XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO. SUSTENTABILIDADE NA CONSTRUÇÃO CIVIL: UTILIZAÇÃO DO RESÍDUO DE POLIESTIRENO EXPANDIDO COMO MATERIAL NÃO CONVENCIONAL Maria Betania Gama Santos (UFCG) betaniagama@uaep.ufcg.edu.br Ivanildo Fernandes Araujo (UFCG) ivanildo@uaep.ufcg.edu.br Mabel Simone A.B. Guardia (UFRN) mabelsimone@yahoo.com.br Sandra Sereide Ferreira da Silva (UFCG) sandrasereide@yahoo.com.br Antônio Farias Leal (UFCG) antonio@deag.ufcg.edu.br O poliestireno expandido (EPS), ou isopor é um dos materiais já utilizado na construção civil. O produto pode ser usado em concreto leve (misturado ao cimento e areia), enchimento de lajes, calçadas, pré-fabricados e vasos, entre outras opçções. Esta pesquisa tem como objetivo analisar uma possível utilização do resíduo desse material alternativo (EPS) para ser usado em blocos de concreto para alvenaria de vedação, isolamento acústico e térmico, em substituição parcial ao agregado natural presente nos blocos, que deverão atender às especificações técnicas da ABNT. Nos traços para a moldagem dos corpos de prova, o agregado miúdo foi parcialmente substituído pelo resíduo de isopor com porcentagens variando entre 18, 28 e 44 %, em massa. Os blocos foram submetidos ao ensaio de resistência, a fim de se verificar suas propriedades mecânicas, nos quais se obteve como resultado uma maior resistência à compressão, a mistura que apresentou 18% de resíduo de EPS. Palavras-chaves: EPS, isopor, poliestireno expandido, resíduo.
1. Introdução A busca do desenvolvimento sustentável tem sido tema de diversas pesquisas e estudos, para Beni (2006) o desenvolvimento sustentável está relacionado ao comprometimento com a continuidade dos processos naturais para as próximas gerações. Para Hall (2001) existem quatro características de uma comunidade sustentável, a segurança econômica, que está relacionada a variedade de empresas, treinamento e organizações socialmente responsáveis, a integridade ecológica, que se refere a adoção de sistemas naturais, a qualidade de vida, sendo este o senso de integração, onde o fornecimento de bens e serviços não comprometem as gerações futuras e por fim, o poder e responsabilidade, de comunidades com oportunidades iguais. O reaproveitamento do poliestireno expandido, EPS, ou isopor, como material de construção auxilia na redução de problemas causados por seu acúmulo. Grande quantidade de isopor pode ser facilmente encontrada em aterros ou lixões. A origem do descarte é bem variada, pois, sua utilização se aplica desde pequenos empreendimentos de festas infantis, os quais utilizam estes materiais nas mais diversas formas, até as mais variadas aplicações em embalagens industriais, bem como, em artigos de consumo doméstico e industrial, sendo utilizado até mesmo na agricultura, como condicionador de solo. A reciclagem ou reaproveitamento de materiais pode colaborar com o meio ambiente, pois evita acúmulo de produtos em aterros sanitários, além de minimizar custos com a produção de novos produtos. Os resíduos e armazenamentos inadequados no meio ambiente podem acarretar graves problemas, por ocupar muito espaço e obstruir canais dos rios, podem causar enchentes, além disso, o período de decomposição deste produto é bem longo, cerca de 150 anos. No Brasil o Isopor tem consumo altíssimo, de acordo com (MEDEIROS et al., 2006) esse consumo variou de 9 mil toneladas em 1992 para 36,5 mil no ano de 2004, ocasionando um aumento de quase 300% em sua utilização. A construção civil passou a fazer uso do material, que por sua vez não compromete a segurança da construção, chegando a reduzir em até 20% o custo de fundação da obra (BURGOS, 2006). A necessidade de uma arquitetura e construção sustentáveis tem fomentado a investigação de produtos alternativos, baseados em materiais resultantes do aproveitamento de resíduos industriais renováveis. Diante deste cenário, nesta pesquisa se propõe o desenvolvimento de novos materiais e compósitos utilizando resíduos de poliestireno expandido, EPS, ou isopor, material com inerentes propriedades térmicas e acústicas, e sua utilização na construção civil. 2. Objetivos Desenvolver um novo material, um compósito, utilizando resíduos de poliestireno expandido, EPS, bem como, verificar uma possível utilização desse material alternativo para ser usado em blocos de cimento para alvenaria de vedação, em substituição parcial ao agregado natural presente nos blocos, que deverão atender às especificações técnicas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) quando submetidos a ensaios experimentais para determinação de resistência à compressão. 2
