18ª RPU REUNIÃO DE PAVIMENTAÇÃO URBANA

Transcrição

1 18ª RPU REUNIÃO DE PAVIMENTAÇÃO URBANA São Luís, MA - 18 a 20 de junho de 2012 ANÁLISE LABORATORIAL DE AGREGADO RECICLADO DE CONCRETO PARA USO EM CAMADAS DE PAVIMENTO Bismak Oliveira de Queiroz 1 ; Ricardo Almeida de Melo 2 RESUMO A escassez de materiais próximos aos centros urbanos tem implicações diretas nos custos de pavimentação, acarretando obras rodoviárias mais onerosas. Assim, a substituição de agregados convencionais por agregados reciclados é uma alternativa à redução desses custos. Nesse sentido, esse trabalho teve como objetivo avaliar tecnicamente o uso de agregados reciclados para aplicação em camadas de pavimentos. O material usado no estudo foi obtido na usina de reciclagem do município de João Pessoa. O estudo foi contemplado com ensaios de composição, granulometria, absorção, compactação e índice de suporte Califórnia (ISC). Segundo a NBR (ABNT, 2004), o material foi classificado como sendo Agregado de Resíduo de Concreto (ARC) e atendeu aos requisitos gerais para agregado destinado à pavimentação, a exemplo da dimensão máxima característica, do coeficiente de uniformidade e do percentual passante na peneira de 0,42 mm (Nº 40). O teor de absorção obtido para o agregado reciclado foi de 5%. A compactação do material foi realizada utilizando energia intermediária, obtendo um valor de 12,3% para a umidade ótima e 1,69 g/cm³ para a massa específica aparente seca máxima. O material estudado apresentou um valor de ISC de 30% e 0,03% de expansão. De acordo com os resultados obtidos, o ARC pode ser executado em revestimento primário e em sub-base de pavimento. PALAVRAS-CHAVE: análise laboratorial, agregados reciclados de concreto, pavimentos, camadas. ABSTRACT The shortage of raw material nearby urban centers has direct implications in pavement costs and can increase road work cost. So, the replacement of natural aggregate for recycled aggregate can reduce those costs. Thus, the work aim was to study the technical viability of recycled aggregates for construction of pavement layers. The material used in the research was obtained from the waste recycling plant in João Pessoa city. The method included tests of composition, particle size distribution, absorption, compaction with intermediate energy and California Bearing Ratio. In accordance with ABNT: NBR 15116/2004, the material classification was: recycled concrete aggregate (RCA). In addition, the material was included in the general aspects to use on the pavement like minimal coefficient of uniformity; maximum aggregate diameter and passing material percentage on the 0,42 mm sieve. The RCA absorption was 5%. To compaction results, it was obtained 1,69 g/cm³ to maximum dry density and 12,3% to optimum moisture content. The CBR value was 30% and 0,03% of swelling. In accordance with those results, the RCA can be used on pavement primary surface course and sub-base. KEY WORDS: laboratory analysis, recycled concrete aggregates, pavement, layers. 1 Aluno de graduação, Universidade Federal da Paraíba, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. Campus I Cidade Universitária , João Pessoa, Paraíba. ( bis_parari@hotmail.com) 2 Professor (Autor correspondente). Idem. ( ricardo@ct.ufpb.br)

