Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Engenharia Civil

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1 FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA. Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Engenharia Civil Curso (s) : Engenharia Civil Nome do projeto: ANÁLISE COMPARATIVA DA DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM ARGAMASSAS COM PÓ DE PEDRA EM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL A AREIA NATURAL Nome do professor orientador: HELENA RAVACHE SAMY PEREIRA Nome do professor co-orientador: Nome do coordenador(a) do Curso: Helena Ravache Samy Pereira Para a Fundação Educacional Regional Jaraguaense FERJ, mantenedora do Centro Universitário - Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul e em Joinville, encaminhamos anexo, Projeto de Iniciação Científica a ser submetido ao Edital nº.../2014 Programa de Bolsas de Estudo da Educação Superior UNIEDU, da Secretaria de Estado da Educação de Santa Catarina, e declaramos nosso interesse e prioridade conferida ao desenvolvimento do projeto ora proposto, assim como nosso comprometimento de que serão oferecidas as garantias necessárias para sua adequada execução, incluindo o envolvimento de equipe, utilização criteriosa dos recursos previstos e outras condições específicas definidas no formulário anexo. Joinville, 20 de novembro de 2014 Professor orientador Professor coorientador Coordenador do Curso 1

2 2 DESCRIÇÃO DO PROJETO Título do Projeto: Análise Comparativa da Determinação da Resistência à Compressão em Argamassas com Pó de Pedra em Substituição Parcial a Areia Natural Resumo do Projeto Tipo de Projeto ( 12 meses ) (X) Apresentado pelo professor; O uso das frações finas residuais de britagem como o pó de pedra em argamassas traz benefícios ambientais e econômicos através da redução da extração da areia natural. Este projeto de pesquisa tem por objetivo comparar os resultados obtidos para a resistência à compressão em argamassas com pó de pedra determinados por dois tipos de ensaio. Serão produzidas quatro misturas de argamassas onde a proporção de substituição do pó de pedra pela areia natural em massa será de 0%, 5%, 10% e 15%. A metodologia para determinação da resistência à compressão das argamassas obedecerá dois procedimentos distintos utilizando moldes para corpos-de-prova cilíndricos e prismáticos. Diante dos resultados obtidos para a resistência à compressão será feita uma análise comparativa entre as duas metodologias de determinação contribuindo desta forma para o melhor entendimento das propriedades das argamassas com pó de pedra em substituição parcial a areia natural. Palavras-chave: Resistência à compressão; argamassas; pó de pedra. Problematizacão O comportamento mecânico das argamassas pode ser avaliado através das propriedades de resistência à compressão axial, resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade e pela resistência ao arrancamento. Nas alvenarias, principalmente as estruturais, as propriedades mecânicas assumem uma importância significativa. Existe uma grande quantidade de fatores que apresentam influência na resistência mecânica da argamassa, que podem ser as propriedades dos materiais constituintes, o proporção dos componentes, o fator água/cimento, as condições de cura e a metodologia de ensaio para a determinação das propriedades mecânicas. A presença da cal fortalece a aderência e a durabilidade da argamassa mas prejudica a resistência à compressão. Dentro deste contexto é importante salientar que o estudo contribui para o conhecimento e divulgação de um comparativo entre a determinação da resistência à compressão em argamassas através de dois métodos de ensaio. Justificativa A argamassa é constituída principalmente por agregados miúdos e aglomerantes, podendo ter ainda aditivos químicos e minerais. O agregado miúdo utilizado na produção da argamassa pode ser areia natural, cuja produção é ambientalmente problemática. A obtenção de areia natural pode ocorrer através da dragagem de depósitos de leitos de rios, por escavações mecânicas de depósitos de solos residuais derivados de alterações físico-químico de rochas, ou por desmonte hidráulico destas acumulações com posterior dragagem e armazenamento de cavas. Esses processos citados apresentam impactos ambientais significativos e de razoável extensão, com danos na maioria das vezes irreversíveis. 3

