CARACTERIZAÇÃO DE AGREGADOS GROSSOS CERÂMICOS RECICLADOS E DO BETÃO FRESCO PRODUZIDO

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1 CARACTERIZAÇÃO DE AGREGADOS GROSSOS CERÂMICOS RECICLADOS E DO BETÃO FRESCO PRODUZIDO Ana Sofia Pereira João Ribeiro Correia Jorge de Brito Arquitecta Assistente Estagiário Professor Associado Mestranda IST IST/ICIST IST/ICIST Lisboa Lisboa Lisboa SUMÁRIO Neste artigo, pretende-se apresentar e comentar uma parte dos resultados de uma campanha de ensaios realizada no IST, com o objectivo de demonstrar a sustentabilidade técnica da utilização de agregados grossos cerâmicos reciclados no fabrico de betão. Apresentam-se os resultados de ensaios realizados aos agregados e as propriedades do betão fresco produzido com os mesmos. O trabalho desenvolvido faz parte de um programa de investigação em curso nesta Universidade na área da reciclagem dos resíduos da construção e demolição (RCD). 1. INTRODUÇÃO O problema dos RCD é de extrema importância tendo em conta o peso que assumem na produção de resíduos sólidos urbanos (41 a 70% no Brasil, 80% na Holanda), pelo que representam, desta forma, um desperdício energético e uma agressão ao meio ambiente. Por outro lado, as operações de remoção e aterro são cada vez mais dispendiosas, pelo que o problema da gestão destes resíduos já não é apenas ambiental, mas também económico. A correcta gestão dos RCD afigura-se fundamental numa perspectiva de desenvolvimento sustentável, tendo em conta os seus impactos mais frequentes: qualidade do ambiente e da paisagem local (figura 1); condições de tráfego de peões e veículos; alteração da drenagem urbana (cheias). Dentro dos RCD, os resíduos cerâmicos representam uma parcela extremamente importante (em Portugal, segundo o PESGRI, produziram-se em toneladas de resíduos cerâmicos -

2 caco cozido). A grande maioria dos resíduos cerâmicos da construção e demolição em Portugal é proveniente do fabrico e aplicação de tijolos, telhas e azulejos de barro vermelho cozido. As principais origens dos resíduos cerâmicos são as seguintes [3]: indústria cerâmica (3 a 7% correspondem a perdas no processo de fabrico); estaleiro de construção (em que se perde cerca de 7% do material transportado, armazenado e aplicado em obra); demolição de edifícios; catástrofes naturais. Figura 1 - Central de reciclagem de RCD Ainda que as suas características mecânicas sejam previsivelmente inferiores às normalmente associadas aos agregados primários pétreos (obtidos nas pedreiras, elas próprias uma outra forma de agressão ao meio ambiente), é viável a substituição, mesmo que parcial, da parcela dos agregados grossos utilizados no fabrico de betão, nomeadamente em artefactos (de que as placas de pavimento são um exemplo) cujas características mecânicas não sejam particularmente exigentes. 2. TRABALHO EXPERIMENTAL DESENVOLVIDO NO IST Baseada nos pressupostos referidos, foi realizada no IST uma campanha experimental [3, 4] para testar a viabilidade da substituição (a 1/3, 2/3 e na totalidade) dos agregados grossos pétreos primários utilizados no fabrico de placas de pavimento (com 5 cm de espessura) por agregados grossos cerâmicos reciclados de sobras de tijolos de barro vermelho. Foram analisadas as características mais relevantes dos agregados, quer da areia (comum a todos os tipos de betão fabricados), quer dos agregados grossos pétreos primários e cerâmicos reciclados. Foi proposto e implementado um processo empírico de pré-saturação dos agregados cerâmicos, susceptível de ser reproduzido tanto numa central de pré-fabricação como no estaleiro de uma obra. Foram ainda realizados ensaios de resistência (compressão e tracção por flexão) e ensaios de durabilidade (resistência à abrasão, absorção de água por capilaridade e absorção de água por imersão) em provetes de dimensões normalizadas. Os resultados destes ensaios não são publicados neste artigo.