3. O Uso do EPS na Construção Civil Grandes esforços têm sido empreendidos na tentativa de preservar o meio ambiente, nos quais, a construção civil tem colaborado com o desenvolvimento e crescimento sustentável buscando trabalhar com materiais de construção não convencionais. Na tentativa de continuar provendo a evolução das cidades com construções seguras e gerando o mínimo de resíduos, é importante incentivar estudos nesta linha de sustentabilidade, pois os mesmos objetivam contribuir fortemente para o sucesso dos projetos da engenharia civil. O EPS, segundo Burgos (2006) é um produto ecológico, não contamina o solo, nem a água, nem o ar, além de ser 100% reciclável e reaproveitável. No seu processo produtivo, não se usa o CFC ou qualquer um de seus substitutos, como já foi especulado. Os resíduos de polímeros sintéticos, já vêm sendo usados na construção civil como produtos alternativos. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver elementos alternativos de alvenaria utilizando concreto leve de poliestireno expandido (EPS) para aumentar o rendimento da argamassa e diminuir substancialmente o peso da estrutura. Estes materiais, segundo Aguiar (2006) apresentam grandes vantagens na execução de um projeto construtivo, pela sua leveza, facilidade no manuseio dos elementos, pelas melhorias no aspecto termo-acústico e pelo baixo custo final da construção. Portanto, este projeto busca investigar o peso mais leve para os blocos, pela adição de EPS, e resistente o suficiente para transporte e manipulação durante o processo construtivo. Obtendo-se assim novos materiais para a construção civil em condições ecologicamente sustentáveis (ALVIM, 2006). O reaproveitamento de materiais que ainda possuem potencial de aplicabilidade são vistos como as soluções mais evidentes para a problemática dos resíduos sólidos como contribuição em direção ao desenvolvimento sustentável, para Alvim (2006 apud Nunes et al. 2007) sugere que novos materiais devem, ser estudados e inseridos na construção civil em condições ecologicamente sustentáveis. O poliestireno expandido, o isopor é conhecido pela sua reduzida densidade, elasticidade, compressibilidade, impermeabilidade e eficiência como isolante térmico, acústico e vibrátil. Neste trabalho é investigada a aplicação do EPS, como sendo um dos materiais alternativos utilizados na construção civil. A indicação é para concreto leve (misturado ao cimento e areia), pensando em minimizar custos para as construções, proporcionando acústica adequada e condições térmicas. Como possibilidade de reutilização os produtos finais de EPS podem ser reciclados e novamente transformados em matéria-prima, depois de moído, é utilizado para favorecer a aeração do solo para plantio, além de facilitar a compostagem e também misturados com cimento/areia para a produção de concreto leve, que podem ser aplicados na regularização de lajes, em painéis para fechamento de alvenarias de prédios, casas pré-fabricadas, galpões; como elemento componente de pré-fabricados a exemplo de lajotas, blocos vazados, pilares e peças decorativas; além de bancos para ambientes externos, base para montagens entre outros usos. 4. Materiais e Métodos Para a execução desta análise inicialmente se realizou um estudo sobre a quantidade de resíduo de isopor gerado, suas propriedades e impactos no meio ambiente. Em seguida, foi feita uma pesquisa bibliográfica sobre a reutilização do poliestireno expandido de maneira geral bem como agregado leve na produção de concreto de baixa densidade. 3
