foram empregados na seguinte proporção, objetivando uma redução da ordem de 50% na quantidade do pedrisco e 70% na quantidade de areia média: 2 partes de pedrisco, 1 parte de areia média, 4 partes do resíduo de areia de fundição e 1 parte de cimento. Concluída a preparação da mistura, inicia-se a confecção dos blocos de concreto propriamente dito. Elegeu-se o bloco de dimensões 140mm (largura) x 190mm (altura) x 390mm (comprimento) por ser um item de grande comercialização empregada para construção de paredes longas, como exemplo, no fechamento de barracões ou muros onde não há cruzamento de paredes e que dispensem elementos compensadores. De acordo com a NBR 6136 (1994), o bloco escolhido para fabricação é um M-15. Na seqüência, seguiu-se o mesmo procedimento adotado para a fabricação de blocos de concreto tradicionais. 3. Resultados e discussão 3.1 Análise morfológica dos grãos dos resíduos de fundição Figura 1. Fotos dos grãos dos resíduos de fundição. Areia de sílica (a) antes e (b) depois da fundição; Areia de cromita (c) antes e (d) depois da fundição. Pelas Figuras 1b e 1d percebe-se que após a fundição existe um acúmulo de resíduos de partículas nos grãos de areia. As partículas que aparecem envolvendo os grãos de areia são fragmentos da própria areia e/ou resíduos dos aglomerantes utilizados para a elaboração da mistura de areia, sendo que em ambos os casos, permaneceram aderidos à superfície devido à ocorrência de sinterização ou até mesmo ligação química. O fracionamento dos grãos de areia ocorre após o esforço mecânico de quebra dos torrões ou mesmo após a ocorrência de choques térmicos durante a fundição propriamente dita Fabricação de blocos de concreto Na Figura 2 encontram-se fotos de alguns blocos fabricados utilizando os resíduos de areia de fundição objeto do presente estudo. 5

6 Figura 2. Fotos dos blocos de concreto fabricados utilizando os resíduos de areia de fundição: (a) resíduo de areia de sílica-cromita/térmico; (b) resíduo de areia de sílica/químico. A seguir, são detalhadas algumas características de qualidade comentadas por dois fabricantes de blocos de concreto. Acabamento superficial dos blocos (característica subjetiva). As peças fabricadas com areia de sílica/químico apresentaram um acabamento superficial melhor (mais liso), muito provavelmente porque os torrões desta areia, depois de desmoldados, são mais facilmente quebrados, sendo, portanto, mais fácil a obtenção de um melhor acabamento superficial do bloco. Os blocos fabricados com areia de sílica-cromita/térmico apresentaram um acabamento superficial mais grosseiro do que na situação em que foi utilizada apenas a areia de sílica/químico, porém, similar àquele obtido nos blocos confeccionados utilizando-se areia natural e pedrisco. Os torrões desta areia apresentam maior dificuldade para serem quebrados é uma característica natural deste processo. Coloração do bloco (característica subjetiva). Não foi percebida diferença significativa de tonalidade dos blocos fabricados tanto com areia de sílica/químico quando sílicacromita/térmico frente aos blocos confeccionados integralmente com areia natural e pedrisco, embora tenha sido visualizada uma diferença representativa na tonalidade dos corpos-deprova utilizados para o teste de compressão (tópico não apresentado no presente trabalho), conforme Figura 3. Pode-se inferir que a inexistência de diferença significativa na tonalidade dos blocos tenha sido devida à utilização de uma mistura de areias: ~70% de resíduo de areia de fundição e ~30% de areia natural tipicamente empregada no processo. 6

