Uso de Resíduos do Processo de Recapagem de Pneus no Concreto Portland para Calçadas.

Uso de Resíduos do Processo de Recapagem de Pneus no Concreto Portland para Calçadas. Gabriel Jaime Zapata Guerra Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, zapata804@hotmail.com Bruno da Silva Borges Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, bruno.silva.borges@gmail.com Bruno Carrilho de Castro Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, bruno-carrilho@hotmail.com José Camapum de Carvalho Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, camapum@unb.br RESUMO: A disposição final dos pneus constitui um problema ambiental de grandes proporções, devido à grande quantidade produzida e a falta de destinação adequada para os mesmos. O processo industrial de recapagem veio como uma alternativa de prolongamento da vida útil dos pneus, entretanto tal processo gera resíduos que também não tem uma destinação correta. Por outro lado, a obtenção de materiais para construção, em particular os agregados para o concreto de cimento Portland, estruturas de pavimento, etc. constituem uma atividade de grande impacto ambiental e dependendo da localização estes materiais podem ser escassos. Neste contexto, tem crescido os estudos direcionados à utilização dos recursos naturais de forma racional e o aproveitamento dos resíduos e lixo gerados pelo homem. O presente trabalho visa avaliar a viabilidade do uso do resíduo de pneu obtido do processo de recapagem no concreto de cimento Portland para seu possível uso em calçadas. Outros trabalhos correlatos indicam que a porcentagem ideal a ser substituída é de 5% em massa no agregado miúdo, sendo então esta proporção utilizada neste estudo. A metodologia adotada consiste na caracterização do material de reciclagem do pneu e dos agregados que vão constituir o concreto Portland, e a realização de ensaios de resistência a tração, compressão simples para quatro traços, sendo um traço referência sem a substituição e outros três com igual teor de resíduos misturados a diferentes temperaturas. PALAVRAS-CHAVE: Concreto, pneus, reciclagem, resistência a tração, resistência a compressão. 1 INTRODUÇÃO Ultimamente em todo mundo, particularmente nas áreas urbanas, tem-se observado um aumento da população acompanhada de um desejo de melhora na qualidade de vida e uma consciência de preservação e cuidado com o meio ambiente. Com um constante aproveitamento dos recursos não renováveis e sua crescente demanda na sociedade, gerou-se uma consciência quanto à reutilização de materiais que encerraram a sua vida útil e implantá-los em diferentes processos industriais para que possam servir novamente a comunidade e diminuir de forma simultânea os impactos ambientais gerados pelo rejeito. A disposição final dos pneus constitui um problema ambiental de grandes proporções, devido à grande quantidade produzida e a falta de destinação adequada para os mesmos quando exaurida sua vida útil. A estocagem inapropriada desse rejeito gera, dentre outros, riscos de incêndios e de proliferação de mosquitos e roedores e a ocupação de espaços consideráveis para seu armazenamento. Segundo Souza (2007), a nível mundial, só no ano 2005 as vendas ultrapassaram mais de 1 bilhão de unidades vendidas, o mercado concentra-se nas regiões da America do Norte com 1

33%, Europa com 32% e Ásia com 23%, que somadas representam 88% das vendas, sendo que África e Oriente Médio concentram apenas 6%, e América do sul 5%. No Brasil, segundo a Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos (ANIP) desde 1998 com uma produção de 38 milhões de unidades, a indústria nacional de pneus tem apresentado crescimento na sua produção, na Figura 1 é a- presentado o comportamento da produção nacional desde 2003 até 2006. 49,2 Produção Nacional de Pneus (milhões de unidades) 52 53,4 54,5 55,9 59,6 2.003 2.004 2.005 2.006 2.007 2.008 Figura 1. Produção Nacional de Pneus (ANIP, 2010). Desde 1999 têm-se adotado no Brasil algumas restrições quanto à produção dos pneus. Por exemplo, o Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) exige por meio da resolução 258/1999 que as fábricas e distribuidoras de pneus reciclassem 5 pneus inservíveis para cada 4 fabricados. Além de proibir a destinação inadequada de pneumáticos inservíveis, tais como a disposição em aterros sanitários, mares, rios, lagos ou riachos, terrenos baldios ou alagadiços, e queima a céu aberto. Os fabricantes e distribuidores deverão criar centrais de armazenamento para uma posterior destinação final ambientalmente segura. Os distribuidores, os