3 3. COMPOSIÇÃO DO BETÃO DE REFERÊNCIA A composição do betão de referência foi calculada segundo o método das curvas de referência de Faury [1]. Pretendia-se obter um betão cuja resistência média à compressão fosse da ordem dos 25 MPa. O cálculo baseou-se no estudo da composição de um betão para aplicar em placas de betão de revestimento de piso do tipo Soplacas, sujeitas a um ambiente húmido, sem gelo. Para garantir a resistência anteriormente referida, fixou-se a relação água / cimento em 0,60. Esse cálculo conduziu a um betão de referência, cujos componentes necessários para produzir um metro cúbico de betão são apresentados no quadro 1. Quadro 1 - Componentes necessários à produção de 1 m 3 de betão de referência Componente Malha do Necessidades totais peneiro (mm) (kg /m 3 ) 2,38-4,76 206,8 Inerte natural 4,76-6,35 337,8 6,35-9,52 508,9 Areia 633,8 Cimento 346,7 Água 208,0 litros/m 3 Massa volúmica do betão fresco 2242,0 4. PROCESSO DE OBTENÇÃO DOS AGREGADOS A realização da campanha de ensaios determinou a necessidade de obter inertes cerâmicos reciclados. Esses agregados foram obtidos por britagem de uma palete com 252 kg de tijolos de 11 cm, proveniente da fábrica Lusoceram - Empreendimentos Cerâmicos, SA. Os tijolos foram introduzidos, de forma faseada, na máquina de Los Angeles, tendo-se obtido quantidades significativas de material com granulometria acima de 12,7 cm. Foi então necessário transferir o material assim obtido para o Laboratório de Minas do IST, que possui uma britadeira de maxilas (figuras 2 e 3) adequada para a obtenção das granulometrias desejadas. Figura 2 - Introdução do material na britadeira de maxilas Figura 3 - Aspecto do material obtido

4 Ao processo de britagem seguiu-se um processo de separação, por peneiração, que também foi realizado para os agregados primários. A peneiração dos agregados cerâmicos foi efectuada manualmente (figura 4), pelo facto de a britadeira se encontrar geograficamente afastada da série de crivos mecânica. Esta série de crivos foi utilizada na separação dos agregados pétreos (figura 5). Figura 4 - Peneiração manual dos agregados cerâmicos Figura 5 - Peneiração mecânica dos agregados pétreos 5. ENSAIOS REALIZADOS AOS AGREGADOS Foram realizados os seguintes ensaios aos agregados: - índice volumétrico; - baridade; - massa volúmica e absorção de água de britas e godos; - curva granulométrica da areia. 5.1 Índice volumétrico Foi determinado o índice volumétrico de cada uma das fracções de agregado pétreo e cerâmico, com base na especificação E 223 do LNEC, que determina o seguinte procedimento experimental: pesagem dos agregados por granulometrias (em quantidades especificadas na norma); medição da maior dimensão dos agregados - 50 partículas por cada fracção granulométrica (figura 6); saturação dos agregados; secagem superficial dos agregados; medição do volume ocupado pelos agregados num recipiente graduado (figura 7). De acordo com esta norma, o índice volumétrico de cada uma das fracções granulométricas do agregado (quadro 2) é determinado pela seguinte expressão: V2 V1 (1) V

5 sendo, para cada fracção granulométrica: - ΣV - soma dos volumes das esferas de diâmetro igual ao comprimento de cada partícula, arredondado às unidades; - V 1 - volume da água contida no recipiente graduado; - V 2 - volume da água e dos agregados contidos no recipiente graduado. Figura 6 - Medição da maior dimensão de um agregado cerâmico de uma das fracções Figura 7 - Medição do volume ocupado pelos agregados num recipiente graduado Quadro 2 - Cálculo do índice volumétrico de cada uma das composições Tipo de agregado Primário Cerâmico Fracção granulométrica (mm) ΣV (cm 3 ) V 1 (cm 3 ) V 2 (cm 3 ) 6,35-9,52 154, ,162 4,76-6,35 46, ,149 2,38-4,76 12, ,239 6,35-9,52 138, ,202 4,76-6,35 48, ,144 2,38-4,76 18, ,153 I v O índice volumétrico traduz a forma das partículas. Agregados que tenham uma forma próxima da esférica terão um índice volumétrico próxima da unidade, ao contrário de agregados com uma forma mais alongada, que terão um índice volumétrico mais baixo. Analisando os resultados obtidos, é possível fazer as seguintes observações: - os agregados da fracção 4,76-6,35 são os que têm menor índice volumétrico, seja nos cerâmicos, seja nos primários; - enquanto que nos agregados primários, a fracção 6,35-9,52 é a que possui índice volumétrico mais baixo (e a fracção 2,38-4,76 a que possui o índice mais elevado), nos agregados cerâmicos a situação é a inversa; - a forma como foram obtidos os agregados cerâmicos (através da máquina de Los Angeles, numa primeira fase, e com recurso a uma britadeira de maxilas, posteriormente)

