ANÁLISE DA ADERÊNCIA ENTRE O CONCRETO DESENVOLVIDO COM RESÍDUO DE CONSTRUÇÃO CIVIL E O AÇO

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1 ANÁLISE DA ADERÊNCIA ENTRE O CONCRETO DESENVOLVIDO COM RESÍDUO DE CONSTRUÇÃO CIVIL E O AÇO Arthur Gusson Baiochi Engenharia Civil CEATEC arthur.gb@puccampinas.edu.br Lia Lorena Pimentel Professor Doutor, Fac. Engenharia Civil Puc-Campinas CEATEC lialp@puc-campinas.edu.br Resumo:A importância do estudo da aderência deve-se ao fato de ela ser essencialmente responsável pela existência do concreto armado. Ela é definida por diversos autores como sendo o mecanismo de transferência de tensões que existe na interface entre a barra de aço da armadura e o concreto que a envolve. Teoricamente, esse mecanismo de transferência de forças é subdividido em três parcelas, sendo elas: aderência por adesão - ou química - aderência por atrito e aderência mecânica. Este trabalho de Iniciação Científica tem como objetivo determinar pelo método APULOT a tensão de aderência entre o aço e o concreto feito com resíduo de construção civil. A metodologia empregada na pesquisa iniciouse com a caracterização do resíduo e dos agregados naturais e o estudo de dosagem para obtenção de concreto com classe de resistência à compressão de 60 MPa. A determinação da aderência pelo método APULOT utilizou garrafas PET de 2 litros e barras de aço de 10mm de diâmetro. Também foi determinada a resistência a compressão axial, a resistência a tração por compressão diametral e o modulo de elasticidade do concreto desenvolvido. Os resultados demonstraram que a substituição dos agregados naturais por resíduos da construção civil diminuíram significativamente a resistência à compressão axial do concreto e a tensão de aderência. Palavras-chave: Aderencia,resíduos, concreto. Área do Conhecimento: Engenharia Civil Construção civil. 1. INTRODUÇÃO As pesquisas foram norteadas por dois objetivos: analisar o quanto a resistência à compressão do concreto influencia na aderência deste material com o aço e de que modo a modificação - parcial ou total - dos agregados convencionais por outros tipos de materiais interfere na aderência. Esta pesquisa visa, futuramente, interagir com grupos de pesquisas liderados pelo professor Michel Lorrain, da Universidade de Toulouse na França, cujos resultados dos ensaios serão comparados com os demais resultados obtidos nos laboratórios de pesquisa da França, Argélia e Brasil. No que diz respeito ao primeiro objetivo, para estruturas de concreto armado a ligação aço-concreto é muito importante, uma vez que nesse tipo de estrutura o aço e o concreto passam a agir como um só em relação a forças externas em termos mecânicos. Uma das principais contribuições da aderência para o concreto armado é o fato de ela garantir uma boa capacidade de utilização da estrutura, através da limitação da abertura de fissuras e de uma melhor distribuição dessas ao longo da peça, podendo evitar flechas excessivas e rupturas localizadas [1]. Uma vez que a aderência é conhecida e quantificada, épossível avaliar a capacidade de carga suportada pelo concreto armado. Para fazer este estudo foi utilizado o método APULOT - uma modificação do ensaio pull-out, proposto para possibilitar um melhor controle de qualidade na produção de concreto armado [2]. Esta modificação tem o propósito de facilitar o ensaio de arrancamento direto, objetivando aplicá-lo em canteiro de obra. Já no tocante ao segundo objetivo, a maior parte dos resíduos gerados pelo setor da construção civil - cerca de 70% - é proveniente de reformas, pequenas obras e em obras de demolição. Os 30% restantes são provenientes da construção formal. Foram realizadas pesquisas para caracterizar o entulho bruto gerado na cidade de Salvador, encontrando a seguinte composição: concreto e argamassa (53%), areia (22%), material cerâmico (14%), rochas (5%) e outros (6%). Os autores calcularam que a massa unitária desse resíduo é de 1156 kg/m³. Este estudo indica ótima potencialidade da utilização dos entulhos na própria construção civil após reciclagem [3].

