XXX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Maturidade e desafios da Engenharia de Produção: competitividade das empresas, condições de trabalho, meio ambiente. São Carlos, SP, Brasil, 12 a15 de outubro de 2010. ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICA DO USO DE CONCRETO CELULAR ADICIONADO DE PET TRITURADO NA FABRICAÇÃO DE RESIDÊNCIAS E SEU IMPACTO ECOLÓGICO fabiana alves da silva (UFPB) fabi alves@hotmail.com Luiz Paulo Argao de Almeida (UFPB) lpaulo208@gmail.com Esse trabalho visa avaliar a viabilidade técnica e econômica de se adicionar um agregado (PET triturado) ao concreto celular, visando diminuir a proporção de cimento utilizado por metro cúbico, reduzindo o seu custo e dando destino nobre a um material que leva décadas para se decompor na natureza. Foram feitos testes de ensaios à flexão e compressão com corpos de provas rompidos nos Laboratórios de Materiais da UFC (ensaio à compressão) e NUTEC-UFC (ensaio à flexão) utilizando as concentrações 0% PET e 15% PET. Os resultados mostraram que a concentração de 15% de PET apresenta uma resistência à compressão acima do grupo de controle (0% PET) e um valor à flexão inferior a ele, resultados compatíveis com as características do concreto. Além disso, verificou-se que para cada metro cúbico de concreto celular adicionado de garrafas PET trituradas com a concentração de 15% em volume, deixam de ser lançadas na natureza cerca de 4000 garrafas PET de 2 litros. Palavras-chaves: PET triturado, Impacto ambiental
1. Introdução Esse trabalho visa avaliar a viabilidade técnica e econômica de se adicionar um agregado (PET triturado) ao concreto celular, visando diminuir a proporção de cimento utilizado por metro cúbico, reduzindo o seu custo e dando destino nobre a um material que leva décadas para se decompor na natureza. Foram feitos testes de ensaios à flexão e compressão com corpos de provas rompidos nos Laboratórios de Materiais da UFC (ensaio à compressão) e NUTEC-UFC (ensaio à flexão) utilizando as concentrações 0% PET e 15% PET. Os resultados mostraram que a concentração de 15% de PET apresenta uma resistência à compressão acima do grupo de controle (0% PET) e um valor à flexão inferior a ele, resultados compatíveis com as características do concreto. Além disso, verificou-se que para cada metro cúbico de concreto celular adicionado de garrafas PET trituradas com a concentração de 15% em volume, deixam de ser lançadas na natureza cerca de 4000 garrafas PET de 2 litros. A busca por técnicas construtivas que melhor aproveitem os diversos recursos disponíveis no campo da engenharia tem sido constante. Todo esse esforço visa melhor aproveitar os recursos materiais e financeiros disponíveis, eliminar desperdícios, reduzir custos, prazos, agregar valor ao produto edificação e buscar soluções técnicas cada vez mais eficientes. Aliado a isso, se tem buscado a preservação dos recursos naturais não renováveis e se evitado o uso de materiais ou tecnologias que possam causar danos ao meio ambiente. Busca-se não somente o uso mais racional das matérias-primas existentes, como também a preservação dos recursos não renováveis necessários à sobrevivência das gerações futuras. O desenvolvimento de processos construtivos que permitam rapidez na execução, aproveitamento integral dos materiais empregados e maximização dos recursos utilizados, nos leva a considerar outras técnicas construtivas para a obtenção de respostas satisfatórias, haja vista estes aspectos não serem atendidos pelas técnicas ditas convencionais. A construção tijolo com tijolo num desenho mágico (CHICO BUARQUE, 1971) não apresenta respostas às exigências atuais no tocante a rapidez e redução de custos, entre outros. A construção civil, não obstante o aparecimento de novas técnicas construtivas, ainda está voltada para a construção convencional com alvenaria de tijolos ou para o concreto armado (convencional ou protendido). A construção com estruturas metálicas atende apenas alguns nichos de mercado (shopping centers, fábricas, galpões industriais, etc.) e a pré-fabricação