ANÁLISE DA VIABILIDADE DO USO DO RCD NA PRODUÇÃO DE BLOCOS DE SOLO- CIMENTO

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1 ANÁLISE DA VIABILIDADE DO USO DO RCD NA PRODUÇÃO DE BLOCOS DE SOLO- CIMENTO S. A. LIMA M. C. ALMEIDA DAC/FEC Bolsista PIBIC Jr UNICAMP IFPI São Paulo; Brasil Piauí; Brasil I. C. FREITAS J. P. SILVA Bolsista PIBIC Jr Bolsista PIBIC Jr IFPI IFPI Piauí; Brasil Piauí; Brasil RESUMO Um dos fatores mais preocupantes das últimas décadas refere-se ao manejo adequado de resíduos. Os resíduos de construção civil (RCD) têm apresentado elevados índices de geração nos municípios brasileiros. A disposição do RCD em locais impróprios acarreta em vários prejuízos aos municípios, como: maiores custos na limpeza urbana e outros. O objetivo geral foi produzir blocos de solo-cimento utilizando resíduos da construção civil como substituto da fração inerte. O solo e o RCD foram caracterizados segundo a granulometria. Além disso, o solo foi caracterizado quanto ao limite de plasticidade e de liquidez para saber da sua viabilidade como matéria-prima. Os blocos foram produzidos em prensa manual com teores de 0% a 60% de substituição de solo pelo RCD. Os blocos foram submetidos a ensaios de resistência à compressão e absorção. Ao final das análises, pode-se comprovar a viabilidade de substituição de 20% de solo por RCD na produção de blocos de solo-cimento. 1. INTRODUÇÃO Dentre os principais resíduos gerados pelas atividades urbanas, os resíduos de construção e demolição (produzidos pelo setor e indústria da construção civil) são um dos principais causadores da degradação ambiental, tanto pela grande quantidade gerada quanto pela má deposição desses resíduos nas diferentes etapas do processo produtivo. De acordo com uma projeção realizada pela FIESP [1], para os anos de 2009 a 2022, o setor da construção civil irá apresentar taxas de crescimento de 6,1% aa, sendo um dos mais significativos dentre os grandes setores da economia brasileira. A reciclagem dos resíduos de construção civil é considerada uma alternativa sustentável, uma vez que este material pode ser utilizado para substituir recursos naturais na própria indústria da construção civil. Vale salientar que a indústria da construção civil consome grande quantidade de recursos naturais gerando assim grandes impactos ambientais. Potencializar a utilização de resíduos da construção civil na própria cadeia constituída pela construção civil é a maneira mais eficaz de reduzir o consumo de matérias-primas e dar um melhor destino ao grande volume de resíduo gerado por este setor, onde o desperdício ainda é muito grande. Cerca de 60% do lixo produzido no Brasil são resíduos de construção civil, esta quantidade corresponde a mais de 90 milhões de toneladas de RCD gerados por ano. No Brasil, apenas 1% destes resíduos são reutilizados, na Holanda este percentual chega a 90% [2]. 1

2 LIMA, ALMEIDA FREITAS, SILVA, Análise da viabilidade do uso do RCD na produção de blocos de solo-cimento O grande aumento na geração de resíduos sólidos urbanos, fez com que as autoridades, pesquisadores e sociedade se preocupassem com o manejo e disposição final adequada desses resíduos. Desta forma, pode-se afirmar que os resíduos de construção civil (RCD) contribuem significativamente com tal problema [3]. O segmento da construção civil que abrange a área de materiais e componentes apresentou maior desenvolvimento dentre os outros segmentos, quando se diz respeito à aplicação de conceitos relacionados à sustentabilidade. Muitos estudos sobre a incorporação de resíduos nos materiais de construção estão sendo desenvolvidos [4]. A produção de areia e pedra britada é caracterizada pela extração em grande escala e pelo baixo valor unitário. O