ANÁLISE DA VIABILIDADE DE INCORPORAÇÃO DE AGREGADOS RECICLADOS PROVENIENTES DO BENEFICIAMENTO DE RESÍDUO CLASSE A NA PRODUÇÃO DE CONCRETOS C20 E C30 Samara Correa Gomes Pontifícia Universidade Católica de Campinas CEATEC samara.cg@puccampinas.edu.br Lia Lorena Pimentel Tecnologia do Ambiente Construído CEATEC lialpl@puc-campinas.edu.br Resumo: A construção civil é responsável pela geração dos resíduos de construção e demolição (RCD). A Política Nacional de Resíduos Sólidos preconiza que somente depois de esgotadas todas as possibilidades de tratamento e recuperação os resíduos devam ser encaminhados aos aterros, estimulando, dessa maneira, a reutilização e reciclagem de materiais. Os resíduos classificados como resíduos recicláveis são os Classe A. Contudo, apesar de estudos revelarem que é possível produzir concreto com classe de resistência para função estrutural utilizando agregados reciclados, sua utilização no Brasil é permitida por norma técnica apenas para concreto não estrutural e pavimentação. Busca-se, então, produzir um concreto utilizando agregados reciclados mantendo os requisitos de durabilidade, de forma a possibilitar execução de estruturas que atendam às condições ambientais previstas em projeto e que mantenham estabilidade e aptidão em serviço durante o prazo correspondam à sua vida útil. Para a análise da durabilidade de concretos com ARC foram determinadas, inicialmente, as características dos agregados naturais e reciclados e posteriormente feito estudo de dosagem pelo método IPT/EPUSP. O teor de substituição do agregado natural por ARC foi definido em 30% e os fatores controláveis definidos inicialmente são a relação a/c, idade do ensaio e teor de substituição de agregados naturais por reciclados. As características analisadas foram capacidade de absorção de água por imersão e por capilaridade além de propriedades mecânicas como resistência à compressão axial, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade. Os resultados mostram-se favoráveis e apontam a viabilidade do uso do ARC na produção do concreto estrutural. Palavras-chave: Resíduo de construção, concreto, durabilidade. Área do Conhecimento: Engenharias I CNPq. 1. INTRODUÇÃO Segundo a Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental [1] os resíduos de construção e demolição (RCD) representam de 40 a 70% dos resíduos sólidos totais gerados. Segundo Ângulo [2] a solução mais comum para a problemática gerada pelos RCD no meio urbano era a deposição em aterros. Surgiram, porém, problemas relacionados ao uso do solo e também ao gasto para a coleta, transporte e transbordo e para a deposição deste resíduo no aterro que chega, na cidade de São Paulo, a R$ 45x10 6 /ano [3]. A grande geração desses resíduos tem por base a falta de gerenciamento, planejamento e inovação da obra além de falta de políticas ambientais que, Segundo Ângulo [2], não se limitam a ações de prevenção na geração de resíduos, englobando também a avaliação de impacto ambiental de produtos, reciclagem de resíduos (que podem dar origem a agre-gados reciclados mistos ou cinza), melhoria da qualidade de produtos e projetos voltados para sustentabilidade. Nas obras de reforma, segundo Silva Filho [4], a falta de uma cultura de reutilização e reciclagem e o desconhecimento da potencialidade do entulho reciclado como material de construção pelo meio técnico do setor são as principais causas do alto volume gerado nas diversas etapas. Este trabalho teve como objetivo a análise da durabilidade de concretos produzidos utilizando um teor de substituição de 30% de agregado graúdo natural por agregado graúdo reciclado de concreto (ARC), proveniente do beneficiamento de resíduos classe A. A análise da durabilidade baseia-se nas características dos concretos produzidos. Foram determinadas a capacidade de absorção de água, resistência à compressão axial, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade nas idades de 7 e 28 dias e também após processo de envelhecimento acelerado.