3 Além do problema ambiental, a exaustão de áreas próximas aos grandes centros consumidores tem resultado na exploração de areias em locais cada vez mais distantes dos centros urbanos, o que onera o preço final da areia natural. Diante desta situação surge como alternativa o uso do pó de pedra, obtida pela britagem direta das rochas, em substituição parcial a areia natural em argamassas. A geração de resíduos na indústria extrativa de pedra britada é um dos principais problemas econômicos e ambientais do setor, pois uma parcela significativa de suas reservas minerais acaba sendo perdida devido à inadequada disposição ou descarte das frações finas produzidas. O uso das frações finas residuais de britagem em argamassas traz benefícios ambientais através da minimização da geração de resíduos e da otimização de processos mineiros além da redução dos impactos produzidos pela extração da areia natural. As frações finas também podem oferecer vantagens econômicas já que o produto é menos valorizado que a areia natural. Objetivo Geral: Produzir uma análise comparativa dos resultados obtidos para a resistência à compressão em argamassas com pó de pedra determinados por dois tipos de ensaio possibilitando conhecimento técnico-científico sobre diferentes metodologias para determinação das propriedades mecânicas das argamassas. Objetivos específicos Como objetivos específicos pode-se citar: Caracterizar os agregados miúdos utilizados na produção das argamassas; dosar e produzir as misturas de argamassa; determinar a resistência à compressão das argamassas utilizando moldes de corpos-deprova cilíndricos; determinar a resistência à compressão das argamassas utilizando moldes-de-corpos-deprova prismáticos; comparar e analisar os dois tipos de metodologia para a determinação da resistência à compressão das argamassas; avaliar a adequação ao uso da argamassa com pó de pedra em substituição parcial a areia natural. Metodologia A metodologia proposta para este projeto de pesquisa pode ser resumida em cinco etapas (ver Quadro 01) e deverá ser acompanhado de revisão bibliográfica. 4

4 Quadro 01 Etapas da pesquisa Etapa Descrição 1 Caracterização dos agregados miúdos 2 Dosagem e produção das argamassas 3 Caracterização da resistência à compressão utilizando moldes cilíndricos 4 Caracterização da resistência à compressão utilizando moldes prismáticos 5 Produção de texto científico Fonte: A autora, Caracterização dos agregados miúdos Os materiais constituintes da argamassa são os aglomerantes cimento e cal, os agregados miúdos (areia natural e pó de pedra) e água. Para a caracterização dos agregados miúdos serão realizados procedimentos experimentais normalizados como a determinação da distribuição granulométrica (NBR NM 248, 2003). Uma das razões para a especificação de limites granulométricos e da dimensão máxima dos agregados seria sua influência na consistência da argamassa que deve ser plástica. 2 Dosagem e produção das argamassas Para a formulação das argamassas será utilizado um traço pré-fixado adequado sugerido pela literatura (ver Quadro 2). Haverá variação na composição do agregado miúdo no qual a areia natural será substituída por pó de pedra nas proporções 0%, 5%, 10% e 15%. Quadro 2 Traços recomendados por algumas entidades normalizadoras Tipo de argamassa Traço em volume Referências cimento cal areia Revestimento de paredes interno e de fachada a 11 Assentamento Alvenaria em contato com o de alvenaria solo 1 0-1/4 estrutural Alvenaria sujeita a esforços de flexão 1 1/2 Uso geral, sem contato com o solo 1 1 Uso restrito, interno/baixa resistência 1 2 Fonte: Caraseck, ,25 a 3 x (volume de cimento + cal) 3 Caracterização da resistência à compressão utilizando moldes cilíndricos NBR 7200 (ABNT, 1982) ASTM C 270 A determinação da resistência à compressão utilizando moldes de corpos-de-prova cilíndricos segue as indicações da norma brasileira NBR (ABNT, 1995). Após o procedimento de mistura devem ser moldados 4 corpos-de-prova cilíndricos (ver Figura 1a) para cada tipo de mistura. A ruptura dos corpos-de-prova será feita com auxílio do acessório rílen (ver Figura 1b) no equipamento da Emic PC 200 do Laboratório de Materias de Construção de Joinville (ver Figura 1c). 5

