Melhoramento de solo com resíduos da construção civil reforçado com fibras de polipropileno

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1 Melhoramento de solo com resíduos da construção civil reforçado com fibras de polipropileno Marilia Gabriella Matos de Oliveira (1), Kalinny P. Vaz Lafayette (2) Yêda V. P. Tavares (3), Simone Rosa da Silva (4), Laryssa M. E. H. Teti (5) e Thaísa Ferreira Macedo (6) (1) Departamento de Engenharia Civil, UPE, Brasil. mariliaa.oliveiraa@gmail.com (2) Departamento de Engenharia Civil, UPE, Brasil. klafayette@poli.br (3) Departamento de Engenharia Civil, UPE, Brasil. yeda.povoas@gmail.com (4) Departamento de Engenharia Civil, UPE, Brasil. simonerosa@poli.br (5) Departamento de Engenharia Civil, UPE, Brasil. laryssa@servhost.com.br (6) Departamento de Engenharia Civil, UPE, Brasil. thaisa_197@hotmail.com Resumo: Atualmente, os profissionais da engenharia civil deparam-se com diversos problemas gerados pela indústria da construção, entre eles estão à geração dos resíduos da construção civil (RCC) e a tendência de escassez dos recursos naturais. Neste âmbito o objetivo desse trabalho foi caracterizar geotecnicamente em laboratório o resíduo com vistas a aplicações em obras de engenharia, quantificando experimentalmente com diferentes teores de fibras de polipropileno. A metodologia utilizada constou da coleta dos resíduos da construção civil, execução de ensaios de caracterização física, mineralógica e cisalhamento direto na condição natural com e sem reforço. Os resultados obtidos nas amostras de resíduos com a inclusão das fibras apresentaram pontos positivos, por apresentar melhorias significativas com o aumento dos parâmetros de resistência na amostra em relação à situação sem reforço, gerando um compósito interessante para obras de melhoramento de solo. Com esta iniciativa pode-se diminuir os custos das intervenções de engenharia, contribuir para dar uma destinação adequada aos resíduos e a comprovação da viabilidade do uso de materiais reciclados. Palavras-chave: Construção Civil, Resíduos, Fibras de Polipropileno. Abstract: Currently, civil engineering professionals are faced with various problems caused by the construction industry, among them are the generation of waste from construction (CCW) and the tendency of natural resource scarcity. In this context the objective of this study was to characterize the geotechnical laboratory the residue with a view to applications in engineering works, quantifying experimentally with different amounts of polypropylene fibers. The methodology consisted of collecting construction waste, carry out tests of physical, mineralogical characterization and direct shear in natural condition with and without reinforcement. The results obtained from samples of waste with the inclusion of fibers showed positive points by presenting significant improvements with increasing strength parameters in the sample in relation to the situation without reinforcement, creating a composite interesting for soil improvement works. With this initiative we can reduce the costs of engineering interventions, to help provide a proper waste disposal and to prove the feasibility of using recycled materials. Key-words: Civil Construction, Waste, Polypropylene Fibers. 1. INTRODUÇÃO Atualmente no Brasil as informações disponíveis permitem confirmar os danos gerados pela indústria da construção civil ao meio ambiente. Os resíduos gerados por este setor demonstram sua supremacia na composição dos resíduos sólidos urbanos (RSU) em cidades de médio e grande porte. De acordo com levantamentos feitos em diversas cidades brasileiras, os resíduos da construção civil (RCC) representam cerca de 60% de todos os RSU, superando ao do resíduo domiciliar que nos últimos