6 teve naturalmente muita influência na inversão da tendência registada nos agregados primários, que é a mais natural; assim, poder-se-á explicar este fenómeno se se tiver registado uma preponderância de material cerâmico de maior granulometria obtido directamente através da máquina de Los Angeles (que mói o material e conduz a fragmentos mais boleados e próximos da forma esférica), enquanto que o material cerâmico de menor granulometria será preponderantemente resultado da acção da britadeira de maxilas (que produz fragmentar de forma mais angulosa); - seria expectável que os agregados cerâmicos fossem, para todas as granulometrias, mais angulosos (menor índice volumétrico) do que os naturais; tal não acontece, o que se deve sobretudo à forma como os cerâmicos foram obtidos (máquina de Los Angeles); esta explicação e a referida no parágrafo anterior são consentâneas com o facto de os agregados cerâmicos terem efectivamente um menor índice granulométrico que os primários para a menor granulometria, a ordem já se ter invertido para a granulometria maior e se passar algo de intermédio para a granulometria média; - quanto ao valor absoluto registado (entre 0,149 e 0,239 nos agregados primários e entre 0,144 e 0,202 nos agregados cerâmicos), eles são relativamente baixos, pelo que o betão feito com agregados com esta forma muito angulosa terá tendência para ter resistência reduzida e elevada permeabilidade (o antigo Regulamento de Betões e Ligantes Hidráulicos Português exigia valores mínimos de 0,12 para o agregado rolado e de 0,15 para o britado, independentemente das características e finalidade do betão). 5.2 Baridade Foi determinada a baridade dos agregados grossos compactados, primários e cerâmicos, utilizados na composição dos vários betões a ensaiar. Quanto aos agregados cerâmicos, foi determinada a baridade seca em estufa, a baridade seca ao ar e a baridade saturada. Para os agregados primários, foi determinada apenas a baridade seca em estufa, por as outras duas serem muito semelhantes. O procedimento experimental (baseado na Norma Portuguesa NP 955) foi o seguinte: pesagem e mistura dos agregados cerâmicos e pétreos nas proporções fixadas pelo cálculo do betão de referência; colocação faseada do material num balde metálico com capacidade de 3 l; compactação por fases do material com um varão metálico (figura 8); pesagem dos agregados contidos no recipiente (figura 9). Figura 8 - Compactação do primeiro terço de material colocado no recipiente Figura 9 - Pesagem dos agregados cerâmicos saturados

7 Apresentam-se no quadro 3 os valores determinados no ensaio para a baridade dos agregados cerâmicos e dos agregados primários. Quadro 3 - Valores determinados no ensaio para a baridade dos agregados Baridade dos agregados (kg/m 3 ) Cerâmicos Primários Agregado seco em estufa 1158,7 1542,0 Agregado seco ao ar 1167,3 - Agregado saturado 1265,0 - Analisando os resultados obtidos, é possível fazer as seguintes observações: - como seria de esperar, em face da densidade dos materiais, a baridade do agregado cerâmico seco em estufa é inferior à baridade do agregado primário nas mesmas condições; - por outro lado, é de notar o natural aumento da baridade no agregado cerâmico à medida que o teor em água aumenta: seco em estufa, seco ao ar e saturado; - o agregado cerâmico seco ao ar tem uma grande capacidade de absorção de água, tornada evidente pela grande diferença entre a baridade do material saturado e a do material seco; - de facto, o material seco ao ar tem uma baridade muito semelhante à registada em estufa, o que demonstra a necessidade da sua pré-saturação quando é utilizado no fabrico de betão. 5.3 Massa volúmica e absorção de água de britas e godos Foram determinadas a massa volúmica e a absorção de água dos agregados utilizados na composição dos diferentes betões a ensaiar. O procedimento experimental seguido baseou-se na Norma Portuguesa NP 581: pesagem dos agregados por fracções granulométricas numa quantidade ditada pela norma; pré-saturação dos agregados cerâmicos; secagem superficial dos agregados cerâmicos; pesagem das partículas saturadas (figura 10); pesagem de um provete imerso com as partículas saturadas (figura 11); pesagem do provete seco em estufa. Figura 10 - Pesagem das partículas cerâmicas saturadas Figura 11 - Pesagem de um provete imerso com as partículas saturadas

8 Resumem-se no quadro 4 os resultados obtidos no ensaio para a massa volúmica dos agregados pétreos e cerâmicos em diferentes condições de humidade. Quadro 4 - Massa volúmica dos agregados Massa volúmica (kg/m 3 ) Cerâmicos Primários Material impermeável das partículas 2682, Partículas saturadas 2272, Partículas secas 2029, Para os agregados cerâmicos, obteve-se uma absorção de água de 12%, referida à massa do agregado seco, enquanto que para os agregados primários se obteve 1,0%. O valor de 12% para a absorção de água dos agregados cerâmicos, referida à massa do agregado cerâmico seco, é extremamente elevado, sobretudo se comparado com o da absorção dos agregados primários. Não sendo uma surpresa, ele vem chamar a atenção para a principal dificuldade / limitação da utilização destes agregados no fabrico de betões e argamassas sem perder uma ou várias das seguintes características: resistência mecânica, trabalhabilidade e durabilidade. A présaturação dos agregados cerâmicos é uma forma de minimizar estas repercussões. Segundo A. Devenny e F. M. Khalaf [2], são necessários aproximadamente 30 minutos para a saturação dos agregados cerâmicos, tendo sido esta a duração adoptada durante as betonagens efectuadas. 5.4 Curva granulométrica da areia e do betão de referência Foram recolhidas quatro amostras para a determinação da curva granulométrica da areia utilizada na composição dos betões ensaiados, tendo sido obtidos resultados satisfatoriamente uniformes. Apresenta-se na figura 12 a curva granulométrica de uma dessas amostras. material que passa através do peneiro (%) ,19 2,38 4,76 6, , , , ,075 0,01 0, abertura das malhas (mm) Figura 12 - Curva granulométrica da areia utilizada Apresenta-se na figura 13 a curva granulométrica adoptada para os agregados grossos (tanto os cerâmicos como os primários). Esta curva é teórica, não tendo sido verificada através de recolha de amostras. Refira-se, contudo, que esta curva foi imposta na prática pela pesagem e verificação rigorosa da posologia das diversas composições.