5 CENTRO UNIVERSITÁRIO CATÓLICA DE SANTA CATARINA Figura 1 Molde cilíndrico (a), acessório rílem para corpo-de-prova cilíndrico (b) e equipamento para ruptura por compressão com acessório para corpo-d-e prova cilíndrico (c) (a) (b) (c) Fonte: A autora, Caracterização da resistência à compressão utilizando moldes prismáticos A determinação da resistência à compressão utilizando moldes de corpos-de-prova prismáticos segue as indicações da norma brasileira NBR (ABNT, 2005). Após o procedimento de mistura devem ser moldados 3 corpos-de-prova prismáticos (ver Figura 1a) para cada tipo de mistura. Após a desmoldagem estes copros-de-prova devem ser partidos ao meio totalizando 6 metades de corpos-deprova que serão submetidos a ruptura com o auxílio do acessório rílem (Ver Figura 2b) no equipamento da Emic PC 200 do Laboratório de Materias de Construção de Joinville (ver Figura 2c). Figura 2 Molde prismático (a), acessório rílem para metade do corpo-de-prova prismático (b) e equipamento para ruptura por compressão com acessório para corpo-d-e prova prismático (c) (a) (b) (c) Fonte: A autora, Produção de texto científico Para finalizar a pesquisa será produzido um texto científico com objetivo de publicação em congresso ou periódico, onde será feita a descrição da etapa experimental e a análise dos resultados referentes aos dois tipos de ensaio para determinação da resistência a compressão das argamassas com pó de pedra. 6

6 Fundamentação Teórica 1 Argamassas Entre as definições de argamassa pode-se citar o conceito segundo a norma NBR (ABNT, 2005), que afirma que a argamassa é uma mistura homogênea de agregado miúdo, aglomerante inorgânico e água, contendo ou não aditivos ou adições, com propriedades de aderência e endurecimento, podendo ser dosada em obra ou em instalação própria. Já Carasek (2007) define argamassa como um material de construção, com propriedades de aderência e endurecimento, obtidos a partir da mistura homogênea de um ou mais aglomerantes, agregado miúdo (areia) e água, podendo conter ainda aditivos e adições minerais. Existem várias aplicações na construção civil para as argamassas. As mesmas podem ser utilizadas para a construção de alvenarias, para o revestimento de paredes e tetos, para revestimentos de pisos, para revestimentos cerâmicos e para a recuperação de estruturas. O quadro 3 apresenta a classificação das argamassas segundo sua função na construção civil. Quadro 3 Classificação das argamassas segundo as suas funções na construção Função Tipos Para construção de alvenarias Argamassa de assentamento Argamassa de fixação (ou encunhamento) Para revestimento de paredes e tetos Argamassa de chapisco Argamassa de emboço Argamassa de reboco Argamassa de camada única Argamassa para revestimento decorativo monocamada Para revestimento de pisos Argamassa de contrapiso Argamassa de alta resistência para piso Para revestimento cerâmicos Argamassa de assentamento de peças cerâmicas - colante Argamassa de rejuntamento Para recuperação de estruturas Argamassa de reparo Fonte: Carasek, Resistência Mecânica O comportamento mecânico das argamassas pode ser avaliado através da propriedade de resistência à compressão axial, resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade e pela resistência ao arrancamento. Nas alvenarias, principalmente as estruturais, as propriedades mecânicas assumem uma importância significativa. As alvenarias são compostas pela justaposição entre o bloco e a argamassa. Durante os ensaios experimentais em alvenarias observa-se que o processo de ruptura da alvenaria acontece inicialmente pelo esmagamento da junta de argamassa e o posterior esfacelamento da superfície de contato entre o bloco e a argamassa (MOHAMAD et al., 2009) como mostra a figura 3. 7

7 Figura 3 Ruptura do conjunto bloco e argamassa observada em ensaios experimentais Fonte: Mohamad et al., 2009 O quadro 3 classifica as argamassas de assentamento de paredes e revestimentos de tetos segundo a NBR (ABNT, 2005) em relação à resistência à compressão. Quadro 3 Classificação das argamassas de assentamento e revestimento de paredes e tetos em relação à resistência à compressão Classe Resistência à compressão Método de ensaio (MPa) P1 2,0 P2 1,5 a 3,0 P3 2,5 a 4,5 ABNT NBR P4 4,0 a 6,5 P5 5,5 a 9,0 P6 >8,0 Fonte: ABNT/NBR 13281, Utilização de frações finas de britagem em materiais cimentícios As frações finas de britagem são obtidas no processo de classificação nas pedreiras. Há várias pesquisas que tratam de temas relacionados às frações finas provenientes de britagem das rochas com o objetivo de buscar uma otimização de sua utilização na construção civil. A seguir estão descritos trabalhos contidos no referencial teórico da pesquisa de Pereira (2007). Cuchierato (2000) contribui com alternativas tecnológicas para utilização dos resíduos de mineração produzidos ma Região Metropolitana de São Paulo. A Região Metropolitana de São Paulo é responsável por 25% da produção nacional de agregados. Verifica-se, nesta pesquisa que a melhor utilização do pó de pedra e areia de brita seria como agregado miúdo em bases e sub-bases em pavimentos de concreto simples e compactado a rolo. Topçu e Ugurlu (2003) estudam a influência da adição de agregados finos (0-2mm) no concreto. Os agregados finos usados são de origem mineral, provenientes de britagem de rochas e não contém argila. A adição de 7-10% desses finos é benéfica ao concreto. Há diminuição de porosidade, aumento de trabalhabilidade e resistência. Bosiljkov (2003) analisa a influência dos finos e do pó de pedra calcária nas propriedades do concreto fresco e endurecido. Os resultados indicam que o pó de pedra calcária melhorou a trabalhabilidade da pasta, aumentou a resistência à compressão e obteve um melhor empacotamento das partículas. 8

