SUBSTITUIÇÃO DE UMA PARCELA DO AGREGADO NATURAL POR BORRACHA DE PNEUS: INFLUÊNCIA NA ADERÊNCIA AÇO E CONCRETO

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1 SUBSTITUIÇÃO DE UMA PARCELA DO AGREGADO NATURAL POR BORRACHA DE PNEUS: INLUÊNCIA NA ADERÊNCIA AÇO E CONCRETO Jonas Luís de Godoy aculdade de Engenharia Civil CEATEC godoy.jl@hotmail.com Ana Elisabete Paganelli Guimarães de Ávila Jacintho Tecnologia do ambiente construído CEATEC anajacintho@gmail.com Resumo: De acordo com resoluções do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente), desde 1999, ficou regulamentado que a indústria fabricante de pneus é obrigada a dar um fim ambientalmente correto a pneus inservíveis. Pois os mesmos eram descartados indiscriminadamente na natureza. Assim, buscando dar uma destinação mais nobre a estes poluidores, pensou-se em adicioná-lo ao concreto para uso em várias frentes da construção civil. No entanto, é preciso estudar o comportamento desse novo concreto e sua viabilidade. Nesse estudo será abordada a substituição de parte do agregado natural por de pneus, analisando seu comportamento em relação à tensão de aderência do concreto com ao aço. Para isso, existe um ensaio realizado em laboratórios e normatizado com o nome de pull out test, porém há uma proposta a nível internacional em estudar essa tensão utilizando como moldes garrafas PET (ensaios APULOT). A eficiência da ligação aço-concreto pode ser quantificada através da relação tensão de aderência versus deslizamento. Em nosso estudo será utilizado concreto com resistência convencional e aço CA 50. Palavras-chave: aderência,, concreto. Área do Conhecimento: Engenharias Engenharia Civil Construção Civil CNPq. 1. INTRODUÇÃO 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. É considerado pneu ou pneumático todo artefato inflável, constituído basicamente por e materiais de reforço utilizado para rodagem em veículos, e inservível aquele que não mais se presta a processo de reforma que permite condição adicional. A Resolução 416 de 30 de setembro de 2009 mudou a proporção da destinação final que as indústrias de pneus devem dar aos seus produtos inservíveis, mas continua firme no propósito de preservar a natureza. Os pneus inservíveis estão sendo descartados na natureza indiscriminadamente. Por esse motivo, busca-se dar uma destinação mais nobre a esse material, e uma de suas utilizações é a confecção de concreto com para uso em diversas frentes de construção, inclusive no concreto armado. Neste trabalho pretende-se estudar a tensão de aderência entre aço e concreto quando o concreto convencional é confeccionado com de pneus substituindo uma parte do agregado natural. Quando se investiga o concreto armado, a tensão de aderência é um indicativo do comportamento da transferência de tensões que existe na interface entre a barra de aço da armadura e o concreto que a envolve. Essa tensão pode ser obtida em ensaios de arrancamento da barra de aço do concreto que a envolve, chamado de pull out test. Esses ensaios são normatizados e realizados em laboratório, mas existe uma proposta a nível internacional de se fazer um ensaio menos complexo do que o pull out, com o uso de garrafas PET como molde, para serem efetuados em obras. A eficiência dessa ligação pode ser convenientemente quantificada através da relação tensão de aderência versus deslizamento, a qual representa a variação da tensão que surge na interface do aço com o concreto, relacionada ao deslocamento relativo entre a barra da armadura e o concreto envolvente. 2. ADERÊNCIA AÇO E CONCRETO Pode-se definir aderência como sendo o mecanismo de transferência de tensões que existe na interface