gargalo deste produto encontra-se no transporte, que corresponde a cerca de 65% do custo final, desta forma, é necessário que sua produção ocorra mais próximo possível do mercado consumidor. Em regiões metropolitanas, como as de São Paulo e Rio de Janeiro, quase toda a areia consumida pela construção civil está sujeita a transporte por distâncias de até 100 km [5]. A disponibilidade de areia e brita vem decaindo dia a dia, fato ocasionado pelo planejamento inadequado, problemas ambientais, zoneamentos restritivos e competitivo uso do solo. Outro fator que limita a extração desses recursos naturais refere-se às restrições existentes para a obtenção de licenças ambientais [5]. A terra tem sido usada como material de construção desde os tempos mais antigos, em conjunto com a madeira e a pedra. As tecnologias de construção com terra podem mudar de acordo com a zona geográfica e com o período histórico. Como vantagens da terra podem-se apontar as propriedades de isolamento térmico e acústico [6] de modo que pode ser usada também para elementos não estruturais em edifícios modernos. A técnica de compressão da mistura de solo, como é feito com o solo-cimento, é uma alternativa aos tijolos queimados de barro. A vantagem desse tijolo é que não necessita de altas temperaturas de cura, tal como é exigido pelo barro, e o grau de compactação deles pode ser obtido com equipamentos hidráulicos ou com alavancas manuais. Lima et al. [4] obtiveram valores de resistência à compressão, aos 14 dias, acima de 2,50 MPa com blocos de terra comprimida maciços produzidos com 12% de cimento e até 8% de cinza do bagaço da cana-de-açúcar (CBC) em substituição ao solo. A absorção dos blocos não passou de 12%, aos 14 dias. Em outro trabalho, Lima et al. [7] testaram prismas de alvenaria feitos com blocos de terra comprimida com adição de CBC e os resultados mostraram que os prismas feitos com a CBC se mostraram mais dúcteis, em média, do que os exemplares de referência. Isso mostra que a incorporação de cinza melhorou o comportamento elástico dos blocos. Dessa forma, considerando a importância da inclusão de resíduos nos materiais de construção e priorizando as técnicas construtivas com terra, o objetivo deste trabalho foi analisar a influência da adição de CBC em blocos de terra comprimida por meio de ensaios de resistência à compressão e absorção. Além do mais, o uso da fração mais fina do RCD na composição da parte inerte do bloco de terra comprimida estabilizado com cimento (solo-cimento) seria uma alternativa viável do ponto de vista ambiental, assim como em relação ao valor final do produto. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Caracterização dos materiais Segundo a NBR [8], define-se o bloco vazado 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. Dessa forma, o cimento utilizado na moldagem foi o cimento CP II-Z-32, marca Poty, cuja composição média é apresentada na Tabela 1. O cimento Portland composto é uma composição intermediária entre os cimentos Portland comuns e os cimentos Portland com adições (altoforno e pozolânico). Atualmente, os cimentos Portland compostos são os mais encontrados no mercado, respondendo por aproximadamente 75% da produção industrial brasileira [9]. As amostras de RCD foram doadas pela empresa Big Norte, responsável pela coleta e pela destinação desse tipo de resíduo na cidade de Parnaíba, PI. Após a coleta, a empresa faz um procedimento de triagem no resíduo e revende as subpartes (metais, madeira, etc.). O resíduo utilizado nesta pesquisa foi usado no estado in natura, ou seja, não passou pelo processo de triagem (Figura 1). O único tipo de tratamento realizado no resíduo foi o peneiramento (#4,8mm) como forma de separar apenas a fração fina. A análise granulométrica do resíduo foi realizada segundo a NBR NM 248 [10] e os resultados são apresentados na Tabela 2. Em média, as amostras de RCD foram compostas por 1,6% de silte e argila; 39,8% de areia fina; 45,2% de areia média; 9,8% de areia grossa; e 3,6% de cascalho. 2

