COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE ABMS.

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1 Análise da Influência do de Cura sobre o Comportamento Mecânico de um Agregado Reciclado de Concreto Compactado nas s e David Christian Regis Pereira Grubba USP EESC, São Carlos, Brasil, davidgrubbajf@yahoo.com.br Alexandre Benetti Parreira USP EESC, São Carlos, Brasil, parreira@usp.br RESUMO: Os agregados reciclados de concreto (ARC), produzidos a partir do beneficiamento dos resíduos de construção e demolição (RCD), são constituídos por mais de 90% de resíduos de concreto, argamassa e materiais pétreos. Pesquisas recentes relatam que esses agregados, quando utilizados na construção de camadas granulares de pavimentos, desenvolvem uma cimentação própria, cujo efeito cresce com o decorrer do tempo. Contudo, esse aspecto ainda requer maiores estudos para que seja melhor entendido. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência do tempo de cura sobre o comportamento mecânico do ARC proveniente de São Carlos-SP, visando seu emprego em camadas de base e sub-base de pavimentos. Para tanto, foram realizados ensaios de compressão simples e ensaios triaxiais cíclicos em corpos de prova compactados nas energias intermediária e modificada. Foram considerados tempos de cura de 0, 3, 7, 8 e 90 dias para os ensaios de compressão simples e 0 e 90 dias para os ensaios triaxiais cíclicos. Destaca-se que o ARC mostrou, para ambas as energias, um ganho expressivo de resistência e rigidez ao longo do tempo, apresentando comportamento comparável a de agregados naturais estabilizados com pequena porcentagem de cimento, a exemplo da brita graduada tratada com cimento (BGTC). PALAVRAS-CHAVE: Agregados Reciclados de Concreto, ARC, Cimentação Própria, Pavimentação, Comportamento Mecânico INTRODUÇÃO Os resíduos de construção e demolição (RCD), geralmente denominados entulhos ou caliça, constituem a maior porção, em massa, dos resíduos sólidos urbanos gerados no mundo (RAO et al., 007). Somente no Brasil, estimase que sejam produzidas mais de 68 milhões de toneladas de RCD anualmente (ANGULO, 005). A deposição dessa imensa quantidade de material no ambiente urbano tem causado diversos transtornos. Os impactos acarretados pelos RCD ainda são agravados pelo alto índice de descarte irregular. De acordo com o SINDUSCON-SP (005), essa forma de disposição provoca a degradação das áreas de mananciais e de preservação permanente; o assoreamento de rios e córregos; a erosão de encostas; a proliferação de agentes transmissores de doenças; e a ocupação de vias, terrenos e praças por entulhos, com prejuízo à circulação de pessoas e veículos. Uma forma de mitigar os problemas causados pelo acúmulo desses resíduos sobre o meio ambiente é a sua reciclagem, transformando um produto antes descartado, em uma matéria prima de alta qualidade. De acordo com sua constituição predominante, os agregados obtidos a partir da reciclagem dos RCD podem ser classificados em dois grupos: agregados reciclados mistos e agregados reciclados de concreto (ARC). O estudo desta última categoria constitue o tema deste trabalho. Os agregados reciclados de concreto, considerados mais nobres e homogêneos do que os mistos, são constituídos por mais de 90% de resíduos de concreto, argamassa e materiais pétreos e podem apresentar, segundo Bennert et al. (000) e Saeed et al. (007), um comportamento mecânico comparável ou

2 superior ao de agregados naturais quando utilizados na construção de camadas de base e sub-base de pavimentos. Pesquisas realizadas por Arm (00), Blanknagel et al. (006) e Poon et al. (006) relatam que esses agregados desenvolvem uma cimentação própria ao longo do tempo, que proporciona uma melhoria do seu desempenho mecânico. Contudo, os mecanismos envolvidos nesse fenômeno ainda não estão completamente elucidados, exigindo novos estudos para o seu melhor entendimento. