ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE E IMERSÃO DE BETÕES PRODUZIDOS COM AGREGADOS GROSSOS CERÂMICOS RECICLADOS

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1 ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE E IMERSÃO DE BETÕES PRODUZIDOS COM AGREGADOS GROSSOS CERÂMICOS RECICLADOS João Ribeiro Correia, Jorge de Brito e Ana Sofia Pereira Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura, Instituto Superior Técnico SUMÁRIO No âmbito de um programa de investigação em curso no IST na área da reciclagem dos resíduos da construção e da demolição (RCD), testou-se a viabilidade da substituição de agregados grossos pétreos por agregados cerâmicos no fabrico de betões. Neste artigo, apresentam-se os resultados relativos aos ensaios de absorção de água por capilaridade e por imersão dos betões produzidos com este tipo de agregados, de acordo com as especificações do LNEC E393 e E394, respectivamente. 1. INTRODUÇÃO Os RCD apresentam uma parcela bastante importante da totalidade dos resíduos sólidos urbanos produzidos anualmente, constituindo um grave problema ambiental e técnico-económico da sociedade actual. Por um lado, estes resíduos constituem uma agressão ambiental e um desperdício energético (representam uma percentagem significativa dos resíduos levados a aterro) e, por outro, verifica-se que as operações de remoção e aterro são cada vez mais caras. Dentre os RCD, os resíduos cerâmicos representam uma parcela extremamente importante. Só em Portugal, são produzidas anualmente 150 mil toneladas de resíduos cerâmicos. Estes resíduos têm como fontes principais a indústria cerâmica (perdas associadas ao processo de fabrico de elementos cerâmicos), a construção de edifícios (transporte, colocação e abertura de roços), a demolição de edifícios e catástrofes (sismos, cheias e conflitos armados). Enquanto que a maior parte dos resíduos produzidos na indústria cerâmica são reincorporados no processo de fabrico, os provenientes das restantes fontes são normalmente transportados para vazadouro, sem haver qualquer reaproveitamento. Uma das hipóteses para promover a valorização destes resíduos é a sua utilização no fabrico de peças de betão cujas características mecânicas não sejam particularmente exigentes, como é o caso das placas de pavimento. A viabilidade da substituição de agregados pétreos por agregados cerâmicos reciclados no fabrico de betões faz parte de um programa experimental integrado na elaboração de uma dissertação de Mestrado em Construção intitulada Utilização de Agregados Grossos Cerâmicos Reciclados na Produção de Betão [1], que se descreve na secção seguinte. 2. CAMPANHA EXPERIMENTAL A campanha de ensaios realizada no Instituto Superior Técnico consistiu na betonagem de placas de pavimento de betão simples em que se substituiu a parcela de agregados pétreos (utilizados no fabrico de um betão de referência BR) por agregados cerâmicos provenientes da trituração de uma palete de tijolos de barro vermelho. A substituição foi realizada por fracções sucessivamente crescentes (1/3, 2/3 e 3/3, correspondendo respectivamente aos betões B1, B2 e B3). Os resultados desta investigação encontram-se reportados na sua totalidade num relatório do ICIST, Instituto de Engenharia de Estruturas, Território e Construção [2], de divulgação restrita. Foram realizados os seguintes ensaios aos inertes (sendo os resultados reportados em [3]): índice volumétrico (de acordo com a especificação E223 do LNEC); baridade seca ao ar e em estufa e saturada (segundo a Norma Portuguesa NP955);

