ESTUDO SOBRE A VIABILIDADE DE APROVEITAMENTO DE AGREGADO RECICLADO MISTO (ARM) NA PRODUÇÃO DE TIJOLOS CERAMICOS E DE SOLO- CIMENTO

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1 ESTUDO SOBRE A VIABILIDADE DE APROVEITAMENTO DE AGREGADO RECICLADO MISTO (ARM) NA PRODUÇÃO DE TIJOLOS CERAMICOS E DE SOLO- CIMENTO L. L. PIMENTEL F. C.. MENDES Prof.ª Engenharia Civil Graduanda Fac. de Engenharia Civil PUC-CAMPINAS PUC-CAMPINAS Campinas - Brasil Campinas - Brasil lialp@puc-campinas.edu.br francinemendes1993@gmail.com M. P. BARBOSA A. E. JACINTHO Prof.ª Engenharia Civil Prof.ª. Eng.ª Civil PUC-CAMPINAS PUC-CAMPINAS Campinas - Brasil Campinas - Brasil monica_eng_civil@yahoo.com.br anajacintho@puc-campinas.edu.br RESUMO É de fundamental importância ampliar as possibilidades de utilização dos agregados provenientes do resíduo de construção civil para tornar economicamente sustentável o processo de gestão desses resíduos. Este trabalho visou a utilização do agregado reciclado na produção de tijolos cerâmicos e de tijolos de solo cimento, esta possibilidade pode trazer benefícios para o meio ambiente tanto pela redução da quantidade de resíduos depositados em aterros sanitários como pela redução da extração de matéria prima para produção. O procedimento de pesquisa iniciou-se com a caracterização do solo e da mistura de solo com agregado reciclado miudo, a serem utilizados na produção dos tijolos ceramicos e dos tijolos de solo cimento. Foram produzidos os tijolos cerâmicos por extrusão e tijolos de solo cimento usando prensa manual. Foram determinadas as resistencia à compressão e a capacidade de absorção de água dos tijolos e os resultados demonstram que o uso do agregado reciclado manteve as características dos tijolos cerâmicos e melhorou as características dos tijolos de solo cimento. 1. INTRODUÇÃO Os resíduos gerados pelas reformas, construções e demolições de obras da construção civil são classificados pela resolução nº307 do CONAMA [1], em 4 classes, à classe A pertencem os resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tendo sua composição variada, entre os principais componentes encontramos argamassa, material cerâmico e concreto. Devido a variedade de sua composição, quando os resíduos são britados misturados, torna se difícil sua utilização na produção de concreto. Unidades recicladoras estão realizando a separação desse resíduo, dividindo-o em dois tipos: resíduo cinza (argamassa e concreto) e resíduo misto pela predominância de material cerâmico, gerando dessa forma dois tipos de agregado Agregado Reciclado Cinza (ARC) e Agregado Reciclado Misto (ARM) conforme a NBR 15116:2004 [2]. O ARC tem maior aceitação por parte das empresas produtoras de blocos ou pisos intertravados de concreto, por sua vez, o ARM tem como principal destinação a aplicação em obras de pavimentação. O material cerâmico na construção civil é utilizado na alvenaria de vedação e estrutural, e é produzido a partir da argila, sua extração gera grandes impactos ambientais, portanto, a reutilização do resíduo vermelho se torna algo de grande importância e se comprovado o seu uso em dosagens que não afetem significativamente a função do tijolo ou bloco cerâmico, ou na produção de tijolos de solo-cimento, o processo pode se tornar viável trazendo vantagens para a sustentabilidade das construções. O solo-cimento é o material resultante da mistura homogênea, compactada e curada de solo, cimento e água em proporções adequadas. Sua dosagem é realizada a partir de ensaios mecânicos, de forma a definir um valor mínimo de cimento que apresente resistência compatível, conforme o projeto a ser empregado. 1