2 entre a barra de aço da armadura e o concreto que a envolve. Esse fenômeno é tão importante, que a própria definição de concreto armado se condiciona à sua existência. A forma usual de consideração dessa ligação tem sido por meio da definição de uma tensão de aderência, e sua distribuição ao longo da interface tem sido exaustivamente investigada, já que seu conhecimento é essencial para a compreensão do comportamento de ancoragens retas, dos ganchos e das emendas. A aderência está associada a uma combinação das parcelas relativas à adesão, ao atrito e à ancoragem mecânica. Esta divisão, entretanto, é meramente didática, não sendo possível determinar-se cada componente isoladamente, devido à complexidade dos fenômenos envolvidos. Uma das pesquisas realizadas no Brasil sobre aderência aço e concreto, sendo o concreto com resíduos de de pneus, foi feita por RANÇA(2004) na UNESP de Ilha Solteira. Ele comparou a tensão de aderência obtida em ensaios de pull out, entre concreto convencional de resistência à compressão de 35MPa, com concreto com resíduos de de resistência de 25MPa. RANÇA(2004) comparou seus resultados experimentais com outros pesquisadores e concluiu que o concreto com pode ser usado em estruturas de concreto armado, apesar das resistências mecânicas não alcançarem valores muito altos. As curvas tensão de aderência x deslizamento da barra tiveram desenvolvimento similar entre o concreto convencional e o concreto com, apesar do concreto com apresentar tensão de aderência com valores inferiores. Espera-se que o comportamento mecânico dos concretos com, seja compatível com o comportamento do concreto referência no que se refere à aderência aço e concreto, tomando-se por base as constatações feitas em diversas pesquisas já concluídas sobre o comportamento mecânico do concreto com. AKASAKI et al. (2003) observaram que os resíduos chamados fibras de podem atuar como obstáculos no desenvolvimento de fissuras, quando interceptam as microfissuras que surgem durante o endurecimento do concreto, impedindo sua progressão. Já YUNPING XI et al. (2004) verificaram que o concreto com possui características únicas com potencial para uso em variadas aplicações. Segundo MELLO e LINTZ (2008) o concreto com pode ser utilizado na fabricação de peças pré-moldadas para piso como uma alternativa de contribuir para a diminuição da disposição deste material em aterros e para a preservação de recursos naturais não-renováveis. Esta pesquisa objetiva dar subsídios técnicos para que este concreto seja utilizado com mais segurança na construção civil, visto o seu grande potencial. 3. MATERIAIS E MÉTODOS Para esta pesquisa foram utilizados os seguintes materiais: - cimento: tipo CP ARI RS - água: da rede de abastecimento da cidade de Campinas - areia: tipo quartzosa; - brita: tipo basalto; - : de pneu inservível triturada; - aditivo: MIRA 94, polifuncional, fabricado pela empresa GRACE. A adicionada no concreto foi em relação à massa de cimento definida no traço, desta forma foram realizadas três concretagens e três moldagens: uma para o concreto referência, uma para o concreto com 10% de adição de e uma para o concreto com 20% de adição de. Para cada concretagem foram preparados 0,07m³ de concreto e os traços em massa são apresentados na tabela 1. Tabela 1 - Traços de concreto Traço Relação a/c Referência 1 : 1,93 : 3 0,52 Com 10% de 1 : 1,92 : 3 0,46 Com 20% de 1 : 1,95 : 3 0,44

3 Também foram estudadas algumas normas da ABNT relacionadas à construção civil, a fim de aprimorar o conhecimento sobre o tema. oram estudadas as normas NBR5738:2003 que normatiza o procedimento para moldagem e cura de corpos-deprova, NBR5739:2007 que normatiza o ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos de concreto, NBR7222:2011 que normatiza a determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos e a NBR8522:2003 que normatiza os ensaios para determinação do módulo de elasticidade. Os resultados da caracterização com relação à granulometria dos agregados (, areia e brita, são mostrados nas figuras 1, 2 e 3. igura 1 Curva Granulométrica da Borracha igura 3 Curva Granulométrica da Brita As características físicas (massa específica e peso unitário) dos materiais, areia e brita podem ser vistas na tabela 2. Tabela 2 - Características dos materiais Material Massa Específica Peso Unitário (g/cm 3 ) (Kg/L) Borracha 1,45 0,40 Areia 2,62 1,51 Brita 2,95 1,59 As características do aço são apresentadas na tabela 3. Tabela 3 - Características do Aço Diâmetro da barra Tensão de Escoamento Tensão de Ruptura mm MPa MPa 8mm 583,0 708,3 igura 2 Curva Granulométrica da Areia Após a moldagem, os corpos de prova e os modelos de garrafa PET foram colocados no dia seguinte submersos em água para cura. Um dia antes de cada ensaio eles foram retirados da cura para que não fossem ensaiados na condição saturada. O comprimento de ancoragem usado neste pesquisa, para barras de diâmetro de 8mm foi de 11cm e foi calculado usando a Equação 4, admitindo as considerações da Equação 3, entretanto utilizando-se a tensão de ruptura do aço. Optou-se por esta tensão por entender-se que sendo este um concreto com, onde suas características ainda não estão totalmente comprovadas, o comprimento de aderência deveria ser maior que o convencional pois o concreto com tem resistências menores que o concreto usual.