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a influência do tempo de cura sobre o comportamento mecânico de um agregado reciclado de concreto coletado no interior paulista por meio da análise de resultados de ensaios de compressão simples e de ensaios triaxiais cíclicos. MATERIAIS E MÉTODOS. Material O agregado reciclado de concreto estudado na pesquisa foi disponibilizado pela Usina de Reciclagem de Resíduos da Construção Civil de São Carlos, localizada no Estado de São Paulo. Os ensaios de caracterização e mecânicos foram realizados no Laboratório de Estradas da Escola de Engenharia de São Carlos - USP, e os ensaios de lixiviação e solubilização foram realizados no Laboratório de Saneamento da mesma instituição. A distribuição granulométrica do ARC é ilustrada na Figura e suas características físicas são mostradas na Tabela. Tabela. Características físicas. Característica Norma DNER Resultado Abrasão Los Angeles ME-35/98 34% Absorção ME-8/98 4,6% Densidade Aparente ME-8/98,403 Conforme mostrado na Tabela, observa-se que o material atende a todos os requisitos no tocante à granulometria especificados pela norma NBR 55 (ABNT, 004b) para a utilização de agregados reciclados na construção de camada de pavimentos. Tabela. Parâmetros de distribuição granulométrica. Parâmetro NBR 55 ARC Dimensão Máxima Característica (mm) 63,5 5 Porcentagem Passante na Peneira 0,4 mm (%) 0 a 40 8 Coeficiente de Uniformidade 0 33 Quanto às características ambientais, o material foi classificado de acordo com a norma NBR 0004 (ABNT, 004a), como pertencente à Classe II-A, ou seja, um resíduo não perigoso e não inerte. Resultados detalhados da caracterização física e da classificação ambiental do resíduo são apresentados por Grubba (009).. Compactação Os ensaios de compactação foram conduzidos de acordo com a norma NBR 78 (ABNT, 984), sendo avaliadas amostras compactadas nas energias intermediária e modificada. A Figura ilustra os resultados obtidos. Figura. Distribuição granulométrica do ARC. Figura. Curvas de compactacão.

3 Na Figura, analisando-se os valores de pico para as duas energias de compactação, observase, conforme o esperado, que a utilização da energia modificada conduz a um maior valor de massa específica seca máxima quando comparada à energia intermediária,,98 g/cm 3 e,870 g/cm 3, respectivamente. No tocante à umidade ótima, ocorre uma inversão, e a umidade ótima para a energia modificada é inferior à da energia intermediária, % e %, respectivamente..3 Ensaios Mecânicos Para a análise do comportamento mecânico do material, foram realizados ensaios de compressão simples e ensaios triaxiais cíclicos para corpos de prova de dimensões 0x0cm moldados estaticamente nas condições ótimas correspondentes às duas energias de compactação. Para os ensaios de compressão simples, observou-se a norma NBR 770 (ABNT, 99) e para os ensaios triaxiais cíclicos, a norma Standart Method of Test for Determining the Resilient Modulus of Soils and Aggregate Materials (AASHTO Designation: T ). Após a moldagem, os corpos de prova eram embalados em filme plástico, identificados e mantidos em câmara úmida até o momento dos ensaios mecânicos. Os tempos de cura avaliados foram 0, 3, 7, 8 e 90 dias para o ensaio de compressão simples e 0 e 90 dias para o ensaio triaxial cíclico. Foram ensaiados, no mínimo, três e um corpos de prova, para os ensaios de compressão simples e triaxiais cíclicos, respectivamente. 3 ANÁLISE DOS RESULTADOS 3. Ensaios de Compressão Simples Os resultados médios de resistência à compressão simples (RCS), obtidos após a eliminação dos valores discrepantes (outliers) por meio do teste estatístico de Grubbs (969), são ilustrados na Figura 3 para as duas energias de compactação e os tempos de cura considerados. Figura 3. Resistência à compressão simples do ARC. Analisando-se a Figura 3, observa-se que o agregado reciclado de concreto apresenta um aumento expressivo de resistência ao longo do tempo de cura para ambas as energias pesquisadas. Comparando-se os valores de RCS das amostras ensaiadas sem cura com as das curadas por 90 dias, os ganhos de resistência são de 363% e 97% para as energias intermediária e modificada, respectivamente. Acredita-se que o aumento de resistência deva-se ao desenvolvimento da cimentação própria do material. Sabe-se que elementos de concreto e argamassa, mesmo aqueles que possuem certa idade, apresentam em seu interior partículas