2 A produção dos tijolos de solo cimento varia de acordo com os objetivos de sua utilização seguindo as seguintes etapas básicas: escolha dos solos, retirada dos solos das jazidas, preparo dos solos, dosagem, amassamento, moldagem, cura e estocagem. [3] Para que o solo seja estabilizado com cimento de forma econômica, o mesmo deve conter porção de areia, pois caso tenha um teor muito elevado de argila pode exigir um aumento considerável de cimento, apresentar elevada retração e, ainda, tornar o processo mais caro. [4] GRANDE [5] analisou vários aspectos de tijolos modulares compostos por misturas de solo-cimento e solo cimento sílica produzidos em prensa manual marca SAHARA, com a finalidade de se obter parâmetros e diretrizes que visam um melhor desempenho do material. Foram realizados ensaios em corpos de prova cilíndricos. As contribuições da pesquisa permitiram relacionar a tecnologiada fabricação de tijolos de solo-cimento com o contexto de construção sustentável e o aproveitamento de resíduos industriais, além de sistematizar informações para a elaboração de um projeto tecnológico com os tijolos modulares. A influência da quantidade de água durante o processo de compactação da mistura de solo cimento será muito próxima à verificada no solo uma vez que pouco tempo após a mistura, o cimento é uma fração granular ainda sem função aglomerante. Depois de compactado, o ganho de resistência causado pela hidratação do cimento afetará o comportamento do material, que com o aumento da rigidez, diminuirá sua influência à ação direta da água [6]. A NBR 10834:1994 [7] especifica parâmetros de qualidade para os blocos de solo cimento sem função estrutural. Essa norma define-se bloco de solo-cimento como componente para alvenaria de seção transversal útil entre 40 e 80% da seção transversal total, constituído por uma mistura homogênea de solo, cimento Portland, água e, eventualmente, aditivos. A resistência à compressão para blocos de solo-cimento deve ser maior ou igual a 2,0 MPa para valores médios, e maior ou igual a 1,7 MPa para valores individuais, aos 28 dias de idade. A absorção de água deve ser menor ou igual a 20% para valores médios, e menor ou igual a 22% para valores individuais, aos 28 dias de idade. Os blocos cerâmicos, ou tijolos, como são popularmente conhecidos, são componentes básicos de qualquer construção de alvenaria, seja ela de vedação ou estrutural. Os tijolos são produzidos a partir da argila, geralmente sob forma de paralelepípedo, possuem coloração avermelhada e apresentam canais/furos ao longo de seu comprimento [8]. Para a produção de tijolos, a indústria cerâmica utiliza uma argila com quantidades de silte e areia. O teor em fração argilosa é baixo, mas suficiente para permitir o desenvolvimento da plasticidade necessária à moldagem dos produtos cerâmicos [9]. O tijolo maciço é aquele que possui todas as faces plenas de material, podendo apresentar rebaixos de fabricação em uma das faces de maior área. É fabricado com argila, conformado por extrusão ou prensagem, queimado à temperatura que permita ao produto final atender às condições determinadas pela NBR 7170:1983, trazendo a identificação do fabricante sem que prejudique seu uso. Os tijolos comuns são de uso corrente e podem ser classificados em A, B e C, variando conforme sua resistência à compressão, sendo 1,5, 2,5 e 4,0 MPa respectivamente. [10]. 2. METODOLOGIA Para avaliar novas possibilidades de aplicação do ARM, foi feito um estudo prático que se iniciou com a caracterização do ARM miúdo, do solo a ser usado na produção de tijolos de solo-cimento, e da mistura de saibros usada na produção de tijolo maciço cerâmico. Posteriormente, foram produzidos tijolos de solo cimento e tijolos ceramicos utilizando mistura de solo e ARM miudo e determinadas suas caracteristicas de forma a avaliar a possibilidade de uso do ARM. 2.1 Caracterização do agregado reciclado misto (ARM) A caracterização do agregado reciclado misto, foi feita determinando-se o modulo de finura e diâmetro máximo segundo [11], massa específica [12], massa unitária [13] e teor de finos [14]. Os resultados obtidos para o agregado reciclado misto são apresentados na tabela 1. Com a curva granulometrica apresentada na Figura 1 foi possível determinar o módulo de finura, MF=2,34 e o diâmetro máximo Ф=4,8 mm. De acordo com a [15] o módulo de finura encontrado determina que o agregado se encontra na zona ótima de utilização. 2