2 anos tem sido o alvo (GAEDE 2008). Este número é altamente significativo, pois grande parte da matéria-prima utilizada nos processos de construções de empreendimentos urbanos é de origem nãorenovável, como é o caso dos recursos minerais. A tendência de escassez dos recursos naturais e a importância da redução dos impactos ambientais gerados pela construção civil fazem com que a mesma adquira novos conceitos e soluções técnicas visando à sustentabilidade de suas atividades. Desta forma, o aproveitamento dos RCC se destaca como alternativa alinhada a estes novos conceitos, valorizando os materiais descartados nas obras de engenharia, atribuindo-lhes a condição de material nobre em vez de simplesmente lançá-los na natureza, retornando-os assim para a cadeia produtiva (FERRAZ, 2004). Uma técnica que pode reaproveitar os resíduos gerados é a de melhoramento de solo com adições de fibras de polipropileno, otimizando as propriedades físicas com o intuito de proporcionar uma maior capacidade de resistência. Nos últimos anos, tem-se observado um número crescente de relatos sobre a utilização de fibras em pesquisas na área geotécnica como: Casagrande (2001 e 2005), Donato (2003 e 2007), Trindade et al. (2006), Pagani (2007), Festugato (2008) e Consoli et al. (2006 e 2007). A grande maioria destes trabalhos atesta ganhos de resistência e confirmam a ação das fibras como elementos que proporcionam aumento na ductilidade do material. As fibras têm um papel fundamental, pois melhoram o desempenho das matrizes frágeis quando da exigência de esforços dinâmicos (JOHN et al., 1999). Diante deste contexto, a pesquisa realizada visa apoiar as ações que visem minimizar os impactos ambientais gerados pelo setor da construção civil, através de implantações de tecnologias adequadas, que busquem a redução, reutilização e reciclagem dos RCC na Região Metropolitana do Recife (RMR), Pernambuco. 2. OBJETIVO O objetivo deste trabalho é investigar através de ensaios de laboratório, a viabilidade no aproveitamento dos RCC gerados em canteiros de obras na RMR como material a ser utilizado em obras de solo reforçado com fibras de polipropileno. 3. PROGRAMA EXPERIMENTAL 3.1. Materiais utilizados Resíduos da construção civil O conceito de RCC é motivo de discordância, não só em relação a abrangência das frações que o constitui, como também quanto as atividades geradoras dessas frações (ANGULO, 2000). De acordo com a Resolução nº 307 do CONAMA (BRASIL, 2002), resíduos da construção e demolição são os provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos, tais como tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, solos, rochas, metais, resinas, colas, tintas, madeiras, argamassa, gesso, telhas, pavimento asfáltico, vidros, plásticos, tubulações, fiação elétrica, entre outros. A resolução classifica os resíduos por Classes (A, B, C e D). O material coletado corresponde ao de Classe A (Figura 1), ou seja, resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tais como solos provenientes de terraplenagem, componentes cerâmicos (tijolos, blocos, telhas, placas de revestimentos, etc.), argamassa e concreto.

3 FIGURA 1 - Resíduo da construção civil coletado (Classe A). Foram coletados 619,69 Kg de amostra em uma obra de um edifício empresarial no estágio de elevação de alvenaria na cidade do Recife/PE. A amostra total foi dividida em 11 bombonas para facilitar o transporte da obra até a Universidade de Pernambuco, e facilitar também a realização da composição gravimétrica. Cada bombona apresentava em média 56,33 Kg. A amostra foi armazenada no Laboratório de Mecânica dos Solos para a realização da composição gravimétrica, do beneficiamento e posteriormente dos ensaios de laboratório. A composição gravimétrica (Figura 2) foi realizada com a finalidade de conhecer os materiais que compõem a amostra (tijolo, argamassa, concreto, material misto, material miúdo e outros). Fez-se a separação tátil-visual do material graúdo, ou seja, resíduo que apresenta diâmetro dos grãos maior que 4,8mm. Com a segregação finalizada, foi determinada a percentagem em massa de cada tipo de material. Miúdo Argamassa Tijolo Concreto Misto Outros FIGURA 2 Separação tátil-visual da amostra correspondente a 1 bombona. Para a realização dos ensaios de laboratório foi necessário beneficiar o material com o auxílio do britador de mandíbulas fabricante FURLAN, linha JC: JAW Crushers (Figura 3), onde o resíduo foi triturado até reduzir seu tamanho a grãos inferiores ou iguais a 4,8 mm de diâmetro. Para fazer essa seleção no diâmetro do resíduo foi utilizado a peneira de n o 4, obtendo, desta forma, o material denominado como miúdo.