2 massa volúmica (do material impermeável das partículas, das partículas saturadas e das partículas secas) e absorção de água referida à massa de agregado seco (como prescrito na NP581); curva granulométrica. Durante as operações de betonagem foram determinadas as seguintes propriedades do betão fresco (resultados igualmente apresentados em [3]): trabalhabilidade (medida através do abaixamento no cone de Abrams e mantida constante em todas as betonagens: 80 mm ± 10 mm); massa volúmica; absorção de água. Finalmente, as diferentes composições de betão endurecido foram sujeitas aos seguintes ensaios: rotura à compressão (de acordo com a especificação E226 do LNEC); rotura à tracção por flexão (segundo a especificação E227 do LNEC); resistência à abrasão (recorrendo à norma DIN 52108); absorção de água por capilaridade (conforme prescrito na especificação E393 do LNEC); absorção de água por imersão (segundo a especificação E394 do LNEC). Os resultados dos dois primeiros ensaios podem ser encontrados em [4], os do terceiro em [7] e os dos dois últimos são agora objecto de uma descrição pormenorizada. 3. ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE Para as várias composições de betão em estudo, em que se fez variar a proporção relativa entre agregados grossos pétreos e cerâmicos, determinaram-se os valores da absorção de água por capilaridade. Com a realização deste ensaio, procurou-se confirmar que a absorção por capilaridade aumenta com a percentagem de agregados cerâmicos na composição do betão. O procedimento experimental seguido baseou-se na especificação E 393 do LNEC: obtenção de provetes para a realização do ensaio; colocação dos provetes na estufa e pesagem; colocação dos provetes na câmara de cura seca e pesagem; colocação dos provetes num recipiente para absorção por capilaridade e pesagens e medições da ascensão capilar periódicas. 3.1 Obtenção dos provetes Pelo facto de o material disponível para a realização da campanha experimental ser limitado, os provetes necessários à realização dos ensaios de absorção (utilizaram-se 3 provetes para as composições BR e B2 e 2 para as B1 e B3) foram obtidos por corte dos provetes utilizados no ensaio de resistência à tracção por flexão (figura 1). Procuraram-se obter provetes com as seguintes dimensões: ensaio de absorção por capilaridade: cm 3 ensaio de absorção por imersão: cm 3 Relativamente às dimensões dos provetes para o ensaio de absorção por capilaridade, são as seguintes as exigências (1. e 3., ambas verificadas) e recomendações (2. e 4., ambas não verificadas) expressas na especificação E 393 do LNEC: 1. Volume mínimo de 0,001 m 3 ; 2. Secção quadrada ou circular, se possível não inferior a mm 2 ; 3. Altura do provete deve ser pelo menos o dobro da aresta ou diâmetro; 4. A dimensão da aresta ou do diâmetro deve ser de preferência 150 mm. A superfície dos provetes assim obtidos foi regularizada através de uma rebarbadora (a dimensão dos provetes não permitiu a utilização do equipamento de rectificação de carotes), colocando-se em todas as faces o agregado à vista (figura 2). Depois de serem regularizados, os provetes foram medidos com craveira e fita métrica e foram limpos com um pano húmido para retirar a camada de pó que se formou à

3 superfície, devido à regularização com a rebarbadora. Figura 1 - Obtenção dos provetes para determinação da absorção por capilaridade e imersão Figura 2 - Regularização de um provete para determinação da absorção por imersão 3.2 Determinação da massa dos provetes secos em estufa Quanto ao processo de secagem, a especificação E 393 do LNEC preconiza uma secagem em estufa a 40 ± 5 ºC durante 14 dias. Como a estufa do laboratório estava regulada a 100 ºC (e na data do ensaio não era possível alterar essa temperatura para 40 ºC), optou-se por colocar os provetes na estufa a uma temperatura superior mas durante menos tempo (figura 3). Passados 6 dias os provetes foram retirados da estufa, tendo sido pesados uma hora depois (figura 4). As massas obtidas estão representadas no Quadro 1. Figura 3 - Colocação dos provetes na estufa BR B1 B2 B3 Provetes m 18/6/02 (g) Quadro 1 - Massa dos provetes após serem retirados da estufa Figura 4 - Pesagem dos provetes retirados da estufa Provetes m 19/6/02 (g) BR B B B3 Quadro 2 - Massa dos provetes colocados na câmara de cura seca

4 3.3 Determinação da massa dos provetes colocados na câmara de cura seca: Após a pesagem dos provetes secos em estufa, os provetes foram colocados na câmara de cura seca (humidade relativa (50%) e temperatura (20 ºC) controladas) durante um dia e voltaram a ser pesados (Quadro 2). Os valores obtidos nesta medição foram tomados como valores de referência do ensaio 3.4 Colocação dos provetes no recipiente para absorção por capilaridade: Antes de ser montado o dispositivo para realização do ensaio, foi necessário marcar na superfície dos provetes com um lápis de carvão e um esquadro as seguintes linhas (figuras 5 e 6): - uma horizontal a 0,5 cm da base para marcar a altura do provete que vai ficar dentro de água; - verticais ao meio das quatro faces dos provetes para medir a altura de ascensão capilar. Figuras 5 e 6 - Marcação das linhas nos provetes. Depois de terem sido marcados, os provetes foram colocados dentro de um recipiente metálico, sobre palhetas de plástico. O recipiente foi cheio com água até às marcas horizontais dos provetes e foi colocada uma campânula plástica a tapar o recipiente (figuras 7 e 8). Figura 7 - Água a ser colocada dentro do recipiente metálico Figura 8 - Colocação da campânula sobre o recipiente 3.5 Medições da ascensão capilar Foram efectuadas medições da ascensão capilar às 3 h, 20 h, 24 h e 48 h. Em cada uma das medições, registou-se a massa e a altura de ascensão capilar em cada uma das quatro faces dos provetes, de acordo com o seguinte procedimento: - cada um dos provetes foi retirado da câmara do reservatório metálico com água e foi colocado num recipiente não absorvente durante 60 segundos (figura 9); - de seguida, foi pesado na balança (figura 10);