4 L u (equação 1) f y (equação 2) u L f y 4 (equação 3) f y L 4 (equação 4) u Onde: u =Tensão última de aderência (MPa); = orça de arrancamento (N); = diâmetro da barra (mm); f y =Tensão de escoamento do aço (MPa); L = Comprimento de ancoragem (mm) Tabela 4 - Legenda da igura 4 1 Pontos encontrados por Lorrain e Barbosa (2008) 2 Regressão linear com os pontos sugeridos por Lorrain e Barbosa (2008) 0,33 f 4,35 com R 2 = 0,96 u c Na figura 5, encontra-se um esquema dos ensaios APULOT feitos por SILVA (2010) Cunha Cunha Macaco Hidraúlico Curso do Macaco Chapas de Apoio Zona Aderente Zonas Não Aderentes Trajetórias de Compressão Trajetórias de Tração igura 5 - Esquema de ensaio APULOT Garrafa PET Barra de Aço Derformação do concreto na zona aderente restringida Para a determinação de L (comprimento de ancoragem), o valor da tensão última de aderência é obtido, pela curva de correlação adotada por Lorrain e Barbosa (2008) (igura 4, com legenda na Tabela 4). É importante salientar aqui que estes valores sugeridos de comprimento de ancoragem desta pesquisa experimental são as primeiras tentativas de caracterização do ensaio APULOT, podendo estes valores serem renovados com os avanços das pesquisas com estes ensaios. igura 4 - Curva de correlação Lorrain e Barbosa (2008). 4. PROCEDIMENTOS DOS ENSAIOS oram realizados ensaios com 7, 14 e 28 dias de idade para corpos de provas cilíndricos de dimensões 10x20cm e ensaios aos 14 e 28 dias de idade para modelos moldados com garrafas PET. Aos 7 dias obteve-se resultados da resistência à compressão axial do concreto e do módulo de elasticidade. Aos 14 e 28 dias foram realizados os ensaios de arrancamento das barras APULOT e também foram obtidas as seguintes características mecânicas do concreto: resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade. 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados dos ensaios de resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade podem ser vistos na tabela 5. Tabela 5 - Características Mecânicas dos concretos Tipo de Idade do Resistência à Compressão Resistência à Tração Indireta Módulo de Elasticidade (MPa) (MPa) (GPa) Referência 7 dias 37,25-46,78

5 10% de 20% de 14 dias 38,37 4,32 48,51 28 dias 43,27 3,97 47,79 7 dias 26,22-40,93 14 dias 30,59 3,76 42,72 28 dias 30,94 2,77 43,16 7 dias 18,29-32,61 14 dias 20,01 2,54 35,81 28 dias 18,45 2,42 33,63 As figuras de 6 a 11 mostram os gráficos de Tensão de Aderência x Deslizamento obtidos nos ensaios. Na tabela 6, apresentam-se os resultados dos ensaios de arrancamento. Para todos os ensaios foram utilizados barras de 8mm de diâmetro e comprimento de ancoragem de 11cm. oram ensaiados 5 modelos para cada série de concreto, entretanto alguns resultados foram descartados por se apresentarem muito discrepantes ou por ocorrer o rompimento da barra de aço antes do deslizamento. Para a série do concreto referência, três resultados foram descartados aos 14 dias e dois aos 28 dias, para a série do concreto com adição de 10% de, dois resultados foram descartados aos 14 dias e dois aos 28 dias, para a série de concreto com 20% de, um resultado não foi considerado aos 14 dias e dois aos 28 dias. igura 6 - Ensaios de arrancamento do concreto referência com 14 dias igura 7 - Ensaios de arrancamento do concreto referência com 28 dias Tabela 6 - Resultados da tensão última de aderência Tipo de Referência Idade 14 dias 28 dias Resistência à Compressão Carga de Ruptura Tensão de Aderência (MPa) (kn) (MPa) 38,37 45,14 16,33 38,37 46,05 16,66 43,27 35,11 12,70 43,27 53,59 19,38 43,27 29,16 10,55 10% de 14 dias 28 dias 30,59 41,31 14,94 30,59 39,90 14,43 30,59 30,38 10,99 30,94 29,14 10,54 30,94 45,89 16,60 30,94 36,31 13,13 igura 8 - Ensaios de arrancamento do concreto com adição de 10% de com 14 dias 20% de 14 dias 28 dias 20,01 9,60 3,47 20,01 14,91 5,39 20,01 9,59 3,47 20,01 11,08 4,01 18,45 8,21 2,97 18,45 8,78 3,18 18,45 9,70 3,51 igura 9 - Ensaios de arrancamento do concreto com

