COMPARAÇÃO DE CONCRETOS COM AGREGADOS RECICLADOS PRODUZIDOS A PARTIR DE DIFERENTES MÉTODOS DE FORMULAÇÃO

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1 COMPARAÇÃO DE CONCRETOS COM AGREGADOS RECICLADOS PRODUZIDOS A PARTIR DE DIFERENTES MÉTODOS DE FORMULAÇÃO D. F. Correa, H. A. Molina, I.F. Sawada, H. C. F. Cordon Instituto Mauá de Tecnologia Praça Mauá, 01, São Caetano do Sul, SP CEP heloisa.fernandes@maua.br RESUMO A construção civil gera muita poluição, pois utiliza grande quantidade de cimento, principalmente na formulação de concreto. O método de empacotamento de partículas (MEC) reduz os espaços vazios presentes no mesmo, o que pode diminuir o consumo de ligantes. Este projeto tem como objetivo validar essa metodologia comparando-a com concretos convencionais (IBRACON), utilizando também agregados graúdos reciclados. Os materiais foram caracterizados quanto à massa específica, massa unitária, absorção e distribuição granulométrica. Para a formulação do traço por MEC utilizou-se o modelo de Andreassen modificado, com um coeficiente de empacotamento de 0,35. Foram analisados, abatimento do tronco de cone e resistência à compressão e à tração por compressão diametral nas idades de 3 e 7 dias. Os resultados médios de resistência à compressão mostram que houve pouca diferença entre os métodos. Para os resultados de resistência à tração por compressão diametral, o concreto com MEC obteve melhor desempenho. Palavras-chaves: concreto, agregado reciclado, empacotamento de partículas. 939

2 INTRODUÇÃO O meio físico é responsável por fornecer tudo o que é necessário para viver confortavelmente. A inteligência do homem permitiu a descoberta do uso dos recursos naturais e, tendo isso a seu favor, transformou-os em diferentes bens de consumo. É neste momento que se forma um ciclo de produção, sendo o primeiro passo remover a matéria prima da natureza e, o segundo passo modificá-la, uma ou mais vezes, para enfim obter o material desejado e usufruir do mesmo. Entretanto, o consumo excessivo de recursos naturais, oriundos de fontes não renováveis, tem gerado escassez e sérios impactos ambientais para o planeta (1). Esses danos estão afetando o funcionamento e o equilíbrio do sistema de um modo geral, devido a isso o tema tem ganhado relevância no cenário mundial, uma vez que a carência desses bens impacta de forma desfavorável a vida de todos. A construção civil é uma das grandes responsáveis por esse quadro negativo no ponto de vista sustentável, uma vez que consome cerca de 20% a 50% dos recursos naturais de todo o planeta e, consequentemente, geram resíduos, desde a implantação até a demolição das estruturas. (2) Assim, admitindo-se a necessidade de traçar estratégias para diminuir impactos prejudicais ao meio ambiente, torna-se necessário usar como instrumento de análise o concreto, material que necessita de diferentes tipos de matérias primas em sua composição, entre elas o cimento. Segundo Benite (3), a construção civil é responsável por 1/3 das emissões de gases de efeito estufa, sendo a produção de cimento uma das maiores responsáveis por essa poluição, uma vez que para cada tonelada de produzida deste material, cerca de 900 kg de gás carbônico são emitidos na atmosfera. (4) Uma forma de diminuir o consumo de cimento, sem prejudicar a resistência do concreto, é através do método de empacotamento de partículas. Desenvolvido por Féret, este procedimento consiste em utilizar diferentes granulometrias de agregados, a fim de reduzir os espaços vazios entre os grãos. (5) (6) (7) Além disso, as atividades de construção e demolição geram um enorme volume de resíduos que causa grande impacto ambiental. No Brasil, cerca de 50 a 70% da massa dos resíduos sólidos urbanos podem ser de resíduos de construção civil, chamados RCC (8). Assim, reintroduzir esses materiais na produção de concreto é uma maneira eficaz de reduzir os desperdícios e combater a poluição. 940

3 Dessa forma, esse trabalho desenvolverá a formulação de um concreto com agregado reciclado, reduzindo o uso de recursos naturais a partir do método do empacotamento de partículas, de forma a reduzir o consumo de cimento sem afetar a resistência do concreto. OBJETIVO Este trabalho tem como objetivo analisar a comparação entre agregados naturais e reciclados para a produção de concreto, utilizando o método do empacotamento de partículas e verificando a eficiência desse mecanismo. MATERIAL E MÉTODOS Seleção dos materiais Os materiais que compõem o concreto são: cimento, água, agregado graúdo e miúdo. Assim, para este estudo, o concreto de referência foi produzido com o cimento Portland tipo V, com alta resistência inicial (CPV-ARI), areia rosa como o agregado miúdo e, brita 0 como agregado graúdo. Já para o concreto produzido com agregado reciclado, mostrado na Figura 1, utilizaram-se os mesmos materiais citados acima, porém substituiu-se o agregado natural pelo pedrisco reciclado. Figura 1 - Pedrisco reciclado Dessa forma, inicialmente foram realizados os ensaios de caracterização dos materiais utilizados a fim de determinar a massa específica, a massa unitária, a 941

