Bruno Villas Boas da Silva

CENTRO UNIVERSITÁRIO GERALDO DI BIASE FUNDAÇÃO EDUCACIONAL ROSEMAR PIMENTEL INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS, DA TERRA E ENGENHARIAS ENGENHARIA CIVIL AREIA ARTIFICIAL NO RIO DE JANEIRO: CARACTERÍSTICAS, APLICABILIDADE EM CONCRETOS E ARGAMASSA DE REVESTIMENTO Bruno Villas Boas da Silva Nova Iguaçu/RJ 2013

CENTRO UNIVERSITÁRIO GERALDO DI BIASE FUNDAÇÃO EDUCACIONAL ROSEMAR PIMENTEL INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS, DA TERRA E ENGENHARIAS ENGENHARIA CIVIL AREIA ARTIFICIAL NO RIO DE JANEIRO: CARACTERÍSTICAS, APLICABILIDADE EM CONCRETOS E ARGAMASSA DE REVESTIMENTO Trabalho de Conclusão de Curso elaborado pelo Bruno Villas Boas da Silva Submetido ao Centro Universitário Geraldo Di Biase Fundação Educacional Rosemar Pimentel como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Engenheira Civil, sob orientação da Professora Palmira Maria Faria de oliveira Nova Iguaçu/RJ 2013

AREIA ARTIFICIAL NO RIO DE JANEIRO: CARACTERÍSTICAS, APLICABILIDADE EM CONCRETOS E ARGAMASSA DE REVESTIMENTO Autor: Bruno Villas Boas da Silva Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de engenharia civil como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil, sob a orientação da prof ª Palmira Maria Faria de Oliveira. Aprovado por: Profª Msc Palmira Maria Faria de Oliveira CREA-RJ nº 1987107504 Presidente Profº Paulo Cesar de Araujo Santos CREA-RJ nº 54079-D Membro Engº Leandro Meira da Silva CREA-RJ nº 200519277-5 Convidado externo Nova Iguaçu/RJ 2013

Dedico este trabalho a Deus acima de tudo por ter me dado forças e dedicação para com meus estudos.

AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus, por me transmitir forças e ânimo nos momentos difíceis da minha vida e me proporcionar momentos muito felizes. A minha mãe Sonia Regina Villas Boas, que me apoiou nos momentos mais difíceis, sempre me aconselhando a seguir o caminho certo e me incentivando para não desistir. Agradeço a meus irmãos, Núbia Villas Boas de Miranda, Carlos Renato Villas Boas de Miranda e Monique Hanna Braga da Silva, ao meu padastro Ubiratan Pinho de Miranda e ao meu pai Cristiano Soares da Silva que esteve sempre ao meu lado em todos os momentos, dando total apoio e segurança. A minha orientadora profª. Palmira Maria Faria de Oliveira, que me ajudou até aqui, compartilhando seus conhecimentos na produção deste trabalho. A todos os professores do curso que foram tão importantes na minha vida passando seus conhecimentos e enriquecendo minha vida acadêmica. Aos meus amigos que durante 05 anos me acompanharam e me apoiaram em especial o Marcelo Ribeiro, Sandra Helena, Renato, Carlos Felipe, Helen, Renam, Rodrigo, Wesley, Reginaldo, Sérgio, Wallace. O meu convidado Eng. Leandro Meira da Silva, pelo apoio e por participar deste momento tão importante em minha vida. Agradeço a Deus pela vida de todos que tiveram paciência comigo, pelo incentivo, pela força e principalmente pelo carinho. Valeu a pena toda distância, todo sofrimento, todas as renúncias... Valeu a pena esperar... Hoje estamos colhendo, juntos, os frutos do nosso empenho! Esta vitória é muito mais vossa do que minha! Obrigado!

Cada dia que amanhece assemelha-se a uma página em branco, na qual gravamos os nossos pensamentos, ações e atitudes. Na essência, cada dia é a preparação de nosso próprio amanhã. `` Chico Chavier.