2. DURABILIDADE DO CONCRETO Segundo Vieira [5], a vulnerabilidade do concreto diante das condições de agressividade do meio à que está submetido é um fator preocupante na análise de vida útil das estruturas. Ela compromete a utilidade das mesmas em relação aos estados limites de serviço ou até aos estados limites últimos. Dentre os mecanismos de envelhecimento e deterioração que exercem influência na durabilidade do concreto pode-se citar: lixiviação, expansão por sulfato, reação álcali-agregado, despassivação por carbonatação e por ação de cloretos. É possível observar, portanto, que a durabilidade está diretamente ligada à permeabilidade do material. [6] A durabilidade do concreto, fator de análise crucial, não pode ser medida diretamente. Então se utiliza de análise indireta, estudando fatores como permeabilidade, porosidade e absorção de água. A porosidade do agregado reciclado está vinculada ao concreto de origem e depende da quantidade de argamassa aderida aos grãos. Quanto maior a camada aderida, mais poroso será o agregado. A porosidade afeta todas as propriedades do concreto fresco e também interfere no comportamento mecânico do concreto no estado endurecido, ainda mais considerando a heterogeneidade do material. [7] Quando utilizados agregados muito porosos a capacidade de absorção de água do concreto é muito mais influenciada pela porosidade dos agregados do que pela porosidade da pasta de cimento endurecida. [8] A permeabilidade do concreto está diretamente ligada à qualidade da matriz do concreto. A porosidade da matriz, por sua vez, é fator determinante para as características de resistência mecânica do concreto. [7] Se a matriz for pouco permeável não permitirá a penetração da água. Contudo, segundo Cabral [9], a matriz do concreto não costuma ter alta qualidade, fazendo com que a qualidade do agregado adquira papel importante no concreto como um todo. Outro fator de extrema importância na análise do concreto é sua resistência mecânica à compressão. O desempenho mecânico de um concreto está vinculado ao desempenho dos materiais utilizados para sua produção, bem como as proporções de emprego desses materiais. A resistência à tração dos concretos geralmente se apresenta como uma característica secundária, visto que o concreto não é um material apropriado para resistir a esse tipo de esforço. Contudo, como propriedade do material, é de análise importante. Além das resistências tem-se o módulo de elasticidade ou módulo de deformação, outra propriedade do concreto essencial para a análise e previsão de seu comportamento. O módulo de elasticidade do concreto está relacionado à massa específica, fração volumétrica e ao módulo de elasticidade do agregado e da pasta de cimento. 3. CONCRETO COM AGREGADOS RECICLADOS De forma geral, os agregados reciclados possuem massa específica menor do que a massa específica dos agregados naturais. Consequentemente o concreto com esse tipo de agregado é um concreto mais leve ou de menor massa específica. A massa específica diminui gradualmente conforme se aumenta o teor de substituição dos agregados. Autores observaram redução entre 4% e 10% em relação a concretos com agregados naturais. [6] Alguns estudos apontam que o teor de ar incorporado nesses concretos também é maior. A massa específica de um concreto convencional gira em torno de 2.250 g/cm 3. Já a de um com agregado reciclado fica entre 2.000 e 2.170 g/cm 3, o que sugere que esse tipo de concreto possa ser empregado quando o peso próprio da estrutura é um problema. [9] Em relação à trabalhabilidade, de maneira geral, os concretos com agregados reciclados são menos trabalháveis que os com agregados naturais para uma mesma relação teor de materiais secos/pasta. Isso porque a trabalhabilidade é governada pelo volume de água