2 INTRODUÇÃO As obras civis de um modo geral demandam uma grande quantidade de matéria-prima, o que pode implicar em altos custos e prejuízos ao meio ambiente. As obras rodoviárias, por exemplo, tem-se tornado mais onerosas devido à escassez de materiais para pavimentação próximos aos centros urbanos. Portanto, essa situação atual leva-nos a pensar em alternativas que atendam às necessidades de fontes de matéria-prima. Em se tratando de fontes alternativas de materiais para pavimentação, a indústria da construção civil tem dado sua contribuição através do reaproveitamento dos resíduos gerados em obras de construção, demolição e reforma resíduo da construção e demolição (RCD) como agregado reciclado. Logo, a substituição de agregados naturais por agregados reciclados corrobora para a redução de custos com obras de infraestrutura de transportes, além de reduzir impactos ambientais e preservar os recursos naturais. REVISÃO DA LITERATURA Várias cidades do mundo têm usado RCD em camadas de pavimentos, uma vez que o uso desses materiais tem-se mostrado viáveis, devido sua disponibilidade, assim como a existência de tecnologia para reciclagem (HORTEGAL et al, 2009). Na Holanda, por exemplo, 85% dos RCD produzidos são reciclados e transformados em agregados adequados para construção de rodovias e uso em concreto (HENDRI e JANSSEN, 2001). A aplicação de RCD em obras rodoviárias é possível mediante a comprovação da sua viabilidade, através da realização de ensaios de caracterização física e resistência mecânica. Nesse sentido, Melbouci e Fazia (2009) estudam o comportamento mecânico de agregados de resíduos oriundos da demolição de obras de construção civil, para uso na infraestrutura de pavimentos flexíveis. De acordo com esses autores, os agregados reciclados de concreto apresentam um valor para massa específica seca máxima de aproximadamente 1,9 g/cm³, enquanto os agregados de tijolos apresentam um valor de 1,63 g/cm³. Porém, os agregados de tijolos apresentam um valor de umidade ótima maior que os agregados de concreto, ou seja, aqueles absorvem mais água para obter uma boa compactação. O aumento na umidade ótima dos agregados reciclados é atribuído à presença de materiais cerâmicos (POON E CHAN, 2006; VEGAS et al., 2011). Com relação ao ensaio de índice de suporte Califórnia (ISC), Melbouci e Fazia (2009) puderam verificar a viabilidade técnica do uso de agregados reciclados em pavimentação através desse ensaio. Eles obtiveram um valor de ISC acima de 80% para agregados reciclados de concreto (ARC). Contudo, os agregados obtidos de tijolos apresentaram ISC da ordem de 48%, visto que esses apresentam uma menor massa específica aparente seca máxima. A viabilidade técnica do uso de agregados reciclados de concreto foi também comprovada por Rustom et al. (2007), no qual se obteve altos valor de ISC, da ordem de 186%, em função da grande quantidade de material cimentício presente nesses agregados. Altos valores de ISC para agregados reciclados de concreto foram também obtidos por Grubba e Parreira (2009). O valor de ISC obtido por esses autores para os ARC oriundos de São Carlos SP foi de 172%, superando os 142% apresentado pelos agregados naturais no mesmo estudo. Como desvantagem para o uso de agregado reciclado pode-se destacar a absorção que,

3 geralmente, é maior do que dos agregados naturais; desse modo o material pode necessitar de maior quantidade de água para compactação. Em seu estudo, Motta (2005) determinou teor de absorção de 7,8% para agregado reciclado. Outro aspecto que pode inviabilizar o uso de resíduos sólidos em pavimentação é a contaminação do solo por metais devido ao processo de lixiviação e solubilização. Nesse sentido, no estudo de Grubba e Parreira (2009) foram realizados ensaios de lixiviação e solubilização, o que permitiu classificar agregados reciclados de concreto em material não inerte e não perigoso (Classe II-A), com concentrações de alumínio e fenóis acima dos limites recomendados pela ABNT: NBR 10004/04, o que, segundo os autores, contrasta com o esperado, uma vez que esses resíduos são considerados geralmente como inertes. Contudo, este fato não inviabiliza o uso dos agregados reciclados em pavimentação, tendo em vista que muitos materiais empregados na construção de camadas de pavimentos são considerados não inertes, a exemplo de cimento, cal, emulsão asfáltica, e, até mesmo alguns solos tropicais. OBJETIVO O objetivo desse trabalho foi avaliar a viabilidade técnica de agregados reciclados para aplicação em camadas de pavimentos, através da realização de ensaios laboratoriais de caracterização física e resistência mecânica. MATERIAIS E MÉTODOS O material usado na pesquisa foi obtido na usina de reciclagem do município de João Pessoa-PB (USIBEN) em três frações diferentes, denominadas no local da coleta por brita, cascalho e fíler. Lembrando que esta denominação não se refere à classificação do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) para agregados, tal denominação foi usada apenas para diferenciar as três frações usadas no estudo. A Figura 1 ilustra amostras do material coletado. Brita Cascalho Fíler Figura 1. Material usado no estudo em três frações: brita, cascalho e fíler. A etapa de preparação de amostras, para ensaios em laboratório, teve inicio com o quarteamento e redução do material, conforme a especificação NBR NM 27 (ABNT, 2001). Na Figura 2 pode ser visto as amostras quarteadas e reduzidas.