A etapa inicial do experimento foi iniciado em agosto de 2008, no LaCRA Laboratório de Construções Rurais e Ambiência, na UFCG - Universidade Federal de Campina Grande, onde foram produzidos 10 corpos de prova cilíndricos, com dimensões de 5 cm de diâmetro por 10 cm de altura, conforme recomendações da ABNT. O material usado como resíduo de EPS foi pérolas de isopor, comercializado para diversas práticas artesanais e outros fins, uma vez que existiu a limitação da ausência de um equipamento triturador adequado para este material. Os agregados naturais utilizados foram encontrados na região de Campina Grande. O cimento utilizado foi o CP II Z 32. 4.1. Caracterização dos materiais O agregado natural e as pérolas de isopor foram caracterizados, com relação a sua granulometria, baseando-se na NBR-7219:1987, que preconiza a utilização das peneiras da série normal e intermediária, sendo utilizados os agregados passantes na peneira 4,8mm e descartados os materiais com granulometria superior. O ensaio de granulometria foi feito mediante um peneiramento manual, com uma amostra colhida de forma aleatória, de 10 g deste material. Os valores percentuais aproximados de retenção na peneiras de 2,8 mm foi de 30%, na peneira de 2,3 mm foi de 34% e na peneira de 1,3 mm foi de 32 %. 4.2. Definição dos Traços e Produção dos corpos de prova Quanto ao traço inicial adotado, este foi de 1:2, ou seja, uma parte de cimento e duas partes de resíduo de EPS, com um fator água cimento de 0,5. Os corpos de prova foram moldados mediante orientação da Norma ABNT 5739, na qual se destaca a recomendação de 20 golpes de soquete, a cada 1/3 da mistura durante a moldagem. Desta feita, o agregado miúdo foi substituído pelo isopor com porcentagem de aproximadamente 67% de resíduo de isopor. Portanto, apenas os seguintes materiais foram usados nesta pesquisa: água, cimento e poliestireno expandido (EPS). Após 72 horas, os corpos de prova foram retirados de suas formas, no entanto, como não apresentaram uniformidade em sua estrutura, mediante a existência de alguns espaços vazios, foram considerados defeituosos. Estes espaços vazios, que não foram preenchidos pela massa indicaram excesso de EPS na mistura, desta forma foi sugerido que o experimento deveria ser repetido com outros traços de resíduo de isopor em substituição parcial ao agregado miúdo. A segunda etapa do experimento foi executada em setembro, desta vez, com os seguintes traços, nos quais a proporção foi definida por volume de material,: traço 1 com 18% de resíduo (2:0,5:0,5), traço 2 com 28% de resíduo (2:1:0,5) e traço 3 com 44% de resíduo (2:2:0,5), seguindo a ordem, cimento, resíduo de EPS e areia. Com o propósito de investigar diferentes tipos de traços, nesta etapa do experimento foram moldados 15 corpos de provas para verificação das propriedades físicas e mecânicas do compósito, sendo 5 de cada traço respectivamente citado, 18, 28 e 44% de resíduo de EPS. O percentual de participação dos materiais na mistura foram definidos a partir da proximidade dos percentis de 20, 30 e 50%. Desta vez, os seguintes materiais foram usados nesta pesquisa: água, areia, cimento e poliestireno expandido (EPS). O concreto leve proposto, a partir da utilização de resíduo de EPS, foi preparado da seguinte forma: iniciou-se colocando o cimento, areia, e o resíduo de isopor em um recipiente plástico, misturando-se lentamente, tornando o volume homogêneo, e posteriormente foi adicionando água. Em seguida, a mistura foi colocada nas formas, sendo a produção totalmente manual. Os corpos foram preenchidos e a mistura foi socada seguindo recomendação de norma específica da ABNT. 4
Uma vez confeccionados, os corpos de prova foram desenformados com 72 horas. Tomando como base o estudo de Medeiros et al. (2006), o processo de secagem foi realizado no laboratório LaCRA em condições ambientais para os corpos e com um tempo de cura de 28 dias. 5. Resultados e Discussões Os ensaios de resistência à compressão foram efetuados após decorrerem 28 dias da data de moldagem. Os blocos foram submetidos ao ensaio de compressão, executado segundo NBR- 7184. A prensa para o rompimento dos blocos foi do tipo hidráulica da marca SOLOTEST Indústria Brasileira, utilizando as instalações do laboratório de Engenharia Química e Civil, do Centro de Ciência e Tecnologia da UFCG. Com o propósito de verificar as propriedades mecânicas dos corpos, foram obtidos os seguintes resultados para os traços 1, 2 e 3, conforme pode ser visto na tabela 01. Pode-se observar que foi obtido um resultado mais satisfatório, ou seja, um maior valor médio de resistência à compressão nos corpos de prova no traço 01, onde foi usado um percentual de 18% de resíduo de EPS. Tensão média