de cimento não hidratadas. Quando esses materiais são britados e compactados, parte dessas partículas entram em contato com a água. Com o decorrer do tempo, a hidratação conduz a uma cimentação de grãos. O efeito poderia ser comparado ao decorrente da cimentação que ocorre na estabilização química de agregados naturais com pequena porcentagem de cimento ou cal, a exemplo de britas graduadas tratadas com cimento (BGTC). Ainda na Figura 3, quando se comparam os ganhos de RCS com o decorrer do tempo de cura para as diferentes energias de compactação, observa-se que até 7 dias, os gradientes de aumento de resistência são muito próximos para as duas energias. Entretanto, para períodos de cura maiores, o gradiente para as amostras compactadas na energia intermediária é maior que o das amostras compactadas na energia modificada. Assim, ao final de 90 dias, a RCS de amostras 3

4 compactadas na energia intermediária supera, mesmo que por pequena margem, a RCS de amostras compactadas na energia modificada. Para os períodos iniciais de cura, acredita-se que a RCS mais elevada obtida quando é empregada a energia modificada se deve à maior densidade do material, pois o maior entrosamento entre grãos mobilizaria uma parcela maior da resisistência decorrente do atrito interno entre partículas. Com o aumento do tempo de cura, esse efeito é encoberto pelo efeito da cimentação promovida pela hidratação das partículas de cimento, sendo que a maior umidade de compactação das amostras compactadas na energia intermediária poderia ampliar este efeito quando comparado com o que ocorre com as amostras compactadas na energia modificada. Tal fenômeno é freqüentemente observado em misturas de solocimento ou em britas graduadas tratadas com cimento (BGTC), para as quais se verifica que o incremento de energia de compactação não produz uma melhora expressiva do comportamento mecânico. 3. Ensaios Triaxiais Cíclicos A análise do módulo de resiliência (MR), determinado por meio do ensaio triaxial cíclico, é considerada como uma das formas mais adequadas de se avaliar o comportamento mecânico de um material visando o seu emprego em camadas de base e sub-base de pavimentos. No ensaio, o corpo de prova é submetido a cargas repetidas, que procuram simular as condições de carregamento impostas pelo tráfego na estrutura do pavimento. O MR é definido como a relação entre a tensão desvio ( d ) pela deformação resiliente axial (ε r ), conforme a Equação. d M R = () ε r Uma vez que a maioria dos materiais empregados em pavimentação não apresentam comportamento elástico linear, vários modelos matemáticos, a exemplo dos descritos pelas Equações a 5, têm sido utilizados na representação da variação do MR com o estado de tensão. MR MR = () c = (3) MR = d d c 3 θ MR = pa p a onde: τ p oct a + MR: módulo de resiliência (MPa); d : tensão desvio (kpa); c : tensão de confinamento (kpa); θ: primeiro invariante de tensão (kpa); τ oct : tensão cisalhante octaédrica (kpa); Pa: pressão atmosférica (kpa);,, 3 : parâmetros de regressão. 3 (4) (5) As Tabelas 3, 4, 5 e 6 apresentam para os modelos descritos pelas Equações, 3, 4 e 5, respectivamente, os valores dos parâmetros de regressão e coeficientes de determinação (R ) obtidos a partir dos resultados dos ensaios triaxiais cíclicos a que foram submetidos amostras do agregado reciclado de concreto compactadas nas energias intermediária e modificada sem cura e curadas por 90 dias. Tabela 3. Constantes de calibração e R² da Equação. 3 R² 0 4,3 0,84-0, ,6 0,75-0,99 0 0, 0,75-0, ,4 0,90-0,87 Tabela 4. Constantes de calibração e R² da Equação 3. 3 R² 0 7,5 0,64-0, , 0,59-0, ,4 0,43-0, ,3-0,0 Tabela 5. Constantes de calibração e R² da Equação 4. 3 R² 0 4,4-0,0 0,85 0, ,5 0,0 0,74 0, ,04 0,73 0, , 0,96 0,88 4