nem sempre é a primeira opção por necessitar de desenvolvimento específico das partes que compõem cada edificação e de um número mínimo de peças a serem fabricadas para tornar viável o processo. Se diversos produtos são fabricados em série com significativa redução de custos, diminuição do tempo de produção e de elevada qualidade, a adoção de processos similares muito provavelmente resultará em benefícios para a construção civil como um todo. O desenvolvimento de técnicas de construção, onde as partes possam ser fabricadas em série como numa indústria (indústria da construção civil) ou moldadas in loco com o auxílio de formas intercambiáveis que possam ser preenchidas com a quantidade exata de material é um objetivo a ser buscado. Dentre as várias opções existentes no mercado o concreto celular foi escolhido em função da trabalhabilidade do material, da determinação precisa da quantidade a ser utilizada, da redução de prazos de execução, da diminuição dos custos com estrutura em 2
função de sua leveza, da melhoria do conforto térmico decorrente das características isolantes do material e de sua durabilidade. O concreto celular é tido como um concreto leve (densidade entre 400 kg/m³ e 1850 kg/m³) composto por aglomerantes (cimento Portland e aditivos), agregados (areia, componentes sólidos) e é obtido a partir da injeção de bolhas de ar ao cimento e a água. As bolhas podem ser geradas mecanicamente (injeção de ar) ou quimicamente (decorrente do uso de aditivos). De acordo com Teixeira Filho (1992) a família dos concretos é ampla e abrange uma razoável quantidade de grupos com distintas características". São possíveis diversas classificações. Reproduzimos abaixo um resumo dos diversos tipos de concreto celular. Concretos celulares aerados microporitas agente espumígeno aeração química espuma pré-formada espuma gerada por ação mecânica do aerador Figura 1 Classificação dos concretos celulares (Fonte - Teixeira Filho) O concreto celular é basicamente composto por bolhas de ar ou gás em matriz sólida, geralmente cimentícia e podem ser incorporados à matriz por processos químicos ou mecânicos. Na fabricação do concreto celular espuma-cimento é consumida aproximadamente sete sacos de cimento por metro cúbico, dosagem recomendada pelo fabricante do aditivo incorporador de ar no Brasil Allende (2005). Essa proporção elevada de cimento por metro cúbico nos leva a pensar em reduzir a quantidade de cimento por metro cúbico de concreto celular adicionando-se um agregado, e conseqüentemente, reduzindo também o seu custo. A escolha do agregado recaiu sobre eliminar materiais que causassem danos ao meio ambiente, mas que permanecessem inertes ao serem adicionados ao concreto celular. Assim, as garrafas tipo PET foram escolhidas, não na forma convencional de garrafa, mas devidamente trituradas. PET ou poli (tereftalato de etileno) é um poliester, polímero termoplástico ou plástico, desenvolvido por dois químicos britânicos Whinfield e Dickson em 1941, formado pela reação entre o ácido tereftálico e o etileno glicol, formando um poliester. Utiliza-se principalmente na forma de fibras para tecelagem ou embalagens para bebidas. Possui propriedades termoplásticas, isto é, pode ser reprocessado diversas vezes pelo mesmo ou por outro processo de transformação. Quando aquecidos a temperaturas adequadas, esses plásticos amolecem, fundem e podem ser novamente moldados (WIKIPÉDIA, 2008). 3
O PET possui alta densidade (1,220-1,400 gr/cm³), afunda na água, amolece à baixa temperatura (80 C), possui temperatura de fusão entre 250-270 C, apresenta alta resistência mecânica e química. O PET é o melhor e mais resistente plástico para fabricação de garrafas e embalagens para refrigerantes, águas, sucos, óleos comestíveis, medicamentos, cosméticos, produtos de higiene e limpeza, destilados, isotônicos, cervejas, entre vários outros como embalagens termoformadas, chapas e cabos para escova de dente. O PET proporciona alta resistência mecânica (impacto) e química, além de ser excelente barreira para gases e odores... Por tudo isso, oferece