UTILIZAÇÃO DA CORTIÇA COMO AGREGADO EM BETÕES

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1 UTILIZAÇÃO DA CORTIÇA COMO AGREGADO EM BETÕES Fernando G. Branco Professor Auxiliar, FCTUC, Coimbra, Portugal, Maria de Lurdes B. C. Reis Professora Adjunta, Instituto Politécnico de Tomar, Tomar, Portugal, António Tadeu Professor Catedrático, FCTUC, Coimbra, Portugal, Resumo A cortiça é um material natural, que tem acompanhado a Humanidade desde tempos imemoriais, possuindo enormes potencialidades e múltiplos usos. A indústria corticeira consume, anualmente, mais de toneladas de cortiça. No entanto, verifica-se que, entre 20 e 30% da matéria-prima recebida nas unidades de transformação é rejeitada, sob a forma de pó de cortiça. Deste modo, a indústria corticeira tem vindo a demonstrar interesse pelo aproveitamento destes subprodutos e suas possíveis aplicações no sector da construção civil. O presente trabalho analisa a possibilidade de utilização de granulados de cortiça como agregados em misturas de betão, sendo utilizado na substituição total ou parcial dos agregados correntes. Palavras-chave: cortiça, betão, agregado leve, resistência mecânica Introdução O material denominado por cortiça é obtido a partir da casca do sobreiro Quercus suber L., um tipo de árvore nativa da zona Mediterrânica. A cortiça é constituída essencialmente por suberina, substância que representa cerca de 40% do seu peso seco, lenhina (±20%), polisacarídeos (±20%) e outros produtos (±15%). Esta composição química, em conjunto com a sua particular estrutura celular, proporciona à cortiça um excelente comportamento relativamente a líquidos polares, temperatura e ruído [1]. A indústria corticeira mundial consome anualmente mais do que t de cortiça. No entanto, verifica-se que uma quantidade apreciável da matériaprima recebida nas fábricas (20% a 30%) é rejeitada, sobretudo sob a forma de pó de cortiça constituído por partículas de pequena dimensão, que fazem com que possuam um interesse industrial muito reduzido [2].

2 A cortiça é um produto natural, orgânico e leve. Possui uma elevada estabilidade dimensional, e exibe uma considerável resistência face a cargas de compressão. Estas características permitem que a cortiça seja utilizada num vasto leque de aplicações [3]. Mas a cortiça possui ainda outras características importantes: para além de ser um produto natural e ecológico, não liberta cheiros nem gases nocivos, e é um material que se mantém inalterável, conservando a sua eficiência, por longos períodos de tempo. Dado que Portugal é o maior produtor mundial de cortiça, pode revelar-se economicamente interessante encontrar utilizações alternativas para a utilização dos resíduos industriais da transformação deste material. Na indústria da construção, o excelente comportamento térmico da cortiça e a sua capacidade de absorver vibrações, fazem deste material uma solução de eleição como isolante térmico ou para absorção acústica. Apesar de, na indústria da construção, existir um vasto espectro de aplicações possíveis para a cortiça, não existem muitas publicações em revistas científicas sobre este tema. Um dos poucos estudos documentados dedicados a misturas de betão contendo cortiça foi publicado por Aziz et al. [4]. Este trabalho apresenta os resultados de um projecto de investigação com o objectivo de desenvolver um betão leve utilizando grânulos de cortiça. O betão leve contendo cortiça foi comparado com betão corrente e com outros tipos de betão leve (com introdutores de ar, sem finos, celular e com espumas). Os resultados indicaram que, embora a resistência mecânica do betão com cortiça sujeito a compressão e tensão seja menos elevada do que a do betão corrente, este tipo de betão comporta-se melhor que os outros tipos de betão leve testados. O betão leve com cortiça exibiu ainda melhores propriedades térmicas e menor retracção quando comparado com outros betões leves produzidos com recurso a materiais orgânicos. O trabalho descrito no presente documento constitui parte de um projecto de investigação mais vasto, sendo apresentados apenas alguns resultados preliminares obtidos até à data. O projecto de investigação tem por objectivo avaliar as propriedades físicas e mecânicas dos desperdícios de cortiça, e de explorar as suas potenciais vantagens quando utilizadas como agregado no fabrico de betão. A introdução de grânulos de cortiça natural ou expandida em misturas de betão irá possibilitar que o betão resultante tire partido das propriedades da cortiça, conduzindo a uma melhoria no seu desempenho quando comparado com betões correntes. A resistência térmica, comportamento acústico, em particular no que respeita a cargas de impacto, e um aumento da durabilidade sob condições de gelo-degelo são alguns dos parâmetros onde a inclusão de cortiça poderá conduzir a melhorias de comportamento. No presente artigo, são apresentados alguns dos resultados preliminares obtidos até à data. Os autores analisam a influência da presença da cortiça na resistência à compressão do betão. Testaram-se diferentes composições, utilizando como agregados dois tipos de grânulos de cortiça: natural e expandida. O efeito da dimensão dos grânulos e a quantidade de cortiça na mistura foram igual-