5 - após a pesagem, mediu-se a altura de ascensão capilar em cada uma das quatro faces; - depois de efectuadas as medições anteriores, o provete foi colocado de novo dentro do recipiente com água e o recipiente não absorvente foi seco com um pano absorvente. Figura 9 - Colocação do provete num recipiente não absorvente Figura 10 - Pesagem do provete 3.6 Resultados obtidos e conclusões Já que os resultados deste ensaio podem ser muito influenciados pelas dimensões do provete de ensaio (entre outros factores), e as recomendações dimensionais da especificação não são cumpridas (ver 3.1), os resultados do ensaio devem servir sobretudo para comparar as diferentes composições ensaiadas. Relativamente aos resultados da ascensão capilar, poder-se-ia esperar à partida maiores alturas de ascensão nos provetes com maior percentagem de agregados cerâmicos. A explicação para esse facto teria a ver com o facto de a absorção dos agregados cerâmicos ser muito maior do que a dos agregados primários, pelo que uma maior absorção de água poderá não conduzir a uma maior ascensão capilar. No entanto, e atendendo aos resultados obtidos (quadros 3 a 6), tal não se verificou experimentalmente. Absorção 3 h h m,3h (g/mm 2 ) (mm) BR 0, ,25 B1 0, ,25 B2 0, ,25 B3 0, ,50 Quadro 3 - Valores médios da absorção, por composição, às 3 h Absorção 24 h h m,24h (g/mm 2 ) (mm) BR 0, ,83 B1 0, ,13 B2 0, ,17 B3 0, ,63 Quadro 5 - Valores médios da absorção, por composição, às 24 h Absorção 20 h h m,20h (g/mm 2 ) (mm) BR 0, ,00 B1 0, ,75 B2 0, ,08 B3 0, ,25 Quadro 4 - Valores médios da absorção, por composição, às 20 h Absorção 48 h h m,48h (g/mm 2 ) (mm) BR 0, ,75 B1 0, ,38 B2 0, ,92 B3 0, ,63 Quadro 6 - Valores médios da absorção, por composição, às 48 h Pelo que foi exposto acima relativamente às dimensões dos provetes, para comparar a absorção por capilaridade entre as diferentes composições faz mais sentido atender às absorções por massa do que às alturas de ascensão capilar medidas. Apresenta-se na figura 11 a relação entre a absorção capilar (relação entre a massa de água absorvida e a área da secção transversal do provete) e a raiz quadrada do tempo.

6 Absorção de água por capilaridade Absorção de água por capilaridade Absorção capilar (g/mm2) 0, , , , , , , ,0000 2,0000 4,0000 6,0000 8,0000 t^0,5 (h^0,5) BR B1 B2 B3 Linear (B3) Linear (B2) Linear (B1) Linear (BR) Absorção capilar (g/mm2.h^0,5) 0,0040 0,0035 0,0030 0,0025 0,0020 0,0015 0,0010 0,0005 0,0000 0, ,0025 0,00199 y = 1E-05x + 0,002 R 2 = 0,9975 0, ,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 % de agregados cerâmicos Figura 11 - Regressão linear dos pontos de medição Figura 12 - Absorção capilar das quatro composições ensaiadas Efectuando a regressão linear dos pontos de medição, pode-se calcular a absorção de água por capilaridade de cada composição como sendo a inclinação da respectiva recta, verificando-se, para todos os betões, uma grande coincidência entre os pontos experimentais e essas mesmas rectas (traduzidas por coeficientes de correlação próximos da unidade). Os valores obtidos são apresentados no quadro 7. Absorção de água por capilaridade (g/(mm 2.h 0,5 )) BR 0,00199 B1 0,00250 B2 0,00289 B3 0,00339 Quadro 7 - Absorção capilar das quatro composições ensaiadas Betão Provete m 2 (g) BR B B B Quadro 9 - Massa hidrostática dos provetes saturados Foi feita a regressão linear dos valores indicados acima (figura 12), tendo-se obtido a seguinte recta de regressão, com um coeficiente de correlação a indicar uma relação próxima da linear entre a proporção de agregados cerâmicos e a absorção por capilaridade. Absorção = 0, ,00138 P cerâmico (R 2 = 0,9975) em que: - Absorção - medida em g/(mm 2.h 0,5 ); - P cerâmico - proporção de agregados cerâmicos. 4. DETERMINAÇÃO DA ABSORÇÃO DE ÁGUA POR IMERSÃO Para as várias composições de betão em estudo, em que se fez variar a proporção relativa entre agregados grossos pétreos e cerâmicos, determinaram-se os valores da absorção de água por imersão. Tal como no ensaio anterior, pretendeu-se confirmar que a absorção por imersão aumenta com a percentagem de agregados cerâmicos na composição do betão. O procedimento experimental baseou-se na especificação E 394 do LNEC: obtenção de provetes para a realização do ensaio; determinação da massa dos provetes saturados; determinação da massa hidrostática dos provetes;