4 Brita Cascalho Fíler Figura 2. Quarteamento e redução do material em amostras para ensaios laboratoriais. Com as amostras reduzidas foram realizados vários ensaios em laboratório. De início foi realizado o ensaio de classificação para a brita e o cascalho, executado segundo o anexo A da NBR (ABNT, 2004). Após, o ensaio de granulometria foi realizado para cada fração de agregado reciclado por meio de peneiramento, de acordo com a DNER-ME 083/98. Nesse ensaio, três repetições foram feitas, de modo a se obter curva granulométrica média. Além disso, a dimensão máxima característica, o coeficiente de uniformidade e o percentual passante na peneira de 0,42 mm (Nº 40) foram determinados. Com os resultados da granulometria foi realizada uma correção granulométrica, pelo método das tentativas, com a finalidade de se obter uma mistura tal que se enquadrasse o mais próximo possível da faixa C do DNER - ES 303/97. Visando obter a quantidade de água absorvida pelo material durante o processo de compactação, prosseguiu-se a realização dos ensaios com o de absorção, o qual foi realizado conforme especifica a DNER 081/98. Após a etapa de classificação e caracterização física, foi realizado o ensaio de compactação. Este ensaio foi executado de acordo com a especificação NBR 7182 (ABNT, 1984), utilizando-se três amostras e energia intermediária. Para avaliar a resistência mecânica dos agregados reciclados quando sujeito ao tráfego de veículos e a variações climáticas, foi realizado o ensaio de índice de suporte Califórnia (ISC). Neste estudo, o ISC foi realizado, com três amostras, segundo a NBR 9895 (ABNT, 1987). RESULTADOS E DISCUSSÃO No ensaio de granulometria, três repetições foram feitas para cada fração dos agregados reciclados, de modo a se avaliar a heterogeneidade da textura e para se determinar curva granulométrica média. A Figura 3 mostra os resultados obtidos.

5 Figura 3. Curva granulométrica de cada fração. De acordo com as curvas granulométricas mostradas na Figura 3, as denominações dadas às frações estudadas na USIBEN não são adequadas, uma vez que essas não estão de acordo com a classificação, quanto ao tamanho individual dos grãos, proposta pelo DNIT. De acordo o DNIT (2006), os agregados são classificados em graúdo, miúdo e material de enchimento ou fíler: Agregado graúdo: é o material retido na peneira nº 10 (2 mm): brita, cascalhos, seixos, etc.; Agregado miúdo: é o material que passa na peneira nº 10 (2 mm) e fica retido na peneira nº 200 (0,075 mm): pó de pedra, areia, etc.; Material de enchimento ou fíler: é o material que passa pelo menos 65% na peneira nº 200 (0,075 mm): cal extinta, cimento portland, pó de chaminé e etc. Dessa forma, os agregados reciclados coletados na USIBEN foram denominados conforme a classificação granulométrica do DNIT (2006) e segundo uma denominação que se julgou conveniente para o estudo. A Tabela 1 resume os resultados. Denominação da USIBEN Tabela 1. Classificação e denominação dos agregados reciclados. Classificação Nova Significado do DNIT (2006) Denominação Brita Agregado graúdo ARCb25 Agregado reciclado de concreto- brita 25 Cascalho Agregado graúdo ARCb9,5 Agregado reciclado de concreto- brita 9,5 Fíler Agregado miúdo ARCa Agregado reciclado de concreto- areia De acordo com a Tabela 1, verifica-se que das três frações de agregados reciclados obtidos para o presente estudo, duas foram classificadas como agregado graúdo, apresentando granulometria semelhante a da brita 25 e a da brita 9,5; enquanto que a terceira fração foi classificada como agregado miúdo, apresentando granulometria semelhante à de uma areia. Ainda analisando a Figura 3, observa-se que as frações ARCb25 e ARCb9,5 - apresentaram curvas granulométricas uniformes, enquanto que a fração ARCa apresentou uma granulometria mais contínua.

6 Segundo a classificação da NBR (ABNT, 2004), agregado de resíduo de concreto é aquele que apresenta a soma dos percentuais dos grupos 1 e 2 (fragmentos que apresentam pasta de cimento e constituídos por rocha em mais de 50% do volume) maior ou igual a 90% da composição total do agregado; em caso contrário, o agregado é considerado como sendo agregado de resíduo misto. Dessa forma, o material foi classificado como sendo agregado de resíduo de concreto (ARC), conforme mostra a Figura 4 que apresenta a composição detalhada do material. Figura 4. Composição do material utilizado no estudo. A Figura 4 mostra que o material estudado é um material nobre composto em sua maior parte por fragmentos de brita e cimento Portland. A Figura 5 apresenta, em detalhe, os componentes do material estudado separados para o ensaio de classificação. Argamassa Rocha Material Cerâmico Materiais não minerais Figura 5. Componentes do material estudado separados para o ensaio de classificação.