3 mente analisados. Os resultados obtidos foram comparados com os provenientes de ensaios efectuados sobre um betão corrente, usado como referência. Trabalho laboratorial A execução do trabalho laboratorial exigia a utilização de grânulos de cortiça, os quais foram fornecidos por indústrias produtoras. Estabeleceu-se a composição de um betão de referência (sem cortiça), com características semelhantes Às dos betões correntemente utilizados na construção. A partir deste betão produziram-se diferentes composições contendo cortiça. Nestas misturas, os grânulos de cortiça natural ou expandida foram utilizados em substituição dos agregados correntes (brita e areia) do betão de referência. Testaram-se diferentes percentagens de substituição. Em cada mistura, um determinado volume de um dos agregados da mistura de referência foi substituído por um volume equivalente de granulado de cortiça, com uma distribuição granulométrica semelhante [5]. A distribuição granulométrica dos agregados manteve-se constante ao longo do projecto, sendo controlada através do seu módulo de finura, segundo a fórmula n = MF = i 1 (100 p ) onde p i representa a percentagem de partículas com dimensões inferiors à abertura do peneiro i. Testaram-se substituições de 10%, 20%, 25% e 30% do volume do agregado de referência. Nos provetes correspondentes à série B3, efectuou-se uma substituição simultânea de 10% dos volumes de areia e brita, por um volume igual de granulados de cortiça. Os provetes foram sujeitos a ensaios de compressão, de acordo com a especificação LNEC E226:1968 [6]. Estes ensaios realizaram-se aos 3, 7, 14, 21 e 28 dias de idade dos provetes, de modo a avaliar a variação da resistência à compressão com a idade, relacionando esta variação com a quantidade de cortiça presente na mistura. O Quadro 1 exibe as composições de todos os tipos de betão testados. Neste quadro, a sigla NCG representa Grânulos de Cortiça Natural (Natural Cork Granules), enquanto ECG significa Grânulos de Cortiça Expandida (Expanded Cork Granules). Conforme se pode observar, foram utilizados lotes de cortiça representando diferentes fracções granulométricas. A quantidade de cada fracção granulométrica de cortiça utilizada foi calculada de modo a ser possível reproduzir a curva granulométrica do agregado que se pretende substituir. Todas as composições utilizavam dosagens de cimento de 300kg/m 3, à excepção das séries B6 e BE6, em que se utilizaram 380kg/m 3. A dosagem de água era de 180kg/m 3, para todas as séries testadas. 100 i (1)

4 Quadro 1: Composições de betão testadas. Componentes (kg/m 3 ) Lote NCG NCG NCG ECG ECG ECG ECG Brita. Areia (4/5) (0/1) (1/2) (5/10) (3/5) (0/1) (1/2) BR B B B BE BE BE B B B B BE BE BE B BE BR B B6A B6B BE BE6A BE6B Produziram-se dois tipos de betão de referência (BR e BR6), utilizando agregados correntes. A principal diferença entre ambos consiste na quantidade de cimento (300kg/m 3 para o BR e 380kg/m 3 para o BR6). Com base no betão BR, produziram três séries de betões, em que os agregados correntes foram parcialmente substituídos por agregados leves (cortiça natural B e expandida - BE ): B1, BE1, B2, BE2, B3 e BE3. Nas séries B1 e BE1, efectuou-se a substituição parcial da brita, nas séries B2 e BE2, ocorreu a substituição parcial da areia, e nas séries B3 e BE3, realizou-se a substituição parcial e simultânea de ambos os agregados. A partir do betão BR6, foram produzidos betões em que foi efectuada a substituição total de um ou de ambos os agregados correntes. As séries B6 e BE6 contêm unicamente agregados leves (naturais ou expandidos). Nas séries B6A e BE6A foi substituída a totalidade da areia. Nas séries B6B e BE6B substituiu-se toda a brita.