7 determinação da massa dos provetes secos em estufa. 4.1 Obtenção dos provetes A obtenção dos provetes de acordo com o que foi descrito em 3.1. Relativamente às dimensões dos provetes para o ensaio de absorção por imersão, importa salientar as exigências (ambas verificadas) expressas na especificação E 394 do LNEC: 1. Volume mínimo de 0,001 m 3 ; 2. Volume e forma tais que nenhum ponto esteja afastado mais do que 100 mm da superfície. 4.2 Determinação da massa dos provetes saturados Os provetes foram saturados de acordo com o seguinte procedimento: - marcação com um lápis das alturas correspondentes a 1/3 e a 2/3 da sua altura total, aproximadamente 13,3 e 26,7 cm e colocação dentro de um recipiente metálico (figura 13); - colocação de água no interior do recipiente metálico até aproximadamente 1/3 da altura dos provetes (figura 14), sem molhar a restante altura dos mesmos; - imersão dos provetes até aproximadamente 2/3 da sua altura (figura 15), passada 1 hora; - finalmente, e de acordo com a especificação do LNEC para este ensaio, uma hora depois voltou a ser lançada água para o interior do recipiente metálico, agora com uma mangueira, até aproximadamente 2,5 cm acima da face superior dos provetes (figura 16). Figura 13 - Colocação dos provetes no recipiente metálico Figura 14 - Imersão dos provetes até cerca de 1/3 da sua altura Figura 15 - Imersão dos provetes até cerca de 2/3 da sua altura Figura 16 - Imersão dos provetes 2,5 cm acima da sua altura De forma a verificar a saturação dos provetes, efectuaram-se pesagens até que a massa dos provetes fosse constante entre medições. O critério seguido foi o indicado na especificação do LNEC em que se considera alcançada a massa constante quando a diferença entre as massas obtidas em duas pesagens consecutivas, intervaladas de pelo menos 24 horas, for inferior a 0,1% da média das duas leituras.

8 Em cada pesagem, cada um dos provetes correspondentes às quatro composições a ensaiar, foi retirado manualmente do tabuleiro com água, deixando a água superficial escorrer o mais possível. De seguida, a superfície foi seca com panos absorventes húmidos (figura 17) e só depois é que os provetes foram pesados na balança do laboratório (figura 18). Após a pesagem, os provetes voltaram a ser colocados no recipiente cheio de água. Figura 17 - Secagem dos provetes Figura 18 - Pesagem dos provetes Apenas foi necessário efectuar duas pesagens (separadas de 24 h), uma vez que na segunda pesagem verificou-se que os provetes já estavam saturados (quadro 8), pelo que as massas obtidas na 2ª medição correspondem às massas dos provetes saturados no ar (m 1 ). Betão BR B1 B2 B3 Provete m 18/6/2002 m 19/6/2002 m m =(m 18 +m 19 )/2 (m 19/6/2002,m m ) (g) (g) (g) (%) , ,5 0, , ,5 0, ,5 0, , , , , ,5 0,062 Quadro 8 - Comparação dos valores obtidos nas duas pesagens 4.3 Determinação da massa hidrostática do provete Para a determinação da massa hidrostática dos provetes (m 2 ), estes foram retirados de dentro do reservatório e foram pesados numa balança, imersos em água (figura 19). Os resultados obtidos são apresentados no quadro Determinação da massa dos provetes secos em estufa: Depois de pesados, os provetes foram colocados dentro da estufa ventilada, à temperatura de 100 º C (figura 20). De forma a verificar a secagem dos provetes, efectuaram-se pesagens até que a massa dos provetes fosse constante entre medições. Mais uma vez, seguiu-se o critério indicado na especificação do LNEC. Foram efectuadas duas pesagens separadas de 48 h, tendo-se atingido a massa constante na 2ª medição, pelo que as massas obtidas na 2ª medição correspondem às massas dos provetes secos (m 3 ). Os resultados são apresentados no quadro 10.