3 Tipo de cimento Portland Composto Tabela 1: Composição dos cimentos Portland compostos. Fonte: NBR [11] Composição (% em massa) Escória granulada Material Material Sigla Clínquer + de altoforno pozolânico carbonático gesso (sigla E) (sigla Z) (sigla F) CP II-E CP II-Z CP II-F Norma Brasileira NBR Figura 1: Amostras de RCD IFPI/ Parnaíba Tabela 2: Composição granulométrica RCD Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Peneiras (mm) 4,80 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2,40 3,40 3,40 3,48 3,48 4,00 4,00 1,20 4,66 8,06 4,06 7,54 5,00 9,00 0,60 5,04 13,10 4,92 12,46 5,70 14,70 0,30 39,60 52,70 39,76 52,22 56,16 70,86 0,15 32,50 85,20 34,26 86,48 20,70 91,56 0,075 12,92 98,12 11,66 98,14 7,24 98,80 Fundo 1,88 100,00 1,78 99,92 1,20 100,00 Total 100,00-99,92-100,00 - O solo utilizado na composição dos tijolos foi coletado em uma área aberta às margens do anel viário de Parnaíba, próximo também à BR 402 (coordenadas S, W). O solo foi peneirado na malha #4,8mm e seco em estufa, por 24h, antes de ser analisado quanto à granulometria, cujo resultado se encontra na Tabela 3. Em média, o solo utilizado é composto, em média, por 2,2% de silte e argila; 28,1% de areia fina; 33,9% de areia média; 31,7% de areia grossa; e 4,1% de cascalho. Pode-se notar que a composição do RCD é ligeiramente mais fina que a composição do solo. Essa característica é positiva, pois o material de menor granulometria preenche os vazios deixados pelo material de maiores partículas, tornando o bloco (produto final) mais compacto. 3

4 LIMA, ALMEIDA FREITAS, SILVA, Análise da viabilidade do uso do RCD na produção de blocos de solo-cimento Peneiras (mm) Tabela 3: Análise granulométrica Solo Parnaíba Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 4,80 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2,40 10,23 8,62 0,86 0,86 1,28 1,28 1,20 11,90 20,54 19,76 20,62 18,24 19,52 0,60 10,87 32,40 15,60 36,22 18,74 38,26 0,30 29,80 55,90 33,70 69,92 38,28 76,54 0,15 25,51 74,52 19,72 89,64 14,56 91,10 0,075 9,08 88,16 8,08 97,72 7,04 98,14 Fundo 2,58 99,84 2,14 99,86 1,78 99,92 Soma 99,97-99,86-99,92 - A norma NBR [12] informa que os solos mais adequados para a fabricação de blocos e tijolos de solo-cimento são os que possuem limite de liquidez menor que 45% e limite de plasticidade menor que 18%. Dessa forma, foram realizados o ensaio de Índice de Plasticidade, com base na NBR 7180 [13] e o ensaio de Limite de Liquidez, baseado nas normas NBR 6457 [14] e 6459 [15] (Figura 2). Os resultados comparativos estão apresentados na Tabela 4. Segundo a norma NP-143 [16], o ensaio de limite de plasticidade e de liquidez do solo não seria necessário neste caso, pois é aplicável apenas para solos com fração argilosa maior que 30%, o que não se aplica ao solo utilizado nesta pesquisa. Figura 2: Execução dos ensaios de limite de liquidez e de limite de plasticidade Tabela 4: Parâmetros físicos do Solo Parnaíba, segundo NBR [12] Parâmetros NBR e Amostra do Solo de Parnaíba Passando na peneira 4,8 mm (nº 4) 100% 100% Passando na peneira 0,075 mm (nº 200) 10 a 50% 2,17% Limite de liquidez 45% 28,50% Índice de plasticidade 18% 11,72% O solo coletado se mostrou adequado para produção de blocos de solo-cimento, apesar da pouca quantidade de material passante na peneira n Moldagem dos blocos Para as análises dos blocos, foi moldada uma série com 10% de cimento e com teores de substituição de solo por RCD nos valores de 