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Universidade Estadual de Feira de Santana Departamento de Tecnologia Colegiado de Engenharia Civil
Márcio Carneiro Boaventura
Avaliação da Resistência à Compressão de Concretos Produzidos com Resíduos de Pneus
Feira de Santana
2011
Márcio Carneiro Boaventura
Avaliação da Resistência à Compressão de Concretos Produzidos com Resíduos de Pneus
Orientador: Antônio Freitas da Silva Filho Co-Orientador: Elvio Antonino Guimarães
Feira de Santana 2011
Trabalho monográfico, apresentado ao Colegiado do Curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira de Santana, como parte dos requisitos para aprovação na disciplina Projeto Final II.
Márcio Carneiro Boaventura
Avaliação da Resistência à Compressão de Concretos Produzidos com Resíduos de Pneus
Feira de Santana, 27 de julho de 2011.
_______________________________________________________
Professor Antônio Freitas da Silva Filho – Mestre em Engenharia Universidade Estadual de Feira de Santana
_______________________________________________________ Professor Elvio Antonino Guimarães – Mestre em Engenharia
Universidade Estadual de Feira de Santana
_______________________________________________________ Professor Eduardo Antônio Lima Costa – Mestre em Engenharia
Universidade Estadual de Feira de Santana
Trabalho monográfico, apresentado ao Colegiado do Curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira de Santana, como parte dos requisitos para aprovação na disciplina Projeto Final II.
Aos
Meus pais, Wilson e Neusa, pelo apoio,
carinho e incentivo.
AGRADECIMENTOS
Cada conquista realizada pelo homem é motivada também por ações de outras
pessoas, influenciando de forma direta ou indireta para concretização de um
sonho ou projeto. Durante a elaboração desse trabalho amigos e novas
pessoas que conheci, contribuíram para o desenvolvimento e a conclusão
desse projeto. A essas pessoas deixo o meu muito obrigado.
À Universidade Estadual de Feira de Santana, em especial ao Laboratório de
Tecnologia, por ceder o espaço físico e os equipamentos necessários para a
realização do trabalho.
Aos professores Antônio Freitas da Silva Filho e Elvio Antonino Guimarães,
pela orientação e disposição durante todo o período da pesquisa.
Aos amigos que conquistei durante a realização da graduação em Engenharia
Civil, em especial à Alisson, Leocleriston, Reinaldo, Thiago, Danilo, Eduardo,
entre outros que foram de fundamental importância para a realização desse
projeto.
À minha família, em especial aos meus pais, pelo apoio constante em função
do meu aprendizado.
À reformadora de pneus Socorro, por ter cedido o material utilizado nessa
pesquisa.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................... 13 1.1 JUSTIFICATIVA ............................................................................. 15 1.2 OBJETIVOS ................................................................................... 16 1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................. 16
1.2.2 Objetivos Específicos ..................................................................... 16
1.3 METODOLOGIA ............................................................................. 17
1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA .................................................. 17
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................... 19 2.1 HISTÓRIA DA BORRACHA E O SURGIMENTO DOS PNEUS .... 19 2.2 A GERAÇÃO DE PNEUS INSERVÍVEIS ....................................... 20
2.3 IMPACTOS ORIUNDOS PELA DISPOSIÇÃO IRREGULAR DE PNEUS ........................................................................................... 21
2.4 UTILIZAÇÃO DOS RESÍDUOS DE PNEUS NA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL .................................................................... 23
2.5 CONCRETOS DE CIMENTO PORTLAND .................................... 27
2.5.1 Propriedades dos Concretos Produzidos com Resíduos de Pneus Inservíveis ...................................................................................... 28
2.6 AGREGADOS ................................................................................ 42
2.6.1 Propriedades dos Resíduos de Pneus Utilizados Como Agregados para a Produção de Concretos .................................... 45
2.7 DOSAGEM DE CONCRETO COM RASPA DE PNEU .................. 49
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL ...................................................... 52 3.1 COLETA E BENEFICIAMENTO DO RESÍDUO DE PNEU ............ 52 3.2 MATERIAIS UTILIZADOS .............................................................. 53 3.2.1 Cimento Portland ............................................................................ 53 3.2.2 Agregado Miúdo ............................................................................. 54 3.2.3 Agregado Graúdo ........................................................................... 56 3.2.4 Resíduo de Borracha ...................................................................... 58 3.2.5 Água ............................................................................................... 60 3.3 ESTUDO DE DOSAGEM E PRODUÇÃO DOS CONCRETOS ..... 61 3.4 PROPRIEDADES AVALIADAS ...................................................... 66 3.4.1 Trabalhabilidade ............................................................................. 67 3.4.2 Coesão ........................................................................................... 67
3.4.3 Resistência à Compressão Axial .................................................... 67 4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS .............. 68 4.1 ESTADO FRESCO ......................................................................... 68 4.1.1 Trabalhabilidade ............................................................................. 68 4.1.2 Coesão ........................................................................................... 69 4.2 ESTADO ENDURECIDO ................................................................ 70 4.2.1 Tipo de Ruptura .............................................................................. 70 4.2.2 Resistência à Compressão Axial .................................................... 70 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................... 75 5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................. 75 REFERÊNCIAS .......................................................................................... 76
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 Trabalhabilidade dos concretos produzidos com resíduos de pneus ....................................................................................... 30
Figura 02 Abatimento de tronco de cone para diferentes teores de borracha e relação água/cimento ............................................. 31
Figura 03 Massa unitária do concreto fresco em função do teor de borracha utilizado na mistura ................................................... 32
Figura 04 Teor de ar incorporado em função do teor de borracha utilizado na mistura .................................................................. 33
Figura 05 Consumo de cimento em função do teor de borracha utilizado na mistura ................................................................................ 34
Figura 06 Propriedades dos concretos com diferentes teores de borrachas nos estados endurecidos e fresco .......................... 37
Figura 07 Fator de redução de resistência à compressão e teor de borracha por volume total de agregados ................................. 39
Figura 08 Comportamento de ruptura de concretos produzidos sem adição de borracha ( a ) e com adição de resíduos de pneus ( b ) ............................................................................................. 40
Figura 09 Comparação por MEV das partículas de borrachas de pneus sem (a) e com o tratamento de NaOH (b) ................................ 46
Figura 10 Curva granulométrica do resíduo de borracha utilizado como agregado miúdo ....................................................................... 48
Figura 11 Comportamento dos agregados de borrachas em concretos submetido ao esforço de compressão ..................................... 49
Figura 12 Curva granulométrica do agregado miúdo utilizado na produção dos concretos ........................................................... 56
Figura 13 Curva granulométrica do agregado graúdo utilizado na produção dos concretos ........................................................... 58
Figura 14 Detalhe do resíduo de pneu retido na peneira # 2,36 mm ....... 59
Figura 15 Curva granulométrica do resíduo de pneu utilizado na produção dos concretos ........................................................... 60
Figura 16 Ensaio de abatimento de tronco de cone ................................. 64
Figura 17 Avaliação da coesão do concreto ............................................ 65
Figura 18 Avaliação da plasticidade do concreto ..................................... 65
Figura 19 Confecção dos corpos-de-prova .............................................. 66
Figura 20 Tipos de ruptura dos concretos produzidos ............................. 70
Figura 21 Resistência à compressão média dos concretos ..................... 73
Figura 22 Resistências relativas dos concretos produzidos em comparação ao concreto de referência .................................... 73
LISTA DE QUADROS
Quadro 01 Algumas Pesquisas Desenvolvidas no Brasil com
Resíduos de Pneus .............................................................. 26
Quadro 02 Propriedades no estado fresco dos concretos produzidos com proporções diferentes de substituição em volume de agregados graúdos por resíduos de borracha ..................... 34
Quadro 03 Massa Unitária e Massa Específica da Borracha em Kg/dm³ ................................................................................. 47
Quadro 04 Caracterização Física dos Agregados ................................. 48
Quadro 05 Sequência dos procedimentos de dosagem de concreto pelo método IPT ................................................................... 51
Quadro 06 Caracterização do Cimento CP II – Z – 32 .......................... 54
Quadro 07 Resultados de caracterização física do agregado miúdo .... 55
Quadro 08 Resultados de caracterização física do agregado graúdo ... 57
Quadro 09 Resultados de caracterização física do resíduo de pneu .... 59
Quadro 10 Determinação do teor de argamassa e fator A/C (inicial)
para a relação agregado/cimento 1:5 .................................. 62
Quadro 11 Traço unitário, em massa, do concreto de referência .......... 63
Quadro 12 Quantidade de materiais por metro cúbico de concreto para cada uma das misturas avaliadas ............................... 63
Quadro 13 Resultados dos ensaios de abatimento de tronco ............... 69
Quadro 14 Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos concretos convencionais (T0) aos 28 dias ........................... 71
Quadro 15 Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos concretos produzidos com 5,0 % em volume de borracha (T5) aos 28 dias ................................................................... 71
Quadro 16 Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos concretos produzidos com 10,0 % em volume de borracha (T10) aos 28 dias ................................................................. 72
Quadro 17 Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos concretos produzidos com 15,0 % em volume de borracha (T15) aos 28 dias ................................................................. 72
LISTA DE ABREVIATURAS
A/C Relação água / cimento
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANIP Associação Nacional de Indústria de Pneumático
ASTM American Society for Testing and Materials
CAD Concreto de Alto Desempenho
CV Coeficiente de Variação
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis
IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
MPa Mega Pascal
NBR Norma Brasileira
NM Norma Mercosul
Sd Desvio Padrão
RESUMO
A utilização de materiais alternativos é uma forma inteligente e satisfatória de
amenizar os efeitos da degradação à natureza. Pesquisas demonstram que o
uso de resíduo de pneus para produção de concretos e argamassas é
tecnicamente viável e essa prática está em ascendente expansão. Pois, a
disposição irregular desse produto acarreta enormes problemas às autoridades
governamentais de todo o mundo. Além disso, a depender da maneira e
condições com que foram acondicionados na natureza, os pneus inservíveis
podem demorar séculos para se desagregar. O objetivo desse trabalho é
analisar a viabilidade da substituição parcial do agregado natural pelo agregado
proveniente de resíduo de pneus inservíveis na produção de concreto. Visto
que, a utilização desses resíduos na cadeia produtiva da construção civil não
deve apresentar apenas benefícios de caráter ambiental e sim favorecer a
melhoria de alguma propriedade do material desenvolvido. Para isso, foram
verificados através dos ensaios de resistência à compressão axial e do
abatimento do tronco de cone as características dos concretos produzidos com
quatro teores de substituição do agregado miúdo pela borracha oriunda de
pneus inservíveis. Os resultados obtidos apontam que há uma redução na
resistência à compressão e melhoria da trabalhabilidade dos concretos
produzidos com resíduos de pneus.