revendedores e os consumidores finais de pneus, em articulação com os fabricantes, importadores e Poder Público, deverão colaborar na adoção de procedimentos, visando implementar a coleta dos pneus inservíveis existentes no País. O processo industrial de recapagem ou recauchutagem é uma alternativa de prolongamento da vida útil dos pneus. Segundo Pnews (2002) este processo pode prolongar a vida útil dos pneus em até 3 vezes, entretanto, tal processo gera resíduos que quase sempre também não tem uma destinação correta. Existem também alternativas de reciclagem do pneu, entre as quais estão o processo de desvulcanização e regeneração dos pneus, uso da borracha do pneu na pavimentação de vias, como estrutura de contenção ou em trincheiras e poços de infiltração, uso do pneu como fonte de energia, uso do pneu para gerar óleo e gases por meio do processo de pirólise. Segundo Heitzman (1992) apud Bertollo e Júnior (2000), entre os vários mercados de a- proveitamento do pneu inservível somente dois apresentam potencial para utilização de um número significativo de pneus: o energético e o de misturas asfálticas, já que cada tonelada asfáltica pode incorporar a borracha de 2 a 3 pneus. Porém, ainda devem ser estudadas as formas existentes de aproveitamento e procurar novos tipos de aplicações dos pneus usados, visando o seu máximo reaproveitamento. Por outro lado, a obtenção de materiais para construção, em particular os agregados para o concreto de cimento Portland, estruturas de pavimento, etc. constituem uma atividade de grande impacto ambiental e dependendo da localização estes materiais podem ser escassos ou inacessíveis (Hidalgo, 2008). Segundo Freitas (2007) o setor da construção civil é um dos maiores consumidores de matérias primas naturais no Brasil, sendo responsável pelo consumo de 30% dos recursos naturais extraídos, o que equivale a 220 milhões de toneladas de agregados naturais por ano. Dado o contexto, no presente trabalho será avaliado o uso de resíduos do processo de recapagem de pneus no concreto de cimento Portland para um traço de resistência relativamente baixo (20Mpa) o qual poderia ser usado na execução de obras submetidas a baixas solicitações como é o caso das calçadas urbanas. Entre os objetivos desta pesquisa estão: a- valiar o desempenho do concreto com adição de resíduo de reciclagem de pneu (adição de fibras de borracha e fibras de aço), avaliar se a variação da temperatura do resíduo, na hora da mistura, afeta o comportamento mecânico do concreto e verificar a possibilidade de aproveitamento do resíduo em calçadas. 2

2 PROCESSO DE RECAPAGEM A recapagem dos pneus é uma atividade industrial consolidada no Brasil. Como tal segue processos bem definidos que são expostos a seguir. alguns centímetros. Também são observados alguns tipos de aço, provenientes da estrutura do pneu e de pregos e parafusos aderidos ao mesmo. A Figura 3 ilustra este processo. 2.1 Limpeza da carcaça Nesta etapa é removida toda a sujeira contida internamente e externamente nos pneus, por aspiração e escovação com escova de aço. O objetivo para a indústria é possibilitar a inspeção do estado da carcaça e permitir a execução dos processos subsequentes. Para a engenharia esta etapa elimina possíveis agentes contaminantes indesejáveis sob qualquer aspecto, como matéria orgânica, por exemplo. A Figura 2 ilustra essa etapa. Figura 3. Raspagem da carcaça (Valecap, 2009). 2.4 Escarificação conserto da carcaça A escarificação tem por objetivo limpar e preparar as avarias presentes no pneu para seu futuro tratamento, esta etapa produz quantidades relativamente pequenas de resíduos. O tratamento dessas avarias consiste na reparação das regiões danificadas que também produz quantidade relativamente pequena de resíduos. 2.5 Preparação das bandas de rodagem Figura 2. Limpeza da carcaça de pneu (Valecap, 2009). 2.2 Exame inicial Nesta etapa a carcaça é avaliada quanto à possibilidade de sua reutilização, caso a resposta seja positiva a mesma segue no processo de recapagem. Caso seja negativa ela é descartada, devendo receber outra destinação, o que na prática representa um problema sério para estas empresas. Nesta etapa a banda nova é cortada para se adequar as dimensões da carcaça a ser recapada. São geradas quantidades consideráveis de resíduos, proveniente do excedente cortado. Com o agravante de os mesmos serem de material que nunca foi utilizado. A Figura 4 ilustra esta etapa. 2.3 Raspagem da carcaça É nesta etapa que gera a maior parte do resíduo da recapagem. A carcaça é submetida a um processo de desgaste superficial com o objetivo de retirada da camada de borracha remanescente e regularização da superfície. O resíduo gerado possui dimensões variáveis, desde material pulverulento até lascas com Figura 4. Corte da banda de rodagem a ser instalada (Valecap, 2009). 3

COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 2010 ABMS. 2.6 (g/cm3) Vulcanização Visa proporcionar a devida aderência da carcaça com a nova banda de rodagem, garantindo a boa qualidade do produto final. O resultado é um pneu com custo bem menor, tanto economicamente como ambientalmente e com capacidade de rodagem bastante semelhante a um pneu novo. A Figura 5 mostra o resultado do processo industrial. Figura 6. Curva granulométrica dos agregados. 3.2 Cimento Foi utilizado o cimento Portland CPV-ARI proveniente da fábrica de cimento Tocantins. Figura 5. Produto final (Valecap, 2009). 3.3 3 MATERIAIS CONCRETO UTILIZADOS O resíduo é composto por fibras de borracha e aço, e apresenta certa heterogeneidade. A fibra de borracha não apresenta, atualmente, procedimentos normatizados para sua caracterização como os agregados minerais para o concreto. Contudo, a fim de caracterizar este material, foram determinadas sua granulometria e massa específica conforme as especificações tradicionais para agregados. Foi determinado também o teor de aço presente no resíduo. Apesar das limitações, por se tratar de fibras, a análise granulométrica foi realizada conforme o preconizado pela NBR 248/2003 obtendo-se repetibilidade nas três determinações realizadas (Figura 7). Para a determinação da massa específica foi utilizado o método do picnômetro, entretanto conforme proposto por Marques (2005) utilizou-se álcool ao invés de água, visto que a massa específica da borracha é próxima a da água. A Figura 8 mostra a execução do ensaio de massa específica e, para a borracha utilizada, o valor encontrado foi de 1,20 g/cm³. Adotou-se um traço padrão geralmente usado na construção de calçadas sendo suas características gerais apresentadas a seguir. A borracha utilizada foi o resíduo proveniente do processo de recapagem de pneus fornecido pela empresa Brasília Motors Ltda. localizada no setor de Áreas Isoladas Sul, Brasília-DF. 3.1 Agregados Como agregados de origem mineral foram utilizadas uma areia natural lavada, uma areia artificial e uma brita 25 mm. Na caracterização destes materiais foram realizados os ensaios de granulometria, módulo de finura, teor de material pulverulento e massa específica. Os resultados encontram-se na Tabela 1 e na Figura 6Erro! Fonte de referência não encontrada.. Tabela 1. Resultados dos ensaios de caracterização. Areia Areia Brita 19 Ensaio lavada artificial mm Modulo de finura 1,07 3,05 6,77 Teor de material 4,81 2,65 1,49 pulverulento (%) Massa específica 2,60 2,70 Borracha NO -/- 4

COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 2010 ABMS. 4 METODOLOGIA Apesar de serem poucos os estudos realizados incorporando o resíduo do pneu para sua aplicação em pavimentos rígidos em relação aos pavimentos flexíveis, foram aproveitados alguns estudos para estabelecer alguns critérios que serviram como base para o presente estudo. Com base nos estudos realizados por diversos pesquisadores como Santos (2005), Júnior e Fortes (2006), Silva (2007), Freitas (2007), Hidalgo (2008) concluiu-se que: Figura 7. Curva granulométrica da borracha. Figura 8. Ensaio de massa específica de borracha. Para se determinar o teor de aço existente na borracha tomou-se 250 g de material retido na peneira com abertura de 2,00 mm e retirouse, com a ajuda de um imã, todo aço encontrado. Este procedimento é mostrado na Figura 9. 4.1 Em tais trabalhos foram avaliadas as propriedades mecânicas do concreto considerando somente adição de borracha; De forma geral, quanto maior a adição de borracha maior a perda na resistência à tração e compressão; As perdas de resistência são menores quando é realizada a substituição do agregado miúdo; A adição de agregado graúdo de borracha é mais prejudicial às propriedades mecânicas do concreto do que a adição de partículas finas; As adições de fibras de borracha atuam de forma efetiva contra a propagação de fissuras; Concretos com adições de 5% de borracha em relação à massa do agregado miúdo apresentaram resistências similares ao do traço de concreto de referência. Dosagem do concreto A dosagem referência adotada consiste em um concreto C20 com o traço em massa de 1:1,8:1,8:3,9:0,68 respectivamente para o cimento, areia lavada, areia artificial, brita 25 mm e relação a/c. Foi adicionado também o