0%, 10%, 20%, 30% e 40%, segundo a proporção dos materiais apresentada na Tabela 5. A quantidade de água permaneceu a mesma para todas as séries e, mesmo assim, a trabalhabilidade da mistura se manteve proporcional em todas as misturas. Para cada traço, foram moldados seis blocos para o ensaio de resistência à compressão e outros três blocos para o ensaio de absorção, aos 28 dias. Os blocos foram moldados em prensa manual, que faz apenas um bloco do tipo vazado por vez. O solo, o cimento e a água foram misturados em betoneira de 60L. A mistura foi colocada manualmente na prensa, que possui um dispositivo dosador para a quantidade específica de material para cada bloco. Assim, garante-se que cada bloco seja moldado com a 4

5 mesma quantidade de mistura solo/cimento/água, o que contribui para a homogeneidade dos mesmos. Após a moldagem, os blocos foram dispostos em local com ventilação controlada e sem incidência direta do sol, até a data de ensaio (Figuras 3 e 4). Tabela 5: Materiais utilizados na preparação dos blocos Grupos RCD (%) Proporção dos materiais - % (em massa) Cimento Solo RCD Teor de água (%) SC-0 0 0,10 0,90 - SC-R ,10 0,81 0,09 SC-R ,10 0,72 0,18 16,0 SC-R ,10 0,63 0,27 SC-R ,10 0,54 0,36 Figura 3: Sequência da moldagem dos blocos Figura 4: Secagem dos blocos (esq.) e aspecto visual após moldagem (dir.) Para o ensaio de resistência à compressão, os blocos foram imersos em água por 24 h na idade de 28 dias. Após esse tempo, foram retirados do tanque e secos superficialmente imediatamente antes do ensaio de resistência à compressão. Os blocos não foram capeados com pasta de cimento antes da imersão em água, como define a NBR [17]. Esse procedimento não foi realizado, pois as faces dos blocos se apresentaram planas e sem irregularidades. As medidas dos blocos estão especificadas na Figura 5. Figura 5: Medidas dos blocos 5

6 LIMA, ALMEIDA FREITAS, SILVA, Análise da viabilidade do uso do RCD na produção de blocos de solo-cimento Para o ensaio de absorção, após os 28 dias de cura, os blocos foram colocados em estufa a uma temperatura entre 105 C e 110 C até constância de massa, obtendo-se assim a massa seca M 1. Após isso, os blocos ficaram em um tanque com água à temperatura ambiente durante 24 h. Após retirados da imersão, foram secos com um pano úmido e determinada a massa, antes de decorridos 3 min, obtendo-se assim a massa saturada M RESULTADOS E DISCUSSÕES Os valores de resistência à compressão obtidos aos 28 dias são apresentados na Tabela 6. O coeficiente de variação foi bem menor nos blocos com resíduo. Esse fato pode ser explicado pela maior quantidade de partículas finas dispersas na mistura, o que pode ter resultado em blocos mais homogêneos, e consequentemente, mais densos e resistentes. Tabela 6: Resistência à compressão aos 28 dias Blocos vazados Série SC-0 SC-R-10 SC-R-20 SC-R-30 SC-R-40 Resistência à compressão (MPa) 1,67 2,03 1,59 1,56 1,74 Desvio padrão 0,18 0,08 0,10 0,07 0,07 Coeficiente de variação (%) 10,85 3,93 6,13 4,18 4,08 A NBR [18] requere um valor de resistência à compressão individual maior que 1,7 MPa e a média dos blocos maior que 2,0 MPa. Dessa forma, os blocos da série SC-R-10 apresentaram valor adequado à norma e ainda ficaram 19% mais resistentes que o bloco padrão, sem resíduo. Os valores do ensaio de absorção e da massa específica no estado seco estão apresentados na Tabela 7. Tabela 7: Absorção e massa específica no estado seco, aos 28 dias Blocos vazados Série SC-0 SC-R-10 SC-R-20 SC-R-30 SC-R-40 Absorção (%) 21,03 18,82 19,26 18,53 18,14 Massa específica estado seco (kg/m 3 ) 1538, , , , ,20 Em relação ao ensaio de absorção, os valores para os tijolos de solo-cimento podem chegar até 20%, em média, a partir de sete dias NBR [17]. Todos os blocos produzidos com RCD tiveram valores de absorção menores do que o valor estipulado pela norma. Os resultados obtidos indicam, ainda, que o aumento do teor de RCD proporcionou um incremento na massa específica no estado seco dos blocos, em até 8%, e que os valores de absorção seguiram a mesma tendência para todas as amostras. 