7 Figura 3. Diferença de tonalidade visualizada nos corpos-de-prova confeccionados utilizandose dos resíduos de areia de fundição: sílica/químico na parte superior da figura e sílicacromita/térmico na parte inferior da figura. Peso (característica física). Não existiu diferença significativa de peso entre os blocos fabricados com resíduo de areia de fundição e areia natural. Um bloco fabricado com areia natural, no mesmo equipamento e molde, apresentou massa seca de 9,7kg, ao passo que os blocos fabricados com resíduo de areia de fundição apresentaram massas secas de 9,8kg e 9,9kg, respectivamente, para areia de sílica/químico e areia de sílica-cromita/térmico. Apesar da medição da massa, segundo a opinião de funcionários de um fabricante de blocos, não foi possível perceber diferença significativa de peso entre os blocos tradicionais e os blocos fabricados a partir de resíduo de areia de fundição quando ambos são movimentados/transportados com as mãos, o que reforça a indiferença medida. Após imersão do total dos blocos em água por um período de 24h, efetuou-se nova pesagem dos mesmos. Observou-se que o bloco fabricado com areia natural apresentou massa úmida de 9,9kg (absorção de água de 2,06%), ao passo que os blocos fabricados com resíduo de areia de fundição apresentaram massas úmidas de 10,2kg (absorção de água de 4,08%) e 10,2kg (absorção de água de 3,03%), respectivamente, para a areia de sílica/químico e areia de sílicacromita/térmico. Variação dimensional (característica física). Efetuou-se medição da altura, largura, comprimento e espessura dos blocos fabricados nas situações: seco e úmido. Comparando-se as dimensões em ambas a situações, observou-se que o bloco fabricado com areia natural e pedrisco (referência) e aquele fabricado com areia de sílica/química não apresentaram alteração no dimensional, mantendo praticamente os mesmos valores. Já o bloco fabricado com areia de sílica-cromita/térmico, apresentou ligeira alteração dimensional: 2,26% de contração após 24h de submersão em água. Consumo de cimento (característica econômica). De uma maneira geral, o consumo de cimento é o item de maior preocupação devido ao custo associado, sendo, portanto, 7

8 fatalmente o item de maior controle. Fabricantes de elevada produtividade, com restrições de espaço para armazenamento e necessidade de alta rotatividade do seu produto, costumam empregar cimentos de alta resistência inicial (CPV) para facilitar e tornar mais ágil seu armazenamento e movimentação/transporte. Fabricantes de produtividade intermediária ou baixa costumam utilizar cimentos de tipos inferiores (entre CPII e CPIV), visto que podem muito provavelmente produzir os blocos e mantê-los em suas instalações por um período de tempo maior até atingir a mínima resistência mecânica necessária para movimentação/transporte. Tendo em vista o exposto, a grande preocupação reside no fato de estarem sendo utilizados agregados com uma granulometria diferenciada, que proporcione uma maior área superficial. Considerando que o cimento (ligante) irá envolver os grãos de areia, se a distribuição granulométrica do agregado (resíduo de areia) que substitui a areia natural ou o próprio pedrisco mostrar uma maior concentração de partículas de menores dimensões, fatalmente o consumo de cimento aumentará. Para situações como esta, torna-se inevitável efetuar-se uma avaliação da relação custo-benefício da substituição da areia natural pelo resíduo de areia de fundição em relação ao provável incremento de consumo do cimento. Na prática, evidenciou-se que o controle realizado pelos fabricantes de blocos de concreto não é preciso, o que certamente é um ponto de melhoria de gestão, e em função disso, esta variação de consumo de cimento em função de uma variação granulométrica não foi percebida pelo fabricante. 