6 adição de 10% de com 28 dias Para se chegar a equações correlacionando o comprimento de ancoragem com a quantidade de adicionada ao concreto, mais pesquisas precisam ser feitas, para uma gama de quantidades de adicionadas ao concreto maior. AGRADECIMENTOS À APESP pela bolsa de iniciação científica através do processo 2011/ Aos técnicos do Laboratório de Materiais de Construção e Estruturas da PUC-Campinas e às professoras orientadoras do grupo de pesquisa. igura 10 - Ensaios de arrancamento do concreto com adição de 20% de com 14 dias igura 11 - Ensaios de arrancamento do concreto com adição de 20% de com 28 dias 6. CONCLUSÕES Uma conclusão obtida neste trabalho já é clássica, a de que a adição de no concreto faz com que o mesmo tenha uma diminuição na resistência à compressão. Uma outra conclusão importante obtida foi a de que a adição de no concreto faz com que a tensão de aderência também diminua conforme se aumenta a proporção de fibras de. Desta forma, é aceitável que se adicione fibra de de pneu inservível ao concreto para determinadas utilizações estruturais, porém é preciso que se estude mais detalhadamente até que proporção isso é possível. Também os valores indicados para o cálculo do comprimento de ancoragem para o concreto convencional devem ser revistos e aumentados para quando o elemento estrutural for feito com concreto com. Os indicativos obtidos nesta pesquisa é de que os valores deste comprimento de ancoragem são proporcionais à quantidade de adicionada ao concreto. REERÊNCIAS [1] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003). NBR 8522 : Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva tensão-deformação. Rio de Janeiro. 9p. [2] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003). NBR5738 Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro. 6p. [3] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2007). NBR5739 Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos de concreto. Rio de Janeiro. 4p. [4] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2011). NBR7222 Argamassa e concreto - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro. 3p.CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Dispõe sobre a disposição ambientalmente correta de pneus inservíveis. Resolução nº 258, de 23 de agosto de Diário Oficial (da República ederativa do Brasil), Brasília, 03 de dezembro de [5] CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Dispõe sobre a preservação à degradação ambiental causada por pneus inservíveis e sua destinação ambientalmente adequada, e dá outras providências. Resolução nº 416, de 30 de setembro de Diário Oficial (da República ederativa do Brasil), Brasília, 01 de outubro de [6] ERNANDES, R.M.; EL DEBS, A.L.H.C. Investigação experimental da aderência aço-concreto sob ações repetidas. In: 43º Congresso Brasileiro do. Anais. CD-Room [7] RANÇA, V. H.. Aderência Aço- Uma análise do comportamento do concreto fabricado com resíduos de. Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira SP, 2004.

7 [8] LORRAIN, M.; BARBOSA, M.P. Controle de qualidade dos concreto estruturais: ensaio de aderência aço e concreto. Revista e Construções. n. 51, pp jul, ago, set, [9] LORRAIN, M.; BARBOSA, M.P.; ARNAUD M.. Bond test and on-site structural concrete quality control. 3rd fib International Congress Anais. EUA [10] MELLO ; LINTZ, R. C. C. Estudo da incorporação de resíduos de inservíveis em concretos utilizados para a fabricação de pisos intertravados. In: 60ª Reunião Anual da SBPC, 2008, CAMPINAS [11] SILVA, B. V. Investigação do potencial dos ensaios APULOT e pull-out para estimativa da resistência à compressão do concreto. Dissertação de Mestrado. UNESP de Ilha Solteira [12] YUNPING XI, YUE LI, ZHAOHUI XIE, AND JAE S. LEE. Utilization of solid wastes (waste glass and rubber particles) as aggregates in concrete. In: International Workshop on Sustainable Development And Concrete Technology. pp.45-54, 2004.