Silva, Bruno / Villas Boas. Areia Artificial No Rio De Janeiro: Características, Aplicabilidade Em Concretos E Argamassa De Revestimento. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Instituto de Ciências Exatas e da Terra. Centro Universitário Geraldo Di Biase, Nova Iguaçu/RJ, 2013. RESUMO O presente trabalho consiste da caracterização e do estudo de aplicabilidade na construção civil do Rio de Janeiro de areia artificial produzida por pedreira. Com base nos estudos, o trabalho visar apresentar uma opção tecnológica para construção civil, podendo proporcionar a diminuição da degradação do meio ambiente. Portanto devem ser encontradas alternativas para extração de agregado miúdo de cava dos rios, que provocam diversos impactos negativos ao meio. Além das exigências ambientais existe outro problema a ser abordado, os finos oriundos do processo de britagem de agregados, e até mesmo considerado descarte da mineração. Os finos de pedreira, utilizados somente para aplicações específicas na construção civil, contribuem somente para grandes estocagens, resultando em capital parado o que não é bom para o desenvolvimento da empresa e rentabilidade. A areia artificial entra nesse contexto como solução tecnológica, prática e sustentável com crescente tendência de utilização pelo motivo na qual, o estado, estão se extinguindo reservas minerais naturais de extração e problemas na aquisição de licenciamento ambiental. Este trabalho acadêmico objetiva em determinar a aplicabilidade da areia artificial produzida por pedreira no estado do Rio de Janeiro em argamassas de revestimentos e concretos estruturais. Para as determinações foram planejados experimentos baseados em ensaios normatizados em agregados miúdos, argamassas e concreto. Conclui- se, após a realização e análise dos resultados dos ensaios de caracterização física e determinação de propriedades físicas e mecânicas, pela viabilidade técnica e econômica dos materiais estudados. Palavras-chave: Areia artificial, caracterização, aplicabilidade, sustentabilidade, meio ambiente.

Silva, Bruno / Villas Boas. Areia Artificial No Rio De Janeiro: Características, Aplicabilidade Em Concretos E Argamassa De Revestimento. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Instituto de Ciências Exatas e da Terra. Centro Universitário Geraldo Di Biase, Nova Iguaçu/RJ, 2013. ABSTRACT The present work is the characterization and study of applicability in construction of the Rio de Janeiro produced by artificial sand quarry. Based on studies, the work aimed to present a technological option for construction and may provide decreased degradation of the environment. Therefore alternatives for extracting aggregate of cava rivers, causing several negative impacts to the environment are to be found. In addition to the environmental requirements there is another problem to be addressed, the fine arising from the crushing process aggregates, and even deemed disposal of mining. The fine quarry, used only for specific applications in construction, contributing only for large storages, resulting in stalled capital which is not good for the company's development and profitability. The artificial sand gets in this context as a sustainable technological solution, practical and with increasing tendency to use the ground on which the state are dying natural mineral reserves and extraction problems in acquiring environmental permits. This objective academic work in determining the applicability of artificial sand produced by quarry in the state of Rio de Janeiro in mortar coatings and structural concrete. For determinations based experiments on standardized tests kids, mortars and concrete aggregates have been planned. In conclusion, after performing and analyzing the test results of physical characterization and determination of physical and mechanical properties, the technical and economic viability of the studied materials. Keywords: artificial sand, characterization, feasibility, sustainability, environment.

LISTA DE FIGURAS Figura 1- Evolução da produção de agregados no Brasil... 21 Figura 2- Representações granulométricas da areia artificial fina... 30 Figura 3- Representações granulométricas da areia artificial média... 32 Figura 4- Aparelho de emissão de ondas ultrassônicas e demonstrações... 37 Figura 5- Ensaio para determinação do módulo de elasticidade dinâmico... 38 Figura 6- Ensaio para determinação da absorção de água por capilaridade... 39 Figura 7- Absorção de água por capilaridade... 39 Figura 8- Demonstração do efeito de capilaridade em corpo e prova... 40 Figura 9- Concreto sendo traçado em betoneira... 41 Figura 10- Vista dos painéis prontos para o revestimento... 41 Figura 11- Execução de corte no revestimento... 42 Figura 12- Corte no revestimento para colagem de pastilha... 43 Figura 13- Colagem da pastilha... 44 Figura 14- Equipamento de tração... 44 Figura 15- Equipamento de tração na posição para acoplamento... 45 Figura 16- Esquema para realização do ensaio... 45 Figura 17 - (a) Ruptura na interface do revestimento com o substrato... 46 Figura 18 - (b) Ruptura da argamassa de revestimento... 47 Figura 19 - (c) Ruptura do substrato...47 Figura 20 - (d) Ruptura na interface do revestimento com a cola... 48 Figura 21- (e) Ruptura na interface da cola com a pastilha... 48 Figura 22- Ensaio de tração na flexão em argamassa... 50 Figura 23- Ensaio de compressão em argamassa... 51 Figura 24- Ensaio de compressão em corpo-de-prova cilíndrico de concreto... 52 Figura 25- Rompimento do corpo-de-prova (resistência à compressão aos 28 dias)... 53 Figura 26- Módulo de elasticidade dinâmico Ed... 55 Figura 27- Médias dos coeficientes de capilaridade... 58 Figura 28- Média das resistências a aderência à tração... 62 Figura 29- Resistência mecânica da argamassa... 64 Figura 30- Gráfico fator água/cimento x resistência à compressão... 66

