Concreto com adição de fibras de borracha: um estudo frente às resistências mecânicas

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1 Concreto com adição de fibras de borracha: um estudo frente às resistências mecânicas Wendersen Cássio de Campos Faculdade de Engenharia Civil CEATEC Ana Elisabete P. G. A. Jacintho Grupo de Pesquisa: Tecnologia do Ambiente Construído CEATEC Resumo: No Brasil, desde o início da década de 80 vêm sendo realizadas pesquisas que envolvem a incorporação de fibras a matrizes de cimento, visando à obtenção de materiais apropriados para a produção de componentes habitacionais. Esta técnica construtiva inovadora tem sido aplicada na construção de pavimentos, peças pré-moldadas, elementos de alvenaria, argamassas e concretos convencionais e alta resistência. Esta pesquisa visou o estudo do comportamento frente às resistências mecânicas do concreto com adição de fibras de borracha. Para isso foram desenvolvidos traços de concreto com adição de fibras de borracha e os resultados foram comparados com o concreto de resistência convencional sem fibras. Palavras-chave: concreto, borracha, adição. Área do Conhecimento: Engenharias Engenharia Civil 1. INTRODUÇÃO O descarte de pneus que não tem mais utilização tem sido feito de maneira inadequada. A preocupação das empresas fabricantes desse material aumentou nos últimos anos, principalmente por conta das leis ambientais. Apenas alguns centros de pesquisa no Brasil tem utilizado pneus de borracha picados ou moídos, como material a ser utilizado no concreto, como uma opção de reuso deste resíduo. Um desses centros de pesquisa está na PUC- Campinas, onde CÉSAR et al [1] fizeram um estudo das propriedades mecânicas do concreto com resíduos de borracha vulcanizada proveniente de pneus inservíveis. Foram produzidos diferentes concretos contendo porcentagens crescentes de borracha tratada na solução de hidróxido de sódio, em substituição parcial aos agregados. Foram moldados corpos-de-prova para a execução dos ensaios de resistências à compressão, à tração por compressão diametral e à tração na flexão aos 28 dias de idade e analisados seus resultados. Foram feitos concretos com diferentes porcentagens de adição de borracha. Foi feita a moldagem do concreto de referência(sem borracha) e dos concretos com substituição parcial de 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6% dos agregados naturais pelas fibras de borracha. Os corpos-de-prova utilizados foram os cilíndricos de 10cm x 20 cm e prismáticos de 15cm x 15cm x 75 cm, devidamente preparados, calafetadas com cera de abelha e lubrificadas com material desmoldante facilitando a retirada dos concretos. Os corpos-de-prova foram submetidos aos ensaios de resistência à compressão, à tração por compressão diametral e à flexão. Para os valores médios de resistência à tração na flexão conclui-se que os concretos com borracha absorvem mais energia que o concreto sem borracha. Para a incorporação de mais de 30% de borracha em relação à massa de cimento a perda de resistência corresponde a 50% da resistência à compressão do concreto de referência. Para os traços estudados a resistência à tração na flexão dos concretos com borracha são próximos e superiores à resistência do concreto sem borracha. TRIGO et al [2] avaliaram a eficiência da aderência entre dois tipos de concreto, sendo que um deles foi feita uma adição de 12% em volume de resíduos de borracha de pneu e no outro não. Os resultados obtidos para as vigas moldadas em duas etapas, com os dois tipos de concreto, foram comparados àqueles obtidos para as vigas moldadas inteiras. A finalidade prática deste estudo é avaliar a possibilidade da incorporação do resíduo de borracha de pneu ao concreto da capa de lajes treliçadas. Desenvolvida na Europa, a laje pré-moldada treliçada surgiu para suportar algumas deficiências que a laje convencional pré-fabricada apresentava e atualmente são utilizadas com sucesso no mundo todo. Foram utilizados resíduos de borracha vulcanizada, obtidos por meio do processo de recauchutagem de pneus, areia média, brita 1, cimento CP V ARI PLUS e água. Notou-se um aumento de 31% no valor da resistência à tração na flexão, em decorrência da utilização do resíduo de borracha.