2 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais Para essa pesquisa foram utilizados resíduos miúdos e graúdos da construção civil, provenientes de uma unidade recicladora em Várzea Paulista, no estado de São Paulo, resultado da britagem de resíduo cinza, ou seja, argamassa e concreto. Os agregados naturais utilizados foram areia lavada e brita 1 basáltica. O cimento utilizado foi o CP V - ARI, o aço utilizado para o ensaio de arrancamento foi o CA 50, com diâmetro de 10 milímetros. Após a caracterização dos agregados foi desenvolvido um traço referencia com os agregados naturais de forma a obter resistência de 60 MPa aos 28 dias de idade. Posteriormente foram desenvolvidos traços com a substituição do agregado natural pelo resíduo cinza. Foram moldados corpos de prova para determinação da resistência a compressão axial, resistência a tração por compressão diametral e modulo de elasticidade, além dos corpos de prova em garrafas PET para o ensaio de arrancamento. Foram determinados no Laboratório de Materiais de Construção e Estruturas do CEATEC, a massa unitária, massa específica, capacidade de absorção, teor de finos e o diâmetro máximo dos agregados e resíduos graúdos e miúdos. Os resultados são apresentados na Tabela 1. Característica Massa unitária [g/cm³] Massa específica [g/cm³] Absorção d água [%] Diâmetro máximo [mm] Módulo de finura Tabela 1. Caracterização dos agregados Agregado graúdo Agregado miúdo Natural Resíduo Natural Resíduo 1,63 1,29 1,39 1,12 2,89 2,25 2,62 2,20 1,31 7, ,8 4, ,39 2,15 Inicialmente, foi desenvolvido um traço de concreto referência pelo método da ABCP para atingir resistência de 60MPa (1:1,12:1,16:0,24 cimento : agregado miúdo : agregado graúdo : água. 5g de aditivo superplastificante), A partir deste traço, foram propostas substituições do agregado natural pelo resíduo da construção civil. O traço denominado MG50 (1:0,56:0,56:0,58:0,58:0,42 cimento : agregado miúdo : resíduo miúdo : agregado graúdo : resíduo graúdo : água. 7,44g de aditivo), com 50% de substituição do agregado natural graúdo por resíduos graúdos e 50% do agregado miúdo substituído por resíduos miúdos, e o concreto denominado G100 (1:0,1,12:1,16:0,35 cimento : agregado miúdo : resíduo graúdo : água. 2,48g de aditivo), com 100% de substituição do agregado graúdo substituído por resíduos graúdos. 2.2 Métodos Foram realizados ensaios aos 7 e aos 28 dias após a confecção dos corpos de prova. Para cada um dos três traços de concreto foram moldados 12 corpos de prova cilíndricos de dimensões 10x20cm e 12 corpos de prova para ensaio de arrancamento em garrafas PET. A faixa em que o concreto fica em contato direto com o aço é denominada comprimento de ancoragem (6,3cm para o referência, 8,9cm para o MG50 e 9,0cm para o G100). Os corpos de prova cilíndricos foram utilizados nos ensaios de determinação das características mecânicas do concreto (resistência à compressão axial, conforme a NBR 5739:2007 [4]; resistência à tração por compressão diametral, segundo a NBR 7222:1994 [5]; e módulo de elasticidade, conforme a NBR 8522:2008 [6]). 6 deles foram ensaiados aos 7 dias, os outros 6 foram rompidos aos 28 dias. Os corpos de prova moldados em garrafas PET foram utilizados para o ensaio APULOT ensaiados em duas séries, uma aos 7 dias, e a segunda série com os 6 corpos de prova restantes, aos 28 dias. O aparato do ensaio pode ser visto na figura 1. Figura 1 O ensaio de arrancamento APULOT Um dia após a moldagem dos corpos de prova, os mesmos foram imersos em água, dando início à cura. Um dia antes do ensaio os corpos de prova foram retirados da água, para evitar que estivessem