4 absorção e a distribuição granulométrica, segundo as normas: NBR NM 52 (9), NBR NM 53 (10), NBR NM 45 (11), NBR NM 30 (12), NBR NM 248 (13), respectivamente. Traço do concreto O traço do concreto consiste na determinação da proporção que será adicionada de cada material (cimento, agregado miúdo, agregado graúdo e água) na produção do concreto, uma vez que essa relação afeta diversos parâmetros, como por exemplo, a resistência à compressão. Assim, após a caracterização dos materiais, utilizou-se o método do IBRACON para definir o traço do concreto de referência (T1) e do concreto com agregado reciclado sem o empacotamento de partículas (T2), sendo este 1:2:3:0,6. Contudo, a fim de melhorar a trabalhabilidade, decidiu-se alterar o fator água/cimento para 0,7. Para o concreto produzido pelo método de empacotamento de partículas (T3), foi utilizado o software "EMMA" (14), que fornece a curva granulométrica ideal de acordo com o modelo de empacotamento escolhido. Para este estudo, foi adotado o de Andreassen Modificado ou Alfred, que gera a curva em vermelho mostrada na Figura 2. Essa curva é calculada de acordo com a equação (A), onde CPFT representa a porcentagem volumétrica de partículas menores que o diâmetro D, DL o diâmetro da maior partícula, DS o diâmetro da menor partícula e q o coeficiente de distribuição. Então, colocam-se no programa as granulometrias dos materiais utilizados, obtidas nos ensaios de caracterização a fim de elaborar a curva experimental, vista em azul na Figura 2. CPFT (%) = Dq q D S q D L DS q. 100 (A) Dessa forma, para resultar em um bom empacotamento, a curva em azul deve estar o mais próxima possível da vermelha e isso depende do coeficiente de empacotamento (q). A fim de obter o empacotamento máximo, o valor desse parâmetro deve ser 0,37, entretanto, esse número resultou em uma aproximação insatisfatória entre as curvas, por isso adotou-se q igual a 0,35. Além disso, outra variável deste programa são as proporções dos materiais. Assim, após o ajuste de ambas, obteve-se o traço 1:2,5:2,6:0,7 e a configuração final dessas curvas pode ser vista na Figura

5 Figura 2 - Curvas elaboradas pelo software "EMMA" Produção do concreto O procedimento para a produção dos concretos é semelhante, diferenciando-se somente no tipo de agregado graúdo utilizado, sendo a brita 0 para o concreto T1 e o pedrisco reciclado para os concretos T2 e T3. Além disso, foi utilizado o aditivo plastificante polifuncional para esses 2 últimos concretos, afim de auxiliar no adensamento, uma vez que o agregado reciclado possui uma alta absorção. Assim, primeiramente adicionou-se a brita e parte da água na betoneira para que o agregado ficasse levemente úmido. Em seguida, acrescentou-se o cimento para que esse material envolvesse a brita. É importante ressaltar que a ordem em que os componentes são colocados na betoneira influencia na qualidade do concreto, pois a mistura citada acima cria uma ligação entre o agregado e a pasta de concreto, além de evitar que se formem aglomerações de cimento, já que sua massa está bem dispersa. Então, por fim, colocaram-se a areia rosa e o resto da água. Dessa forma, uma vez que os concretos ficaram prontos, realizou-se o teste de abatimento de cone segundo a norma NBR NM 67 (15), conforme visto na Tabela 1. Além disso, foi feito o teste de coesão nos concretos, que apresentaram bastante coesão, ou seja, a pasta não se separou da brita. Os resultados obtidos podem ser vistos na Tabela 1, pode-se observar que a trabalhabilidade alcançada foi satisfatória para o concretos T1, porém baixa para o T2 e T3. Dessa forma, como adensamento do concreto T2, foi difícil, devido ao baixo abatimento, utilizou-se o adensamento feito com o auxílio do mangote vibratório para o concreto T3, afim de diminuir o índice de vazios, como pode ser vista na Figura