8 Silva, Buest e Campiteli (2005) destacam a utilização do filler de areia britada de rocha calcária nas propriedades da argamassa de cimento, cal e areia (de revestimento). Os resultados indicaram que a presença de filler na argamassa teve influência favorável nos resultados de absorção de água e índice de vazios. Almeida e Silva (2005) destacam a areia artificial como uma alternativa econômica e ambiental para o mercado nacional de agregados. Visando a obtenção dessa areia foi instalada uma unidade piloto de britagem na cidade do Rio de Janeiro. É importante salientar, que a areia artificial apresenta vantagens em relação a areia natural por ser mais uniforme. Brum Filho e Bertocini (2006) estudam a areia de britagem da Pedreira Financial de Campo Grande-MS e a dosagem de concretos convencionais com o uso da mesma levando em consideração as propriedades do concreto fresco e resistência à compressão. O uso de finos de pedreiras em concretos convencionais significa uma tecnologia limpa e auto-sustentável. Lemos, Trigo, Akasaki, Melges, Girotto e Menossi (2007) propõem a incorporação de resíduos de borracha e de pó de pedra no concreto substituindo parcialmente a areia natural. Com os resultados de resistência à compressão foram montados os diagramas de dosagens para concretos sem adições e com adições de resíduo de borracha e pó de pedra. Foi verificada a viabilidade de adição destes resíduos. Alves e Souza (2007) apresentam o estudo de dosagens de alto desempenho com adição de finos de micaxisto ao cimento, levando-se em conta as propriedades da mistura fresca, resistência mecânica e durabilidade. Nos resultados dos traços avaliados constatou-se que as resistências atendem perfeitamente ao concreto de alto desempenho, tendo em vista o potencial dos agregados que não tem resistência suficiente para limite maior de resistência. 3. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ETAPA OU FASE DO PROJETO Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Semanas e meses Término Semanas e meses Caracterizar os agregados miúdos utilizados na produção das argamassas. Dosar e produzir as misturas de argamassa. Caracterização dos agregados miúdos Dosagem e produção das argamassas Determinar a resistência Caracterização da à compressão das resistência à argamassas utilizando compressão utilizando moldes de corpos-deprova moldes cilíndricos cilíndricos. -Revisão bibliográfica. -Realizar os ensaios normalizados com os agregados miúdos. -Revisão bibliográfica. -Produzir as misturas com os materiais constituintes disponíveis -Revisão bibliográfica -Realizar a determinação propriedade através do ensaio proposto pela norma técnica. 01/03/ /04/ /04/ /05/ /05/ /07/2015 9

9 Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Semanas e meses Término Semanas e meses Determinar a resistência Caracterização da à compressão das resistência à argamassas utilizando compressão utilizando moldes-de-corpos-deprova moldes prismáticos prismáticos. Comparar e analisar os dois tipos de metodologia para a determinação da resistência à compressão das argamassas. Avaliar a adequação ao uso da argamassa com pó de pedra em substituição parcial a areia natural. Produção de texto científico Produção de texto científico -Revisão bibliográfica -Realizar a determinação propriedade através do ensaio proposto pela norma técnica. -Revisão bibliográfica. -Analisar os resultados da propriedade estudada. -Produzir texto científico. -Revisão bibliográfica. -Analisar os resultados da propriedade estudada e a viabilidade do uso do resíduo de britagem. -Produzir texto científico. 01/05/ /07/ /07/ /12/ /07/ /12/ REFERÊNCIAS ALMEIDA, S. L. M.; SILVA V.S. Areia artificial: Uma alternativa econômica e ambiental para o mercado nacional de agregados. In: II SUFFIB- SEMINÁRIO: O USO DA FRAÇÃO FINA DA BRITAGEM. São Paulo ALVES, J. D.; SOUZA, R. A. A. Concretos de alto desempenho com adição de finos de micaxisto. In: 49 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO. Bento Gonçalves RS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 13279: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Determinação da resistência à tração na flexão e à compressão. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 13281: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Requisitos. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR NM 248:2003: Agregados Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, BOSILJKOV, V. B. SCC mixes with poorly graded aggregate and high volume of limestone filler. Cement and Concrete Research, v.33, p ,