4 FIGURA 3 Material sendo beneficiado no britador de mandíbulas Fibras As fibras utilizadas são de polipropileno (Figura 4) fabricadas pela ORPEC, disponíveis no mercado em forma de pequenos filamentos, com comprimento aproximado de 20 mm, diâmetro de 0,18 mm, peso específico igual a 9,1 kg/m 3, resistência a tração de aproximadamente 400 MPa. As fibras de polipropileno segundo Trindade et al. (2004) destacam-se por possuir condições satisfatórias de utilização em alguns setores da indústria da construção civil. Essas fibras não absorvem água, são imputrescíveis e apresentam baixa condutividade elétrica e térmica, e por aumentarem a resistência à tração, sua aplicabilidade é bastante ampla como material de terraplenos, estabilização de solos, pavimentação, entre outras aplicações. FIGURA 4 - Fibras de polipropileno Ensaios de laboratório Os ensaios de caracterização do agregado reciclado foram realizados de acordo com os procedimentos estabelecidos pela Associação Brasileira de Normas Técnicas; Determinação da composição granulométrica NBR 7181 (ABNT, 1984), densidade real dos grãos NBR 6508 (ABNT, 1984) e de compactação NBR 7182 (ABNT, 1986). Foi realizada a caracterização mineralógica da amostra através da Lupa Binocular no Laboratório de Sismoestratigrafia (Departamento de Geologia da Universidade Federal de Pernambuco - UFPE). Com o ensaio de compactação foi determinado uma correlação, entre o teor de umidade do solo e seu peso específico seco aparente com a finalidade de obter sua umidade ótima necessária para moldar os corpos de prova dos ensaios de cisalhamento. A resistência ao cisalhamento direto na amostra foi realizada na condição natural com tensões constantes normais de 50, 100, 150 e 200 kpa com velocidade de cisalhamento constante de 0,24 mm/min. Os teores de fibras utilizadas foram de 0,25%, 0,50% e 0,75% com relação a massa do agregado.

5 4. RESULTADOS 4.1. Composição Gravimétrica Na amostra de RCC na fase de alvenaria observa-se que a argamassa é o principal constituinte, representando 31,86%, seguido de material miúdo, tijolo, concreto, misto e outros, apresentando uma heterogeneidade em seus constituintes como pode ser observado na Figura 5. A percentagem do material denominado como outros (papel, plástico, madeira, vidro, gesso, isopor e metal), tem apenas 0,57%. Este tipo de resíduo foi desprezado, atendendo ao requisito estabelecido pela norma NBR (ABNT, 2004) que estabelece que devem ser evitadas as presenças de madeiras, plásticos, gessos, forros, tubulações, fiações elétricas e papeis ou quaisquer materiais orgânicos ou não inertes. FIGURA 5 - Composição gravimétrica da amostra de RCC analisada Caracterização Física Através da curva granulométrica (Figura 6), pode-se observar que a amostra estudada é formada por materiais arenosos, tendo uma fração igual a 96,05%, e em menor proporção a parcela de silte e argila, correspondendo a 0,93% e 0,75% respectivamente. O valor para a densidade real dos grãos foi de 2,68 g/m 3, resultado típico de material arenoso. Verificou-se a ausência de limite de liquidez (LL) e limite de plasticidade (LP) comprovando, desta forma, que o material é granular. FIGURA 6 - Curva granulométrica da amostra de RCC.