Palavras-Chave: pneus inservíveis, resistência à compressão de concretos.
ABSTRACT
The use of alternative materials is one intelligent and satisfactory way to
mitigate the effects of nature degradation. Research shows that using waste
tires in concrete and mortar productions technically feasible and this practice is
in ascending expansion. The irregular disposal of this product brings huge
problems to government authorities around the world. Moreover, depending on
the manner and conditions were kept in nature, useless tires can take centuries
to decay. The aim of this study is to analyze the feasibility of replacing the
partial of the natural aggregate by aggregates of useless tires in the production
of concrete. Whereas, the use of such waste in the supply chain of construction
should not only provide benefits to the environment, and so facilitate the
improvement of some property of the material developed. To do so, samples
of concrete with different levels of rubber from useless tires were verified
through axial compressive test and slump test. Results indicate that there is a
reduction in compressive strength and improvement of the workability of
concrete made with waste tires.
Key Words: useless tires, compressive strength of concrete.
13
1 INTRODUÇÃO
A atual modernização tecnológica acelera o consumo de energia e a
exploração dos recursos naturais para a produção de novos produtos e
materiais. As questões energéticas e ambientais vêm sendo discutidas por
todos os países, ocasionando em determinadas regiões geográficas conflitos
populares tendo como foco a preservação dos recursos energéticos e
ambientais. Além disso, ainda há inúmeros outros problemas sociais a serem
enfrentados pelas autoridades e sociedades contemporâneas, a exemplo do
elevado déficit habitacional.
De acordo com pesquisa realizada pela Agência de Informação Frei Tito para
América Latina (ADITAL, 2008), os dados oficiais revelam que 8 milhões de
famílias vivem sem habitação no Brasil, enquanto que os movimentos sociais
rebatem essa informação e estimam em 20 milhões de famílias na
precariedade habitacional. Analisada sob aspectos técnicos, a problemática da
moradia se agrava pelo uso e desenvolvimento insuficiente de novas
tecnologias; desperdício de materiais; baixa qualificação profissional.
A indústria da construção civil é considerada uma das esferas da economia
mundial que mais consome energia e que extrai grande quantidade de recursos
naturais para a produção de materiais de construção (ÂNGULO et al., 2004;
TOZZI, 2006; ULSEN, 2006; AFFONSO, 2005; BALLISTA, 2003). Diante desta
situação, esse setor vem sendo estimulado a aprimorar os seus processos
construtivos, de forma a garantir o uso racional dos materiais nos canteiros de
obras.
Outro fator a se considerar é a quantidade de pneus inservíveis dispostos
irregularmente na natureza. Conforme as informações divulgadas pela
Associação dos Fabricantes de Pneumáticos de Automóveis do Japão, o
descarte de pneus velhos por ano em todo mundo é de aproximadamente 1
bilhão de unidades (JATMA, 2008). Segundo a Associação Nacional das
14
Indústrias Pneumáticas (ANIP), cerca de 50 milhões de pneus novos são
produzidos anualmente no Brasil. Com relação aos pneus inservíveis, somente,
26,5% têm destinação ambientalmente adequada e regulamentada (TRIGO et
al, 2008).
A limitação das jazidas minerais e o excesso de pneus dispostos de forma
inadequada na natureza proporcionam preocupação governamental, ambiental
e social, fazendo com que sejam criadas e elaboradas novas técnicas de
desenvolvimento na cadeia produtiva. Esse desenvolvimento deve ser
sustentável, garantindo as gerações futuras à utilização desses recursos
ambientais.
A geração de resíduos sólidos municipais, notadamente de resíduos de pneus
inservíveis, tem sido um dos grandes problemas enfrentados pelos
governantes e indústrias do âmbito pneumático, visto que a Resolução
CONAMA 258/1999, obriga, por parte dos fabricantes e importadores, a correta
destinação e beneficiamento desses pneus quando não apresentarem
condições de uso. Outros aspectos a serem considerados, em relação à
disposição irregular de pneus, são os prejuízos provocados à saúde pública
como o favorecimento à proliferação de vetores transmissores de doenças e a
emissão de gases tóxicos quando queimados.
O uso do resíduo de pneus inservíveis na cadeia produtiva vem sendo aplicada
pelos profissionais da construção civil para produção de diversos artefatos
(concretos, pavimentação asfáltica, meios-fios, entre outros). Esse fato
minimiza a extração dos recursos naturais e, consequentemente, o consumo
de energia necessária para a exploração desses recursos (KAMIMURA, 2002).
Dessa forma, o estudo do comportamento mecânico destes concretos
confeccionados a partir da substituição dos agregados naturais por agregado
proveniente da raspagem de pneus é indispensável para a utilização segura
dos mesmos e isso pode ser um grande avanço na questão ambiental,
econômica e social da construção civil.
15
1.1 JUSTIFICATIVA
O atual avanço tecnológico acarreta no aumento exponencial na quantidade de
recursos extraídos na natureza, favorecendo o surgimento de um maior volume
dos diversos tipos de resíduos gerados pela sociedade. Esses fatores são
motivos de grande inquietação para os órgãos governamentais, pois interferem
diretamente nos índices de desenvolvimento socioeconômico de um país. Além
disso, os aspectos acima podem influenciar de forma impresumível ao meio
ambiente.
Outro fator motivado pelo crescimento demográfico, merecedor de maior
atenção por parte dos gestores, é o déficit habitacional existente no Brasil. Para
minimizar ou até mesmo extinguir essa necessidade social é preciso que novas
tecnologias e materiais sejam desenvolvidos, procurando sempre a
preservação dos recursos naturais disponíveis e a redução dos custos finais
desses produtos. A preocupação ambiental em conservar as jazidas minerais e
os custos elevados de alguns materiais utilizados na produção de concretos,
vem fazendo com que se busquem alternativas de utilizar novos materiais na
cadeia produtiva da construção civil.
A utilização de resíduo de pneus na confecção de concretos é uma prática
quem vem sendo utilizada nos últimos anos. Existem diversas pesquisas
desenvolvidas, nas quais foram produzidos concretos substituindo parte dos
agregados naturais por agregados provenientes de resíduos de pneus
inservíveis (FRANÇA et al. 2004; BARBOSA et al. 2006; GIACOBBE et al.
2008; ROMUALDO et al. 2011). Os resultados desses estudos apontam que
esses concretos são tecnicamente viáveis quando utilizados sem função
estrutural, além de serem confeccionados de forma ecologicamente correta. Ao
mesmo tempo, o uso desses resíduos na cadeia produtiva tenderá a reduzir os
transtornos ocasionados à saúde pública, além de agregar maior valor
econômico a esse tipo de resíduo.
16
Portanto, justifica-se o estudo das propriedades mecânicas dos concretos
produzidos com resíduo de pneus inservíveis, colaborando através de ensaios
de laboratórios a viabilidade técnica dos mesmos e a sua aplicação para
construção de habitações de interesse social.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Analisar a viabilidade da substituição parcial do agregado natural
pelo agregado proveniente de resíduo de pneus inservíveis na
produção de concreto.
1.2.2 Objetivos Específicos
Verificar a trabalhabilidade dos concretos produzidos com a
substituição parcial do agregado miúdo pelo resíduo de pneus.
Avaliar a resistência à compressão axial do concreto, quando for
substituído parte do agregado natural por agregado procedente da
reciclagem de resíduos de pneus inservíveis.
17
1.3 METODOLOGIA
A metodologia utilizada para o desenvolvimento desse trabalho de conclusão
de curso foi divida em algumas etapas de estudos e pesquisas, conforme é
apresentada abaixo:
Realização de revisão bibliográfica do tema estudado, através de
livros, teses de doutorado, dissertações de mestrado, trabalhos de
conclusão de curso de especialização e graduação, periódicos
técnicos e quaisquer outro meio de informação disponível;
Coleta do material pesquisado em uma empresa de recauchutagem,
reciclagem e beneficiamento de resíduos de pneus;
Caracterização dos materiais utilizados na pesquisa de acordo com
as normas técnicas vigentes no Brasil;
Estudo e desenvolvimento dos traços para a produção dos concretos
através de uma adaptação do método recomendado pelo Instituto de
Pesquisa Tecnológica (IPT);
Produção e moldagem dos corpos de prova de acordo com os
requisitos estabelecidos pela NBR 5738/03;
Execução dos ensaios dos corpos de prova, em laboratório
especializado em materiais de construção e estruturas de concreto,
conforme os procedimentos das normas técnicas brasileiras;
Análise dos resultados obtidos.
1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA
A estrutura desse trabalho é composta por cinco capítulos, sendo que os
mesmos são apresentados de forma sucinta a seguir.
O primeiro capítulo constitui a introdução ao tema estudado, a contextualização
do assunto realçando a importância da reciclagem dos resíduos de pneus
18
inservíveis. Também estão apresentados a justificativa, os objetivos e a
estrutura da monografia.
No segundo capítulo consta a fundamentação teórica sobre os resíduos de
pneus inservíveis. Onde são tratados os aspectos relativos à sua geração,
volume gerado, principais características, utilização na construção civil e as
propriedades dos concretos produzidos com esse tipo de material.
O programa experimental desenvolvido para a execução da pesquisa é
apresentado no terceiro capítulo. A procedência, a coleta, o beneficiamento, a
caracterização dos resíduos de pneus inservíveis, os materiais utilizados, a
dosagem, a produção dos concretos e as propriedades avaliadas.
A apresentação dos resultados através de Quadros e gráficos com os valores
encontrados para cada um dos concretos produzidos, a discussão dos
resultados e as análises estatísticas são mostradas e tratadas no quarto
capítulo.
A partir das discussões dos resultados da substituição parcial em volume de
agregados naturais por agregados oriundos da reciclagem de resíduos de
pneus inservíveis, foram realizadas as considerações finais, as conclusões e as
sugestões para trabalhos futuros no capítulo cinco.