9 % de material que passa no peneiro ,81 58,08 47,82 0 0,001 0,01 0, Malha do peneiro (mm) 100 Figura 13 - Curva granulométrica dos agregados grossos do betão de referência. 6. PROPRIEDADES DO BETÃO FRESCO Apresentam-se em resumo as propriedades que foram medidas durante as betonagens das diferentes composições do betão fresco: - trabalhabilidade; - massa volúmica; - absorção de água. Na apresentação dos resultados, o betão de referência é designado por BR e as composições em que se substituem os agregados pétreos por cerâmicos designam-se por B1, B2 e B3, consoante essa substituição corresponde a 1/3, 2/3 ou à totalidade dos agregados, respectivamente. Os valores da trabalhabilidade medidos no cone de Abrams (figura 14) das diferentes composições são apresentados no quadro 5 sendo de registar que todos se mantiveram no intervalo pretendido: 80 mm ± 10 mm. Foram igualmente determinados os valores da massa volúmica do betão fresco (figura 15) das diferentes composições. Os resultados são apresentados no quadro 6: Como seria de esperar, à medida que aumenta a percentagem de agregados cerâmicos na mistura a massa volúmica do betão fresco diminui (figura 16). Relativamente à absorção de água, apresenta-se no quadro 7 e na figura 17 a variação da absorção de água com a percentagem de agregados cerâmicos. Figura 14 - Ensaio de abaixamento da composição B3 Figura 15 - Determinação da massa volúmica do betão fresco (composição B3)

10 Quadro 5 - Valores do abaixamento no cone de Abrams para as diferentes composições Composição Abaixamento (mm) BR 70 B1 90 B2 84 B3 80 Quadro 6 - Valores da massa volúmica do betão fresco para as diferentes composições Composição Massa volúmica do betão fresco (kg/m 3 ) BR 23,493 B1 22,703 B2 22,133 B3 21,227 Massa volúmica do betão fresco (kg/m3) y = -0,0221x + 23,494 R 2 = 0, ,00 25,00 50,00 75,00 100,00 % de agregados cerâmicos Figura 16 - Percentagem de agregados cerâmicos versus a massa volúmica do betão fresco Quadro 7 - Absorção de água para as diferentes composições Composição Absorção de água (litros) B1 2,389 B2 4,978 B3 7, CONCLUSÕES FINAIS Os resultados desta campanha experimental, que se pretende seja o início de uma investigação mais aprofundada, permitiram concluir que o principal problema da reciclagem dos agregados

11 grossos cerâmicos como substituto de agregados pétreos primários é a sua elevada absorção de água. No entanto, este problema pode ser em boa parte resolvido recorrendo a um método de présaturação facilmente reprodutível em estaleiro. Absorção de água (litros) y = 0,0747x - 0, R 2 = 0, ,00 50,00 75,00 100,00 % de agregados cerâmicos Figura 17 - Absorção de água para as diferentes composições. 8. REFERÊNCIAS [1] NEPOMUCENO, Miguel C. S., Estudo da Composição de Betões, Provas de Aptidão Pedagógica e Capacidade Científica, Universidade da Beira Interior, DEC, Covilhã, [2] DEVENNY, A.; KHALAF, F. M., The Use of Crushed Brick as Coarse Aggregate in Concrete, in Masonry International, Vol. 12, No 3, 1999, pp [3] PEREIRA, A. S., Utilização de Agregados Grossos Cerâmicos Reciclados na Produção de Betão, Dissertação de Mestrado em Construção, Instituto Superior Técnico, Lisboa, [4] CORREIA, J. P.; PEREIRA, A. S.; BRITO, J. de, Betões com Agregados Cerâmicos. Campanha Experimental Realizada no IST, Relatório ICIST DTC n.º 5/02, DECivil, Instituto Superior Técnico, Lisboa, 2002.