10 BRUM FILHO, G. P.; BERTOCINI, S. R. O uso de areia de britagem da pedreira Financial em concretos convencionais Campo Grande MS. In: 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO. Rio de Janeiro - RJ CARASEK, H. Argamassas. In: ISAIA, Geraldo Cechella. Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais. São Paulo: Arte Interativa, Cap. 26, p CUCHIERATO, G. Caracterização tecnológica dos resíduos de mineração de agregados da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), visando seu aproveitamento econômico f. Dissertação (Mestrado em Geociências) - Universidade de São Paulo, São Paulo, LEMOS, P. E.; TRIGO, A. P. M.; AKASAKI, J. L., MELGES, J. L. P.; GIROTTO, L. S.; MENOSSI, R. T. Estudo de dosagens de concretos com pó de pedra basáltica e resíduos de borracha de pneus. In: 49 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO. Bento Gonçalves - RS MOHAMAD, G.; SANTOS NETO, A.B.S.; PELISSER, F.; LOURENÇO, P.B.; ROMAN, H.R. Caracterização mecânica das argamassas de assentamento para alvenaria estrutural previsão e modo de ruptura. Revista Matéria. v. 14, n.2, p , PEREIRA, H. R. S. Caracterização do concreto convencional com pó de pedra em substituição a areia natural Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia dos Materiais) Universidade do Estado de Santa Catarina, Joinville, SILVA, N. G. da; BUEST, G.; CAMPINELLI, V.C. A influência do filler de areia britada de rocha calcária nas propriedades de argamassa de revestimento. In: II SUFFIB- SEMINÁRIO: O USO DA FRAÇÃO FINA DA BRITAGEM. São Paulo TOPÇU, I. B.; UGURLU, A. Effect of the use of mineral filler on the properties of concrete. Cement and Concrete Research, v.33, p ,

11 5. RESUMO DO ORÇAMENTO: VALOR MÁXIMO DE R$ 900,00 FERJ Contrapartida (quando houver parcerias) Total R$ Elementos de Despesa Quantidade Preço Unitário R$ Quantidade Preço Unitário R$ Participação em eventos 1 900,00 900,00 Passagens e Despesa de Locomoção. Material de Consumo ( descrever todos os itens ex: Papel A4, disquetes,etc..) Aquisição de Livros * Cópias monocromáticas, fotocópia colorida, fotos aéreas, mapas, plotagens, cópias em metro. Equipamentos e Material Permanente ** Outros ( Descrever conforme padrão) Total do Projeto 900,00 6-CRONOGRAMA DE DESEMBOLSO (R$) Objetivo Específico Elementos de despesas 05/ /2015 Comparar e analisar os dois tipos de metodologia para a Participação em eventos - 650,00 determinação da resistência à compressão das argamassas. Inscrição Avaliar a adequação ao uso da argamassa com pó de pedra em substituição parcial a areia natural. Participação em eventos Deslocamento 250,00 1 Deverá estar justificada a despesa na Metodologia do projeto e aprovada pela Coordenação do PROINPES 12

12 7. EQUIPE HELENA RAVACHE SAMY PEREIRA Possui graduação em Engenharia Civil (1992), mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais (2007) e doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais (2014) pela Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC). Atualmente é coordenadora do curso de Engenharia Civil da Católica de Santa Catarina de Joinville e de Jaraguá do Sul. Tem experiência em docência na área de Matemática e Engenharia Civil, com ênfase nas disciplinas de Cálculo Diferencial e Integral, Álgebra e Geometria Analítica, Materiais de Construção Civil e Técnicas de Construção Civil. ACADÊMICO A DEFINIR 13