fora dos poros dos agregados utilizados, ou seja, água livre na mistura. O agregado reciclado, se adicionado seco à mistura, absorve parte considerável da água de amassamento, prejudicando, dessa forma, a trabalhabilidade do concreto. [7] Outro fator é que, devido ao processo de britagem, os agregados reciclados tornam-se mais angulares com razão superfície/volume maior que a dos naturais. Há também a possibilidade de geração de finos por desprendimento da argamassa aderida ao agregado, diminuindo a trabalhabilidade. Quando há substituição de agregados graúdos e miúdos naturais por reciclados a trabalhabilidade sofre um decréscimo ainda maior. A perda de abatimento também é mais rápida em concretos com agregados reciclados. Isso se deve, em parte, à contínua absorção de água por parte dos agregados, mesmo após a mistura terminada. Contudo, apesar da tendência, esse decréscimo pode ser contornado com uma adição controlada de água ou aditivo (respeitando a relação a/c estabelecida). Algumas possibilidades para amenização da diminuição da trabalhabilidade causada pelos agregados reciclados são
pré-molhagem, saturação ou compensação da taxa de absorção, ou então a utilização de aditivos plastificantes ou superplastificantes ou fíler (como cinza volante) [9, 6, 10] Geralmente os concretos confeccionados com a- gregados reciclados também possuem alta porcentagem de meso e macro poros sendo, assim, com maior tendência à absorção de água e lixiviação. A porosidade e a mudança na disposição dos poros aumentam conforme se aumenta o teor de substituição do agregado natural pelo reciclado. E a maior porosidade reflete num aumento proporcional da absorção de água. [9] 4. MATERIAIS E MÉTODOS Visando a produção de concreto C20 e C30 utilizando agregado reciclado cinza foi feita a caracterização dos agregados e, através da determinação da massa unitária compactada (M U ) de diversas proporções de agregado natural (B 1 ) e reciclado (RCD), determinou-se a proporção mais adequada de substituição do agregado natural pelo reciclado cinza. Observou-se que a proporção que se mostrou mais vantajosa de M U foi de 30% de agregado cinza e 70% de agregado natural, sendo essa a adotada na substituição de B 1 por ARC. A caracterização dos agregados foi feita determinando-se a granulometria (NBR NM 248); o índice de absorção (NBR NM 53); a massa específica (NBR NM 53) e a massa unitária (NBR 7251). Na sequência foi feito o estudo de dosagem pelo método IPT/EPUSP para o traço referência C30, gerando o diagrama de dosagem. A caracterização do concreto no estado fresco foi feita determinando-se a consistência pelo abatimento de cone (NBR NM 67) e sua massa específica. No estado endurecido foi determinada a resistência à compressão axial (NBR 5739); a resistência à tração por compressão diametral (NBR 7222); o módulo de elasticidade (NBR 8522) e a absorção de água por imersão e por capilaridade (NBR 9778). Todos os ensaios foram executados na idade de 28 dias e após serem submetidos a um processo de envelhecimento acelerado por sete semanas que consistiu em colocar os corpos de prova, após atingirem 28 dias, na estufa a temperatura de 100 C ± 5 C por três dias, resfriá-los por um dia e submergilos em água a temperatura ambiente por três dias, sendo um ciclo equivalente a uma semana. A partir dos resultados fez-se uma análise comparativa entre os resultados obtidos para concretos produzidos com agregados naturais e os produzidos com substituição parcial do agregado natural por agregado reciclado, abrangendo todas as propriedades estudadas com foco na questão de durabilidade do material em foco: o concreto. 