5 Tabela 6. Constantes de calibração e R² da Equação 5. 3 R² 0 646,08-0,90 0, ,99-0,9 0, ,99-0,8 0, ,40 -,56 0,89 Analisando-se as Tabelas 3 a 6, observa-se, conforme o esperado para materiais granulares, que os valores de módulo de resiliência do ARC apresentam boa correlação com a variação da tensão de confinamento (Eq. ) e baixa correlação com a variação da tensão desvio (Eq. 3) para as condições consideradas. Além disso, verifica-se que o modelo composto (Eq. 4) e o modelo da AASHTO (Eq. 5) descritos a partir de funções que consideram a variação do estado de tensão de forma mais ampla que os anteriores, também apresentam valores de R² altos, e comparáveis aos da Equação. Para ilustrar as influências elevada e baixa das tensões de confinamento e desvio, respectivamente, no módulo de resiliência, a Figura 4 apresenta as representações tridimensionais do modelo composto (Eq. 4) para as amostras de ARC moldadas na energia modificada, ensaiadas sem cura (A) e após noventa dias de cura (B). Com o objetivo de facilitar a análise do efeito do tempo de cura no módulo de resiliência do ARC, supôs-se uma estrutura de pavimento hipotética compatível com um volume de tráfego de baixo a médio, condição recomendada pela norma NBR 55 (ABNT, 004b) para a aplicação deste material na construção rodoviária (vide Figura 5). A Tabela 7 apresenta as espessuras e os valores dos parâmetros elásticos adotados para as camadas que compõem a estrutura considerada. Tabela 7. Características do pavimento hipotético. Coeficiente Camada Espessura de Poisson Tratamento Superficial Base (ARC) MR (MPa),5 cm 0, ,0 cm 0,35 variável Sub-base 5,0 cm 0,35 90 Subleito Semiinfinito 0,35 45 Figura 4. Representações 3D do modelo composto para o ARC ensaiado sem cura (A) e com 90 dias de cura (B). Considerando-se o pavimento hipotético e para o carregamento de duas rodas do eixo padrão do DNER, foram calculados os valores do módulo de resiliência a partir de tensões determinadas no centro da camada de base de ARC utilizando-se o programa computacional ELSYM5, conforme ilustra a Figura 5. Base de ARC Sub-base Subleito 40kN Tratamento Superficial Ponto de Análise Figura 5. Esquema da estrutura do pavimento hipotético. 5

6 Destaca-se que se empregou o modelo composto (Eq. 4) para a determinação do módulo de resiliência a partir das tensões calculadas no centro da base de ARC, e que a utilização de um processo interativo permitiu que se considerasse o efeito das tensões desvio e confinante, apesar do programa ELSYM5 ser elástico linear. A Figura 6 ilustra os valores de MR determinados para as energias e tempos de cura considerados no estudo. o emprego da energia modificada conduz a um módulo de resiliência 3% maior que o determinado quando se utiliza a energia intermediária, conforme esperado para uma situação onde a densidade do material é mais elevada. Entretanto, quando se examina o ARC aos 90 dias de cura, verifica-se que a energia de compactação não apresenta mais influência significativa sobre a rigidez do material, visto que nesta condição, o MR é praticamente igual para as duas energias pesquisadas, cerca de 440 MPa. Assim, com o passar do tempo, o efeito da energia de compactação sobre o comportamento do ARC é superado pelo efeito da cimentação própria do material, conforme discutido anteriormente para a resistência à compressão simples. 4 CONCLUSÕES Figura 6. MR no centro da camada de base (ARC) do pavimento hipotético. Analisando-se a Figura 6, observa-se que o agregado reciclado de concreto apresenta um ganho expressivo de rigidez com a cura do material por um período de 90 dias para ambas energias empregadas. Os incrementos nos valores de módulo de resiliência são de 96% e 38% para as energias modificada e intermediária, respectivamente. Como observado anteriormente para a resistência à compressão simples, acredita-se que a melhoria no comportamento mecânico do ARC com o decorrer do tempo deva-se ao desenvolvimento da cimentação própria do material. Destaca-se que os resultados determinados nesta pesquisa confirmam os obtidos por Arm (00) em pesquisa desenvolvida na Suécia, onde amostras de ARC compactadas na energia modificada também apresentam valores crescentes de módulo de resiliência com o decorrer do tempo de cura. No tocante à influência da energia de compactação sobre a rigidez do agregado reciclado de concreto, ainda observando-se a Figura 6, verifica-se que na condição sem cura, Analisando-se os resultados dos ensaios de compressão simples e triaxiais cíclicos, constata-se que existe uma melhoria do comportamento