3 Tabela 1: Caracterização do agregado reciclado misto Massa específica (g/cm³) 2,33 Massa unitária (g/cm³) 1,36 Diametro máximo (mm) 4,8 Teor de pulverulento (%) 8,4 Granulometria Caracterização dos solos Diâmetro das partículas (mm) Figura 1: Curva granulométrica do agregado reciclado misto Foram caracterizados 3 tipos de solo, são eles: - Solo1 solo para produção de tijolo de solo cimento; - Solo 2 mistura de piçarras utilizada pela olaria na produção do tijolo cerâmico maciço; - Solo 3 mistura de saibros mais agregado reciclado misto, misturados na proporção de 50% em volume. Para os solos, foram realizados os ensaios de compactação para a determinação da umidade ótima, por proctor [16], a granulometria e sedimentação [17]. Também foram determinados os limites de liquidez e de plasticidade [18]; por fim, a análise visual e táctil. Após a realização dos ensaios de caracterização dos solos, foi possível fazer as curvas granulométricas. A tabela 2 apresenta as caracteristicas dos 3 solos. Tabela 2: Caracterização dos solos Solo 1 Solo 2 Solo 3 Limite de Liquidez (%) 23,5 44,3 27,8 Limite de Plasticidade (%) 15,5 40,8 23,42 Umidade Ótima (%) 13,7 23,9 - Densidade Natural (g/cm³) 1,785 2,05 - Os Limites de Liquidez e de Plasticidade obtidos para o solo 1 atendem aos limites especificados pela ABCP [19] que sugere, que os limites de liquidez e de plasticidade não sejam superiores a 45% e 18% respectivamente, visando um menor consumo de cimento na produção de solo-cimento. Nesse caso os valores foram inferiores, com limite de liquidez de 23,5% e limite de plasticidade de 15,5%. O solo 2, obtido apartir da moagem de piçarras para produção de tijolos maciços e o solo 3 obtido pela mistura das piçarras com o ARM apresentam altos LL e LP devido ao alto teor de argila quando comparado ao solo 1. O solo 2 apresenta valores significativamente maiores de LL e LP do que os encontrados para o solo 3, demonstrando ter mais argila do que a mistura. Comparando o solo (solo 2) com a mistura solo/resíduo (solo 3), é possível notar que a análise visual e táctil é muito próxima, com a variação de que a mistura apresenta mais partículas arenosas. A Tabela 3 apresenta os resultados da Identificcação visual e tactil dos tres tipos de solo. As curvas granulometricas são apresentadas nas figuras 2 a 4. Eles mostram que o solo 2 têm partículas de dimensões menores do que as apresentadas pela mistura (solo 3), devido a adição de resíduo britado, o que alterou suas características de plasticidade como observado na analise visual e tactil do solo. 80 % passante acumulada Re 3

4 Tabela 3: Análise Visual e Táctil dos solos Solo 1 Solo 2 Solo 3 Cor e Textura Cor: avermelhado Cor: marrom claro Cor: marrom claro, Textura: fino. Textura: super fino. acinzentadotextura: fino. sujar as mãos Necessária fricção para Dificuldade de desprender da Dificuldade de desprender desprender mão. da mão. Plasticidade Molda com facilidade Molda com facilidade. Molda com facilidade. Mob. da água intersticial Baixa mobilidade Baixa mobilidade Baixa mobilidade. Desagregação Solo De média a alta submerso desagregação Média desagregação. Média desagregação. Dispersão em água Dispersão lenta Dispersão lenta. Dispersão média. Conclusão Solo argilo arenoso Solo argiloso Solo Areno Argiloso Granulometria 100 % passante acumula Diâmetro das partículas (mm) Figura 2: Curva Granulométrica do solo 1 (solo para solo cimento) 50 Sol Granulometria Figura 3: Curva Granulométrica do solo 2 (mistura de piçarras) 50 % passante Acum Granulometria Figura 4: Curva Granulométrica do solo 3 (mistura de piçarras com resíduo) % passante acum 2.3. Processo de produção e caracterização de tijolos maciços cerâmicos O estudo teve como objetivo a utilização de agregado reciclado misto na produção de tijolos cerâmicos. Para que os tijolos pudessem ser produzidos tradicionalmente, uma olaria da cidade de Piracicaba-SP disponibilizou o equipamento para a realização do processo. O material utilizado para a produção dos tijolos da olaria consiste de uma mistura de 4