As referências utilizadas para o estudo teórico que serviram de base para o
desenvolvimento experimental dessa pesquisa são apresentadas no final da
monografia.
19
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 HISTÓRIA DA BORRACHA E O SURGIMENTO DOS PNEUS
Depois da descoberta do fogo a roda é considerada pelos historiadores como a
principal invenção tecnológica da humanidade, visto que a mesma permitiu que
as sociedades viajassem e transportassem coisas com maior facilidade de um
local para o outro. Além disso, essas viagens passaram a ser mais rápidas e
com maior poder de quantidade de cargas.
Muitos séculos depois foi descoberta, pelo americano Charles Goodyear, de
maneira acidental o processo de vulcanização da borracha (GOODYEAR,
2009). De acordo com a Associação Nacional das Indústrias Pneumáticas
(ANIP, 2007), a vulcanização concebeu como um marco para o processo de
industrialização mundial.
Apesar das rodas trazerem muitos benefícios a todas as civilizações elas ainda
geravam transtornos e desconfortos, pois as antigas carruagens eram
equipadas com rodas produzidas com madeira e revestidas por material
metálico. Baseado nos estudos de Ruffo (2009), os primeiros automóveis
possuíam o mesmo sistema das carruagens onde eram utilizados aros
metálicos com madeira. Ainda de acordo com o autor, após a descoberta do
processo de vulcanização esses aros começaram a serem vestidos com
borrachas vulcanizadas.
Somente a partir desse revestimento se deu o surgimento e utilização dos
pneus, pois além de revestirem as rodas aumentou a segurança nas freadas e
diminuiu as trepidações nos veículos (ANIP, 2007). A inicialização da produção
de pneus no Brasil ocorreu a partir da implantação do Plano Geral de Viação
Nacional. A concretização desse plano aconteceu em 1936 com a instalação
20
da Companhia Brasileira de Artefatos de Borracha, no Rio de Janeiro, que em
seu primeiro ano de vida fabricou mais de 29 mil pneus (ANIP, 2007).
2.2 A GERAÇÃO DE PNEUS INSERVÍVEIS
A geração de resíduos sólidos é um dos problemas mais graves da sociedade
contemporânea (BARCELOS, 2009; VALÉRIO, et al., 2008; FRÉSCA, 2007).
Ainda de acordo com os estudiosos, a geração desses resíduos é reforçada
pelo crescimento desordenado das cidades e das populações. Além disso,
pode-se afirmar que o desenvolvimento tecnológico e industrial; as mudanças
de hábitos e de consumo das pessoas contemporâneas interferem diretamente
na geração de resíduos.
Entre os resíduos sólidos gerados pela população, os pneus começam a
ocupar papel de destaque na discussão dos impactos sanitários e ambientais.
Baseado nas informações divulgadas pela Associação dos Fabricantes de
Pneumáticos de Automóveis do Japão (JATMA, 2008), foi produzido cerca de
1,4 bilhões de pneus novos em todo o mundo somente no ano de 2006. Essa
mesma associação estima que o descarte anual de pneus usados atinja a
marca de quase 1,0 bilhão de unidades.
Conforme os dados publicados pela Associação Nacional de Indústrias
Pneumáticas, são produzidos no Brasil cerca de 50 milhões de pneus novos a
cada ano (ANIP, 2007). Além disso, a ANIP estima que metade dos pneus
fabricados e distribuídos no país é consumidos em apenas um único ano.
De acordo com pesquisa realizada pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas,
53,2% dos pneus consumidos anualmente no Brasil são considerados pneus
inservíveis por não apresentarem mais condições de uso (ANIP, 2007). Do total
de pneus inservíveis gerados no Brasil, apenas 26,5% são destinados de forma
ambientalmente correta e regulamentada (TRIGO et al., 2008).
21
Baseado nos estudos desenvolvidos por Giacobbe et al. (2008), os pneus que
não são descartados de modo ecologicamente correto são dispostos em
lugares impróprios, a exemplo de: lixões, beira de estradas, cursos de água e
terrenos baldios, entre outros. Dessa forma esses resíduos tornam-se
potencialmente maléfico à saúde pública e ao meio ambiente.
Ainda de acordo com Giacobbe et al. (2008), o resíduo de pneu apresenta um
lento processo de decomposição e baixa compressibilidade; carecendo de
grandes áreas para armazenagem dos mesmos. Pesquisas estimam que a
depender da forma de como seja condicionados na natureza, um pneu pode
levar até 600 anos para se decompor totalmente na natureza (ALVES e CRUZ,
2007). Os autores explicam que esse longo período é motivado graças o
avançadíssimo processo químico de fabricação do mesmo.
2.3 IMPACTOS ORIUNDOS PELA DISPOSIÇÃO IRREGULAR DE PNEUS
A disposição irregular de resíduos sólidos, somente tende a promover prejuízos
ao meio-ambiente e as sociedades. Com os resíduos de pneus inservíveis não
é diferente, conforme serão, posteriormente, apresentados alguns impactos
negativos da disposição irregular desse material.
De acordo com Giacobbe et al. (2008), quando os pneus são compactados
sem serem fragmentados há uma tendência de eles voltarem à sua forma
original regressando à superfície e esse resultado é responsável por uma
possível deformação no solo. Ainda de acordo com os autores, a queima
indiscriminada dos resíduos de pneus produz uma fumaça poluente devido à
variedade de compostos liberados na combustão.
Outro ponto negativo a ser considerado, é quando os pneus são dispostos sem
nenhum tipo de preocupação ambiental e social. Pois atuam diretamente, de
forma favorável, na proliferação de vetores transmissores de doenças como a
dengue, leptospirose, picadas de escorpiões, entre muitas outras. Isso se dá
22
devido aos pneus promoverem um ambiente com temperatura e condições
favoráveis para reprodução dos mosquitos Aedes Aegypti, ratos e escorpiões.
Na tentativa de minimizar e excluir todos esses problemas sociais, ambientais e
de saúde pública o governo brasileiro publicou e decretou a resolução
CONAMA 258/1999. Essa resolução é constituída pela seguinte frase: “as
empresas fabricantes e as importadoras de pneumáticos ficam obrigadas a
coletar e dar destinação final, ambientalmente adequada, aos pneus inservíveis
existentes no território nacional, na proporção definida nesta Resolução
relativamente às quantidades fabricadas e/ou importadas.”
Essa resolução ainda proíbe sua destinação final inadequada, tais como a
disposição em aterros sanitários, mar, rios, lagos ou riachos, terrenos baldios
ou alagadiços e queimas a céu aberto.
Segundo a empresa de reciclagem de pneus inservíveis, que é formada pela
Associação Nacional da Indústria Pneumática (RECICLANIP, 2011), foram
destinados de forma ambientalmente correta entre março de 2007 à abril de
2011 uma quantidade superior a 330 milhões de unidades de pneus inservíveis
no Brasil. Ainda de acordo com a RECICLANIP, no primeiro quadrimestre de
2011 foram coletados e destinados corretamente no país mais de 107 mil
toneladas de pneus inservíveis; o equivalente a 21,4 milhões de unidades de
pneus de carro de passeio.
Os pneus inservíveis são reaproveitados em diversas atividades comerciais e
industriais em todo o mundo. No Brasil, as formas de destinação são
regulamentadas pelo IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos
Recursos Naturais Renováveis) e normalmente são utilizados em processo da
queima do clínquer das indústrias cimenteiras, produção de artefatos de
borrachas e na indústria da construção civil através da produção de
pavimentação asfáltica e concretos (RECICLANIP, 2011).
23
2.4 UTILIZAÇÃO DOS RESÍDUOS DE PNEUS NA INDÚSTRIA DA
CONSTRUÇÃO CIVIL
A sociedade desenvolve novos materiais para construção de bens e
equipamentos desde os tempos mais primitivos. Também é comum, a
necessidade de aprimorar as propriedades e qualidades de materiais já
existentes. Além disso, o surgimento desses materiais pode ser motivado pela
importância de reaproveitar os resíduos sólidos.
Atualmente os segmentos industriais estão sendo estimulados a
desenvolverem materiais alternativos e que são produzidos através de métodos
ambientalmente corretos. O aproveitamento dos resíduos na composição de
novos materiais é uma tendência mundial e vem crescendo em todos os ramos
das atividades econômicas. Devido a essa necessidade, os engenheiros civis
de todo o mundo tem testado e desenvolvido diversas aplicações para a
utilização dos resíduos de pneus inservíveis na construção civil.
Baseado nas informações contidas no site da Associação Americana dos
Fabricantes de Borrachas (RMA, 2011), as aplicações dos resíduos de
borrachas na engenharia civil são as mais diversas. A seguir são apresentadas
as principais utilizações, relacionadas no site daquela associação, para esse
tipo de resíduo na construção civil:
Drenagem;
Aterro e suporte de bases para estradas;
Sistema de drenagem de gases em aterros sanitários;
Estabilizadores de encostas e controle de erosão do solo;
Construção de diques e barragens;
Isolante térmico e acústico;
Material de enchimento de peso leve;
Pavimentação asfálticas e pistas esportivas;
Coberturas de parques infantis;
Concretos e argamassas.
24
A característica fundamental da borracha é a sua elasticidade, embora possua
outras propriedades também de grande importância, tais como,
impermeabilidade, flexibilidade, resistência à abrasão e à compressão (LIMA e
ROCHA, 2004).
Os estudos realizados por Segre (1999) comprovaram a viabilidade do
emprego de borrachas de pneus em materiais de engenharia. Ainda baseado
nas afirmações da autora, a mistura de borracha de pneu moída e pasta de
cimento resulta num composto resistente à abrasão e à flexão, propriedades
consideradas formidáveis do ponto de vista mecânico desses materiais.
Meneguini e Paulon (2003) realizaram trabalhos com pó de borracha de pneus
usados e obtiveram resultados satisfatórios quanto à absorção de água por
capilaridade e resistência mecânica. Os autores também notaram que a
borracha pode ser empregada na construção civil como isolante estrutural, em
pontes, aeroportos e estradas, impedindo a propagação de tensões, pois
apresenta grande capacidade de absorver energia.
Conforme os estudos de Benson apud Kamimura (2002), o uso de pneus
triturados em vez dos materiais de construção convencionais apresentam os
seguintes benefícios para as obras de engenharia: redução da densidade das
peças, melhores propriedades de drenagem e melhor isolação térmica e
acústica.