mecânico do agregado reciclado de concreto ao longo do tempo de cura para ambas energias pesquisadas. Acredita-se que esse fato se deva à cimentação própria do material. O efeito da cimentação própria poderia ser comparado ao efeito da estabilização química de um agregado natural com pequena quantidade de cimento ou cal. No tocante à energia de compactação, constata-se que este parâmetro tem influência expressiva sobre o desempenho do agregado reciclado de concreto ensaiado sem cura. Nesta condição, o emprego da energia modificada conduz a maiores valores de resistência à compressão simples e de módulo de resiliência do que os alcançados quando se utiliza a energia intermediária. No entanto, com o decorrer do tempo de cura, o efeito da cimentação passa a atuar e aos 90 dias, amostras compactadas nas energias intermediária e modificada apresentam valores de resistência e rigidez muito próximos entre si. Finalmente, os resultados da pesquisa indicam que a utilização de agregados reciclados de concreto pode ser uma interessante alternativa ao emprego de agregados naturais na construção de camadas de base e sub-base de pavimentos. 6

7 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à CAPES pela bolsa de mestrado concedida ao primeiro autor. REFERÊNCIAS ANGULO, S. C. (005). Caracterização de agregados de resíduos de construção e demolição reciclados e a influência de suas características no comportamento mecânico de concretos. 67 p. Tese (Doutorado) Universidade de São Paulo, São Paulo. AASHTO T (999). Standard Method of Test for Determining the Resilient Modulus of Soils and Aggregate Materials. ARM, M (00). Self-cementing properties of crushed demolished concrete in unbound layers: results from triaxial tests and field tests. Waste Management and Research, v., p ABNT (984). NBR 78: Solo Ensaio de compactação. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. ABNT (99) NBR 770: Solos coesivos Determinação da resistência à compressão simples. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro. ABNT (004a). NBR 0004: Resíduos Sólidos Classificação. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. ABNT (004b). NBR 55: Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil Execução de camadas de pavimentação Procedimentos. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. BENNERT, T.; PAPP JR., W. J.; MAHER, A.; GUCUNSI, N. (000) Utilization of construction and demolition debris under traffic-type loading in base and subbase applications. Transportation Research Record, n.74, p BLANENAGEL, B. J.; GUTHRIE, W. S. (006) Laboratory characterization of recycled concrete for use as pavement base material. Transportation Research Record, n.95, p.-7. DNER (998a). ME 035/98: Agregados Determinação da abrasão Los Angeles. Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, Rio de Janeiro. DNER (998b). ME 08/98: Agregados Determinação da absorção e da massa específica de agregado graúdo. Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, Rio de Janeiro. GRUBBA, D. C. R. P. (009) Estudo do comportamento mecânico de um agregado reciclado de concreto para utilização na construção rodoviária. 39p. Dissertação (Mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. GRUBBS, F. (969). Procedures for Detecting Outlying Observations in Samples. Technometrics, Vol., p. -. POON, C. S; QIAO, X. C; CHAN, D. (006) Feasible use of recycled concrete aggregates and crushed clay brick as unbound road sub-base. Construction and Building Materials, no 0, p RAO, A.; JHA,.; MISRA, S. (007) Use of aggregates from recycled construction and demolition waste in concrete. Resources, Conservation and Recycling, no 50, p SAEED, A; HAMMONS, M. I.; REED, J. L. (007) Comprehensive Evaluation, Design, and Construction Techniques for Airfield Recycled Concrete Aggregate as Unbound Base. In: Transportation Research Board 86th Annual Meeting, Washington DC, United States, 6p. SINDUSCON-SP (005) - SINDICATO DA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL DO ESTADO DE SÃO PAULO,. Gestão Ambiental de Resíduos da Construção Civil: A experiência do SindusCon-SP/ Tarcísio de Paula Pinto. São Paulo: SINDUSCON-SP. 48 p. 7