5 solos, a piçarra roxa e a piçarra vermelha, com proporções de 70% e 30% respectivamente. Esse material é retirado em area próxima à olaria e sua extração provoca impacto ambiental, como ilustrado na Figura 5. Figura 5: local de extração da piçarra vermelha. Para produção do tijolo ceramico foi utilizado uma mistura de 50 % do solo previamente misturado da olaria com adição de 50% de ARM miudo medidos em volume. O material foi misturado no pateo e depois colocado em um moinho (Figura 6), para atingir o grau de finura adequado. Na sequencia, o material é transportado ate o misturador, onde é adicionada água ate atingir a consistência apropriada para extrusão (Figura 7). Durante o processo de extrusão ocorre tambem a retirada de ar da massa por bomba a vácuo. A extrusora produz uma barra continua que é apoiada em uma esteira transportadora até a superfície de corte, onde laminas padronizam as medidas dos tijolos. Deixando os prontos para as etapas de secagem e queima. Figura 6 - Material sendo depositado no moinho Figura 7 Misturador e extrusora Foram produzidos 4 lotes, sendo L1 o lote referencia, sem adição do agregado reciclado misto, os demais lotes são numerados em função da condição de secagem disponibilizada pela olaria, sendo elas: L2- secagem normal no rancho, L3- secagem em rancho coberto por plástico, L4- secagem em estufa com circulação de ar quente. Após a secagem os tijolos foram levados ao forno tipo bola, onde ficaram durante dois dias e duas noites, a temperatura neste tipo de forno não é uniforme e pode variar de 800 e Após esse período a retirada dos tijolos foi feita 12 horas após o termino da queima, para que não ocorra choque térmico ocasionando fissuras. Os tijolos foram levados ao laboratório de Materiais e Estruturas da PUC-Campinas para ensaios. Foram determinados a massa específica e a capacidade de absorção de água alem da resistência à compressão conforme a [20] Processo de Produção e caracterização de tijolos de Solo-Cimento O tijolo de solo cimento é composto por uma mistura de solo, cimento e água. Para a moldagem é fundamental que o solo tenha uma quantidade adequada de argila e deve-se conhecer tambem a umidade ótima do solo, ou seja, aquela umidade para a qual se obtem maior densidade. Apos coleta do solo 1 e sua caracterização, foram propostas tres proporções de misturas de solo e ARM sendo elas 60, 70 e 80% de substituição do solo pelo ARM em massa. A avaliação do comportamento das misturas foi feita através do ensaio de compactação de Proctor. Foram determinadas a umidade ótima e a densidade natural para cada mistura. Os resultados são apresentados na Tabela 4. Como a maior densidade foi obtida para a mistura S70, essa proporção de mistura foi utilizada na produção dos tijolos de solo-cimento. Para a produção dos tijolos, foi utilizada a prensa manual, obtendo tijolos maciços com espessura de 6 cm, largura de 12,5 cm e comprimento de 25 cm. A mistura para produção dos tijolos foi preparada com a umidade ótima, anteriormente determinada pelo ensaio de compactação. Conforme a [21], foram produzidos 10 tijolos, sendo 7 5

6 destinados ao ensaio de resistência à compressão simples e 3 para o ensaio de absorção de água. As Figuras 8 e 9 mostram a prensa e o processo de produção do tijolo de solo cimento. Tabela 4: Características para cada mistura S80 S70 S60 Umidade ótima (%) 15,78 15,46 14,83 Densidade Natural (g/cm³) 1,964 1,991 1,951 Figura 8 Prensa manual Figura 9 Tijolo de solo cimento recém produzido Após a produção, os tijolos passaram por processo de cura, sendo molhados por 7 dias, na sequencia os tijolos ficaram abrigados e envolvidos com lona plástica até a idade de 28 dias para os ensaios de resistência