4. CONCLUSÕES Os resultados obtidos até o momento permitem concluir que: i) A resistência à compressão dos blocos com 10% de cimento e 10% de RCD em substituição ao solo foram satisfatórias e atenderam aos valores estipulados pela normalização brasileira; ii) A adição de RCD melhorou, em média, a resistência mecânica e a absorção de água dos blocos de solo-cimento; iii) O uso do RCD em substituição ao solo melhorou a compactação dos blocos, o que pode ser uma característica positiva a ser observada nos futuros ensaios de durabilidade. Como continuação da pesquisa, deve-se proceder aos ensaios habituais de durabilidade (envelhecimento e carbonatação) e desempenho (resistência ao fogo, impacto ao corpo duro, etc.) previstos nas normas brasileiras e internacionais. 5. AGRADECIMENTOS Ao Instituto Federal do Piauí, pelo auxílio financeiro na forma de bolsas tipo PIBIC-Jr, PROAGRUPAR e PROAGRUPAR-INFRA. 6

7 6. REFERÊNCIAS [1] FIESP. Brasil 2022: planejar, construir, crescer. In: CONSTRUBUSINESS º Congresso Brasileiro da Construção São Paulo: FIESP, [2] CASTILHO, T. Resíduos da Construção e Demolição: Reciclar mais para gerar menos. Revista Visão Ambiental, São Paulo, 3ª edição, p , nov./dez [3] CÓRDOBA, R. E. Estudo do sistema de gerenciamento integrado de resíduos de construção e demolição do município de São Carlos SP f. Dissertação (Mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos, [4] LIMA, S. A.; VARUM, H.; SALES, A. Análise da resistência mecânica e absorção de blocos de terra comprimida feitos com cinza do bagaço da cana-de-açúcar. In: 6º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia, Livro de Resumos. Maputo, Moçambique, Ref: CLME 2011_2201R. [5] SILVA FILHO A.F.; MOURA, W.A.; LEITE, R.S. Caracterização de escória de ferro-cromo como agregado graúdo para produção de concreto. Revista Sitientibus, n. 26, p , [6] PIATTONI, Q; QUAGLIARINI, Q; LENCI, S. Experimental analysis and modelling of the mechanical behaviour of earthen bricks, Construction & Building Materials, v : [7] LIMA, S. A.; VARUM, H.; SALES, A.; NETO, V. F. Analysis of the mechanical properties of compressed earth block masonry using the sugarcane bagasse ash. Construction & Building Materials, v. 35 (2012), p [8] ABNT. NBR 10834: Bloco vazado de solo-cimento sem função estrutural. Rio de Janeiro, [9] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Guia básico de utilização do cimento Portland. 7.ed. São Paulo, p. (BT-106) [10] ABNT. NBR NM 248: Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio e janeiro, [11] ABNT. NBR NM 11578: Cimento Portland composto - Especificação. Rio e janeiro, 1997 (versão corrigida). [12] ABNT. NBR 10833: Fabricação de tijolo e bloco de solo-cimento com utilização de prensa manual ou hidráulica -Procedimento. Rio de Janeiro, [13] ABNT. NBR 7180: Solo - Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, [14] ABNT. NBR 6457: Amostras de solo - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, [15] ABNT. NBR 6459: Solo - Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, [16] NP 143: Solos. Determinação dos limites de consistência. Norma Portuguesa Definitiva, [17] ABNT. NBR 10836: Bloco vazado de solo-cimento sem função estrutural - Determinação da resistência à compressão e da absorção de água. Rio de Janeiro, [18] ABNT. NBR 10834: Bloco vazado de solo-cimento sem função estrutural. Rio de Janeiro,