ao consumidor um produto substancialmente mais barato, seguro e moderno (ABIPET, 2008). Todas essas vantagens de utilização das embalagens PET têm criado um problema grave: o descarte dessas embalagens após seu uso. Elas têm abarrotado os aterros sanitários e inundado rios, lagoas e cursos d água. E este tipo de material leva séculos para se decompor. Como apenas parte das garrafas PET é reciclada o restante é lançado no lixo. Para se ter uma idéia do que isso representa é só verificar os dados de 2008 da APIPET. Naquele ano foram produzidas 461.680t de garrafas tipo PET, no entanto, apenas 54,8 % foram recicladas, ou seja, 253.000t. O restante das 184.000t muito provavelmente foi lançado diretamente na natureza. Mas não é somente o entulho produzido pelas embalagens tipo PET que preocupa. As perdas na construção civil são elevadas e em grande parte se deve a utilização de técnicas inadequadas de construção (que muitas vezes envolve o uso de equipamentos ineficientes e desperdício de materiais), do uso de mão-de-obra não qualificada (e que resulta eventualmente em retrabalhos) e da falta de planejamento mais detalhado da obra (e por isso, não prevê todas as tarefas necessárias ou implica em execução de tarefas desnecessárias e que não agregam valor). Quando tudo isso ocorre, os prazos acordados entre as partes são ultrapassados e resultam em custo financeiro adicional para o construtor. De acordo com Formoso (1996) os desperdícios com madeiras, aços, concreto pré-misturado, cimento, areia, cal ou argamassa pré-misturada e tijolos cerâmicos, os quais somados representam aproximadamente 20% do custo total de obras construídas por processos construtivos tradicionais. Se as perdas na construção civil eram consideráveis, a situação se agravou com a migração da população brasileira das áreas rurais para as cidades, o que implicou em construir cada vez mais edificações e obras de infra-estrutura em prazos menores, com custos reduzidos, e sem desperdícios de materiais para atender às novas populações de migrantes. Como não há recursos necessários para toda atender toda essa população as pessoas passam a ocupar qualquer espaço urbano disponível e o resultado é o crescimento desordenado das cidades e sem o direcionamento adequado por parte do poder público. As pessoas moram em condições subumanas, e como a maioria delas não possui qualificação, não consegue vaga nos postos de trabalhos oferecidos nas cidades. Moram em construções feitas de maneira artesanal, com restos de materiais e que estão longe de atenderem aos requisitos mínimos de habitabilidade. Por esse motivo se faz necessário a adoção de métodos construtivos mais eficazes para minimizar o hiato existente entre o número de casas produzidas pelas empresas da construção civil e o número necessário para suprir a demanda reprimida por moradias. Dessa maneira, adoções de processos construtivos que reduzam as perdas na construção civil, diminuam o entulho, aliado ao reaproveitamento de garrafas PET na sua composição, já justificam a realização deste trabalho. Além disso, o material resultante (concreto celular + PET triturado) 4
de menor condutividade térmica que os convencionais implicam em cargas térmicas menores e, por conseguinte redução no consumo de energia, o que pode resultar em conservação de energia. 2. Objetivos Verificar a viabilidade técnica do concreto celular adicionado de PET triturado na construção de residências e seu impacto ecológico. 3. Metodologia A pesquisa é basicamente experimental e está voltada para uma série de ensaios realizados em condições controladas, visando verificar se o concreto celular adicionado de um agregado (PET triturado) tem propriedades aceitáveis se comparadas ao seu similar sem a adição de agregado em termos de resistência à compressão, à flexão, trabalhabilidade, leveza, conforto térmico e custo de produção e que possa ser destinada a construção de moradias seguras. Concreto celular Concreto celular + PET PET triturado Areia Areia Água X Água Cimento Cimento Espumígeno Espumígeno γ (densidade) = 400 kg/m³ a 1850 