a compressão simples e absorção de água. 3. RESULTADOS 3.1. Tijolos Cerâmicos Foram produzidos 75 tijolos com a mistura de solo e ARM, sendo que para cada condição de secagem foram colocados 25 unidades, os tijolos referencia, produzidos com solo sem adição de residuo foram secos no rancho. A Tabela 5 apresenta os resultados de Massa especifica e Capacidade de absorção de agua para cada tipo de secagem disponibilizado pela olaria, o Lote 1 (L1) são os tijolos produzidos sem a adição de resíduo e secos naturalmente no rancho, tomados como referência ao estudo. Os lotes 2, 3 e 4 (L2, L3 e L4) são os tijolos produzidos com a adição de resíduo, e secados no rancho, no rancho com cobertura de plástico e no rancho com circulação de ar quente, respectivamente. Tabela 5: Massa específica e capacidade de absorção média dos tijolos Lote Massa específica Capacidade de média (g/cm³) Absorção (%) L1 1,55 17,5 L2 1,51 19,8 L3 1,50 20,1 L4 1,51 19,7 A capacidade de absorção de água em todos os lotes em que foi adicionado resíduo aumentou em relação ao L1, enquanto que a massa específica diminuiu em relação ao lote referência, mostrando que os tijolos passaram a ser mais leves, o que pode se tornar uma vantagem nas construções. A Figura 10 apresentam a resistencia a compressão média dos tijolos De acordo com a [10] os tijolos são classificados em três categorias que determinam a resistência á compressão mínima que devem suportar, sendo elas A, B e C, com resistências de 1,5; 2,5 e 4,0 MPa respectivamente. A resistência à compressão média dos tijolos produzidos, como mostra na Figura 10, foi superior a 4,0 MPa em todos os lotes, podendo classifica-los na categoria C. O lote L1, dos tijolos da olaria sem resíduo, foram secados no rancho, assim como o lote L2, que continha resíduos na composição, comparando os valores obtidos de resistência média dos dois lotes secados da mesma forma, que foram de 7,55MPa e 5,81MPa respectivamente, a adição do agregado reciclado misto (ARM) fez com que a resistência dos tijolos diminuísse, ainda assim se manteve dentro do esperado pela norma. Já os lotes L3 que obteve 7,27 MPa e L4 que 6

7 obteve 6,69 MPa, passaram por processos de secagem diferentes do L1, obtiveram resistências médias próximas do lote de referência. Não superiores, mas satisfatórias Tijolos de solo cimento Figura 10: Resistência à compressão média por lote. A Tabela 6 apresenta os valores de massa especifica e capacidade de absorção de água para cada lote, T1 tijolos de solo cimento produzidos sem a adição de resíduos e T2 com a adição de resíduos, na proporção de 30% de solo e 70% de resíduo. Observa-se que a substituição do solo pelo ARM aumentou a massa especifica e reduziu a capacidade de absorção de agua. Tabela 6: Massa específica e capacidade de absorção média dos tijolos Lote Massa Específica média (g/cm³) Capacidade de Absorção (%) T1 1,451 23,27 T2 1,598 11,74 A [21] determina que os valores de absorção média para os tijolos de solo cimento devem ser inferiores a 20%, e a resistência à compressão superior a 2,0 MPa. Para os tijolos produzidos sem a adição de resíduos os valores, não atingiram os requisitos da norma, com absorção média de 23,27% e a resistência de 1,12 MPa. Os tijolos produzidos com 70% de resíduo obtiveram absorção média de 11,74%, e a resistência à compressão foi de 2,49MPa, como pode ser observado na Figura 11. Outro ponto observado foi a maior massa específica dos tijolos produzidos com ARM. 4. CONCLUSÕES Figura 11: Gráfico com resistências médias por lote. A partir dos resultados obtidos para os tijolos cerâmicos, foi possível concluir que a adição de agregado reciclado misto (ARM) apesar de reduzir a resistencia a compressão os valores atendem aos especificados pela norma brasileira. A secagem em rancho com cobertura de plastico e em rancho com circulação de ar quente melhoraram a resistencia do tijolo. Para os tijolos de solo cimento, a adição do agregado reciclado misto (ARM) melhorou as características dos tijolos e fez com que eles atendessem aos requisitos exigidos pelas normas brasileiras. Os tijolos produzidos com 70% de 7