5 Realizaram-se testes laboratoriais com o objectivo de determinar as características mais relevantes dos agregados utilizados. Determinou-se a distribuição granulométrica, a massa volúmica e a percentagem de humidade [7, 8] para todos os agregados e grânulos de cortiça utilizados. Ensaios de abaixamento ( slump ) foram realizados, de modo a medir a consistência do betão fresco em todas as amassaduras realizadas. Para o betão endurecido, foi determinada a resistência mecânica à compressão [6], a massa volúmica e a absorção de água [9]. Procurou verificar-se se a cortiça no interior dos provetes se encontrava distribuída de forma homogénea. Para esse efeito, alguns dos provetes foram cortados ao meio, tendo sido analisada a distribuição de cortiça nos planos de corte. A Figura 1 ilustra a distribuição de cortiça natural (série B1.1) e expandida (série BE1.3). Este procedimento permitiu constatar a existência de uma boa dispersão da cortiça em todas as séries analisadas. a) b) Figura 1: Dispersão de grânulos de cortiça no interior do betão: a) série B1.1; b) série BE1.3. Caracterização dos materiais A Figura 2 ilustra os resultados da distribuição granulométrica para os agregados e grânulos de cortiça. Pode verificar-se a existência de uma boa aproximação entre a distribuição dos tamanhos das partículas para cada agregado e a correspondente mistura de grânulos de cortiça.

6 Passados acumulados (%) Areia NCG p/ substituir Areia ECG p/ substituir Areia Passados acumulados (%) Brita NCG p/ substituir Brita ECG p/ substituir Brita 0 Res /4" 3/8" 1/2" 3/4" 1" Peneiro (série ASTM) 0 Res /4" 3/8" 1/2" 3/4" 1" Peneiro (série ASTM) a) b) Figura 2: Curvas granulométricas: a) Areia e correspondentes misturas de grânulos de cortiça; b) Brita e correspondentes misturas de grânulos de cortiça. Os módulos de finura para a areia e brita eram de 3.10 e 5.67, respectivamente. As misturas de grânulos de cortiça utilizadas na substituição destes agregados exibiam o mesmo módulo de finura do material que substituíam. O Quadro 2 mostra os pesos específicos determinados para todos os agregados e grânulos de cortiça utilizados. Pode verificar-se que a cortiça apresenta um peso específico muito inferior ao do material que substitui, como seria de esperar. Deste modo, o betão contendo cortiça terá naturalmente um peso significativamente inferior ao de referência. Quadro 2: Densidade dos agregados e grânulos de cortiça. Agregado Areia Brita Densidade (kg.m -3 ) NCG 4/5 NCG 0/1 NCG 1/2 ECG 5/10 ECG 3/5 ECG 0/1 ECG 1/ Os parâmetros físicos avaliados para as misturas de betão produzidas encontram-se listados no Quadro 3. Como esperado, quando um maior volume de agregado é substituído por grânulos de cortiça, observa-se uma significativa redução no peso do betão resultante. Os betões produzidos com recurso a grânulos de cortiça natural são mais pesados do que os obtidos com incorporação de cortiça expandida. Uma excepção ocorreu com a série B1.3, que se revelou mais leve do que a série correspondente produzida com cortiça expandida (BE1.3). Quando se efectua a substituição de agregado grosso por um igual volume de cortiça, é possível obter pesos mais baixos do que os resultantes da substituição de uma percentagem equivalente de areia. Ao substituir 30% do volume de brita por igual volume de cortiça, observam-se reduções de peso do betão da ordem de 25%, enquanto que a substituição da mesma percentagem de areia apenas permitiu uma redução de 10%.