Segundo Kamimura (2002), a utilização de resíduos de pneus como material de
construção é uma maneira de diversificar e aumentar a oferta de materiais de
construção, viabilizando eventualmente reduções de preço que gera benefícios
sociais adicionais através da política habitacional. A autora ainda afirma que,
esta situação pode ser favorecida pela adoção de medidas de incentivo
específicas para a produção de habitações de baixa renda, com o intuito de
resolver o problema de déficit habitacional.
De acordo com Giacobbe et al. (2008), as alternativas para utilização de pneus
inservíveis não devem ser adotadas somente como um meio de destinação do
25
material, mas sim devem envolver um estudo aprofundado, no sentido de
buscar a melhoria do processo executivo, das propriedades e a avaliação de
suas consequências ambientais, durabilidade e pós-uso. Baseado nesse
raciocínio, foi aprovada e publicada a ASTM D 6270, pela a American Society
for Testing and Materials (ASTM, 1998). Essa norma regulamenta a prática do
uso de pneus inservíveis em aplicações na Engenharia Civil nos Estados
Unidos da América.
Quando se trata do critério de incorporação do resíduo de pneus para a
produção de materiais de construção, várias abordagens são encontradas.
Alguns pesquisadores optaram por utilizar o resíduo na substituição do
agregado miúdo, outros do agregado graúdo, do cimento ou ainda o
incorporado como adição ou fibras. No Brasil, diversas pesquisas já foram
realizadas e outros estudos vêm sendo desenvolvidos conforme são
apresentados no Quadro 01 alguns trabalhos concluídos no país.
26
Quadro 01: Algumas Pesquisas Desenvolvidas no Brasil com Resíduos de
Pneus
Autores Ano de Publicação Título do Trabalho
SEGRE 1999 Reutilização de borracha de pneus usados como adição em pasta de cimento.
BERTOLLO et. al. 2002 Benefícios da incorporação de borracha de pneus em pavimentos asfálticos.
ALBUQUERQUE et
al. 2004 Adição da borracha de pneu ao
concreto compactado com rolo.
FRANÇA et al. 2004 Concreto com utilização de borracha residual de pneus: avaliação da aderência aço-concreto através de ensaios de tração direta.
SANTOS et al. 2004
Avaliação do comportamento do concreto com adição de borracha obtida a partir da reciclagem de pneus para aplicação em elementos pré-moldados.
MARTINS et. al. 2005 Avaliação da adição de fibras de borracha de pneus no comportamento do CAD.
MACEDO et al. 2005 Comportamento térmico e acústico de placas pré-moldadas com borracha de pneu.
VITA et al. 2006 Influência da adição de resíduo de borracha pneumática em concreto de alto desempenho.
BARBOSA et al. 2006
Estudo comparativo das propriedades mecânicas do CAD com resíduos de borracha de pneus e cinza de casca de arroz de diferentes composições morfológicas.
FILHO 2006 Influência da adição de resíduos de pneu nas propriedades físicas do concreto
GIACOBBE et al. 2008 Concreto de cimento Portland com borracha de pneus.
TRIGO et. al. 2008 Avaliação do comportamento estrutural de protótipos de lajes pré-moldada com concreto com resíduo de pneu.
27
2.5 CONCRETOS DE CIMENTO PORTLAND
Depois da pedra, da argila e da madeira, o concreto é um dos materiais de
construção mais antigo que a humanidade conhece. O concreto de cimento
Portland é o material resultante da mistura, em determinadas proporções, de
um aglomerante (cimento Portland), de agregados miúdos, de agregados
graúdos e água. Caso seja necessário, ainda podem-se usar aditivos para
melhorar algumas propriedades do mesmo.
A produção de concretos é muito elevada, sendo o mesmo considerado como
uns dos compósitos mais consumidos em todos os países do mundo. Existem
estudos quantitativos da quantidade de concretos consumidos anualmente no
planeta Terra, os resultados apontam que a produção desse material
ultrapassa 5 bilhões de toneladas (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
O cimento pode ser definido como um pó fino, com qualidades aglomerantes,
aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação de água. A água e o
cimento, quando misturados, desenvolvem um processo chamado hidratação e
formam uma pasta que adere às frações dos agregados (NEVILLE, 1997).
Logo após a mistura dos materiais, é possível moldar a mesma com o formato
desejado. Com o passar do tempo há o endurecimento da mistura, e com o os
dias, essa adquire grande resistência mecânica, convertendo-se num material
monolítico dotado das mesmas características de uma rocha (MEHTA e
MONTEIRO, 2008). A resistência do concreto depende de três fatores básicos:
Resistência do agregado;
Resistência da pasta;
Resistência da ligação entre a pasta e o agregado.
Os concretos possuem características e propriedades que possivelmente não
são encontradas em outros materiais utilizados na construção civil, apresentam
resistência mecânica à compressão inquestionável. Quando dosados de forma
correta e produzidos atendendo os requisitos estabelecidos pelas normas
28
técnicas, os concretos tornam-se um produto durável e de baixo custo de
produção. Portanto, é necessário que suas propriedades sejam estudadas,
garantindo cada vez mais a confiabilidade já conhecida.
2.5.1 Propriedades dos Concretos Produzidos com Resíduos de Pneus
Inservíveis
As questões ambientais, como a necessidade da conservação das jazidas
naturais de minerais; os aspectos sociais a exemplo dos elevados custos dos
materiais utilizados na produção de concretos e os amplos índices do déficit
habitacional, vem fazendo com que a indústria da construção civil busque
alternativas para utilização de novos materiais.
Segundo Tezuka (1999), as primeiras pesquisas, aplicações e utilizações
comerciais do concreto com resíduos foram realizados nos Estados Unidos em
1971, em seguida no Reino Unido e Japão.
O uso de resíduo de pneu na confecção de concretos é uma prática que vem
sendo desenvolvida nos últimos anos. Pesquisas já foram desenvolvidas e
apresentam resultados tecnicamente satisfatórios, nos quais os agregados
naturais são substituídos ou adicionados por agregados provenientes da
trituração de resíduos de pneus inservíveis para produção de concretos.
Apesar das pesquisas demonstrarem que a utilização dos resíduos de pneus
na produção de concretos apresenta bons resultados, foi constatado na
literatura que há uma tendência de variação de algumas propriedades dos
mesmos no estado fresco e no estado endurecido. A partir dessa variante, faz-
se necessário o estudo do comportamento dos concretos produzidos com
resíduos de pneus. A seguir serão explanadas algumas propriedades dos
concretos produzidos com resíduo de pneu, tanto no estado fresco quanto no
estado endurecido.
29
Ali et al. (1993), relataram que, quando agregados de borracha são
adicionados aos concretos a quantidade de ar incorporado é aumentada
consideravelmente chegando a valores de até 14%. Khatib e Bayomy (1999),
observaram que o teor de ar incorporado cresce quando o volume de
borrachas nas misturas é acrescido. O teor de ar incorporado nos concretos
produzidos com agregados de borrachas tende a ser maior, mesmo sem a
necessidade da utilização de aditivos para essa finalidade (FREDROFF et al.,
1996).
De acordo com Epps (1994), quando agregados de borracha é adicionado à
mistura de concreto eles atraem o ar e repelem a água. Ainda de acordo com o
pesquisador, isso provoca o aumento no índice de vazios no concreto e pode
ser um dos responsáveis pela redução na resistência do concreto.
Khatib e Bayomy (1999) investigaram a trabalhabilidade do concreto produzido
com a substituição do agregado em massa pelo agregado de borracha. Os
pesquisadores observaram uma menor trabalhabilidade quanto maior o teor de
borracha utilizado na substituição do agregado em massa. Ainda foi percebido
pelos autores que concretos produzidos com um teor igual ou superior a 40%
de borracha em massa do total de agregado não apresentaram nenhuma
trabalhabilidade.
A trabalhabilidade dos concretos produzidos com a substituição em massa dos
agregados miúdos naturais pelos resíduos de pneus foi estudada por Marques
et al. (2006). Os autores perceberam que para manter a trabalhabilidade
constante para um mesmo consumo de cimento, é necessário utilizar maior
relação água/cimento nos concretos com borracha de pneu. Essa informação
pode ser comprovada através da análise da Figura 01.
30
Figura 01: Trabalhabilidade dos concretos produzidos com resíduos de pneus
Fonte: MARQUES et al., (2006).
Eldin e Senouci (1992) relataram que, em geral, os lotes de concretos
produzidos com a substituição dos agregados em volume por borracha
apresentaram desempenho aceitável em termos de facilidade de manuseio,
colocação e acabamento. No entanto, os autores perceberam que quanto
maior a dimensão dos agregados de borrachas e o aumento da percentagem
substituída em massa diminuíram a trabalhabilidade da mistura. Também foi
observado pelos estudiosos que o tamanho dos agregados de borracha e sua
forma interferem diretamente nos resultados encontrados.
Ainda de acordo com Eldin e Senouci (1992), os agregados de borrachas com
forma redonda tem baixa relação superfície/volume o que resulta num menor
teor de argamassa para serem cobertos pela pasta. Os pesquisadores
diagnosticaram que agregados de borracha em formato angular formam uma
estrutura entrelaçada resistindo ao fluxo normal do concreto sob seu próprio
peso, daí estas misturas apresentam menor fluidez.
Freitas et al. (2009) conservaram a relação água/cimento e realizaram o ensaio
de abatimento do tronco de cone ao substituir em massa parte do agregado
miúdo natural pelo resíduo de pneu e diagnosticaram que houve perdas
graduais na trabalhabilidade com o concreto produzido com borracha. Os
31
resultados obtidos pelos pesquisadores partiram de 190 mm no concreto de
referência para 120 mm no concreto com 5% de substituição; 23 mm no
concreto com 10% de substituição e passando a uma consistência seca e de
baixa coesão de 10 mm para o concreto com 15% de substituição. Os autores
justificam que tais resultados podem ser consequência do tipo, forma e
quantidade de partículas de borracha substituídas em massa, necessitando
aumentos na relação água/cimento para a manutenção do valor considerado
padrão para a consistência dos concretos.