kg/m³ γ (densidade) = 400 a 1850 kg/m³ Quadro 1 Comparação entre concreto celular versus concreto celular + PET. 4. Procedimentos Para a análise das propriedades mecânicas, foram elaborados diversos testes que consistiram em adicionar o agregado (garrafas tipo PET trituradas) ao concreto celular em 7 (sete) séries compostas de 6 (seis) corpos de prova cada, na proporção de 0 %, e 15 % em volume do concreto celular (m³), verificar as características do material resultante e comparar ao concreto celular sem PET (grupo de controle 0% PET). A tabela 1 mostra o resumo dessas séries de ensaios. PET CP Série A Série B Série C Série D Série E Série F Série G 0% 0% A 0% B 0% C 0% D 0% E 0% F 0% G 15% 15% A 15% B 15% C 15% D 15% E 15% F 15% G 5
Tabela 1 Percentagem de PET versus série de corpos de prova Para se determinar o traço do concreto celular, e dessa forma a quantidade exata dos diversos componentes, há a necessidade de se seguir certos procedimentos. Primeiramente, o traço final é decorrente da densidade do concreto celular que se quer obter. No experimento em questão foi utilizada a densidade de 1200 kg / m³ e utilizado o espumígeno (FORSCHAUM FSH 37). O Quadro 2 abaixo mostra mais detalhes. Cimento Areia Água Fibra de propileno Espumígeno 50 kg 140 kg 25 l 100 g 0, 385 l Quadro 2 Relação de componentes e suas quantidades Os componentes eram colocados em uma betoneira, misturados até atingir aspecto uniforme, adicionado fibra de polipropileno (100gr) e espumígeno. O material resultante era então derramado na jerica (espécie de carrinho para o transporte do concreto celular). Desse material, retirava-se a quantidade de concreto celular necessária a moldagem de 6 (seis) corpos de prova por betonada. A quantidade de PET era previamente pesada em uma balança de precisão, colocada em saco plástico com as informações referentes ao peso e colocadas em uma bancada para ser utilizada na moldagem dos diversos corpos de prova no momento oportuno. O concreto celular após ser derramado em uma bandeja plástica, recebia o PET triturado e eram misturados através de processo manual com o auxílio de uma espátula. Após apresentar aspecto uniforme a mistura era acondicionada nas formas e deixadas em local seguro até o dia seguinte. Após 24 horas, eram procedidas a desforma, feitas as anotações dos dados nos corpos de prova e imersos em um balde com água. Esses corpos de prova eram levados ainda imersos em água ao Laboratório de Materiais da UFC (ensaios à flexão) e ao Laboratório do NUTEC (ensaios à flexão) onde permaneciam até a data de ruptura (7, 14 e 28 dias). Para cada betonada eram retirados 6 (seis) corpos de prova: 2(dois) corpos eram rompidos com 7 (sete) dias, 2 (dois) corpos eram rompidos com 14 (catorze) dias e 2 (dois) corpos com 28 dias. Para cada tipo de ensaio (ensaio à flexão e a compressão) eram retiradas 7 (sete) amostras com 6 (seis) corpos de prova cada, perfazendo 84 (oitenta e quatro) corpos de prova. 4.1 Ensaio à compressão Para a realização dos ensaios, as formas eram desmontadas e cuidadosamente limpas, retirados todos os resíduos de materiais com o auxílio de uma escova de aço, untadas com desmoldante, colocadas em uma bancada, cobertas com lona plástica onde permaneciam até a hora da concretagem. O material (cimento, areia, água, fibra de polipropileno, espumígeno e PET triturado) era devidamente misturado e acondicionado em formas cilíndricas de 5 cm de diâmetro por 10 cm de comprimento. Passadas 24 horas da moldagem, era procedida a desforma dos corpos de prova, imersos em água, onde permaneceram até a data de ruptura. 6
Quando da data de ruptura, os corpos de prova eram preparados para os ensaios de acordo com a NBR 5739 da ABNT. Com os resultados, foi calculada a Resistência Média à compressão (em MPa) para as idades (7, 14 e 21 dias) de acordo com as concentrações de PET (0% e 15 %) e elaborados a Tabela 2 abaixo e o correspondente Gráfico 1. CONCENTRAÇÃO PET (% volume) IDADE (dias) 7 14 21 0% RESISTÊNCIA (MPa) 4,96 5,02 5,11 15% RESISTÊNCIA MPa) 5,26 5,32 5,37 Tabela 2 Resistência Média à Compressão (MPa) x Idade (dias) x Concentração de PET Gráfico 1 Resistência Média à Compressão (MPa) x Idade (dias) 4.2 Ensaio à flexão Do mesmo modo que o ensaio anterior, o material (cimento, areia, água, PET triturado, fibra de polipropileno e espumígeno) foi devidamente misturado e acondicionado em formas tipo paralelepípedo medindo 4 cm de largura por 4 cm de altura por 16 cm de 7