Figura 31- Gráfico fator água/cimento x total de agregados em massa... 66

LISTA DE TABELAS Tabela 1- Granulometria da areia artificial fina produzida na pedreira Petra agregados no Rio de Janeiro... 30 Tabela 2- Ensaios de acordo com as normas regulamentadoras... 31 Tabela 3- Granulometria da areia artificial média produzida na pedreira Petra agregados no Rio de Janeiro... 32 Tabela 4- Ensaios de acordo com as normas regulamentadoras... 33 Tabela 5- Características da argamassa em traços... 34 Tabela 6- Dosagem experimental de traços de concreto... 35 Tabela 7- Resultados do ensaio de módulo de elasticidade dinâmico... 54 Tabela 8- Resultados dos ensaios de capilaridade... 57 Tabela 9- Resultados dos ensaios de aderência à tração... 59 Tabela 10- Resultados dos ensaios de resistência mecânica... 63 Tabela 11- Resultados dos ensaios de compressão com corpos-de-prova... 65 Tabela 12- Proporções de materiais para um concreto de ƒck = 20 Mpa... 67 Tabela 13- Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento... 69 Tabela 14- Custo da argamassa produzida com areia natural... 70 Tabela 15- Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento... 71 Tabela 16- Custo da argamassa produzida com areia artificial... 72 Tabela17 - Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento... 72 Tabela 18- Custo da argamassa produzida com areia artificial... 73 Tabela19 - Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento... 73 Tabela 20- Custo da argamassa produzida com areia artificial... 74 Tabela 21 - Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento... 74 Tabela 22- Custo da argamassa produzida com areia artificial... 75

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS µm- Mícrons a/c- Água/ cimento ABCP- Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas ANEPAC- Associação Nacional das Entidades de Produtores de Agregados para a Construção Civil A - Área CETEM- Centro de Tecnologia Mineral COPPE- Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós- Graduação e Pesquisa de Engenharia CP- Cimento Portland CP- Corpo de Prova d- altura do corpo de prova dm- Decímetro DNPM- Departamento Nacional de Produção Mineral Ed- Módulo de Elasticidade dinâmico ENTAC- Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído Fc- Carga máxima aplicada ƒc28- Tensão de ruptura aos 28 dias ƒc7- Tensão de ruptura aos 7 dias ƒck- Fator de Resistência do concreto Ff- Carga aplicada no centro do prisma

g- Gramas IBAMA- Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis INEA- Instituto Estadual do Ambiente Kg- Kilograma Kg/l- Kilograma por litro khz- Kilo hertz L Distância m- Massa MG- Minas Gerais mm- Milímetros Mpa- Mega Pascal N- Newton NBR- Normas Brasileiras de Regulamentação P- Carga PIB- Produto Interno Bruto Ra- Resistência de aderência à tração Rc- resistência à compressão Rf- Resistência à tração na flexão RS- Resistente à Sulfatos t- tempo t/hab/ano- Tonelada habitande por ano UFJF- Universidade Federal de Juiz de Fora

UFRJ- Universidade Federal do Rio de Janeiro USGS- United States Geological Survey ρ- Massa específica υ - Coeficiente de Poisson

SUMÁRIO 1 - INTRODUÇÃO... 16 1.1 - OBJETIVO GERAL... 17 1.2 - OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 17 1.3 JUSTIFICATIVA... 17 2 - VOLUME CONSUMIDO DE AGREGADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL... 19 3 - AREIA ARTIFICIAL- TENDENCIA E ALTERNATIVA TECNOLÓGICA... 22 4 - CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA BENEFICIADORA DE AREIA ARTIFICIAL... 27 4 - A PETRA AGREGADOS... 27 5 - PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL... 29 5.1- MATERIAIS... 29 5.2- ARGAMASSAS... 34

5.3 CONCRETOS... 34 5.4 - METODOLOGIA DE EXECUÇÃO DE ENSAIOS... 36 5.4.1 - Ensaios em argamassa de cimento e areia artificial... 36 5.4.1.1- Determinação do módulo de elasticidade dinâmico com uso de areia artificial. 36 5.4.1.2 - Determinação da absorção de água por capilaridade... 38 5.4.1.3 - Determinação da resistência de aderência a tração nos corpos de prova (paredes)... 41 5.4.1.4 - Determinação da resistência à tração na flexão e a compressão... 50 5.4.2 Ensaio em concreto de cimento Portland coma reia artificial... 52 5.4.2.1 Determinação a resistência a compressão mediante a ser um concreto estrutural 52 6 - ANÁLISES E RESULTADOS... 55 6.1 - ARGAMASSA... 55 6.1.1 - Módulo de elasticidade dinâmico... 55 6.1.2 Absorção de água por efeito de capilaridade... 57