6 4.3. Análise Mineralógica Por meio da análise mineralógica dos grãos através da Lupa Binocular observou-se que a amostra de alvenaria tem a predominância de grãos de sub-angulosos a anguloso, há uma grande presença de quartzo revestido com material cimentício e óxido de ferro, presença de biotita e muscovita (Figura 7). FIGURA 7 a) Caracterização mineralógica da amostra de RCC (aumento de 8X). b) Grão de cimento com quartzo (aumento de 16X). c) Grão de quartzo com biotita (aumento de 23X). d) Grão de alvenaria com muscovita, biotita e quartzo (aumento de 16X) Ensaio de Compactação A curva de compactação da amostra (Figura 8) foi obtida aplicando-se a energia de Proctor Normal. A curva fornece um valor da massa específica seca máxima (ρ d ) igual a 1,53 g/cm 3 e umidade ótima (W ot ) de 22,96%. FIGURA 8 - Curva de compactação da amostra de RCC Ensaio de Resistência ao Cisalhamento Direto São apresentados a seguir os resultados dos ensaios realizados na amostra de RCC sem reforço e com reforço de 0,25%, 0,50% e 0,75% de fibras, Figuras 9 e 10.

7 (a) (b) FIGURA 9 - Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal. a) Amostra sem fibras. b) Amostra com 0,25% de fibras. (a) (b) FIGURA 10 - Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal. a) Amostra com 0,50% de fibras (MACEDO & LAFAYETTE, 2009). b) Amostra com 0,75% de fibras. Pode-se observar que em todas as amostras as tensões cisalhantes são crescentes ao longo do deslocamento até atingir a tensão de pico e que em geral, há uma tendência em aumentar a tensão cisalhante máxima à medida que há um acréscimo do confinamento do material com incrementos de tensões normais. A Figura 11 apresenta as envoltórias de resistência ao cisalhamento com os diferentes percentuais de fibras. Verifica-se que quanto maior a quantidade de fibras adicionadas ao agregado reciclado há um acréscimo significativo na coesão e ângulo de atrito correspondente a 91% e 16% respectivamente. Estes valores referem-se às amostras sem fibras e com incorporação de 0,75% de fibras. A Tabela 1 apresenta o aumento dos valores das coesões e dos ângulos de atrito de todas as amostras ensaiadas, o que revela bom desempenho do composto com acréscimo de resistência, contribuindo desta forma para a redução da fragilidade do material indicando uma boa alternativa de utilização na aplicação em obras de engenharia.

8 FIGURA 11 - Envoltórias de Resistência. TABELA 1 - Valores das coesões e dos ângulos de atrito da amostra de RCC sem e com adições de fibras. Reforço Coesão (kpa) Ângulo de atrito ( o ) Amostra de RCC sem fibras 7,56 41,36 Amostra de RCC com 0,25% de fibras 9,53 42,76 * Amostra de RCC com 0,50% de fibras 11,02 43,61 Amostra de RCC com 0,75% de fibras 14,41 48,15 * Fonte: Macedo & Lafayette (2009) 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Diante dos resultados obtidos pode-se concluir que os ensaios físicos constataram que os resíduos da construção civil apresentam características granulométricas equivalentes a areias bem graduadas e possuem comportamento não plástico, tal resultado pode ser justificado pela análise microscópica, onde se verificou a presença de material cimentício. O comportamento mecânico dos RCC foi influenciado pela inclusão das fibras de polipropileno. Nas envoltórias de resistência ao cisalhamento, pode-se observar uma tendência em aumentar a tensão cisalhante máxima com a adição de fibras. Quanto maior a percentagem das fibras maior seu ângulo de atrito e sua coesão, o que revela um bom desempenho mecânico do material proporcionando assim uma boa utilização na aplicação em obras de geotecnia como estruturas de solo reforçado. O presente trabalho faz parte de um estudo recente sobre as propriedades físicas e mecânicas dos resíduos da construção civil com adição de fibras de polipropileno para fins geotécnicos. Desta forma o intuito é contribuir para o desenvolvimento de novos materiais a serem utilizados na geotecnia. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-6508: Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm - Determinação da massa específica. Rio de Janeiro: ABNT, 1984.