comprimento. Com os resultados obtidos, foi calculada a Resistência Média à compressão (em MPa) para as idades (7, 14 e 21 dias) de acordo com as concentrações de PET (0% e 15 %) e elaborados a Tabela 3 abaixo e o correspondente Gráfico 2. CONCENTRAÇÃO PET (% volume) IDADE (dias) 9 10 14 28 0% RESISTÊNCIA (MPa) 1,85 2,11 2,33 15% RESISTÊNCIA MPa) 1,55 1,53 1,68 Tabela 3 Resistência Média à Flexão (MPa) x Idade (dias) x Percentagem de PET 5. Conclusões Gráfico 2 Resistência Média à Flexão (MPa) x Idade (dias) Alguns aspectos devem ser levados em consideração na análise dos resultados obtidos. O primeiro se refere ao aspecto do impacto ecológico representado pela quantidade de garrafas 8
PET que podem ser adicionadas ao concreto celular, e, dessa forma, deixam de ser lançadas na natureza, e o segundo, se refere à resistência à compressão e à flexão do concreto celular adicionado de PET comparado com o concreto celular. As paredes da edificação não possuem caráter estrutural, tem 55,0 m² de área e o volume de concreto celular utilizado foi de 7,50 m³. A casa utilizada como referência foi construída em Mossoró-RN em meados de 2009 e na sua construção não foi utilizado PET triturado na composição de suas paredes. O ensaio com a adição de PET triturado aconteceu em outra obra em Fortaleza-CE entre janeiro e fevereiro de 2010, onde foi utilizado concreto celular com as mesmas características da obra anterior. Nos testes foram utilizadas amostras de concreto celular e adicionado PET triturado. Foi feita uma comparação entre o concreto celular sem PET (0%) e com 15 % de PET. Os resultados apresentados nos testes mostram que não há comprometimento do aspecto de resistência à compressão e à flexão. Todavia, a quantidade de PET utilizado apresenta um impacto ecológico que melhor pode ser verificado na tabela 4 abaixo. GARRAFAS 2L 1,5 1,0 0,6 15 % PET 4013 3858 5537 8988 Tabela 4 Quantidade de garrafas PET adicionadas por m³ de concreto celular. Ora, esses valores apresentados se referem à quantidade de garrafas PET por cada metro cúbico de concreto celular utilizado. Na obra em questão poder-se-ia eliminar cerca de 30.000 por cada unidade construída. Se levarmos em conta que um conjunto habitacional possui centenas de casas, esse numero seria ainda mais expressivo. Na análise de resistência a compressão foi verificada as idades de 7, 14 e 28 dias. Imaginavase que a resistência à compressão aumentaria com a concentração de PET até um determinado valor, e a partir desse ponto, haveria uma redução em virtude da quantidade de PET impedir a capacidade do aglomerante (cimento) unir os diversos componentes. Os resultados obtidos mostram que para o grupo de controle (0% de PET) apresentou uma resistência final de 5,11 MPa ficou abaixo que o grupo de PET de 15 %, que foi de 5,37 MPa, ou seja, cerca de 5% maior, mostrando que a resistência do concreto celular aumentou ao ser adicionado PET. No que se refere aos ensaios à flexão a expectativa era de que a resistência diminuísse com o aumento da concentração de PET, e isso aconteceu. Para o grupo de controle (0% PET) resistência final à flexão foi de 2,33 MPa. Ao se aumentar a concentração de PET para 15% foi de 1,68 MPa, o que confirma a nossa expectativa, haja vista, o PET não apresentar superfície áspera e de boa pega. Isso posto, nos parece adequado utilizar o concreto celular adicionado de PET triturado na construção de residências, pois além de melhorar os aspectos de resistência à compressão, representa uma vantagem considerável na redução dos impactos ambientais representados pela retirada de milhares de garrafas PET da natureza. 9
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