2 A indústria da construção civil vem estudando a possibilidade da utilização de resíduos industriais, a fim de minimizar os problemas ambientais. Estudos recentes vêm analisando a viabilidade da utilização de resíduos de borracha provenientes de pneus inservíveis na composição do concreto. BARBOSA et al [3]. avaliou a influência da incorporação de diferentes porcentagens de resíduos de borracha de pneu no CAD sobre sua resistência à compressão. Foi então desenvolvido o traço de CAD sem adição de borracha e outros dois CAD com adição de borracha de pneu (a quantidade de borracha pneu introduzida em metro cúbico de concreto foi igual a 3% e 5% deste volume). O superplastificante foi utilizado como sendo 1,20% em relação ao peso do cimento para todos os traços. A trabalhabilidade do concreto e da argamassa é diminuída de acordo com o crescente teor de adição de borracha e com o emprego de partículas de pequena dimensão. Após a desmoldagem os corpos-de-prova foram levados à câmara úmida, com umidade e temperatura controladas, até as idades de 7, 28 e 91 dias para a realização dos ensaios de resistência à compressão, segundo a NBR De acordo com os resultados, mostra que é possível a produção de CAD com adição de resíduos de borracha de pneu. Os três concretos de alto desempenho atingiram patamares de resistência à compressão dentro da faixa de valores de CAD. Observou-se que os resíduos de borracha de pneu reduzem o abatimento do concreto e reduzem também as propriedades mecânicas de acordo com o aumento da porcentagem de resíduos de borracha. O comportamento quanto à ruptura apresenta uma redução da fragilidade para ambas as porcentagens do CAD com adição de resíduos, em relação ao CAD. Ressaltando que a incorporação dos resíduos de borracha de pneu indica um aumento na ductilidade do CAD com borracha, em relação ao CAD. Nos dias de hoje ocorre a necessidade de nos preocuparmos com o aumento de quantidade de lixo que produzimos, os recursos naturais devem ser usados de uma forma consciente para que não devolvamos toneladas de materiais, que irão contaminar e prejudicar o meio ambiente. Não existe uma forma definida de reciclagem de pneus. Alguns estão transformando pneus em estradas ou lonas de freios, outros estão recapando-o. Os pneus podem ser transformados em "farelos" de borracha e adicionados ao asfalto para pavimentar estradas, pistas de corrida, de pouso e decolagem e playgrounds. A vida útil da pavimentação aumenta de 4 a 5 vezes. O concreto com adição de fibras de borracha possuiu maior resistência ao surgimento e propagação de fissuras. As perdas mecânicas devidas à incorporação de borracha foram aceitáveis, até o teor de 10% de mistura. FREITAS [4] pesquisou a resistência ao impacto em placas de concreto. O procedimento empregado no ensaio da resistência ao impacto inicia-se com o nivelamento e contenção de corpo-de-prova na caixa de areia colocada abaixo do tubo guia. No interior do tubo guia, tem-se uma esfera metálica ligada a um barbante, o qual por sua vez apóia-se a uma roldana possibilitando que a esfera possa ser suspensa. Desse modo determinou-se a resistência ao impacto através da somatória de energia necessária ao surgimento da primeira fissura na face superior da placa. Na seqüência foi dado prosseguimento ao ensaio, o qual foi interrompido apenas após a observação da primeira fissura 1mm de espessura, juntamente com a determinação do seu somatório de energia total necessário, ou ao atingir o somatório de energia igual a 123,5J, valor do somatório geral de 21 impactos, a contar da 1ª altura de queda igual a 0,20m até a última de 2,20m. Destaca-se ainda que a resistência ao impacto, no caso do CAD com borracha foi de 11% a 26% maior, variando de acordo com a idade do ensaio, do que àquelas necessárias aos corpos-de-prova de CAD. A pesquisa de que trata este artigo foi desenvolvida na PUC-Campinas e se refere ao estudo de concretos com adição de borracha de pneus na forma de fibras. Foi feito um concreto de resistência convencional, como referência de propriedades mecânicas, e outros dois concretos com adição de 5% e 10% de fibras de borracha. A areia e a brita utilizadas foram convencionais. 2. MATERIAIS UTILIZADOS NA PESQUISA Foram feitos ensaios de caracterização dos materiais que compõe o concreto, tais como: areia, pó de brita e da borracha. Estes ensaios seguem as normas ABNT como seguem: Ensaio 1: Agregado miúdo Determinação da massa específica e massa específica aparente (NBRNM 52 [5]). Este ensaio foi realizado com os seguintes materiais: borracha, areia e pó de pedra. Ensaio 2: Agregado graúdo Determinação da massa específica, massa específica aparente e