De acordo com os resultados encontrados por Bewick et al. (2010), a
substituição parcial em volume dos agregados graúdos por resíduos de pneus
melhora significante a trabalhabilidade dos concretos quando se mantém
constante a relação água/cimento. Azmi, et al. (2008), estudaram a substituição
do agregado miúdo natural pelo resíduo de pneu em volume variando a
proporção entre 0 a 30% e constataram que a trabalhabilidade do concreto é
melhorada quanto maior for a ter o de borracha utilizado na mistura. A Figura
02 ilustra os resultados dos ensaios de abatimento de tronco de cone para os
concretos produzidos em diferentes relações água/cimento.
Figura 02: Abatimento de tronco de cone para diferentes teores de borracha e
relação água/cimento Fonte: AZMI et al., (2008).
Martins et al. (2005), observaram a consistência dos concretos produzidos
com adição fibras de pneus através do ensaio de abatimento do tronco de cone
e a fixação da relação água/cimento. Para o concreto convencional o
32
abatimento do tronco de cone foi de 140 mm enquanto que para o concreto
com adição de fibras de borracha de pneu foi de 50 mm.
A massa unitária do concreto também varia de acordo com o teor de borracha
incorporado na mistura. Baseado nos estudos de Freitas et al (2009), a medida
que o teor de substituição de agregado miúdo por resíduo de borracha é
aumentado a massa unitária do concreto apresenta uma tendência de ser
reduzida (Figura 03). Os autores atribuem esse comportamento ao fato da
densidade da borracha ser menor que da areia.
Figura 03: Massa unitária do concreto fresco em função do teor de borracha
utilizado na mistura. Fonte: FREITAS et al., (2009).
Outra possível explicação para a redução da massa específica é a
consequência da dificuldade de adensamento do concreto produzido com
borrachas. Segundo Neville (1997), concretos mal adensados apresenta vazios
internos que diminuem a massa específica. Considerando o raciocínio acima,
pode-se decifrar que o adensamento do concreto pode ter sua qualidade
reduzida com a incorporação de borracha.
A massa específica dos concretos é influenciada de forma direta quando no
processo de mistura ou adensamento são gerados vazios que aprisionam de
33
forma não proposital ar. Essas lacunas tornam o material menos denso e
vulnerável à percolação de substâncias deletérias comprometendo a
resistência mecânica e durabilidade respectivamente dos concretos. O estudo
do teor de ar incorporado nos concretos produzidos com diferentes proporções
de resíduos de pneus foi realizado por Freitas et al. (2009), conforme pode ser
visualizado na Figura 04.
Figura 04: Teor de ar incorporado em função do teor de borracha utilizado na
mistura. Fonte: FREITAS et al., (2009).
O consumo de cimento necessário para produção do concreto esta relacionado
com a massa específica dos componentes da mistura e com massa unitária do
concreto fresco (MEHTA e MONTEIRO, 2008). Ainda de acordo com os
autores, quanto menor a massa específica do concreto fresco menor será o
consumo de cimento e, portanto, será mais econômico produzir determinada
quantidade de concreto. Freitas et al. (2009), realizou um estudo comparativo
levando em consideração os teores de borrachas utilizados e o consumo de
cimento dos traços dosados conforme é ilustrado na Figura 05.
34
Figura 05: Consumo de cimento em função do teor de borracha utilizado na
mistura. Fonte: FREITAS et al., (2009).
Bewick et al. (2010), desenvolveram o controle tecnológico no estado fresco
dos concretos que produziram com a substituição parcial em volume do
agregado graúdo por resíduos de borrachas. O Quadro 02 apresenta os
resultados obtidos pelos autores para os ensaios de abatimento, teor de ar
incorporado e massa unitária para os concretos produzidos com 0%, 20% e
40% de substituição.
Quadro 02: Propriedades no estado fresco dos concretos produzidos com proporções diferentes de substituição em volume de agregados graúdos por resíduos de borracha.
Substituição Abatimento (mm) Ar Incorporado (%) Massa Unitária (Kg/m³)
0% de Borracha 76 2,9 2387 20% de
Borracha 83 3,0 2290
40% de Borracha
203 4,0 2114
Todos os estudos consultados, para o desenvolvimento dessa pesquisa,
apresentaram uma variação nas propriedades mecânicas dos concretos. Essa
diferença foi constatada independente da metodologia utilizada principalmente
pela perca de resistência à compressão axial. Tal redução depende da forma,
35
da quantidade e do tamanho das partículas de borracha a serem adicionadas
ou substituídas. Verificou-se que a redução da resistência do concreto
aumentou principalmente com o aumento do teor de borracha incorporado ao
volume global.
Eldin e Senouci (1993) realizaram experimentos para analisar a resistência à
compressão e a tenacidade de concretos confeccionados com borracha. Três
conjuntos de experimentos foram realizados, o primeiro conjunto utilizando
agregado de borracha grossa com 19 a 38 mm de tamanho e os segundo e
terceiro conjuntos usando menores diâmetros (6,0 mm e 2,0 mm
respectivamente). Os autores constataram que os agregados de borracha
tende a agir como um grande vazio na massa dos concretos.
Toutanji (1996), concluiu que a incorporação de resíduo de borracha de pneu
no concreto causa uma perda nas resistências à compressão e à tração por
flexão, sendo que a resistência à compressão sofre o dobro da redução em
relação à resistência à tração. O autor, concluiu que a redução em ambos os
pontos aumentou com o aumento do teor de agregados de borracha. Ainda foi
observado pelo estudo que as amostras contendo agregados de borracha
apresentaram um modo de falha dúctil, em comparação com os concretos
convencionais.
Segundo Giacobbe et al. (2008) apud Fattuhi et al. (1996), a redução na
resistência nos concretos produzidos com resíduos de pneu está ligada à ação
da borracha não absorver todo o carregamento em relação aos outros
componentes e também admitir maior deformação lateral induzindo à ruptura.
De acordo com Filho (2006), o fato da resistência à compressão diminuir nos
concretos produzidos com resíduos de pneus é corriqueiro. Ainda de acordo
com o autor, quando acrescido o teor de borracha e quanto maior for a
granulometria utilizada na produção do compósito mais expressivo será a
redução da resistência à compressão dos concretos.
36
Baseado com os estudos de Topçu et al., (1997), para que o uso de borracha
não venha afetar de forma significativa a resistência mecânica dos concretos é
recomendado que a quantidade máxima de borracha a ser utilizada não
ultrapasse 35,0%. Os autores ainda afirmam que o diâmetro das partículas não
deve ser superior a 1,0 mm.
Azim et al. (2008), realizaram ensaios de compressão axial e observaram uma
redução de aproximadamente 35% nos concretos produzidos com a
substituição do agregado miúdo em volume pelo resíduo de pneu quando
comparados com os concretos convencionais. Os autores também perceberam
que a resistência à compressão diminui quando a relação água/cimento e a
quantidade de borracha são aumentadas.
Baseado nos experimentos realizados por Vita, et. al. (2006), a inserção de
resíduos de borracha de pneu resulta na diminuição da resistência à
compressão do concreto de Alto Desempenho (CAD). De acordo com Barbosa
et al., (2006), estudos indicam que a resistência à compressão do CAD
produzido com pequenos teores de resíduo de pneu possui valores nos
patamares significativos para os CAD usuais.
Ali apud Segre (1999), afirma que os concretos produzidos com a adição de
partículas de borrachas de pneu com diâmetro entre 0,6 e 1,2 mm apresentam
uma diminuição de resistência a flexão de aproximadamente 28,6%; enquanto
que os ensaios de resistência à compressão apresentaram resultados ainda
menores, visto que o concreto convencional suportou uma carga de ruptura de
45,0 MPa e o concreto produzido com o resíduo pneumático rompeu com 28,0
MPa.
Bewick et al. (2010), conferiram simultaneamente a resistência à compressão
dos concretos produzidos com a substituição da brita em volume por
agregados reciclados de pneus com algumas propriedades no estado fresco
que são influenciadas diretamente pelo agregado. A Figura 06 representa de
maneira sintetizada o estudo comparativo feito pelos autores, onde é percebido
37
que a redução da resistência mecânica é provocada também pelas
propriedades ligadas ao agregado utilizado.
Figura 06: Propriedades dos concretos com diferentes teores de borrachas nos
estados endurecidos e fresco. Fonte: BEWICK et al., (2010).
Estudos realizados por Bauer et al., (2001), em concretos resultou na
diminuição da resistência à tração em concretos confeccionados com a adição
de borracha, mas os autores observaram uma menor queda que a ocorrida
com a resistência à compressão. Esse decréscimo da resistência à tração foi
identificado pelos pesquisadores em dois estudos diferentes, sendo que um se
substituiu o agregado miúdo e o outro o agregado graúdo por borracha.
Baseado nos estudos de Filho (2006), a resistência à tração dos concretos
produzidos com resíduos de pneus diminui à medida que aumenta a
quantidade do resíduo.
Albuquerque et. al. (2004), estudaram concretos compactados a rolo com a
finalidade de utilização em estradas e barragens. Analisou-se a viabilidade da
38
substituição parcial do agregado miúdo por borracha procedente de resíduos
de pneus em diversos teores diferentes (5,0%, 10,0%, 15,0%, 20,0% e 25,0%).
Para cada teor, a areia foi substituída por borrachas de dimensões iguais a
0,42mm a 1,5mm e fibras de até 10,0 mm. Os estudiosos perceberam que
quanto maior a quantidade de agregados substituídos por resíduo de borracha
menores valores foram obtidos nos resultados das propriedades mecânicas
avaliadas.
Para Giacobbe et. al. (2008), o decréscimo nos valores dos resultados nos
ensaios mecânicos em concretos produzidos com resíduos de pneus está
atribuída a certa dificuldade de adensamento dos materiais de granulometrias
menores, que possuem maior facilidade de deslocamento dentro da massa e
também de segregação.
Devido à literatura indicar menores resistências mecânicas para maiores
quantidades de borracha utilizada nos concretos, alguns pesquisadores
estudaram equações com a intenção de gerar um coeficiente redutivo de
resistência e consequentemente estimar as prováveis resistências que os
concretos com borrachas podem oferecer, conforme pode ser observado na
Figura 07 (GIACOBBE, 2008). A autora realça que dentre os estudos
desenvolvidos destaca-se o de Kathib e Bayomy (1999), que recomendaram
um modelo para determinação de um fator de redução de resistência à
compressão (R² = 0,93) e/ou tração na flexão (R² = 0,81), obtido pela equação
abaixo:
SRF = a + b(1 – R)m
Onde,
SRF: fator de redução de resistência;
a = (1 – b);
a, b e m = parâmetros da função;
R = teor de borracha, fator volumétrico pelo total de volume de agregados.