3 saturados no momento do teste. Os resultados obtidos no ensaio APULOT possibilitaram o cálculo da tensão de aderência, feita a partir da equação 1, a seguir. Sendo: F F Aplicada Aplicada ad (Equação 1) Área 2.. R. l Ancoragem σ ad = Tensão de aderência; F Aplicada = Força aplicada na barra de aço obtida no ensaio APULOT; R = Raio da seção transversal da barra de aço; l Ancoragem = Comprimento de ancoragem; A figura 2 apresenta os corpos de prova Ф 10x20 cm e a figura 3 apresenta um corpo de prova moldado em garrafa PET com a barra. Já aos 28 dias, em relação aos valores obtidos para o concreto referência, a resistência à compressão axial foi de 63,17%, a resistência à tração por compressão diametral foi de 89,85%, e o módulo de elasticidade foi de 67,92%. isso era esperado, pois esse traço apresenta consumo de cimento inferior ao traço referencia. Tabela 2 Características mecânicas dos concretos Resistência à Módulo Resistência à tração por Idade compressãcidade de elasti- Concreto compressão [dias] diametral axial Referência MG50 G100 [MPa] [MPa] [GPa] 7 49,56 4,03 53, ,63 4,53 58, ,32 3,48 38, ,67 4,07 40, ,55 1,86 22, ,97 3,28 32,62 Figura 2 Corpos de prova cilíndricos 3. RESULTADOS Figura 3 Corpos de prova moldados em garrafas PET 3.1Características mecânicas do concreto Pode-se observar na tabela 2 as características mecânicas obtidas para os concretos MG50, G100, e referência. Perante estes resultados, pode-se observar o seguinte: para o concreto MG50, aos 7 dias, a resistência à compressão axial corresponde a 67,23% em relação a resistência alcançada pelo concreto referência no mesmo período. A resistência à tração por compressão diametral corresponde a 86,35%, e o módulo de elasticidade, a 70,80%, Para o G100, por sua vez, aos 7 dias, a resistência à compressão axial corresponde a 41,46% em relação a resistência alcançada pelo concreto referência no mesmo período. A resistência à tração por compressão diametral corresponde a 46,15%, e o módulo de elasticidade, a 41,09%. Já aos 28 dias, em relação aos valores obtidos para o concreto referência, a resistência à compressão axial foi de 35,17%, a resistência à tração por compressão diametral foi de 72,41%, e o módulo de elasticidade foi de 55,36%. Esses valores são mostrados na tabela 3. Observa-se também que o traço MG50, apesar de apresentar um consumo de cimento inferior ao do traço G100, apresentou resultados de resistência a compressão superiores tanto a 7 como a 28 dias. 3.2 Ensaio APULOT A partir do ensaio APULOT foi possível obter o deslocamento da barra e a força de arrancamento. Ao fim do ensaio, com os dados de força calculou-se a tensão de aderência utilizando a equação 1, e com os pares de tensão por deslocamento foram construídos gráficos que permitem fazer uma analise da aderência entre o aço e o concreto. Seis corpos de prova foram moldados para cada ensaio, porém nem todos os resultados puderam ser levados em conta, uma vez que apresentavam erros. Somente os resultados que seguiam o comportamento padrão foram considerados.