6.1.3 Resistência de aderência à tração... 60 6.1.4 Resistência à tração na flexão e à compressão... 64 6.2 CONCRETO... 66 6.2.1- Resistência à compressão... 66 7- CUSTO/BENEFÍCIO DA AREIA ARTIFICIAL EM RELAÇÃO A AREIA NATURAL... 69 7.1 ARGAMASSA... 69 7.1.1 Comparativo de custo/benefício de traço de areia natural... 69 7.1.2 Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:4... 72 7.1.3 Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:5... 73 7.1.4 Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:6... 74 7.1.5 Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:7... 75 7.2- CONCRETO ESTRUTURAL... 77 8 - CONSIDERAÇÕES FINAIS... 78

9 - CONCLUSÕES... 80 10 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 81

1- INTRODUÇÃO A humanidade é dependente dos recursos minerais para a sua sobrevivência. Com o passar do tempo às técnicas de extração, modificação e utilização de minerais extraídos da natureza foram se aperfeiçoando, sendo mais útil para as necessidades construtivas. Porém, com sua evolução, foi necessária a busca de novas técnicas de construção e de materiais capazes de impor mais qualidade e resistência à construção civil, possibilitando a redução dos efeitos da degradação ao meio ambiente. A produção de agregados é a atividade fundamental para a indústria da construção civil. Os materiais minerais disponíveis hoje na natureza, como brita e areia, são os grandes responsáveis pelas construções de empreendimentos, modificando e alterando as paisagens, aumentando a sua qualidade de vida. Atualmente, grande parte dos processos de industrialização com atividade econômica é fonte geradora de resíduos, causando considerável degradação ambiental, desconsiderando muitas vezes, o desenvolvimento sustentável do ambiente construído. Portanto há um esforço por parte de órgãos regulatórios e de fiscalização em coibir a exploração das cavas de rios para produção de areia, isso porque, a atividade provoca diversos impactos negativos ao meio ambiente. Sendo assim, se observa uma migração dos mineradores para locais cada vez mais distantes dos grandes centros urbanos consumidores.

17 Com isso a pedreira trata de centrar- se num desafio atual, o aproveitamento racional dos resíduos provenientes dos processos de britagem, os finos. Além de diminuir o preço de transporte por estar próximo aos grandes centros, esse produto apresenta outras vantagens, tais como: redução no impacto ambiental, redução do estoque de finos nas pedreiras e redução do custo na construção civil. O presente trabalho trata da areia artificial sendo introduzida no mercado do Rio de Janeiro pela pedreira da região metropolitana. 1.1- OBJETIVO GERAL Este trabalho tem como objetivo determinar as características físicas, aplicabilidade, viabilidade técnica e econômica de argamassas de revestimento e concretos confeccionados com areia artificial com substituição total de areia natural. 1.2- OBJETIVOS ESPECÍFICOS Transmitir o conceito e descrever o avanço da areia artificial em relação a mitigação dos impactos ambientais como solução economicamente viável para construção civil no Rio de Janeiro. Apresentar ensaios de caracterização normatizados em relação a areia artificial produzida por pedreira no estado do Rio de Janeiro. Obter concretos com resistência média a compressão de 20 Mpa, com substituição total da areia natural por areia artificial, a partir de um método de dosagem racional. Analisar os resultados obtidos nos ensaios e determinar a aplicabilidade do agregado em argamassas de revestimento e concreto, ressaltando a substituição e resistência do concreto estrutural.

18 1.3- JUSTIFICATIVA O estudo da areia artificial em substituição da areia natural suscita reflexões em relação aos impactos ambientais e econômicos. A retirada de agregado miúdo (natural) agride a natureza, principalmente no que se refere aos rios, modificando em muitas vezes sua calha natural provocando um aumento de vazão de água e/ou acelerando a erosão, afetando a cobertura vegetal pertinentes as margens. Quando a extração é feita em solo arenoso com a criação de cavas, estas podem se transformar em lagos propícios a grandes depósitos de insetos transmissores de doenças, modificando a paisagem natural do meio ambiente. Órgãos de defesa e fiscalização do meio ambiente como o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA) e o Instituto Estadual do Ambiente (INEA), vêm coibindo a prática desordenada de extração de recursos minerais principalmente de agregado miúdo (natural). Dentro desse contexto, os mineradores estão sendo forçados a se afastar cada vez mais do mercado consumidor, aumentando o preço final do produto mais transporte. Neste cenário o setor de agregados enfrenta ainda a questão de estocagem dos finos oriundos do processo de britagem. O pó de pedra, utilizado apenas em trabalhos específicos contribui com o aumento das pilhas de estocagem nas áreas de pedreiras, impactando diretamente em geração de poeira e estagnação de geração a rentabilidade e retorno do capital investido. A areia artificial foi desenvolvida para se tornar viável economicamente e proporcionar menos impactos negativos ao meio ambiente.