3 absorção de água (NBRNM 53 [6]). Este ensaio foi realizado com brita. Ensaio 3: Agregados Determinação da massa unitária e do volume de vazios (NBRNM 45 [7]). Este ensaio foi realizado com os seguintes materiais: borracha, areia, pó de pedra e brita. Ensaio 4: Agregados Determinação da composição granulométrica do agregado miúdo (NBRNM 248 [8]). Este ensaio foi realizado com os seguintes materiais: borracha, areia e pó de pedra. A Tabela 1, mostra os resultados da caracterização granulométrica da areia, da borracha e do pó de pedra que foram utilizados para a confecção dos concretos. Tabela 1 Caracterização Granulométrica Porcentagem Retida Peneiras Areia Borracha Pó de Pedra mm 4, , , , , , Fundo Módulo de Finura Diâmetro Máximo 2,75 2,74 4,36 1,2mm 1,2mm 4,8mm Nas Figuras de 1 a 3 podem ser vistas as curvas granulométricas dos materiais utilizados. Figura 2 Curva granulométrica da borracha Figura 3 Curva granulométrica do pó de pedra Os materiais também foram caracterizados segundo sua massa específica e seu peso unitário conforme mostra a tabela 2. Tabela 2 Massa Específica e Peso Unitário Material Massa Específica Peso Unitário (g/cm 3 ) (g/cm 3 ) Brita 2,93 1,69 Borracha 1,25 0,32 Areia 2,56 1,38 Pó de Pedra 2,54 1,45 Os traços utilizados nesta pesquisa encontram-se na Tabela 3, onde foram feitos um traço de concreto comum como referência e dois outros traços de concreto com adição de fibras de borracha nas proporções de 5% e 10%. Figura 1 Curva granulométrica da areia

4 Tabela 3 Traços dos Concretos Referência e com Borracha Material Referência 5% de borracha 10% de borracha (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) Cimento Areia Pó de Pedra Brita Borracha Aditivo 0,10 0,10 0,10 3. RESISTÊNCIAS MECÂNICAS DO CONCRETO Foram realizados ensaios de Resistência à Compressão, Resistência à Tração por Compressão Diametral, Resistência à Tração na Flexão e Módulo de Deformação, do concreto referência e dos concretos com adição de fibra de borracha. Segue nos próximos itens os resultados desses ensaios Resistência à Compressão Simples Foram feitos ensaios em corpos de prova cilíndricos de 10cm x 20cm, aos 7 dias e aos 28 dias de idade do concreto, em uma prensa hidráulica situada no laboratório de Materiais de Construção e Estruturas da PUC-Campinas. Os corpos de prova foram retificados para os ensaios e os resultados da média de 3 corpos de prova por traço de concreto podem ser vistos na Figura 4. Figura 5 Resistência Média à Tração por Compressão Diametral 3.3. Resistência à Tração na Flexão Foram feitos ensaios em corpos de prova prismáticos de 15cm x 15cm x 50cm, aos 28 dias de idade do concreto. Os resultados da média de 4 corpos de prova por traço de concreto podem ser vistos na figura 6. Figura 6 Resistência Média à Tração na Flexão 3.4. Módulo de Deformação Foram feitos ensaios em corpos de prova cilíndricos de 10cm x 20cm, aos 7 dias e aos 28 dias de idade do concreto, em uma prensa hidráulica com controle de deformação (EMIC), situada no laboratório de Materiais de Construção e Estruturas da PUC- Campinas. Os resultados podem ser vistos na Figura 7 e o aparato de ensaio pode ser visto na Figura 8. Figura 4 Resistência Média à Compressão Simples 3.2. Resistência à Compressão Diametral Foram feitos ensaios em corpos de prova cilíndricos de 10cm x 20cm, aos 7 dias e aos 28 dias de idade do concreto. Os resultados da média de 3 corpos de prova por traço de concreto podem ser vistos na figura 5. Figura 7 Módulo de Deformação

5 Figura 9 Ensaio de Impacto Figura 8 Aparato de Ensaio do Módulo de Deformação 3.5. Impacto O ensaio de resistência ao impacto é apresentado na Figura 3, o processo de ensaio foi adaptado da NBR 9474[9] da mesma forma que GUIMARÃES[10]. Utilizou-se um tubo guia de 2,20 m de altura o qual possuía perfurações transversais distanciadas de 20 cm, onde por meio da introdução ou retirada de um pino metálico pré determina-se à altura e induz-se a queda livre de uma esfera de 2,5 kg sobre um corpo de prova prismático (25cm x 35cm x 5cm) disposto em um berço de borracha, como pode ser visto na Figura 9. Então, a partir desse método a resistência ao impacto foi determinada em função da energia necessária para gerar a primeira fissura na face superior do corpo-de-prova. A Equação 1, apresenta a relação entre Energia de impacto (Ei), em Joules (J), a massa da esfera (m), aceleração da gravidade (a) e a altura de queda (h) necessária para gerar a primeira fissura na face superior do corpo-de-prova. Ei = h * m * a (1) Onde: Ei = Energia de impacto (J); h = altura de queda (m); m = massa da esfera (2,5kg); a = aceleração da gravidade (9,81m/s²). Desse modo determinou-se a resistência ao impacto através do somatório de energia necessário ao surgimento da primeira fissura. Os resultados podem ser encontrados na Tabela 4. Tabela 4 Resultados dos Ensaios de Impacto Altura da Altura da Resistência Resistência queda para queda para ao Impacto ao Impacto Traço 1ª fissura ruptura Média Referência 5% 10% (m) (m) (J) (J) 0,60 0,80 29,43 29,43 0,60 0,80 29,43 0,60 0,80 29,43 0,40 0,50 14,71 18,80 0,40 0,50 14,71 0,50 0,60 26,98 0,50 0,60 26,98 22,89 0,50 0,70 26,98 0,40 0,60 14,71 4. CONCLUSÕES Como era esperado, a adição de fibras ao concreto faz com que sua resistência mecânica diminua, entretanto esta perda de resistência não ocorre de forma linear com o aumento da adição de fibras. Com relação a resistência à compressão simples, aos 7 dias de idade houve uma perda de 25% de resistência quando foi adicionado 5% de borracha de pneu no concreto, entretanto a resistência se manteve praticamente igual ao do concreto referência quando foi adicionado 10% de borracha. Aos 28 dias, as perdas de resistência foram mais acentuadas,