7 Pela Figura 5 pode-se constatar o que foi obtido nos cálculos de composição: a pequena quantidade de materiais não minerais (materiais de natureza orgânica como madeira, plástico, betume e materiais carbonizados, e de contaminantes como vidros, vidrados cerâmicos e gesso) e a predominância de fragmentos de rocha e argamassa. De posse dos resultados obtidos na análise granulométrica, determinou-se o percentual de cada fração, de forma a obter uma mistura de projeto que se enquadrasse em uma determinada faixa granulométrica. Para tal, utilizou-se o método das tentativas com o auxílio de planilha eletrônica. A NBR (ABNT, 2004) não especifica nenhuma faixa granulométrica para agregado reciclado destinado à pavimentação, dessa maneira, a faixa C da norma DNER - ES 303/97 foi tomada como referência. A mistura encontrada foi composta por 46% de ARCb25, 0% de ARCb9,5 e 54% de ARCa. A Figura 6 mostra as curvas granulométricas obtidas. Figura 6. Curvas granulométricas da mistura e da faixa C do DNER ES 303/97. A Figura 6 mostra que para a mistura se enquadrar totalmente dentro da faixa C seria necessário à adição de material de enchimento na mistura, o que a tornaria mais cara. Dessa forma, optou-se em usar a mistura sem a adição desse material de enchimento. A partir dos resultados da granulometria foram determinados a dimensão máxima característica (D máx ), o coeficiente de uniformidade (C u ) e o percentual passante na peneira de 0,42 mm (% que passa #0,42mm ) dos agregados reciclados, os quais foram confrontados com os valores especificados pela NBR (ABNT, 2004), conforme mostra a Tabela 2. Tabela 2. Resultados da granulometria da mistura proposta. Parâmetro Mistura Especificado pela NBR (ABNT, 2004) C u 35 Mínimo: 10 % que passa #0,42mm 19% Entre 10% e 40% D máx 19 mm Máximo: 63 mm Conforme mostra a Tabela 2, pode-se constatar que a mistura de agregados reciclados

8 proposta para o estudo atendeu aos requisitos gerais da NBR (ABNT, 2004). A mistura de agregados reciclados foi submetida aos ensaios de absorção, compactação e índice de suporte Califórnia. A capacidade de absorção encontrada para o agregado reciclado utilizado nessa pesquisa foi de 5%. Esse valor de absorção, que, conforme Bernucci et al. (2006) indica o quanto o agregado é poroso, pode provocar uma diminuição na quantidade de água necessária a obtenção da massa específica seca máxima. Visando eliminar esse problema, antes da compactação do material foi adicionada uma quantidade de água igual ao seu valor de absorção. Em relação à compactação da mistura de agregados reciclados, executada utilizando energia intermediária, os valores encontrados para a massa específica aparente seca máxima e umidade ótima foram da ordem de 1,69 g/cm 3 e 12,3%, respectivamente. A Figura 7 mostra as curvas de compactação obtidas. Figura 7. Curvas de compactação. Para simular o desempenho mecânico do material quando sujeitos às ações do tráfego e a variações climáticas foi realizado o ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC). A Tabela 3 mostra os resultados encontrados para esse ensaio. Tabela 3. Resultados do ensaio de ISC. Amostra ISC (%) Expansão (%) , , ,05 Média 30 0,03 O valor médio de ISC obtido para o material estudado foi de 30%. Com relação à expansão, a qual foi determinada através de imersão do material durante quatro dias em água, o valor médio