19

20 2- VOLUME CONSUMIDO DE AGREGADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL No Brasil o segmento econômico da construção civil é responsável por 14,8% do PIB, representando um importante setor da economia no país. Entretanto, a indústria da construção civil é a responsável por 14 a 50% do consumo dos recursos naturais consumidos pela sociedade em todo planeta (SILVA FILHO et al., 2002). A construção de moradias, saneamento básico, ferrovias, rodovias, hidrovias, portos, aeroportos, viadutos, pontes e outros são exemplo de aplicações dos agregados na construção civil ligadas ao conceito de geração de valor e qualidade de vida da população. O consumo de agregados pode ser considerado como um bom indicador do nível de desenvolvimento econômico e social de um povo. Os Estados Unidos consomem anualmente 7,5 toneladas de agregado por habitante para uso da construção civil, a União Europeia, de 5 a 8 t/hab/ano, enquanto que no Brasil, o consumo está pouco acima de 2t/hab/ano (VALVERDE, 2001).

21 Segundo o Serviço Geológico Americano (USGS United States Geological Survey), o consumo anual de bens minerais por habitante nos EUA, em 2000, foi da ordem de 10.000 kg. Deste total, 5.700 kg foram de rocha britada e 4.300 kg de areia e cascalho. Considerando-se que parte da rocha britada foi usada com fins industriais cimento, cal, indústria química e metalurgia. Ou seja, 75% do consumo médio americano de bens minerais foram de agregados para a construção civil. A produção nacional registrada em 2006 correspondeu a 358 milhões de toneladas, dos quais, 146,0 milhões de toneladas correspondem a pedras britadas e 212,0 milhões de toneladas a areia (VALVERDE, 2007). A produção nacional de agregados em 2004 correspondeu a 226,4 milhões de toneladas, sendo 135 milhões de toneladas de pedras britadas e 128,7 milhões de toneladas de areia (DNPM, 2005). Em 2005 a produção nacional de agregados atingiu 331 milhões de toneladas (VALVERDE 2006). A produção brasileira mostra que entre 2001 e 2007 o consumo de brita cresceu 13,85% e a de areia 14,85%. Em escala monetária, o consumo foi estimado em praticamente dois bilhões de reais anuais no ano de 2007. A grande quantidade de ocorrências e empreendimentos, bem como o fato de os produtos serem homogêneos, satisfaz algumas das condições para a existência de mercados perfeitamente concorrenciais (exceto pelo fato de existirem barreiras a entrada). A implicação disso é que as forças que mais atuam para a formação dos preços é o estado da demanda e a capacidade do parque produtor em atendê-la num dado período. Além do transporte, outro item importante de custo são os equipamentos e peças de reposição, fato normal ao setor mineral, que geralmente é intensivo em tecnologia. Entretanto, para agregados da construção

22 civil, a tecnologia não representa um custo mais significativo do que o transporte devido à relativa baixa intensidade tecnológica da mineração de agregados, em comparação aos demais produtos da indústria mineral. No preço final, o transporte responde por cerca de 1/3 do custo final da areia, e 2/3 do preço final da brita (DNPM, 2009, p. 8). Este setor é o segmento da indústria mineral que comporta o maior número de empresas e trabalhadores e o único a existir em todos os estados brasileiros. As reservas podem ser consideradas abundantes, mas o acesso a elas depende de fatores como legislação ambiental restritiva, da expansão urbana, que esteriliza áreas para aproveitamento, e a distância, pois nada adianta uma jazida de boa qualidade, mas localizada distante demais dos grandes centros consumidores (DNPM, 2009). No Rio de Janeiro com o aumento da construção civil na região metropolitana, o distrito areeiro de Seropédica- Itaguaí tornou se o principal provedor de areia para a construção civil do estado, produzindo cerca de 6.000.000 m³ de areia (~ 10.000.000 toneladas- mais da metade de toda a produção do estado em 2005) e suprindo cerca de 70% da areia da região metropolitana, o que significou uma geração de mais de 300 empregos diretos e dezenas de indiretos. Atualmente são mais de 80 cavas de extração de areia em atividade, compreendendo uma área total de 40 km² e a reserva estimada de 540m³ ( todo distrito areeiro). Portanto há a necessidade de substituição de areia natural por outro agregado que tenha as mesmas finalidades, além da informalidade prejudicando muito o desenvolvimento de uma região, não há areia suficiente para o volume atual de construções e a natureza sofre consequências como agressão à calha dos rios e suas margens. A substituição deste agregado é uma necessidade ecológica e uma tendência tecnológica (ENTAC, 2006). Segundo Pereira (2004),a extração da areia natural em leito de rios chega a cerca de 90% os restantes 10% são de outras fontes. Os órgãos de fiscalização ambiental, como o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente - IBAMA têm restringido essa atividade extrativa.