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1. Características dos Agregados Utilizou-se nesse estudo apenas agregado miúdo natural, cujo módulo de finura obtido foi de 2,63mm, classificando o material como areia média (zona ótima). As curvas granulométricas sobrepostas, expressas na Figura 1, são um comparativo entre os agregados naturais e reciclados. Pode-se observar o maior teor de finos no agregado reciclado, o que é explicado pela camada de argamassa aderida à superfície desses agregados, que se desprende ao longo do tempo, aliada a componentes cerâmicos que por ventura tenham permanecido junto aos agregados cinza durante o processo nas usinas de reciclagem. Figura 1. Curvas Granulométricas - Agreg Graúdos. Os cálculos da massa específica e capacidade de absorção de água referentes aos agregados graúdos foi feita conforme a NBR NM 53:2009. Determinou-se a massa específica (ɣ) através da equação 1 e a absorção de água dos agregados (A) através da equação 2. Os resultados obtidos são expostos na Tabela 1. (1) (2) O cálculo da massa unitária compactada do agregado foi utilizado para a determinação do teor ideal
de substituição dos agregados naturais pelos reciclados, de forma a adotar a substituição mais vantajosa em termos de emprego de material e massa unitária da combinação dos agregados. A partir dos resultados obtidos adotou-se como a proporção ideal a substituição de 30% do agregado natural por reciclado. Tabela 1. Resultados da Massa Específica e Absorção Massa específica Absorção de (g/cm 3 ) água (%) Agregado Natural Agregado Reciclado 2,72 0,10 2,30 5,84 5.2. Estudo de Dosagem O estudo de dosagem foi feito conforme o método IPT/EPUSP. Traçou-se um diagrama de dosagem e, a partir das curvas obtidas, determinou-se os traços necessários para a confecção dos concretos C20 e C30 utilizando apenas agregados naturais. Após essa determinação e considerando a diferença de densidade entre o agregado natural e o reciclado, pesou-se o material. A Tabela 2 apresenta a massa específica do concreto no estado fresco. A adição de 30% de agregado reciclado reduziu a massa específica para o concreto C30 em 2,2%, contudo, aumentou para o concreto C20 em 2,6%. Esse aumento não característico da massa específica no concreto C20 deve-se à presença mais acentuada de finos presentes na composição dos agregados reciclados. Tabela 2 Massa Específica Concreto ɣ concr (Kg/l) C20ref 2,286 C20ar 2,347 C30ref 2,416 C30ar 2,364 5.3. Características Mecânicas do Concreto no Estado Endurecido Para os ensaios de resistência à compressão utilizou-se quatro corpos de prova cilíndricos 10x20 para cada traço para cada idade. Os ensaios foram feitos em idades de 7 e 28 dias e após processo de envelhecimento acelerado. Então, após os resultados, obteve-se as médias de resistência à compressão apresentados na Figura 2. Observou-se a queda de resistência dos concretos C20 com agregados reciclados em todas as idades, a queda foi de aproximadamente 14,7% aos 7 dias, 21,3% aos 28 dias e de 28,2% após processo de envelhecimento. Já para o concreto C30 observa-se que a substituição do agregado graúdo natural pelo ARC trouxe uma elevação da resistência de 7,3% aos 7 dias e de 4,4% após o processo de envelhecimento, aos 28 dias ocorreu uma queda de 0,5%. Figura 2. Resistência à Compressão dos Concretos. Os ensaios de resistência à tração também foram feitos em idades diferentes. Então, após os resultados, obteve-se as médias de resistência à tração por compressão diametral apresentados na Figura 3. Observou-se a queda na resistência à tração em todos os concretos para todas as idades de ensaios. Figura 3. Resistência à Tração dos Concretos. Tabela 3. Módulo de Elasticidade Médio C20Ref C20ar C30Ref C30ar 28 dias 52,11 44,24 44,37 40,25 após env. 34,01 31,87 28,55 30,42 Os ensaios para a determinação do módulo de elasticidade foram feitos apenas para as idades de 28 dias e após processo de envelhecimento, cujos resultados estão apresentados na tabela 3. Observou-se a queda na idade de 28 dias no módulo de elasticidade em ambos os concretos, sendo mais