39
Figura 07: Fator de redução de resistência à compressão e teor de borracha
por volume total de agregados. Fonte: KATHIB e BAYOMY apud GIACOBBE, (2008).
A equação proposta pelos autores apresenta uma previsão de resistência à
compressão de concretos produzidos com borracha, para tanto é necessário
considerar que os concretos possuem os mesmos componentes e o mesmo
teor volumétrico que um concreto de referência.
O motivo para que os concretos produzidos com a introdução de resíduos de
pneus apresentem reduções em algumas propriedades mecânicas
consideradas fundamentais estão relacionados a diversos fatores. Entre eles
pode-se destacar a própria natureza, formato e textura do resíduo, pois os
mesmos são mais leves e possuem propriedades físicas diferentes dos
agregados naturais.
Embora determinadas características mecânicas sejam diminuídas com a
incorporação de borrachas, existem outras propriedades que podem ser
aprimoradas utilizando-se a borracha, como exemplo: a resistência ao impacto
e a propagação de fissuras. De acordo com França et al., (2004) apud Accetti e
Pinheiro (2000), a borracha atua como se fosse uma empecilho impedindo a
manifestação de fissuras. Ainda baseado nas experiências de França et al.,
(2004), quando interceptarem as microfissuras que passam a existir na fase de
endurecimento da pasta, as borrachas, evitam o seu crescimento e impedem o
40
aparecimento prematuro dessas microfissuras. Ainda de acordo com o autor,
as borrachas limitam a extensão e a abertura das fissuras na mistura
endurecida.
Campos e Jacintho (2010), avaliaram as propriedades mecânicas dos
concretos produzidos com adição de 5 e 10% de fibras de pneus. Entre os
ensaios realizados, os autores constataram que apesar da diminuição das
propriedades mecânicas a adição de fibras de borracha ao concreto não reduz
sua capacidade de absorção de energia.
O uso de resíduos de pneus em concretos de alto desempenho foi analisado
por Barluenga et al., (2004). Os autores perceberam que a inserção de
borracha diminui o risco de lascamento desses concretos quando os mesmos
são submetidos a elevadas temperaturas. Além disso, também foi constado
pelos autores que há uma redução da rigidez do material sem grande perda de
resistência.
O concreto produzido com adição de resíduo de borracha apresenta um
comportamento diferenciado, quanto ao tipo de ruptura, em comparação ao
concreto convencional (MARTINS, et al, 2005). Os autores chegaram à
seguinte conclusão através de observações visuais, pois a incorporação de
borracha de pneus indica um aumento na ductilidade do concreto com
borracha, em relação ao convencional. A Figura 08 ilustra o comportamento de
ruptura entre os dois tipos de concreto avaliados pelos autores.
( a )
SEM BORRACHA
41
( b ) Figura 08: Comportamento de ruptura de concretos produzidos sem adição de borracha ( a ) e com adição de resíduos de pneus ( b ). Fonte: MARTINS, et al. (2005).
A grande vantagem da adição de resíduos de pneus nas misturas de
concretos, quando comparada com os concretos comuns, estaria na melhor
condição de deformabilidade, pela redução do módulo de elasticidade
longitudinal. Essa redução proporcionaria uma melhor redistribuição de
esforços e consequentemente um comportamento mais dúctil para a
configuração de ruína (SANTOS et al. 2004).
Além do mais, justifica-se a utilização de borracha de pneus em concretos pela
reserva dos agregados naturais, já que a borracha substitui parte do agregado,
e pela provável melhora na ductilidade deste concreto (BARBOSA et al. 2006).
Para Romualdo et al (2011), as características químicas do pneu que o faz ser
tão durável são conduzidas para o concreto tornando-o mais resistente às
intempéries, ao envelhecimento e mais elástico.
Ainda de acordo com o trabalho de Santos et al. (2004), os valores
encontrados nos ensaios de resistência à compressão em elementos pré-
moldados usados como acessórios para sinalizações de tráfego e barreiras de
proteção foram considerados usual. Além disso, os resultados dos ensaios de
resistência à tração apresentaram valores que os estudiosos consideraram
aceitáveis para os acessórios citados acima.
Foram averiguados valores aceitáveis quanto à tração na flexão, tenacidade e
compressão na substituição de 10 e 20% em massa dos agregados naturais
COM BORRACHA
42
por agregados provenientes de resíduos de pneus para produção de concretos
usados em pavimentação (SUKONTASUKKUL et al, 2006). Os autores ainda
verificaram que era possível se obter maior energia de fratura e melhor
comportamento pós-pico. Apesar de apresentarem melhoras em alguns
requisitos, foi conferida através dos ensaios reduções nas propriedades
mecânicas do concreto, além de menor resistência a abrasão quanto maior a
quantidade de borracha utilizada.
Macedo et al., (2005) estudaram o comportamento térmico e acústico em
placas pré-moldadas produzidas a partir da substituição em volume do
agregado miúdo por resíduo de pneus inservíveis em quatro teores diferentes
(0,0%, 5,0%, 10,0% e 15,0%). Os estudiosos perceberam uma substancial
melhora do isolamento acústico, à medida que as porcentagens de borracha
foram aumentadas. Ainda foi constatado na pesquisa que dentre os resultados
apresentados com elevadas temperaturas não houve diferença substancial da
área carbonatada antes e após a ação do fogo.
2.6 AGREGADOS
O estudo dos agregados é encarado como um dos principais pontos da
tecnologia do concreto, pois os agregados constituem a maior parte dos
materiais utilizados na produção dos concretos. Os agregados desempenham
um importante papel nos concretos, quer do ponto de vista econômico, por
estarem em maior quantidade que o aglomerante, quer do ponto de vista
técnico, pois exercem influencias benéficas sobre algumas propriedades do
concreto como: a trabalhabilidade, retração, resistência mecânica e
durabilidade.
Mehta e Monteiro (2008), definem agregados como: “material granular, sem
forma e volume definidos, geralmente inerte, de dimensões e propriedades
adequadas para o uso em obras de engenharia”. A ABNT prescreve na NBR-
9935/11 que: “Agregado e um material sem forma ou volume definido,
43
geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para produção de
argamassa e concreto”.
Os agregados são classificados quanto à origem, as dimensões das partículas
e o peso específico aparente. Nessa pesquisa será considerado apenas o tipo
de classificação de acordo com o tamanho dos mesmos. Neville (1997), afirma
que diferenciar os agregados em pelo menos dois grupos de tamanho é o mais
usual para produção de concretos de boa qualidade. Desse modo, os
agregados são classificados em miúdos e graúdos.
De acordo com a NBR 9935 (ABNT, 2011) os agregados miúdos são definidos
como: “Material granular com pelo menos 95%, em massa de grãos que
passam na peneira 4,75 mm”. Já os agregados graúdos são definidos por:
“Material granular com pelo menos 95%, em massa de grãos retidos na peneira
4,75 mm”.
Os agregados interferem indiretamente nas propriedades mecânicas e de
forma direta na durabilidade dos concretos e argamassas (NEVILLE, 1997).
Quanto melhor a qualidade do agregado utilizado na confecção desses
compósitos, esperam-se melhores resultados quando realizados os ensaios
mecânicos e de durabilidade.
Mehta e Monteiro (2008), afirmam que a natureza e a maneira como os
agregados foram extraídos da natureza podem interferir diretamente em
algumas características e propriedades dos concretos como: a trabalhabilidade,
compactação, massa específica, absorção de água e porosidade,
permeabilidade, carbonatação, entre outras. Ainda de acordo com os autores,
os agregados são responsáveis pela massa unitária, módulo de elasticidade, e
estabilidade dimensional dos concretos.
A influência dos agregados na resistência dos concretos não é levada em
conta, com exceção dos agregados leves e artificiais, pois a partícula do
agregado é muito mais resistente que a matriz e a zona de transição (MEHTA e
MONTEIRO, 2008). Dessa forma, pode-se afirmar que a resistência do
44
agregado natural raramente é utilizada porque a ruptura do concreto acontece
justamente nas regiões menos resistentes.
Segundo Petrucci (2003), o agregado além de atribuírem importantes
propriedades ao concreto endurecido tem também papel fundamental na
determinação do custo e da trabalhabilidade das misturas de concreto, tendo
assim grande relevância sua abordagem. Além disso, o autor afirma que os
agregados comumente utilizados na fabricação dos concretos são de diferentes
naturezas mineralógicas, tendo grande influência no desempenho destes.
Os agregados devem estar livres de impurezas orgânicas, argilas ou qualquer
material deletério e, também, não devem apresentar quantidade excessiva de
finos, para que sejam adequados para o uso em concretos (NAWY, 1996).
Devem possuir uma adequada distribuição granulométrica, a fim de se obter
maior compacidade, resultando em menor índice de vazios, permitindo maior
impermeabilidade, maior durabilidade, maior economia de cimento e
significativo ganho de resistência (JÚNIOR, 2004).
É indispensável conhecer a natureza dos agregados que servem para a
confecção do concreto. É comum que se trate os agregados como inertes;
entretanto, esses materiais possuem características físicas (modificações de
volume por variação de umidade) e químicas (reação com os álcalis do
cimento) que intervêm no comportamento do concreto. Os agregados são
constituídos por minerais variados e sua composição química global é
determinada pelos métodos clássicos das analises químicas; já composição
mineralógica e obtida a partir de exame microscópico.
Para identificação das características de um agregado deve-se coletar uma
amostra representativa e enviá-la a um laboratório que tenha condições de
proceder aos ensaios necessários. A qualidade dos agregados pode ser
avaliada por meio de certos índices, definidos pelas normas ABNT
correspondentes, de acordo com os respectivos valores de qualidade que deve
possuir um agregado; entretanto, em certos casos especiais, pode-se recorrer
às outras normas, inclusive estrangeiras, para uma orientação mais rigorosa.