23 Desta forma, há necessidade de buscar novas localidades, fazendo com que cada vez mais aumente a distância entre o consumidor e o produtor, sendo em média de 200 km, aumentado assim cerca de 70% o valor do produto final (PEREIRA, 2004): FIGURA 1- Evolução da produção de agregados no Brasil 500 450 400 350 300 250 200 Areia Brita Agregados 150 100 50 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Fonte: DNPM, (VALVERDE e TS UCHIYA, 2011)

24 3- AREIA ARTIFICIAL- TENDENCIA E ALTERNATIVA TECNOLÓGICA Devido ao grande avanço, a construção civil é a única consumidora de areia, aumentando a cada ano o volume a ser consumido. Contudo, tendo em vista as eleições de 2014, planos habitacionais, obras contratadas do governo federal e obras visando o Campeonato Mundial de 2014, a demanda deve aumentar em todo o país e os preços devem crescer pelo menos até 2014. Particularmente seu uso encontra-se em setores repartidos no mercado como revendedores (lojistas), fábrica de artefatos de concreto, empresas de prémoldados de concreto, usinas de concreto asfáltico, empresas de concreto usinado e material para compor terraplenagem (sub-base e base) de rodovias e ferrovias. Estas divisões de setores são responsáveis pela infraestrutura, construção pesada e moradias contemplando as edificações em nosso país. No Rio de Janeiro os principais polos produtores são: Seropédica/Itaguaí, Barra de São João/ Silva Jardim, Cabo Frio e Rio Paraíba do Sul. Segundo o site da Associação Nacional das Entidades de Produtores de Agregados para Construção Civil (ANEPAC), o consumo de areia está dividido em 35% para argamassa, 20% concreteiras, 15% construtoras, 10% pré-fabricados, 10% revendedores/lojas, 5% pavimentadoras/ usinas de asfalto, 3% órgãos públicos e 2% outros.

25 Em 2011, o cenário econômico da indústria de construção mostrou que, apesar de terse registrado uma desaceleração das vendas no mercado imobiliário, o crescimento da construção foi superior ao PIB, com o crédito para habitação em contínua expansão, manutenção do pleno emprego e elevação dos custos da mão-de-obra (DNPM, 2012). Na Região Metropolitana do Rio de Janeiro, a situação é uma incerteza, já que há grandes reservas em exploração dentro da região, principalmente em Piranema, nos municípios de Itaguaí e Seropédica, fornecedor de 80% da demanda do Grande Rio. Entretanto, a região já importa areia da região de Campos (250 km do Rio de Janeiro) e do Vale do Rio Paraíba do Sul (120 km), devido a restrições de órgãos ambientais que proíbem as extrações em regiões mais próximas dos grandes centros. A situação do Rio de Janeiro pode se tornar bastante crítica, caso seja proibida a extração de areia em Piranema, ameaça que constantemente ronda os mineradores. Há que se resolver definitivamente a situação no local, dando garantias de que a mineração será permitida enquanto houver reservas, sabendo que diversas formas de vegetação e florestas situadas às margens dos cursos d`água são consideradas como área de preservação permanentes. As maiores distâncias de transporte e o maior custo final do produto em grandes centros urbanos, como Rio de Janeiro, têm criado importantes desafios e oportunidades para a indústria de agregado no Brasil no sentido de buscar materiais alternativos à areia natural( ALMEIDA, 2005). No que se refere agregados miúdos para poder fazer as séries históricas de produção e consumo, foi usada a relação que existe entre o consumo da areia com o consumo do cimento e informações parciais. Assim, a produção de 2007 foi estimada em 250 milhões de toneladas, a de 2008 em 279 milhões de toneladas.