aditivo polifuncional Mira 50 da marca Grace Brasil a uma proporção de 6 ml/kg de cimento. A borracha adicionada consistiu na parcela retida na peneira com abertura de 2,00 mm e o aço presente na borracha não foi removido, desta forma aproveitou-se completamente o resíduo tendo em vista que a presença do aço poderia ajudar na melhoria das propriedades mecânicas do concreto. Figura 9. Determinação do teor de aço. Logo após determinou-se a massa do aço retirado, expressando-a como porcentagem da massa inicial. Tal procedimento foi realizado em triplicata e o resultado expresso como a média das três determinações. Tem-se então que, para a borracha estudada, o teor de aço foi de 7,0% em peso. 5

Para o concreto borracha foram dosados três traços, com a substituição de 5% em massa do agregado miúdo (areia lavada e artificial) pela borracha. Para cada traço a borracha foi adicionada a uma temperatura diferente, a fim de se verificar a influência da temperatura da borracha durante a dosagem. Na Tabela 2 estão listados os traços dosados e sua nomenclatura. Tabela 2. Nomenclatura dos traços dosados. Traço Nomenclatura Traço referência sem borracha TR Concreto com borracha a 25 C TB Concreto com borracha a 15 C TBF Concreto com borracha a 90 C TBQ Para cada traço foram moldados 6 corpos de prova cilíndricos com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, sendo três para determinação da resistência á compressão e três para a determinação da resistência à tração na compressão diametral. 4.2 Ensaio de resistência à compressão O ensaio, realizado de acordo com a NBR 7222:1994 e em corpos-de-prova com 28 dias de idade, pode ser visto na Figura 11. Figura 11. Determinação da resistência à tração indireta. 5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS As médias dos resultados dos ensaios de resistência à compressão e à tração diametral encontram-se nas Figura 12 e Figura 13 respectivamente seguindo a nomenclatura da Tabela 2. A determinação da resistência à compressão foi efetuada de acordo com a NBR 5739:2007. Os ensaios foram realizados em corpos de prova com 28 dias de idade e o capeamento realizado com enxofre. Na Figura 10 é mostrada a realização do ensaio de resistência à compressão simples. Figura 12. Resultados de resistência à compressão. Figura 10. Ensaio de resistência à compressão. 4.3 Ensaio de resistência à tração indireta No ensaio de resistência à tração indireta é aplicada uma tensão de compressão na geratriz do cilindro, o qual é apoiado em duas taliscas de madeira em contato com os pratos da prensa. Figura 13. Resultados de resistência à tração indireta. Observou-se para o ensaio de compressão simples que, na média, o traço TB, TBF e TBQ apresentaram um aumento de 2%, 12% e 10% respectivamente, em relação à média dos resul- 6

tados do traço referência. Para o ensaio de tração por compressão diametral o aumento foi de 17%, 20% e 20% para os traços TB, TBF e TBQ respectivamente. Observou-se também que os resultados de resistência à compressão simples dos traços TBF e TBQ apresentaram, na média, ganhos de resistência significativos em relação ao traço TB. Já para os resultados de resistência à tração tal ganho não foi significativo. As variações das propriedades mecânicas do concreto estão associadas à distribuição aleatória das fibras de aço e borracha, sua aderência com o concreto, além da própria variabilidade da mistura de concreto. Outro aspecto observado foi que a borracha e o aço atribuíram ao concreto a capacidade de romper sem que houvesse uma separação total do corpo de prova, como mostrado nas Figura 14 e Figura 15. Tal fato pode indicar um aumento da ductilidade do concreto borracha em relação ao concreto referência. Do ponto de vista prático esta constatação é importante, pois confere maior durabilidade funcional às calçadas. (a) (b) Figura 14. Cp s após ruptura à tração por compressão diametral: (a)concreto referência; (b) Concreto borracha. 