45
A partir da interpretação das afirmações dos autores citados acima, pode-se
deduzir que as propriedades dos concretos produzidos com agregados
reciclados de pneus inservíveis podem ser distintas daquelas apresentadas
pelos concretos produzidos com agregados naturais, tanto no estado fresco
quanto no estado endurecido. Essa analogia evidencia mais uma vez a
necessidade de se estudar o comportamento dos concretos produzidos com
resíduos de pneus.
2.6.1 Propriedades dos Resíduos de Pneus Utilizados como Agregados para a
Produção de Concretos
Os concretos e as argamassas devem apresentar características que garantam
a resistência às solicitações mecânicas e durabilidade, conferindo a vida útil e o
desempenho funcional que foram especificados durante a fase de
planejamento e elaboração dos projetos. Baseado nesse raciocínio, a
substituição dos agregados naturais por agregados oriundos da reciclagem de
pneus inservíveis, somente, deve acontecer se os concretos reciclados
atenderem as especificações estabelecidas nos projetos e nas normas
técnicas. Para isso é preciso que os agregados produzidos a partir da trituração
de pneus apresentem as seguintes características:
Resistências mecânicas suficientes iguais ou superiores as
especificações de projetos;
Granulometria e forma dos grãos que não interfiram de forma
negativa na trabalhabilidade e adensamento dos concretos;
Não facilitem o surgimento de reações químicas danosas entre a
pasta endurecida com a armadura.
Durante seus estudos, Segre (1999), constatou na literatura que uma menor
granulometria da borracha influencia positivamente no comportamento dos
materiais cimentei-os. A autora justificou a sua investigação, após averiguar
corriqueiras sugestões para futuros trabalhos como a recomendação da busca
46
de um tratamento superficial adequado para a borracha. Além disso, tal
tratamento deveria favorecer melhor adesão entre os grãos e a matriz de
cimento. A pesquisadora avaliou os agregados de borrachas por micro
espectroscopia no infravermelho, e conferiu que não há alterações expressivas
nos grupos funcionais superficiais da borracha quando a mesma é submetida
ao tratamento superficial com solução de NaOH.
Segre (1999), também realizou microscopia eletrônica de varredura (MEV) nos
agregados reciclados de pneus com o objetivo de caracterizar a borracha
morfologicamente. As micrografias mostram que as partículas de borracha têm
forma irregular, com arestas pronunciadas e tamanhos diferentes. Além disso,
o ensaio permitiu constatar que os agregados tratados com a solução de NaOH
encontram-se aglomerados, com partículas menores aderidas às maiores. A
Figura 09 apresenta respectivamente a comparação da MEV das partículas de
borracha de pneus sem e com o tratamento de solução de NaOH.
( a ) ( b ) Figura 09: Comparação por MEV das partículas de borrachas de pneus sem (a) e com o tratamento de NaOH (b). Fonte: SEGRE, 1999.
Tantala et al. (1996), argumentam que, se a ligação entre o agregado de
borracha e pasta de cimento ao redor é melhorada, significativamente maior
resistência à compressão do concreto com borracha pode ser obtida e para
conseguir a adesão reforçada, é necessário pré-tratamento agregado de
borracha. No entanto, Segre e Joekes (2000) sugerem que os procedimentos
de baixo custo e reagentes devem ser aplicados no processo de tratamento de
superfície de borracha agregada para minimizar o custo final do material.
47
Oliveira et al. (1999), utilizaram agregados oriundos da reciclagem de rejeitos
de borrachas para produção de argamassa de alvenaria e constataram que o
mesmo apresentou massa unitária no estado solto inferior a 0,80 g/cm³,
caracterizando-se assim, como material consideravelmente leve. As pesquisas
apontam que não há um consenso nos resultados quando se caracteriza o
resíduo de pneu através dos ensaios de massa unitária e massa específica,
conforme é apresentado no Quadro 03.
Quadro 03: Massa Unitária e Massa Específica da Borracha em Kg/dm³
Autores Massa Unitária Massa Específica
Real TOPÇU, 1994 0,410 – 0,472 0,650 TOUTANJI, 1995 - 0,610 HERNANDES-OLIVARES, 2002 0,840 - NIRSCHL et al., 2004 0,270 1,350 - 1400 AKASAKI et al., 2004 - 1.090 MENEGUINI, 2003 0,395 0,548 LINTZ; SANCHEZ; CARNIO (2004) 0,390 – 0,430 1,100 – 1,200 MARQUES; TRIGO; AKASAKI (2004) 0,348 1,090 MARQUES; NIRSCHL; AKASAKI (2006) 0,270 1,090
Fonte: SANTOS apud GIACOBBE, 2008.
Giacobbe (2008) interpreta que a variação das massas observadas na Quadro
3 é consequência da metodologia escolhida para a realização dos mesmos.
Ainda de acordo com a autora, esses ensaios apresentam certo grau de
dificuldade e como há mais que uma opção de procedimento os resultados são
diferentes. Além disso, a composição granulométrica influi decisivamente na
massa unitária.
Santos e Borja (2007), determinaram a massa específica da borracha através
do método do Picnômetro. Os autores adaptaram o ensaio substituindo a água
pelo Xilol, cuja densidade é menor que a água (0,71 g/cm³).
Diversos autores após realizarem os ensaios de caracterização dos materiais
constataram que os agregados naturais possuem maiores massas específicas
48
e unitárias que as borrachas recicladas. Lintz e Mello (S/D), também obtiveram
essas informações ao caracterizarem os agregados e o resíduo de borracha
conforme pode ser visto no Quadro 04.
Quadro 04: Caracterização Física dos Agregados
Material Massa Específica
(Kg/dm³) Massa Unitária
(Kg/dm³) Dim. Máxima
Característica (mm) Módulo de
Finura
Areia Fina 2,57 1,35 2,4 1,95 Areia Média 2,55 1,42 2,4 2,43 Areia Grossa 3,02 1,80 4,8 2,71
Brita 2,94 1,52 9,5 7,49 Borracha 0,90 0,39 4,8 2,32 Fonte:LINTZ e MELLO, S/D.
Freitas et al. (2009), realizaram os ensaios de caracterização do resíduo de
raspagem de pneus e constataram que a distribuição granulométrica
apresentada pela borracha está dentro dos limites recomendados para o
agregado miúdo natural, conforme pode ser visualizado na Figura 10.
Figura 10: Curva granulométrica do resíduo de borracha utilizado como
agregado miúdo. Fonte: FREITAS et al. (2009).
As características físicas, químicas e mecânicas dos agregados de borracha foi
estudada por Trigo et al. (2008), os autores concluíram que os mesmos
49
atendem os requisitos especificados pela Associação Brasileira de Normas
Técnicas.
De acordo com o estudo desenvolvido por Nehdi e Khan (2001), quando o
concreto é submetido ao esforço de compressão são geradas tensões na parte
superior e inferior dos agregados de borrachas (Figura 11a) gerando
microfissuras na pasta por tração. Essas microfissuras se propagam
rapidamente até encontrarem a borracha (Figura 11b). Como a borracha possui
a capacidade de resistir grandes deformações, a mesma irá atuar como se
fosse uma mola (Figura 11c), atrasando o alargamento das fissuras e
prevenindo uma possível desintegração da massa de concreto.
( a ) ( b ) ( c )
Figura 11: Comportamento dos agregados de borrachas em concretos submetido ao esforço de compressão. Fonte: ELDIN e SENOUCI apud KEHDI e KHAN, 2008.
2.7 DOSAGEM DE CONCRETO COM RASPA DE PNEU
Existem diversos métodos de dosagem de concretos de cimento Portland, os
quais são mais ou menos complexos e trabalhosos. Conforme Helene e
Terzian (1993), o método preconizado pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas
50
do Estado de São Paulo – IPT – se apresenta bastante simples e eficiente.
Ainda de acordo com os autores, o método proposto pelo instituto se baseia na
determinação de um traço inicial a partir do qual se faz um ajuste experimental
das propriedades de interesse, em função dos materiais disponíveis para a sua
confecção.
O presente estudo utilizará do método apresentado acima, de maneira
adaptada, devido a sua simplicidade de execução. Além disso, a rapidez
proporcionada por sua metodologia é fundamental para o controle da qualidade
do concreto. Segundo Helene e Terzian (1993), para a execução do método de
dosagem desenvolvido pelo IPT basta seguir a sequência ilustrada no Quadro
05.
51
Quadro 05: Sequência dos procedimentos de dosagem de concreto pelo
método IPT.
Etapa Procedimento Detalhamento do Procedimento
1ª Etapa Caracterização
dos Materiais
Todos os materiais empregados na concretagem devem ser caracterizados, sendo que os principais ensaios preconizados pelo método são massa específica e unitária do aglomerante e dos agregados bem como sua granulometria.
2ª Etapa Estudo Teórico
I – Determinação da dimensão máxima característica do agregado graúdo. II – Definição da consistência do concreto. Este parâmetro é avaliado segundo o ensaio de abatimento do concreto. III – Determinação da relação água/cimento para atender às condições de durabilidade. IV – Determinação da resistência de dosagem. V – Determinação da relação água/cimento para resistência de dosagem.
3ª Etapa Estudo
Experimental
I – Determinação do teor ideal de argamassa para o traço 1:5. II – Realização de nova mistura com o teor ideal de argamassa e água para atingir o abatimento desejado em cada traço.
4ª Etapa Diagrama de
Dosagem Traçado após a ruptura dos corpos de prova.
Segundo diferentes autores a dosagem ideal de resíduo de borracha a ser
incorporada em concretos é de no máximo 15% do volume total da mistura
(LINTZ, et al. (2004); MOSCA, et al. (2005); SCUSSEL, et al. (2005)).
52
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL
A metodologia adotada foi subdividida em quatro partes: a coleta e
beneficiamento dos resíduos de pneus, a caracterização dos materiais, o
estudo das dosagens e produção dos concretos e os ensaios mecânicos no
concreto. Com a caracterização, buscou-se qualificar os materiais, obtendo-se
os parâmetros necessários para a dosagem. A dosagem foi estabelecida
através de uma adaptação do método sugerido pelo IPT, realizando os ajustes
das proporções já definidas para um abatimento inicialmente desejado. Os
ensaios mecânicos do concreto serviram para analisar a resistência à
compressão dos concretos produzidos com a substituição parcial em volume
do agregado miúdo natural pelo resíduo de pneu.