acentuada para o concreto C20. Também se observou redução do módulo de elasticidade do concreto C20 após envelhecimento. Contudo, para o concreto C30 após envelhecimento observou-se um aumento no módulo. 5.4. Características Físicas do Concreto no Estado Endurecido Para os ensaios de absorção de água por capilaridade utilizou-se de uma bandeja metálica e dois suportes também metálicos. Foram utilizados 4 corpos de prova de cada traço para a idade de 28 dias e após processo de envelhecimento acelerado. Colocou-se, dentro da bandeja, os corpos de prova sobre os apoios horizontais metálicos. Então foi adicionada água até atingir uma altura de 5±1 mm em todos os cilindros. O ensaio, tanto para o concreto aos 28dias quanto para o concreto após envelhecimento, teve duração de 72 horas e durante esse tempo teve-se o cuidado de manter o nível da água constante. Mediu-se a massa seca e após 3, 6, 24, 48 e 71 horas de contato. Após as 72 horas os cilindros foram rompidos e mediu-se a altura da água em cada um deles. A partir dos resultados obteve-se um coeficiente médio de capilaridade para cada idade para cada traço, obtido através da equação 3. As tabelas 4 e 5 apresentam os coeficientes médios de capilaridade a 72 horas e a respectiva altura média de percolação obtida. (3) Tabela 4. Absorção Média por Capilaridade - 28 dias Classe de Coeficiente Altura de Tempo Resistência Médio Percolação (h) C20ref 0,1967 2,32 C20ar 0,2416 2,25 72 C30ref 0,2040 2,25 C30ar 1,3796 5,62 Tabela 5. Absorção Média por Capilaridade - processo de envelhecimento Classe de Coeficiente Altura de Tempo (h) Resistência Médio Percolação 72 C20ref 0,9686 8,14 C20ar 1,2576 8,38 C30ref 1,1991 8,93 C30ar 0,9938 8,76 Para o ensaio de absorção por imersão utilizou-se de quatro corpos de prova de cada traço à idade de 28 dias e após processo de envelhecimento acelerado. Os corpos de prova foram imersos em uma caixa de água dentro da câmara úmida por quatro dias, após esse período eles foram retirados da banheira e pesados, obtendo-se a massa saturada M sat. Depois foram levados à estufa por mais quatro dias, medindo-se a massa seca M seca. A absorção foi calculada pela equação 4. (4) Observa-se uma redução da capacidade de absorção de água quando há utilização do agregado reciclado para 28 dias. Contudo, após processo de envelhecimento observou-se um aumento considerável de aproximadamente 24% na capacidade de absorção para o concreto C20, enquanto, para o C30, observou-se uma leve queda de aproximadamente 2%. Os resultados médios são expressos na figura 4. Figura 4. Absorção por Imersão 6. CONCLUSÕES A partir das propriedades avaliadas conclui-se, de forma geral, que os agregados reciclados são viáveis de serem incorporados a concretos estruturais, desde que em proporções adequadas. A resistência à compressão dos concretos produzidos com a utilização de ARC apresentou um decréscimo aos 28 dias, o que já era esperado conforme as literaturas estudadas. Porém, para o concreto de classe C30, a queda foi mínima aos 28 dias e, após processo de envelhecimento, o concreto utilizando agregado reciclado obteve uma vantagem de aproximadamente 4% em relação ao com agregados naturais apenas. Do ponto de vista normativo, a resistência à compressão tanto dos confeccionados com agregados naturais como dos confeccionados com agregados reciclados satisfizeram as condições de resistência à compressão estabelecida por norma para os concretos de classes de resistência C20 e C30. A resistência à tração dos concretos, como uma análise secundária, teve um decréscimo, o que era esperado e confirma as literaturas pesquisadas.