4. Conclusões A incorporação de resíduos de areia de fundição em concreto em substituição parcial à areia natural, visando a fabricação de artefatos, é possível. Não foram evidenciadas diferenças significativas no acabamento superficial, tonalidade (coloração) e peso dos blocos fabricados com os resíduos de areia de fundição em relação àqueles fabricados utilizando-se de areia natural. Os blocos fabricados utilizando-se de resíduos de areia de fundição apresentaram uma ligeira, porém maior, absorção de umidade (3,03% e 4,08%) frente àqueles fabricados com areia natural (2,06%). Dentre os resíduos utilizados no presente estudo, aquele constituído por areia de sílica cuja cura é proporcionada por um processo químico (utiliza resina e catalisador) foi o que apresentou maior absorção de umidade. Quanto à variação dimensional, observou-se que os blocos fabricados com o resíduo sílica/químico não apresentaram variação após submersão dos protótipos em água por 24h. Já os blocos fabricados com o resíduo sílica-cromita/térmico apresentaram 2,26% de contração. 5. Referências bibliográficas ABIFA. CEMP-081 Materiais granulares usados em fundição Determinação da distribuição granulométrica e módulo de finura. Comissão de Estudos de Matérias-primas. Maio, ABNT. NBR 6136 Bloco vazado de concreto simples para alvenaria estrutural. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Novembro, ABNT. NBR 7215 Cimento Portland Determinação da resistência à compressão. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Dezembro,

9 ARMANGE, L.C.; NEPPEL, L.F.; GEMELLI, E.; CAMARGO, N.H.A. Utilização de areia de fundição residual para uso em argamassa. Revista Matéria, v.10, n.1, pp.51-62, CABRAL, A.E.B.; SCHALCH, V.; DAL MOLIN, D.C.C.; RIBEIRO, J.L.D. Modelagem da resistência à compressão de concretos produzidos com agregados reciclados de RCD. Minerva, 4(1): COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO - CETESB. Redução do descarte de areia de fundição e do consumo de areia nova na indústria de fundição. Disponível em Acesso em: 17 mai COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO - CETESB. Reuso de areia de fundição e reciclagem de resíduos da recuperação. Disponível em Acesso em: 17 mai COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO - CETESB. Decisão de diretoria C-E. Disponível em Acesso em: 17 mai DRAGO, C.; VERNEY, J.C.K.; PEREIRA, F.M. Efeito da utilização de areia de britagem em concretos de cimento Portland. Revista Escola de Minas, Ouro Preto, 62(3): , jul.set GOMES, L.P.; MORAES, C.A.M.; BOFF, R.D. Emprego de areia usada de fundição em coberturas intermediária e final de aterros sanitários de RSU. Tecnologia em Metalurgia e Materiais, São Paulo, v.3, n.4, p.71-76, abr.-jun LOPES, E.J.; FERREIRA, F.F.; DEZENA, M.L. Sistema de recuperação de areias alcalinas de fundição. Revista Fundição & Matérias Primas, Caderno Técnico, pp48-59, NEVILLE, A.M. Propriedades do concreto. (2.ed.). São Paulo: Pini, OKIDA, J. R. Estudo para minimização e reaproveitamento de resíduos sólidos de fundição Dissertação de Mestrado (Engenharia de Produção) Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, PR. PRETTO, M.E.J.; LOVATO, P.S.; MASUERO, A.B.; DAL MOLIN, D.C.C. Avaliação da utilização da areia de fundição ligada quimicamente como agregado em argamassas de revestimento. 61º Congresso Anual da ABM. Rio de Janeiro, RJ, RIBEIRO, R.A.C.; MYMRIN, V.A.; JUNIOR, V.M.; PONTE, H.A. Utilização de pó de exaustão e areia de fundição no desenvolvimento de cerâmica vermelha. 17º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais CBCimat. Foz do Iguaçu, PR, p , SILVA, C.E.; JÚNIOR, L.C.S.; CARVALHO, S.M.; BATISTA DA SILVA, R.E. Incorporação de resíduos de areia de fundição em argamassa visando fabricação de artefatos utilizados na construção civil caracterização física. 19º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais CBCimat. Campos do Jordão, SP, p , SILVA, C.E.; JÚNIOR, L.C.S.; CARVALHO, S.M.; BATISTA DA SILVA, R.E. Reaproveitamento de resíduos de areia de fundição Resultados preliminares. 19º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais CBCimat. Campos do Jordão, SP, p ,