6 Tabela 1 - Resultados do teste de abatimento de cone Concreto Abatimento (mm) T1 55 T2 10 T3 40 Figura 3 - Comparação entre os corpos de prova do concreto T2 (à esquerda) e T3 (à direita) Então, iniciou-se a moldagem dos corpos de prova, que consiste em aplicar o desmoldante no cilindro metálico e colocar 2 camadas de concreto, aplicando 12 golpes em cada camada para reduzir os espaços vazios. Feito isso, alisou-se o topo com uma espátula e esperou-se por 24 horas para desmoldar. Após a desmoldagem, é necessário realizar a cura dos corpos de prova, que tem como função vedar o concreto mantendo a água de amassamento no seu interior e evitando a retração. Este processo é fundamental para que haja a hidratação da pasta de cimento e a conexão estrutural molecular. (16) O método escolhido foi a cura submersa em água, que segundo Bauer (17) é a maneira mais adequada. Esse mecanismo consiste em colocar os corpos de prova em um recipiente e imergi-los em água. Contudo a utilização desse procedimento é restrita por causa da falta de viabilidade para estruturas maiores. Ensaios Os ensaios escolhidos para avaliar o desempenho do concreto foram a resistência à compressão e a resistência à compressão diametral. Assim, os corpos 944

7 de prova foram analisados nas idades de 3 e 7 dias, sendo utilizados 3 corpos de prova para o ensaio de resistência à compressão em todas as idades. RESULTADOS E DISCUSSÃO Resistência à compressão Os ensaios de resistência à compressão foram realizados conforme a norma NBR 5739 (18) e os resultados encontram-se na Tabela 2. Para os corpos de prova de 3 dias de idade, o concreto T1 obteve maior resistência à compressão, já os concretos com agregado reciclado obtiveram resistências semelhantes entre si, considerando-se o desvio padrão, conforme a Tabela 2. Para os 7 dias de idade, o comportamento não se alterou. Os concretos com agregado reciclado apresentaram resultados inferiores ao de referência, como mostra a Tabela 2. Tabela 2 - Resistência à compressão Tipo de concreto T1 T2 T3 Corpo de prova Resistência à compressão por idade (MPa) 3 dias 7 dias A 18,48 21,98 B 17,48 21,23 C 15,86 20,10 Média 17,27 21,10 Desvio Padrão Amostral 1,32 0,94 A 12,11 14,92 B 7,37 16,04 C 14,73 17,29 Média 11,40 16,09 Desvio Padrão Amostral 3,73 1,19 A 15,86 16,11 B 11,61 16,23 C 11,74 11,11 Média 13,07 14,48 Desvio Padrão Amostral 2,42 2,92 945

8 Resistência à tração por compressão diametral Os ensaios de resistência à tração por compressão diametral foram realizados conforme a norma NBR NM 7222 (19) e os resultados encontram-se na Tabela 3. Para os corpos de prova de 3 dias de idade, o concreto T3 atingiu resistência semelhante ao T1, considerando seu desvio padrão. Já o concreto T2, obteve resistência inferior aos anteriores, assim como aos 7 dias de idade. Tabela 3 - Resistência à tração por compressão diametral Resistência à tração por Tipo de concreto Corpo de prova compressão diametral (MPa) 3 dias 7 dias T1 T2 T3 A 7,74 8,49 B 8,24 6, Média 7,99 7,74 Desvio Padrão Amostral 0,35 1,06 A 5,74 7,62 B 5,62 5,06 C 6,18 5,18 Média 5,85 5,95 Desvio Padrão Amostral 0,30 1,44 A 6,49 6,74 B 6,24 7,74 C 8,87 6,99 Média 7,20 7,16 Desvio Padrão Amostral 1,45 0,52 Consumo de cimento O consumo de cimento dos concretos foi determinado a partir da Lei de Molinari, e pode ser visto na Tabela 4. Tabela 4 - Consumo de cimento de acordo com o tipo de concreto Tipo de concreto Consumo de cimento (kg/m³) T1 371,91 T2 327,99 T3 325,27 946