4 As figuras 4 e 5 apresentam os gráficos tensão x deformação relativos aos concretos referencia, MG50 e G100 respectivamente aos7 e aos 28 dias. Figura 4 Gráficos de Tensão x Deformação aos 7 dias Figura 5 Gráficos de Tensão x Deformação aos 28 dias

5 A partir desses resultados foi possível desenvolver a tabela 3, com os valores da tensão a tensão máxima de aderência que a barra de aço suportou no deslizamento. Concreto Resistência à Compressão Referência 7 dias Referência 28 dias MG50 7dias MG50 28dias G100 7dias G100 28dias Tabela 3 Tensão última de aderência C.P.* Carga de Ruptura Tensão de Aderênci a Tensão de Aderênc iamédia (MPa) (kn) (MPa) (MPa) 2 49,56 50,54 25, ,56 41,27 20, ,56 44,45 22, ,63 54,71 27, ,63 45,11 22, ,63 50,44 25, ,63 34,39 17, ,63 39,76 20, ,63 48,87 24, ,32 54,81 19, ,32 50,94 18, ,32 44,29 15, ,32 42,44 15, ,67 47,01 16, ,67 43,83 15, ,67 35,38 12, ,67 36,62 13, ,55 40,21 14, ,55 51,07 18, ,55 47,89 16, ,55 42,83 15, ,55 43,41 15, ,55 44,86 15, ,97 37,30 13, ,97 37,73 13, ,97 27,16 9, ,97 38,94 13,77 *C.P. é uma abreviação para corpo de prova. 22,95 23,01 17,02 14,56 15,93 12,48 4. CONCLUSÃO A partir da análise de todos os dados e informações coletadas e calculadas durante o processo de pesquisa, apresentados neste trabalho por meio de tabelas e gráficos, podemos concluir que a substituição dos agregados naturais por resíduos da construção civil diminuíram significativamente a resistência à compressão axial do concreto, o MG50 atingiu 63% da resistência do concreto referencia aos 28 dias e o G100 atingiu 50%. Os valores atingidos correspondem ao de concreto C35 e C20 respectivamente. A resistência à tração por compressão diametral foi a menos afetada pela substituição dos agregados, porém ela também diminuiu. O mesmo aconteceu com o módulo de elasticidade. Além disso, conclui-se que, tanto para a resistência à compressão, quanto para a tensão de aderência, o resíduo graúdo influencia mais do que o miúdo, e que quanto maior a porcentagem da substituição dos agregados, maior a queda nessas resistências. Isso fica claro ao comparar as tensões médias de aderência, apresentadas na tabela 3, e as características mecânicas, na tabela 2. Em todos os testes, o concreto G100 foi o que se mostrou menos resistente. AGRADECIMENTOS Agradeço ao CNPq pela bolsa concedida, à Pontifícia Universidade Católica de Campinas, por ceder o laboratório de pesquisas e toda a infraestrutura necessária, à Professora Doutora Lia Lorena Pimentel, que deu todo o apoio e ajuda necessários para a realização dessa pesquisa, à Heron Gomes de Moraes, que deu início à esse projeto de pesquisa que estou finalizando, e à minha família, que apoia e incentiva meus estudos desde minha infância e que tornou possível a realização deste trabalho. REFERÊNCIAS [1]FERNANDES, R. M. (2000)A Influência das A- ções Repetidas na Aderência Aço- Concreto.Dissertação (Mestrado em Engenharia de Estruturas)-Universidade de São Paulo, São Carlos. [2] LORRAIN, L; BARBOSA, M.P. (2008) Controle de qualidade dos concretos estruturais: ensaio de aderência aço-concreto. Revista Concreto& Construções, São Paulo, v. 36, n. 51, p [3] CARNEIRO, A. P.; BRUM, I. A. S.; COSTA, D. B.; ALBERTE, E. P. V.; SAMPAIO, T. S. (2000) Reciclagem de entulho da região metropolitana de Salvador para a produção de materiais de construção de baixo custo. In: IX SIMPÓSIO LUSO-BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, Porto Seguro.

6 [4] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2011). NBR Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos de concreto. Rio de Janeiro. 4p. [5] Associação Brasileira de Normas Técnicas (1994). NBR Argamassa e concreto - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro. 3p. [6] Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003). NBR 8522 Concreto: Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva tensão-deformação. Rio de Janeiro. 9p.