9 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-7181: Solo Análise Granulométrica Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-7182: Solo Ensaio de Compactação Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-15115: Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil - execução de camadas de pavimentação Procedimentos. Rio de Janeiro: ABNT, ANGULO, S. C. Variabilidade de agregados graúdos de resíduos de construção e demolição reciclados f. Dissertação (Mestrado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia Civil. São Paulo, BRASIL Resolução CONAMA Diretrizes critérios e procedimentos para a gestão dos resíduos da construção civil. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, DF, nº. 136, 17 de julho de Seção 1, p CASAGRANDE, M. D. T. Estudo do Comportamento de um Solo Reforçado com Fibras de Polipropileno Visando o Uso como Base de Fundações Superficiais f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, CASAGRANDE, M. D. T. Comportamento de Solos Reforçados com Fibras Submetidos a Grandes Deformações f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Programa de Pósgraduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, CONSOLI, N. C.; ROTTA, G. V.; PRIETTO, P. D. M. Yielding-Compressibility-Strenhht Ralationship for an Artificially Cemented Soil Cured Under Stress. Géotechnique, v. 56, N. 1, p , CONSOLI, N. C et al. Key Parameters for Strengh Controlo f Artificially Cemented Soils. Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, ASCE, v. 133, N.2, p , DONATO, M. Comportamento Mecânico de Concreto Compactado com Rolo Reforçado com Fibras de Polipropileno f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, DONATO, M. Medidas Diretas de Tensão em Solo Reforçado com Fibras de Polipropileno f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, FERRAZ, A. L. N. Análise da adição de resíduos de argamassa de cimento em tijolos prensados de solocimento f. Dissertação (Mestrado) Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Ilha Solteira, FESTUGATO, L. Análise do Comportamento Mecânico de um Solo Micro-Reforçado com Fibras de Distintos Índices Aspectos f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, GAEDE, L. P. F. Gestão dos resíduos da construção civil no município de Vitória-ES e normas existentes f. Monografia apresentada ao curso de Especialização em Construção Civil, Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, JOHN, V. M.; AGOPYAN, V.; PRADO, T. A. Durabilidade de Compósitos de Cimentos e Fibras Vegetais. Artigo Técnico. USP. 11 p MACEDO, T.F.; LAFAYETTE, K.P.V. Characterization and use of Construction and Demolition Wastes (CDW) of workmanships in engineering.. In: 2ND INTERNATIONAL RILEM CONFERENCE: PROGRESS OF RECYCLING IN THE BUILD ENVIRONMENT, 2009, São Paulo. RILEM, PAGANI, B. R. Estudo de Misturas Solo-Cimento-Bentonita-Fibra para Uso em Barreiras Verticais de Contenção de Contaminantes f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Programa de Pósgraduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, TRINDADE, T. P.; LASBIK, I.; LIMA, D. C.; SILVA, C. H. C.; BARBOSA, P. S. A. Latossolo vermelho amarelo reforçado com fibras de polipropileno de distribuição aleatória: estudo em laboratório. Minas Gerais, 2004.

10 TRINDADE, T. P. et al. Estudo laboratorial do comportamento de um solo residual arenoso reforçado com fibras de polipropileno, visando à aplicação em estradas florestais. Revista: Árvore, Viçosa-MG, v. 30, n. 02, p AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao PIBIC/POLI/CNPq pelo apoio financeiro para realização desta pesquisa, ao laboratorista Fabio Ferreira da Escola Politécnica de Pernambuco e Felipe Ribeiro de Santana do Laboratório de Sismoestratigrafia da Universidade Federal de Pernambuco.