6 ficando em 36% com adição de 5% de borracha e 41% quando a adição foi de 10%. Na resistência à tração por compressão diametral, aos 7 dias de idade as perdas foram de 35% e 27% para adição de 5% e 10% respectivamente. Já aos 28 dias as perdas ficaram em 27% e 14% para adição de 5% e 10% respectivamente, ou seja, um pouco menor. Na resistência à tração na flexão, foram feitos ensaios apenas aos 28 dias e as perdas foram de 41% para a adição de 5% de borracha e 20% para a adição de 10%. Com relação ao módulo de deformação, houve uma pequena diminuição no valor de referência aos 7 dias de idade do concreto, sendo de 11% para adição de 5% e de 7% para adição de 10%. Já aos 28 dias, a diminuição do módulo ficou em 31% e 7% para as adições de 5% e 10% respectivamente. Nos ensaios de resistência ao impacto, os resultados demonstraram que a adição de fibras de borracha ao concreto, apesar de diminuir suas propriedades mecânicas, não faz com que o concreto perca sua capacidade de absorção de energia. A perda da resistência ao impacto ficou em 36% para a adição de 5% de borracha no concreto e em 22% para adição de 10%. AGRADECIMENTOS Aos técnicos do laboratório de materiais de construção e estruturas e à aluna de iniciação científica A- lessandra Kobayashi. REFERÊNCIAS [1] CÉSAR, Stéphanie A. B. M.; MOSCA, Ana Mara Almeida; LINTZ, Rosa Cristina Cecche; CARNIO, Marco Antonio. Estudo das propriedades mecânicas do concreto com adição de borracha de pneu. In: 48º Congresso Brasileiro do Concreto CBC2006, setembro ISBN: [2] TRIGO, Ana Paula Moreno; CROCHES, Shaianne Sherma; AKASAKI, Jorge Luís; SALLES, Flávio Moreira; MELGES, José Luiz Pinheiro; FIORITI, Cesar Fabiano. Avaliação experimental da aderência em elementos de concreto constituídos parcialmente com resíduos de borracha de pneu. In: 51º Congresso Brasileiro do Concreto CBC 2009, Outubro / 2009 IBRACON. [3] BARBOSA, M. B., MARTINS, I. R. F., VITA, M. O., AKASAKI,.J. L. Influência da incorporação de diferentes porcentagens de resíduos de borracha de pneu no concreto de alto desempenho. In: Anais das XXXII Jornadas Sulamericanas de Engenharia Estrutural, Maio / 2006 ISBN [4] FREITAS, ISRAEL R. M. Concreto de alto desempenho com adição de resíduos de borracha de pneu. In: novembro 2005, Ilha Solteira. Programa de pós-graduação em engenharia civil. Faculdade de engenharia de Ilha Solteira. [5] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003). NBRNM52 - Agregado miúdo - Determinação de massa específica e massa específica aparente. Rio de Janeiro. 6p. [6] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003). NBRNM53 - Agregado graúdo - Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Rio de Janeiro. 8p. [7] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2006). NBRNM45 - Agregados - Determinação da massa unitária e do volume de vazios. Rio de Janeiro. 8p. [8] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2001). NBRNM248 - Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro. 6p. [9] Associação Brasileira de Normas Técnicas (1986). NBR Embalagem e acondicionamento - Determinação do desempenho em queda. Rio de Janeiro. 7p. [10] GUIMARÃES, A. M. P.; JUNIOR, A. L. S.; MARTINS, M. L.; SOUZA, P. S. L. Avaliação do uso da fibra de curauá em concretos convencionais. In: 47º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO CBC2005, setembro 2005, Pernambuco. ISBN

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