8 resíduo apresentaram, em relação aos tijolos produzidos sem a adição de resíduos, valores de resistência à compressão mais elevados, e também valores mais baixos de absorção de água. Portanto, essas conclusões mostram que o ARM pode ser utilizado, não só na pavimentação, mas em diferentes aplicações. Diminuindo o impacto ambiental, com a diminuição da extração de matéria prima. Evitando tambem a deposição de materiais em lugares indevidos e em aterros sanitários. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Eco Verde Ambiental Ltda; à Olaria da Volta Ltda pelo fornecimento de material e apoio no desenvolvimento do trabalho. Agradecemos tambem à PUC-Campinas pela bolsa de Iniciação Cientifica e à FAPESP pelo auxilio pesquisa 2014/ REFERÊNCIAS [1] CONAMA. Resolução n 307, de 05 de julho de Estabelece diretrizes, critérios, procedimentos para a gestão dos resíduos da construção civil. Brasilia-DF. [2] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004) NBR Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil Utilização em pavimentação e preparo de concreto sem função estrutural Requisitos. [3] PISANI, Maria Augusta Justi. Um material de construção de baixo impacto ambiental: o tijolo de solocimento. Artigo. São Paulo-SP [4] BERNUCCI, L. B.; MOTTA, L. M. G.; CERATTI J.A. P.; SOARES J. B.Pavimentação asfáltica, formação básica para engenheiros. 1ª ed. Rio de Janeiro RJ. PETROBRAS; ABEDA p [5] GRANDE, Fernando Mazzeo.Fabricação de tijolos modulares de solo-cimento por prensagem manual com e sem adição de sílica ativa. USP. São Carlos-SP, [6] SANBONSUGE, Kendi. Comportamento Mecânico e Desempenho em Campo de Base de Solo-Cimento. USP. São Paulo-SP, [7] Associação Brasileira de Normas Técnicas (1994). NBR Bloco vazado de solo cimento sem função estrutural. Requisitos. Rio de Janeiro RJ. [8] INMETRO. Bloco cerâmico (Tijolo). Disponível em < Acesso em: Janeiro de [9] MEIRA, J. M. L. Argilas: O que são, suas propriedades e classificações. Comunicações técnicas, [10] Associação Brasileira de Normas Técnicas (1983). NBR 7170 Tijolo maciço cerâmico para alvenaria. Especificação. Rio de Janeiro RJ. 4p. [11] Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR NM 248 Agregados: Determinação da composição granulométrica, Método de ensaio. [12] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2009) NBRNM 53: Agregado graúdo - Determinação da massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Rio de Janeiro. [13] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2006) NBRNM 45: Agregados - Determinação da massa unitária e do volume de vazios. Rio de Janeiro. [14] Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR NM46 Agregados: Determinação do material fino que passa através da peneira 75 m por lavagem. [15] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2009). NBR 7211 Agregados para concreto. Especificação. Rio de Janeiro RJ. 9p. [16] Associação Brasileira de Normas Técnicas (1988). NBR Solo - Ensaio de compactação Rio de Janeiro RJ. 10p. [17] Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). NBR 7181 Solo- Analise granulometrica. Rio de Janeiro RJ. 13p. [18] Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). NBR Solo - Determinação do limite de liquidez Rio de Janeiro RJ. 6p. [19] ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland. Construção de paredes monolíticas com solo-cimento compactado. São Paulo, 1989, 12p. Boletim Técnico 110 [20] Associação Brasileira de Normas Técnicas (1983). NBR 6460 Tijolo maciço cerâmico para alvenaria - Verificação da resistência à compressão Rio de Janeiro RJ. 3p. [21] Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). NBR 8492 Tijolo maciço de solo cimento determinação da resistência à compressão e da absorção d água. Método de Ensaio. Rio de Janeiro RJ. 5p. 8