9 apresentado foi de 0,03%. Esses valores não atenderam aos requisitos para agregado reciclado destinado a pavimentação da NBR (ABNT, 2004) para aplicação em execução de base de pavimento, contudo, podem ser aplicados na execução de revestimento primário e sub-base, conforme mostra a Tabela 4. Tabela 4. Requisitos específicos para agregado reciclado destinado a pavimentação. Aplicação ISC (%) Expansibilidade Energia de compactação Material para execução de reforço de subleito 12 1,0 Normal Material para execução de revestimento primário e sub-base 20 1,0 Intermediária Material para execução de base de Intermediária ou 60 0,5 pavimento modificada Segundo a Tabela 4, o agregado reciclado a ser usado em base de pavimento pode ser compactado utilizando duas energias. Contudo, nesse trabalho, o agregado reciclado estudado foi compactado apenas utilizando a energia intermediária. Portanto, existe a possibilidade de aplicação do agregado estudado na camada de base do pavimento, pois a energia de compactação modificada pode proporcionar um valor de ISC superior ao que foi obtido com a energia intermediária. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados obtidos nos ensaios foram satisfatórios, mostrando que há viabilidade técnica no uso de agregados reciclados, obtidos pelo beneficiamento dos resíduos sólidos gerados nas atividades da construção civil, como material para execução de revestimento primário e sub-base de pavimentos urbanos. Contudo, é importante avaliar a qualidade técnica dos agregados reciclados através de ensaios mais sofisticados do que os realizados nesse trabalho, a exemplo do módulo de resiliência. Outros aspectos importantes na concepção de qualquer obra de engenharia são os de ordem ambiental e econômica. E os trabalhos correntes na literatura apontam que esses aspectos são também favorecidos quando da aplicação de agregados reciclados. De acordo com esse trabalho e com os existentes na literatura, os agregados reciclados apresentam um forte potencial de uso na pavimentação urbana, em todas as camadas do pavimento. Desse modo, verifica-se que agregados reciclados são uma ótima alternativa de material de construção, visto que podem ser reaproveitados em obras próximas às usinas recicladoras, reduzindo os custos de transportes. Por outro lado, a estruturação das usinas de reciclagem e a cooperação das empresas construtoras, que geram resíduos em suas atividades, são imprescindíveis para a adoção do agregado reciclado como material de construção. Além disso, é importante que as autoridades competentes elaborem medidas no sentido de incentivar e responsabilizar as empresas geradoras dos resíduos pelo transporte dos mesmos.

10 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Prefeitura Municipal de João Pessoa, através da EMLUR, pela disponibilização do material para o estudo, aos técnicos do Laboratório de Geotecnia e Pavimentação do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, da Universidade Federal da Paraíba e a todos aqueles que contribuíram para a realização desse trabalho. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 26: Agregados: Amostragem. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15116: Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil: Utilização em Pavimentação e Preparo de Concreto sem Função Estrutural: Requisitos. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10004: Resíduos sólidos: Classificação. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7182: Solo: Ensaio de Compactação: Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9895: Solo: Índice Suporte Califórnia: Método de ensaio. Rio de Janeiro, BERNUCCI, L. B. et al.. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro: PETROBRÁS: ABEDA MELBOUCI, M. e FAZIA, B.. Study of the durability of demolition aggregates on pavements. In: 6TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICROMECHANICS OF GRANULAR MEDIA, ANAIS. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS E RODAGEM. DNER-ME 081: Agregados determinação da absorção e da densidade de agregado graúdo: Método de ensaio. Rio de Janeiro, DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS E RODAGEM. DNER-ME 083: Agregados: Análise granulométrica: Método de ensaio. Rio de Janeiro, DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS E RODAGEM. DNER-ES 303: Pavimentação base estabilizada granulometricamente: Especificação de serviço. Rio de Janeiro, DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. Manual de Pavimentação. Rio de Janeiro, 2006.

11 GRUBBA, D. C. R. P. e PARREIRA, A. B. Emprego de agregado reciclado de concreto em camadas de base e sub-base de pavimentos. XXIII ANPET Congresso Brasileiro de Pesquisa e Ensino em Transportes. Vitória. Cd-rom, pp HENDRIKS, C. F. e JANSSEN, G. M. T.. Reuse of construction and demolition waste in the Netherlands for road constructions. Heron, v. 46, n.2, pp. 1-9, 2001, ISSN HORTEGAL, M. V., FERREIRA, T. C. e SANT ANA, W. C.. Utilização de agregados resíduos sólidos da construção civil para pavimentação em São Luís MA. pp Pesquisa em Foco, v. 17, n.2, p , pp MOTTA, R. S.. Estudo laboratorial de agregado reciclado de resíduo sólido da construção civil para aplicação em pavimentação de baixo volume de tráfego f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, POON, C. S. e CHAN, D.. Feasible use of recycled concrete aggregates and crushed clay brick as unbound road sub-base. Construction and Building Materials 20 (2006). pp RUSTOM, R. et al. Properties of recycled aggregate in concrete and road pavement applications. The Islamic University Journal Vol.15, No. 2, pp , 2007, ISSN VEGAS I et al. Pre-normative research on the use of mixed recycled aggregates in unbound road sections. Constr Build Mater (2011), doi: /j.conbuildmat