para o Traço 1 (18% de resíduo de EPS) Tensão média para o Traço 2 (28% de resíduo de EPS) Tensão média para o Traço 3 (44% de resíduo de EPS) 9,15 MPa 7,78 MPa 6,41 MPa Tabela 01 Descrição dos valores obtidos no ensaio resistência à compressão simples média em MPa Finalmente, os compósitos obtidos foram caracterizados mediante testes laboratoriais para avaliação das suas propriedades físicas, bem como, foi avaliada a possibilidade de sua conjugação como materiais e suporte leves. O traço foi calculado utilizando-se as propriedades do material substituto. Para isso, foram feitas algumas considerações, tais como abatimento da mistura e a densidade do agregado miúdo (pérolas de isopor), visto que há vários tipos deste polímeros no mercado. A relação água/cimento usada foi 1:2. Estudos já existentes incluem ensaios técnicos para verificarem dados como a resistência do isopor ao fogo, além da avaliação quanto à compressão e à dilatação. O concreto leve pode ter várias vantagens na construção, já que apresenta um custo mais baixo e pode funcionar como isolante térmico e acústico. Na região rural pode ser uma alternativa de baixo custo para o agricultor principalmente em alvenaria de vedação e de divisões e novos espaços, uma vez que a construção com EPS pode trazer as seguintes vantagens: - Redução de estrutura, - Baixa condutibilidade acústica entre pavimentos e - Economia de energia para condicionamento de ambiente. 5
O Estudo de Klein et al, (2004) mostrou que é ideal analisar diversos traços de concreto leve prevalecendo o que apresentar a inclusão de esferas de isopor acompanhado de aditivos modificadores da tensão superficial do isopor e superfluidificante, segundo os autores o fator água/cimento abaixo de 0,5 contribui para melhorar a resistência do concreto e diminuir a sua porosidade. 6. Conclusões A produção de elementos construtivos confeccionados a partir de concreto leve, utilizando resíduos de EPS, é relativamente simples, o que não trará grandes dificuldades para a fabricação em larga escala. Esses blocos trarão benefícios para construção civil, visto que o custo e o tempo de execução das construções serão reduzidos, além de diminuir os problemas ambientais causados pelo destinação final de reiduos de EPS, que sendo um material de demorado tempo de decomposição e de alto custo de reciclagem, poderá contribuir para as ações de desenvolvimento sustentável. No ensaio de granulometria a retenção percentual do resíduo de EPS, utilizado neste experimento foi de 30% na peneira de 2,8 mm, de 34% na peneira de 2,3 mm, e foi de 32% e na peneira de 1,3 mm. Foi obtido um resultado mais satisfatório, ou seja, um maior valor médio de resistência à compressão nos corpos de prova no traço 01, onde foi usado um percentual de 18% de resíduo de EPS. A utilização dos corpos de prova, utilizando resíduos de isopor, serviu para avaliar tanto o traço, quanto à avaliação da resistência do bloco, a ser usado em processos construtivos. Contudo, novas proporções de EPS, e o próprio resíduo triturado e caracterizado adequadamente, devem ser testados para diminuir ainda mais o peso do bloco e permitir a manipulação do mesmo, como também a realização de aprofundamento no que tange ao conforto térmico e acústico. 7. Referências AGUIAR, E.C.C.; SILVÉRIO, C. D. V.; PEREIRA, L.A. & KANNING, R.C. A tecnologia do concreto aliada ao meio ambiente: CEFET-PR Disponível em: http://www.cefetpr.br/deptos/dacoc/isopet/ Acesso em: setembro, 2008. ALVIM, R. C. Compósitos de Cimento Leve Reforçados com Fibras Vegetais. Ilhéus BA, Universidade Estadual de Santa Cruz, 2006. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1997. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7219: Agregados Determinação do teor de materiais pulverulentos. Rio de Janeiro, 1987. BENI, M. Política e planejamento sustentável. São Paulo: Aleph, 2006. BURGOS, R. Construção civil adere ao uso do isopor. Portal do arquiteto, 2006. HALL, C. M. Planejamento: políticas, processos e relacionamentos. São Paulo: Contexto, 2001. KLEIN, D. L.; KLEIN, G. M. B. & LIMA, R. C. A. Sistemas construtivos inovadores: procedimentos de avaliação. 2º Seminário de Patologia das edificações: novos materiais e tecnologias emergentes, 2004. 6
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