7 Quadro 3: Massa volúmica e absorção de água do betão. Série Massa volúmica Absorção de água (kg.m -3 ) (%) BR B B B BE BE BE B B B B BE BE BE B BE Resistência à compressão do betão endurecido Para a realização dos ensaios de compressão, foram produzidos cubos de betão com dimensões 150x150x150mm 3. Estes provetes eram desmoldados 24h após a betonagem, e guardados numa câmara climática (20ºC; ±95%HR) até à data do ensaio. Foram ensaiados pelo menos três provetes em cada série. Os resultados obtidos nos ensaios referentes às séries B1 a B3 encontram-se listados no Quadro 4. Os resultados revelam uma redução da resistência à compressão do betão à medida que a percentagem de cortiça aumenta. A série B1, onde foi feita a substituição de brita por cortiça, apresentou uma maior perda de resistência do que a série B2, na qual se efectuou a substituição de areia por cortiça. Quando se compara a série B1 com o betão de referência (BR), observam-se reduções de resistência entre 32.6% e 74.9%, à medida que a percentagem de brita substituída aumenta de 10% para 30%. A redução correspondente quando se substituem iguais percentagens de areia (série B2), varia entre 26.5% e 52.8%. De um modo geral, quando se utilizou cortiça expandida, verificou-se que a diminuição de resistência era mais elevada do que quando a substituição era feita com cortiça natural. Duas excepções observadas foram as séries BE1.3 e BE2.3, nas quais 30% do volume de agregados foi substituído por cortiça expandida. Nestas duas séries, registaram-se reduções de 61.6% e 46.0%, res-

8 pectivamente, contra 74.9% e 52.8% observadas nas séries B1.3 e B2.3 correspondentes. Quadro 4: Resistência média à compressão dos provetes de betão séries B1 a B3. Resistência média à compressão (MPa) Redução Séries face a BR 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias (%) BR B B B BE BE BE B B B B BE BE BE B BE A Figura 3 ilustra a variação da resistência à compressão dos provetes em função da sua densidade. Os resultados indicam que a resistência média do betão que contém grânulos de cortiça como material agregado se encontra relacionada de uma forma próxima com a sua densidade, através de uma relação linear. Tendo em conta o reduzido número de testes efectuados até à data, não é possível retirar conclusões definitivas. 24 Resistência média (MPa) y = x R 2 = Massa volúmica (kg/m 3 ) Figura 3: Variação da resistência media à compressão com a densidade dos provetes.

9 Será necessário efectuar um maior número de ensaios, sobre betões com menores densidades, portanto com maior percentagem de cortiça, de modo a aferir se a relação obtida se mantém válida. A Figura 4 ilustra a variação da resistência média à compressão em função da quantidade de cortiça presente na mistura. Neste gráfico, pode observar-se que a resistência decresce à medida que a percentagem de cortiça aumenta. Ambos os tipos de cortiça testados conduziram a perdas de resistência semelhantes. 30 Resistência média (MPa) BR NCG ECG Volume de cortiça (%) Figura 4: Variação da resistência à compressão com o volume de cortiça na mistura. Procurou avaliar-se a influência de uma eventual substituição da totalidade dos agregados correntes por agregados leves. Para esse efeito, realizaram-se os ensaios correspondentes às séries B6.No Quadro 5 apresentam-se os resultados obtidos nos testes de resistência à compressão. Quadro 5: Resistência média à compressão dos provetes de betão série B6. Resistência média à compressão (MPa) Redução Séries face a BR6 7 dias 14 dias 28 dias (%) BR B B6A B6B BE BE6A BE6B Como seria de esperar, a substituição total dos agregados levou à obtenção de betões com resistências muito baixas. Observaram-se perdas de resistência entre 70% a 90%, aproximadamente. Os resultados obtidos indicam que não existe, em termo de resistência, diferença significativa entre a utilização de cortiça natural ou expandida quando se procede à substituição integral dos agregados correntes. Verifica-se ainda, como acontecia nas séries anteriores,