6 CONCLUSÕES Concluiu-se então que a adição do resíduo de borracha proveniente do processo de recapagem de pneus pode se mostrar viável para seu uso em calçadas, visto que proporcionaram a melhoria das propriedades mecânicas estudadas, resistências à compressão e à tração na compressão diametral. A variação da temperatura da borracha durante a dosagem do concreto gerou ganhos de resistência nos traços com borracha fria e quente em relação ao traço com borracha a temperatura ambiente. Tal fato difere um pouco dos dados apresentados na literatura, porém tais variações podem estar ligadas, entre outras coisas, à presença das fibras de aço. O fato de ter-se apresentado indícios de melhoria na ductilidade do concreto com a adição do resíduo do pneu, justifica o uso do resíduo nas calçadas, já que as fibras atuariam contrariamente ao desenvolvimento de trincas no concreto e ajudariam evitando a separação total das placas de concreto rompidas como mostra a Figura 16, melhorando a preservação da calçada. Com isto os custos de manutenção seriam menores já que as fissuras poderiam ser preenchidas por material colante, prolongando a vida útil da calçada e evitando-se refazer toda a estrutura da calçada. Por outro lado a substituição de parte do agregado miúdo do concreto pelo resíduo da borracha pode representar uma redução do custo total do concreto, visto que tal resíduo é, atualmente obtido sem custos e ajuda a resolver um problema das empresas de recapagem quanto à sua acumulação e destinação final. Neste contexto sugere-se também estudar maiores percentagens de adição do resíduo em relação à massa do agregado miúdo (7%, 9%, 11%, 13%, etc), já que quanto maior o teor de borracha maior será o teor de aço presente na mistura, devendo-se encontrar uma porcentagem ótima para a adição. (a) (b) Figura 15. Cp s após ruptura à compressão simples: (a)concreto referência; (b) Concreto borracha. 7

Figura 16. Separação de placas de concreto. Calçada campus universitário, UnB. No caso das calçadas, recomenda-se a realização de trechos experimentais com e sem adição do resíduo, em condições de fundação e trafego similares, a fim de avaliar o seu comportamento em campo e com o tempo. Finalmente, a adição de resíduo de pneu ao concreto poderia ser aproveitada em outras a- plicações de engenharia tais como os contrapisos residenciais devendo-se para cada caso serem feitos estudos específicos. AGRADECIMENTOS Ao programa de pós-graduação de Geotecnia da Universidade de Brasília pelo apoio econômico para a apresentação do artigo no congresso de geotecnia Cobramseg 2010 na cidade de Gramado, Rio Grande do Sul, Brasil. REFERÊNCIAS ANIP (2010). Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos. Disponível em: http://www.anip.com.br/?cont=conteudo&area=32& titulo_pagina=produção. Acesso em: 02 fev. de 2010. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNI- CAS - NBR 7222 (1994). Argamassa e concreto - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro-RJ. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNI- CAS - NBR NM 248 (2003). Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro-RJ. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNI- CAS - NBR 5739 (2007). Concreto - Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro-RJ. Freitas, C (2007). Estudo do desempenho mecânico de concreto com adição de partículas de borracha para aplicação como material de reparo em superfícies hidráulicas. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia, Universidade Federal do Paraná. Goldenstein, M. (2007). Panorama Da Indústria De Pneus No Brasil: Ciclo de investimento, novos competidores e a questão do descarte de pneus inservíveis. BNDES, Rio de Janeiro, n.25, p. 107-130. Disponível em: <http://www.bndes.gov.br/ conhecimento/bnset/set2504.pdf>. Acesso em: 16 nov. 2009. Hidalgo, M.C.A. (2008). Valoración de caucho de llantas usadas como material en la fabricación de hormigón y llenos estructurales. Universidad de Medellín, Medellín, Colombia. Júnior, A.Q; Fortes, R.M (2006). Concreto para pavimento com adição de borracha. V Jornadas Luso- Brasileiras de Pavimentos: Políticas e Tecnologias. Recife-PE. Marques, A.C (2005). Estudo da influência da adição de borracha vulcanizada em concreto à temperatura ambiente e elevada temperatura. Dissertação de mestrado. Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira. 114p. Pnews (2002). Revista n. 34. Associação Brasileira dos Recauchutadores, Reformadores e Remoldadores ABR. Santos, C. A (2005). Avaliação do comportamento do concreto com adição de borracha obtida a partir da reciclagem de pneus com aplicação em placas prémoldadas. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia civil, Universidade Federal de Alagoas. Silva L.B.A et al (2007). Adição de borracha de pneu no concreto. 51 congresso brasileiro de cerâmica 3-6 de julho de 2007. Souza, A.H. (2007). Pneus inservíveis: alternativas possíveis de reutilização. Monografia de gradaução, Universidade Federal de Santa Catarina. Centro socioeconômico. Curso de graduação em Ciências E- conômicas. Valecap (2009). Empresa reformadora de pneus. Disponível em: <www.valecap.com.br>. Acesso em: 16 nov. de 2009. 8