O módulo de elasticidade também apresentou decréscimo aos 28 dias, o que também era esperado segundo as literaturas analisadas. O decréscimo foi mais evidente no concreto de menor resistência. Contudo, após envelhecimento acelerado, o concreto de classe de resistência C30 com a utilização de agregado reciclado apresentou um aumento de cerca de 6% no módulo de elasticidade em relação ao produzido apenas com agregados naturais. Os coeficientes de absorção dos concretos feitos com a utilização de RCD, no ensaio de absorção por capilaridade, apresentaram um aumento, como esperado. Sendo mais evidente para o concreto de maior resistência. A absorção por imersão à idade de 28 dias, contudo, apresentou os concretos produzidos com a utilização de ARC como os de menor absorção quando comparados aos concretos produzidos apenas com agregados naturais. Após o processo de envelhecimento observou-se um aumento na absorção para o concreto de classe C20 e um pequeno decréscimo para o de classe C30. Além das propriedades mecânicas também existem questões de economia e sustentabilidade, considerando que o agregado reciclado por si só é de menor preço em relação ao natural e que, com a reciclagem de RCD os aterros terão grande alívio e a coleta desse material passará a ser mais controlada, gerando economia em relação ao transporte e deposição em aterros. Fatores esses aliados à diminuição considerável de espaço necessário para a deposição e de impactos ao meio ambiente, poupando recursos minerais e diminuindo a possível contaminação do meio. AGRADECIMENTOS Agradecemos à FAPESP pelo auxílio à pesquisa Projeto 2014/20486-8 e ao CNPq pela bolsa de Iniciação Científica. REFERÊNCIAS [1] Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental. Ministério das Cidades. Resíduos Sólidos: gerenciamento de resíduos da construção civil: guia do profissional em treinamento: nível 2. 2008, 68p. Disponível em:<http://www.cidades.gov.br/images/stories/arq uivossnsa/arquivos_pdf/recsa/gerenciamento ereciclagemderesiduosdaconstrucaocivilnivel2.pdf> [2] Ângulo, Sérgio Cirelli. Variabilidade de agregados graúdos de resíduos de construção e demolição reciclados. São Paulo SP, 2000. Dissertação (Mestrado). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. [3] Ângulo, Sérgio Cirelli. Caracterização de agregados de resíduos de construção e demolição reciclados e a influência de suas características no comportamento de concretos. São Paulo SP, 2005. Tese (Doutorado). Escola Politécnica da U- niversidade de São Paulo. [4] Silva Filho, A. F. Gestão doa Resíduos Sólidos das Construções Prediais na Cidade de Natal RN. UFRN, 2005. [5] Vieira, G. L. Estudo do Processo de Corrosão sob a Ação de Íons Cloreto em Concretos Obtidos a Partir de Agregados de Resíduos de Construção e Demolição. Porto Alegre, 2003. 150p. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul. [6] Leite, M. B. Avaliação de Propriedades Mecânicas de Concretos Produzidos com Agregados Reciclados de Resíduos de Construção e Demolição. Porto Alegre, 2001. 290p. Tese (Doutorado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul. [7] Carrijo, P. M. Análise da Influência da Massa Específica de Agregados Graúdos Provenientes de Resíduos de Construção e Demolição no Desempenho Mecânico do Concreto. São Paulo SP, 2005. 146p. Dissertação (Mestrado). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. [8] Moreira, L. H. H. Avaliação da Influência da Origem e do Tratamento dos Agregados Reciclados de Resíduos de Construção e Demolição no Desempenho Mecânico do Concreto Estrutural. São Paulo, 2010. 92p. Dissertação (Mestrado). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. [9] Cabral, A.E. B. Modelagem de propriedades mecânicas e de durabilidade de concretos produzidos com agregados reciclados, considerando-se a variabilidade da composição do RCD. São Carlos SP, 2007. 280p. Tese (Doutorado). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. [10] Leite, Mônica Batista; Monteiro, Paulo José Melaragno. Avaliação da influencia do concreto de origem na produção de concretos reciclados. A- nais do 56 Congresso Brasileiro do Concreto. Outubro / 2014. IBRACON. [11] MMA (Ministério do Meio Ambiente). Política Nacional de Resíduos Sólidos. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/pol%c3%adtica-deres%c3%adduos-s%c3%b3lidos> Acesso em: /3/3146/tde-19012011-144053/pt-br.php>