26 Para estimativa do consumo histórico da areia, a correlação foi feita com o consumo do cimento. Em 2005, foram 223 milhões de toneladas; em 2006, 244 milhões; em 2007, 268 milhões. Para 2008, estimou-se um consumo de 301 milhões de toneladas de areia. Na projeção para 2030, prevê-se que o consumo atinja 524 milhões de toneladas no cenário frágil, 827milhões de toneladas no cenário vigoroso e 1.276 milhões de toneladas no cenário inovador, segundo critérios do RT 01 de Calaes. Segundo Almeida (2005) cerca de 90% da areia consumida é extraída do leito de rios, sendo responsável pela degradação das matas ciliares e assoreamento dos cursos d`água. Um material que pode atender essas especificações é a areia produzida a partir de processos de cominuição de rocha sã, também chamada de areia de brita, areia artificial ou areia manufaturada (ALMEIDA, 2005). Segundo Tiecher (2003), a areia artificial é um produto alternativo, que causa menor degradação ao meio ambiente. Se utilizada para produção de argamassas denota maior aderência que a areia natural, pois possui grãos mais angulosos e ásperos ``. De acordo com Petrucci, (1998), as melhores areias artificiais são as que provêm de granitos e pedras com grande proporção de sílica`. São várias as vantagens técnicas obtidas dessa real substituição, dentre as quais são temos as características e controles constantes realizados nas areias artificiais, com um alto investimento em mão de obra especializada para tal controle. Mas também existem diferenças entre esses dois tipos de agregados e, portanto, é necessário adequar este novo produto no que se refere à distribuição granulométrica (caracterização), (GUACELLI, 2010).

27 De acordo com a ABNT- NBR 9935:2011, define agregado como: Material granular, geralmente inerte, com dimensões e propriedades adequadas para a preparação de argamassa ou concreto``. Agregado natural é o material pétreo granular que pode ser utilizado tal e qual encontrado na natureza, podendo ser submetido a lavagem, classificação ou britagem. Agregado artificial é granular resultante de processo industrial envolvendo alteração mineralógica, química ou físico- química da matéria-prima original, para uso como agregado em concreto e argamassa. Agregado miúdo é o agregado cujos os grãos passam na peneira com abertura de malha 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha 150 µm, atendidos os requisitos da ABNT NBR 7211:2009. Areia é o agregado miúdo originado através de processos naturais ou artificiais de desintegração de rochas ou provenientes de outros processos industriais. Pó de pedra é o material granular proveniente da britagem de rocha, que passa na peneira de malha 6,3 mm. Finos são o material granular que passa na peneira com abertura de malha de 150 µm. Materiais pulverulentos são as partículas com dimensão inferior a 75 µm, inclusive os materiais solúveis em água, presentes nos agregados.

28 A norma ABNT NBR 9935:1987 classificava como agregado natural aquele que pode ser utilizado tal e qual encontrado na natureza, a menos de lavagem e seleção; e agregado artificial como o resultante de processo industrial, incluindo britagem de rocha ou pedregulho``. A norma em vigência NBR 9935:2011, por outro lado, classifica os agregados obtidos através de processo de britagem como naturais, visto que leva em conta a origem do material, enquanto a anterior considerava o processo de obtenção (GUACELLI, 2010). A utilização de agregados miúdos derivados do processo de britagem de rochas já são utilizados a mais de 30 anos em países desenvolvidos, já notando a importância da substituição de areia extraídas de leitos de rios. Dependendo da sua granulometria a areia artificial possui diversas aplicações, quais sejam: Areia fina (0,075 2,00)mm: Argamassa para levantamento de alvenarias e reboco e serviços em que são utilizadas as argamassas em geral; Areia média (0,075 6,3)mm: Concretos estruturais confeccionados em obras e pré fabricados e serviços em que são utilizados os concretos em geral. Segundo Almeida (2005), são várias as vantagens dessa substituição, e dentre elas destacam- se as seguintes: Obtenção de areia com características constantes;

29 Redução dos custos da construção civil; Baixo teor de umidade; Proximidade entre produção e consumidor final dos agregados miúdos; Redução do impacto ambiental decorrente da extração de areia de rio. Desta forma existem diferenças importantes nas características destes agregados, ou seja: Na produção de areia artificial, apresenta elevada proporção de partículas menores que 0,075 mm (tipicamente entre 10 e 25 %)- (ALMEIDA 2004). A fim de atender à especificação granulométrica imposta pela NBR 7211:2009 (agregados para concreto) impõe um limite de no máximo 10% para concreto submetido a desgaste superficial. CAMARINI e ISHIKAWA (2004) também chegaram à mesma conclusão em seus estudos, salientando, ainda, que o teor de material pulverulento não contribui para aumentar a retenção de água, e que a argamassa produzida com esse agregado melhora a plasticidade, diminui o teor de ar aprisionado e contribui para o aumento da massa específica. Segundo SILVA e CAMPITELLI (2005) conclui-se que as partículas da areia britada são angulosas, portanto menos esféricas, influindo negativamente na trabalhabilidade da argamassa, sendo esta uma das dificuldades na sua utilização, enquanto que as partículas da areia natural são sub arredondadas.