10 que a substituição dos agregados de maior dimensão conduz a perdas de resistência mais elevadas. O Quadro 6 apresenta as massas volúmicas apuradas para todas as composições das séries B6. Os resultados demonstram que a substituição total de agregados correntes por cortiça permite uma significativa redução na massa volúmica, podendo os betões resultantes serem classificados como leves. A utilização de cortiça expandida permite uma diminuição da massa volúmica ligeiramente superior à obtida com cortiça natural, para as mesmas condições. Conclusões Quadro 6: Massa volúmica do betão. Série Massa volúmica (kg.m -3 ) BR B6 839 B6A 1991 B6B 1265 BE6 726 BE6A 1947 BE6B 1037 O presente artigo apresenta os resultados preliminares de um projecto de investigação cujo objectivo é caracterizar as propriedades mecânicas de granulados de cortiça e avaliar os seus potenciais benefícios na sua utilização como agregados na produção de betões leves e estruturais. Diferentes composições de betão, contendo diferentes quantidades de grânulos de cortiça, foram elaboradas. Estudaram-se dois tipos de cortiça: natural e expandida. As diversas séries de betões produzidas foram sujeitas a ensaios laboratoriais, tendo sido determinada a sua resistência à compressão a diferentes idades. Os resultados apurados demonstraram que a resistência à compressão dos betões tende a diminuir à medida que a quantidade de cortiça presente na mistura aumenta. Este efeito é mais notório quando se efectua a substituição de agregados grossos por cortiça. A utilização de cortiça expandida conduz a maiores reduções de resistência. A resistência à compressão do betão diminui com a redução da sua densidade. Os testes realizados permitiram verificar que a diminuição de resistência, dentro da gama de valores de densidade testada, segue uma relação linear. Será necessária a realização de mais ensaios, em betões contendo grânulos de cortiça com densidades mais baixas, de modo a verificar se a correlação encontrada se mantém válida fora dos limites considerados no presente estudo.

11 O volume de cortiça presente no betão influencia significativamente a sua resistência mecânica. Este fenómeno é particularmente importante quando se substituem os agregados de maiores dimensões. Ao substituir 10% a 30% de areia por um volume equivalente de cortiça, a resistência do betão decresce entre 26.5 e 52.8%, enquanto que o decréscimo correspondente, no caso de se efectuar a substituição de brita, varia entre 32.6 e 74.9%. A utilização de cortiça expandida como material de substituição, na maioria das condições de ensaio testadas, conduziu a maiores reduções de resistência que as obtidas com a utilização de cortiça natural. Produziram-se betões em que os agregados correntes foram substituídos, na sua totalidade, por granulados de cortiça. Nestes betões, a diminuição da resistência mecânica face ao betão de referência foi ainda mais maior (70 a 90% aproximadamente). Esta diminuição é mais significativa quando se substitui a totalidade dos agregados ou o agregado de maiores dimensões. Os testes realizados permitiram ainda observar que esta substituição possibilita a obtenção de betões leves. Verifica-se que o tipo de cortiça (natural ou expandida) não exerce influência significativa, quer na massa volúmica, quer na resistência à compressão dos betões resultantes. Agradecimentos Os autores agradecem à Fundação para a Ciência e Tecnologia FCT, Portugal, o apoio financeiro disponibilizado através do projecto POCI/ECM/55889/ 2004, e às empresas Corticeira Amorim S.G.P.S., S.A. e Amorim Isolamentos S.A., pelo fornecimento da cortiça utilizada na produção dos provetes de ensaio. Referências bibliográficas [1] CORDEIRO, N.; et al. Cork suberin as a new source of chemicals. 1. Isolation and chemical characterization of its composition. International Journal of Biological Macromolecules. 22 (1998) [2] CARVALHO, A.P.O. Cork as a lightweight partition material. Economical and acoustical analyses. In Proceedings of the CIB W89 Beijing International Conference Beijing, China, [3] KARADE, S.R.; IRLE, M.A; MAHER, K. Physico-chemical aspects of the use of cork in cimentious composites. In ICWSF The Fifth International Conference on the Development of World Science, Wood Technology and Forestry. Ljubljana, Slovenia, p

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