9 Figura 19 - Balança para pesagem dos provetes imersos em água Figura 20 - Colocação dos provetes na estufa ventilada Betão BR B1 B2 B3 Provete m 24/6/2002 m 26/6/2002 m m =(m 24 +m 26 )/2 (m 26/6/2002,m m ) (g) (g) (g) (%) ,50-0, ,50-0, ,50-0, ,00-0, ,00-0, ,00-0, ,00-0, ,50-0, ,50-0, ,00-0,086 Quadro 10 - Comparação dos valores obtidos nas duas pesagens 4.5 Cálculo da absorção por imersão A absorção de água por imersão, A i, é calculada, em percentagem, através da seguinte expressão: A i = m1 m3 m m em que: m 1 - massa do provete saturado no ar; m 2 - massa hidrostática do provete saturado; m 3 - massa do provete seco. No quadro 11 é apresentada a absorção média por composição e, na figura 21, apresenta-se o gráfico da absorção por imersão em função da percentagem de inertes cerâmicos na mistura. Foi feita a regressão linear dos valores indicados acima tendo-se obtido a seguinte regra de regressão com um coeficiente de correlação a indicar uma relação próxima da linear. em que: Absorção = 13, ,4628 P cerâmico (R 2 = 0,996)

10 - Absorção - medida em percentagem; - P cerâmico - proporção de inertes cerâmicos, em percentagem. Absorção de água por imersão % inertes cerâmicos na mistura Ai (%) BR 0,00 17,05 B1 33,33 21,11 B2 66,67 23,97 B3 100,00 27,64 Quadro 11 - Valores médios por composição da absorção por imersão Absorção de água por imersão (%) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 17,05 21,11 23,97 y = 0,1039x + 17,247 R 2 = 0,996 27,64 0, % de agregados cerâmicos na mistura Figura 21 - Absorção de água por imersão para as diferentes composições 5. CONCLUSÕES O principal problema da utilização de agregados grossos cerâmicos como substituto de agregados pétreos é a sua elevada absorção de água. A durabilidade destes betões poderá revelar-se a sua principal insuficiência, uma vez que a absorção de água, quer por imersão, quer por capilaridade, aumenta de forma bastante regular com a percentagem de agregados cerâmicos na composição. Haverá por isso, uma maior facilidade na penetração de eventuais agentes agressivos do meio ambiente para o interior destes betões. No entanto, em peças não armadas, tal poderá não ser condicionante. O problema da elevada absorção de água pode ser em boa parte resolvido recorrendo a um método de présaturação dos agregados, facilmente reprodutível em estaleiro. 6. REFERÊNCIAS [1] Pereira, A. S. - Utilização de Agregados Grossos Cerâmicos Reciclados na Produção de Betão, Dissertação de Mestrado em Construção, IST, [2] Correia, J. Ribeiro; Pereira, A. S.; Brito, J. de - Betão com Agregados Cerâmicos. Campanha Experimental Realizada no IST, Relatório ICIST DTC n.º 5/02, IST, Lisboa, [3] Pereira, A. S.; Correia, J. Ribeiro; Brito. J. de - Caracterização dos Agregados Grossos Cerâmicos Reciclados e do Betão Fresco Produzido, Betão, Ano IV, n.º 8, APEB, [4] Pereira, A. S.; Correia, J. Ribeiro; Brito, J. de; Santos, J. R. - Desempenho Mecânico de Betões Fabricados com Agregados Grossos Cerâmicos Reciclados, V Seminário sobre Desenvolvimento Sustentável e a Reciclagem na Construção Civil, São Paulo, [5] DEVENNY, A.; KHALAF, F. M. - The Use of Crushed Brick as Coarse Aggregate in Concrete, in Masonry International, Vol. 12, No 3, 1999, pp [6] NEPOMUCENO, Miguel C. S. - Estudo da de Betões, Provas de Aptidão Pedagógica e Capacidade Científica, Universidade da Beira Interior, DEC, Covilhã, [7] Brito. J. De; Pereira, A. S.; Correia, J. Ribeiro - Resistência à Abrasão de Betões Produzidos com Agregados Grossos Cerâmicos Reciclados, Mecânica Experimental, APAET, a publicar.