30 4- CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA BENEFICIADORA DE AREIA ARTIFICIAL 4.1- A PETRA AGREGADOS A empresa por atuar no estado de Minas Gerais e na região serrana do Rio de Janeiro, levou os sócios a despertaram interesses no estado. Através de uma consultoria bem elaborada conseguiram um terreno próximo à rodovia presidente Dutra que era uma antiga pedreira desativada, inicialmente pensou-se em um projeto com capacidade produtiva de 30.000 m³/mês, porém os sócios da Petra concluíram que o projeto era inviável, por possuir uma área pequena, com o inconveniente adicional de apresentar vários vizinhos, como por exemplo, pequenas indústrias e moradores localizados muito próximos à futura instalação. Em 2010, a empresa voltou a se interessar pelo mercado do Rio de Janeiro, iniciando buscas por novos terrenos, realizando sobrevoos e prospecções. Mais uma vez não conseguiu encontrar nenhuma área que fosse vantajosa, pois a região metropolitana do Rio já estava toda mapeada e as concessões dos morros já se achavam nas mãos de terceiros.

31 A solução encontrada foi viabilizar o terreno no município de Queimados. A área tinha como maior diferencial o fator logístico por estar localizado próxima a importantes rodovias, o que facilitaria o escoamento da produção. Assim nasceu a Petra agregados no Rio de Janeiro, o novo nome engloba a unidade de Minas Gerais e Rio. Iniciou- se o processo de aquisição de áreas ao entorno de um tamanho de 170.000 m² para 1.200.000 m² de área. A estimativa de produção de 200.000 m³/mês, assim atendendo as grandes obras do estado e desenvolvendo sustentabilidade e tecnologia. O ano de 2011 marcou o começo da prospecção do subsolo através de estudos feitos por geólogos, que detectaram a presença de rocha entre seis e dez metros de profundidade. Iniciou se então a etapa de cotação de preços e subsequente compras de máquinas e equipamentos de terraplenagem. A escavação do terreno teve início com o trabalho de decape, e logo percebeu- se que a rocha estava a uma profundidade muito maior do que o esperado. A empresa contratou novos serviços de sondagem que mostraram que o material de transição acima da rocha tinha na verdade, aproximadamente 40 metros de espessura, o que gerou grande preocupação relativa aos custos de decape. Uma solução para este problema foi buscada e observando- se a composição granulométrica da camada de transição, que era de 85% areia, 7% argila e 8 % pedregulho, aventou- se a possibilidade de beneficiar esse material em areia artificial sendo hoje a pioneira no mercado do Rio de Janeiro.

32 5- PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL O planejamento experimental deste trabalho foi desenvolvido de modo a conferir as características da areia artificial produzida pela pedreira Petra Agregados sendo verificado que até os dias atuais é a única a beneficiar o agregado miúdo no estado do Rio de Janeiro e determinar sua aplicabilidade em concretos e argamassas de revestimento, verificando também a parte econômica e financeira em comparação com areia natural. O apêndice A ilustra um esquema dos ensaios realizados. 5.1- MATERIAIS Cimento: CP III 32 RS (Resistente a sulfatos) Areias: Para produzir e confeccionar argamassas de revestimento e concretos foram utilizados dois tipos de areias respectivamente, areia fina e areia média produzidos pela pedreira Petra Agregados. A seguir encontram- se algumas características desses materiais citados:

33

34 1. Ensaio granulométrico: TABELA 1- Granulometria da areia artificial fina produzida na pedreira Petra agregados no Rio de Janeiro. GRANULOMETRIA PENEIR A PESO PORCENTAGEM ( mm ) RETIDO RETIDA ACUMUL. 76 64 50 38 32 25 19 12,5 9,5 6,3 - % % 4,8 - % % 2,4 - % % 2,0 - % % 1,2 45,3 4,53 % 4,53 % 0,6 223,7 22,37 % 26,90 % 0,3 366,4 36,64 % 63,54 % 0,15 252,5 25,26 % 88,79 % 0,075 79,1 7,91 % 96,70 % FUNDO 33,0 3,30 % 100 % TOTAL 1000,0 100,00 % FIGURA 2- Representações granulométricas da areia artificial fina