9 Os resultados obtidos, descritos na Tabela 4, evidenciam que o uso do agregado reciclado e do empacotamento de partículas reduziram em 13% o consumo de cimento em relação ao concreto de referência. É interessante observar o índice de ligantes (IL) dos concretos estudados, que pode ser definido como a razão entre o consumo de cimento e a resistência à compressão aos 7 dias. Para o traço T1, o IL foi igual a 17,3 kg.m - ³.MPa -1, para o T2 11,4 kg.m - ³.MPa -1 e para o T3 13,1 kg.m - ³.MPa -1. CONCLUSÃO A partir dos ensaios realizados, pode-se verificar que o método do empacotamento não trouxe grandes melhorias na resistência à compressão, porém o concreto com agregados reciclados formulado pelo MEC apresentou resistência à tração por compressão diametral semelhante ao concreto de referência. Entretanto, pode-se verificar que método de empacotamento auxiliou na melhora da trabalhabilidade e na redução do consumo de cimento para os traços com agregados reciclados (T2 e T3). Além disso, percebe-se que o índice de vazios diminui se analisado na face externa do corpo de prova, porém não se pode concluir se isto é devido ao empacotamento ou ao uso do mangote vibratório durante o adensamento. Deve-se observar que alguns resultados de resistência apresentaram alto desvio padrão. Isso pode ter ocorrido por alguma falha no adensamento do concreto, provocando um espaço vazio no interior do corpo de prova, que facilita a sua ruptura. Todavia, deve-se considerar as incertezas dos instrumentos utilizados, erros humanos e possíveis alterações nos resultados por causa da utilização do aditivo em apenas dois dos concretos produzidos. AGRADECIMENTOS As autoras agradecem ao Instituto Mauá de Tecnologia pelo apoio na realização dos ensaios e utilização de suas instalações, à empresa Intercement pela doação do aditivo, do cimento, da areia e da brita natural e à empresa Urbem pela doação do agregado reciclado. 947

10 REFERÊNCIAS (1) BRASILEIRO, L. L. Revisão bibliográfica: reutilização de resíduos da construção e demolição na indústria da construção civil. Teresina (2) SANTOS, M.F.N. GEPROS - Gestão da produção, operações e sistemas (3) BENITE, A. Emissões de carbono e a construção civil. Disponível em: < Acessado em 29/03/2018. (4) FREIRE, D. Especialistas discutem papel na indústria do cimento nas emissões de CO2. Junho de Disponível em:< cimento_nas_emissoes_de_co2/23449/>. Acessado em 29/03/2018. (5) AIQIN, W.; CHENGZHI, Z.; NINGSHENG, Z. Study of the influence of the particle size distribution on the properties of cement. Cement and Concrete Research. v. 27, n. 5, p (6) AIQIN, W.; CHENGZHI, Z.; NINGSHENG, Z. The theoretic analysis of the influence of the particle size distribution of cement system on the property of cement. Cement and Concrete Research. v. 29, n. 11, p (7) DE LARRARD, F; SEDRAN, T. Optimization of ultra-highperformance concrete by the use of a packing model, Cement and Concrete Research. v. 24, n. 6, p (8) IPEA - INSTITUTO DE PESQUISA ECONÔMICA APLICADA. Diagnóstico dos resíduos sólidos da construção civil. Relatório de pesquisa. Brasília, Disponível em:< 0911_relatorio_construcao_civil.pdf>. Acessado em 29/03/2018. (9) ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 52: Agregado miúdo - Determinação da massa específica e massa específica aparente. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, (10). NBR NM 53: Agregado graúdo - Determinação da massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro,

11 (11). NBR NM 45: Agregados - Determinação da massa unitária e do volume de vazios. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, 2006 (12). NBR NM 30: Agregado miúdo - Determinação da absorção de água. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, (13). NBR NM 248: Agregado - Determinação da composição granulométrica. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, (14) ELKEM SILICON MATERIALS. Software EMMA. Disponível em: < em 29/03/2018 (15) ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 67: Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, (16) DINIZ et al. Influência da cura por imersão em concretos convencionais. Revista Tecnologia e informação.ano 2 N3, Julho/Outubro (17) BAUER, L. A. F. Materiais da construção. 5 ed. Rio de Janeiro: LTC, (18) ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, (19). NBR 7222: Concreto e argamassa - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de provas cilíndricos. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro,

12 COMPARASION OF CONCRETES WITH RECYCLED AGGREGATES PRODUCED BY DIFFERENT METHODS OF FORMULATION ABSTRACT Civil construction generates a lot of pollution because it uses a large quantity of cement, especially in concrete formulation. The particle packing method reduces the voids presents in the concrete, which can decrease the consumption of binders. This work has the aims of validate this methodology, comparing it to conventional concretes (IBRACON), and also use recycled aggregates. The materials were characterized for specific weight, unit weight, absorption and particle size distribution. For the concrete made with the particles packing formulation, it was used the modified Andreassen model, with a packing coefficient of 0,35. It were analyzed the Slump test, as well as compressive strength and diametral compression traction at the ages of 3 and 7 days. The average results of compressive shows that there were little difference between the methods. For the results of diametral compression traction, the concrete with the packing method formulation obtained better performance. Keywords: concrete, recycled aggregate, particles packing. 950