3.1 COLETA E BENEFICIAMENTO DO RESÍDUO DE PNEU
No processo de recauchutagem, o pneu sofre uma raspagem mecânica através
de cilindros metálicos. Este procedimento gera uma “nuvem” de borracha que
se espalha pelo piso da empresa reformadora e nas proximidades de onde está
sendo processado. O material utilizado nessa pesquisa foi coletado numa
empresa reformadora de pneus na cidade de Feira de Santana, no Estado da
Bahia. Efetuou-se a coleta segundo prescrições contidas na NBR 10007,
(ABNT, 2004) – Amostragem de resíduos sólidos.
O método de beneficiamento se deu em duas etapas. Primeiramente foi feito
uma inspeção visual do resíduo de borracha com a finalidade de retirar
manualmente todos e quaisquer materiais provenientes do processo de
raspagem (escórias metálicas oriundas do equipamento de raspagem e fibras
de aço da estrutura dos pneus). Logo em seguida, foi feito o peneiramento
através do emprego de um peneirador mecânico com o objetivo de separar e
descartar a parte graúda do material. Para isso, foi utilizada a peneira com 4,75
53
mm de abertura de malha e todo material passante foi armazenado em
reservatórios fechados do tipo tonel.
A borracha utilizada não passou por nenhum tipo de tratamento antes da
incorporação no concreto. Esta opção foi tomada com base nas
recomendações de John e Zordan (2001), que propuseram minimizar custos e
simplificar os métodos para tornar economicamente viável a reciclagem de
resíduos na indústria da construção civil.
3.2 MATERIAIS UTILIZADOS
O critério para escolha dos materiais utilizados foi a facilidade de obtenção dos
mesmos na cidade de Feira de Santana, na Bahia, assim sendo, foram
selecionados para esta finalidade os materiais relacionados abaixo.
3.2.1 Cimento Portland
O cimento utilizado na pesquisa foi o CP II – Z – 32 e seu emprego se deu
devido ao grande uso desse material na cidade de Feira de Santana. As
informações de caracterização desse material foram obtidas junto ao fabricante
e utilizadas para o desenvolvimento do estudo segundo é apresentado no
Quadro 06.
54
Quadro 06: Caracterização do Cimento CP II – Z – 32
Propriedades (Método) Unidade Resultados Especificações NBR 11578/1991
Resíduo na peneira # 75 µm (MB 3432/ABNT,
1991) % 1,5 ≤ 12
Início de pega (NBR NM 65/ABNT, 2003) h 2:30 ≥ 1
Fim de pega (NBR NM 65/ABNT, 2003) h 3:40 ≤ 10
Expansibilidade a frio (MB 3435/ABNT, 1991) mm 1,5 ≤ 5
Resistência a compressão
(NBR 7215/ABNT, 1996)
1 dia
MPa
12,3 ≥ 10
7 dias 22,4 ≥ 20
28 dias 38,6 ≥ 32
Massa específica (NBR NM 23/ABNT, 2001) g/cm³ 3,01 -
3.2.2 Agregado Miúdo
O agregado miúdo utilizado na produção dos concretos foi à areia lavada do
tipo média, proveniente do rio Jacuípe. Esse agregado foi caracterizado de
acordo com as normas técnicas vigentes. Os resultados de caracterização da
areia empregada no estudo e a metodologia de cada ensaio estão ilustrados no
Quadro 07.
55
Quadro 07: Resultados de caracterização física do agregado miúdo
Ensaios Resultados Especificação
NBR 7211 (ABNT, 2009)
Composição granulométrica (NBR NM 248/ABNT,
2003) % RI % RA
-
Abertura da peneira
4,75 mm 0 0
2,36 mm 3 3
1,18 mm 9 12
600 µm 26 38
300 µm 43 81
150 µm 16 97
Fundo 3 100
Dimensão máxima característica (mm) 2,36
Módulo de Finura 2,32
Massa específica
(NBR NM 52/ABNT, 2003)
Aparente 2,49 kg/dm³
- S.S.S 2,51 kg/dm³
Agregado Seco 2,54 kg/dm³
Absorção de água (NBR NM 30/ABNT, 2003) 0,7 % -
Massa unitária (NBR 7251/ABNT, 1982) 1,43 kg/dm³ -
Material pulverulento (NBR NM 46/ABNT, 2003) 1,5 % ≤ 5%
Matéria orgânica (NBR NM 49/ABNT, 2001) Mais clara Mais clara que a
solução padrão
A curva granulométrica do agregado miúdo utilizado para o desenvolvimento
dessa pesquisa, juntamente com as zonas ótimas e utilizáveis prescritas pela
NBR 7211 (ABNT, 2009) encontra-se representada na Figura 12.
56
Figura 12: Curva granulométrica do agregado miúdo utilizado na produção dos
concretos.
3.2.3 Agregado Graúdo
O agregado graúdo utilizado na produção dos concretos possui dimensão
máxima característica igual a 25,0 mm. Esse agregado foi caracterizado de
acordo com as normas técnicas vigentes. Os resultados de caracterização da
brita empregada no estudo e a metodologia de cada ensaio está ilustrada no
Quadro 08.
57
Quadro 08: Resultados de caracterização física do agregado graúdo
Ensaios Resultados Especificação
NBR 7211 (ABNT, 2009)
Composição granulométrica (NBR NM 248/ABNT,
2003) % RI % RA
-
Abertura da peneira (mm)
25 0 0
19 17 17
12,5 79 96
9,5 4 100
6,3 0 100
4,75 0 100
Fundo 0 100
Dimensão máxima característica (mm) 25,0
Módulo de Finura 7,16
Massa específica
(NBR NM 53/ABNT, 2003)
Aparente 2,81 kg/dm³
- S.S.S 2,79 kg/dm³
Agregado Seco 2,78 kg/dm³
Absorção de água (NBR NM 53/ABNT, 2003) 0,3 % -
Massa unitária (NBR 7251/ABNT, 1982) 1,49 -
Material pulverulento (NBR NM 46/ABNT, 2003) 0,2 % ≤ 1 %
A curva granulométrica do agregado graúdo utilizado para o desenvolvimento
dessa pesquisa, juntamente com os limites inferiores e superiores para
agregados graúdos prescritos pela NBR 7211 (ABNT, 2009) encontra-se
representada na Figura 13.
58
Figura 13: Curva granulométrica do agregado graúdo utilizado na produção dos
concretos.
3.2.4 RESÍDUO DE BORRACHA
A forma acicular do resíduo de borracha dificulta a determinação de sua
granulometria conforme pode ser visto na Figura 14, contudo foram adotados
os procedimentos estabelecidos pela NBR NM 248 (ABNT, 2003). Os
resultados de caracterização da borracha empregada no estudo e a
metodologia de cada ensaio estão ilustrados no Quadro 09.
Curva Granulométrica do Agregado Graúdo
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 10
Log Abertura das Peneiras (mm)
Retid
o Ac
umul
ado
(%)
Granulometria do Agregado Graúdo Limite Inferior Limite Superior
59
Figura 14: Detalhe do resíduo de pneu retido na peneira # 2,36 mm.
Quadro 09: Resultados de caracterização física do resíduo de pneu
Ensaios Resultados Especificação
NBR 7211 (ABNT, 2009)
Composição granulométrica (NBR NM 248/ABNT,
2003) % RI % RA
-
Abertura da peneira
4,75 mm 0 0
2,36 mm 10 10
1,18 mm 31 41
600 µm 34 75
300 µm 20 95
150 µm 4 99
Fundo 0 100
Dimensão máxima característica (mm) 4,75
Módulo de Finura 3,32
Massa unitária (NBR 7251/ABNT, 1982) 0,38 kg/dm³ -
O resultado da análise granulométrica da borracha indica que esse material
possui característica de agregado miúdo de granulometria média, compatível
60
com uma areia média a grossa. A curva granulométrica do resíduo de pneu
utilizado para o desenvolvimento dessa pesquisa, juntamente com as zonas
ótimas e utilizáveis para agregados miúdos naturais prescritos pela NBR 7211
(ABNT, 2009) encontra-se representada na Figura 15.
Figura 15: Curva granulométrica do resíduo de pneu utilizado na produção dos
concretos.
3.2.5 ÁGUA
A água utilizada para a produção dos concretos foi a disponibilizada pela rede
de água da Universidade Estadual de Feira de Santana.
61
3.3 ESTUDO DE DOSAGEM E PRODUÇÃO DOS CONCRETOS
Segundo Neville (1997), para conseguir misturas satisfatórias não basta
calcular ou avaliar as quantidades dos materiais disponíveis, mas também é
necessário que se façam misturas experimentais os quais auxiliam na dosagem
ideal dos materiais.
Após a caracterização dos materiais, desenvolveu-se o estudo do teor de
argamassa ideal para os traços dos concretos produzidos. O teor de
argamassa é de fundamental importância no estudo de dosagem, pois a falta
da mesma pode ocasionar em falhas na concretagem ou porosidade no
concreto, por outro lado o excesso de argamassa produz um concreto
visivelmente melhor, no entanto seu preço é mais elevado e estando mais
sujeito a fissuração por origem térmica e por retração de secagem (HELENE e
TERZIAN, 2003). O Quadro 10 apresenta o estudo desenvolvido e utilizado
para encontrar o teor de argamassa dos concretos produzidos nessa pesquisa.
62
Quadro 10: Determinação do teor de argamassa e fator A/C (inicial) para a
relação agregado/cimento 1:5
Relação Cimento/Agregado 1:5
Teor Inicial (%) 50
Brita (kg) 15,00
A/C Inicial 0,50
Areia (Kg) Cimento (Kg)
Teor Traço Unitário Massa
Total
Acréscimo na
Mistura
Massa
Total
Acréscimo na
Mistura
% (1:a:p) kg kg kg kg
50 1 2,00 3,00 10,00 0,51 5,00 0,10
51 1 2,06 2,94 10,51 0,53 5,10 0,11
52 1 2,12 2,88 11,04 0,55 5,21 0,11
53 1 2,18 2,82 11,60 0,58 5,32 0,11
54 1 2,24 2,76 12,17 0,60 5,43 0,13
55 1 2,30 2,70 12,78 - 5,56 -
Teor de argamassa adotado: 55 %
Relação água/cimento adotada: 0,62
Para avaliar o comportamento da substituição do agregado miúdo natural pelo
agregado reciclado de pneu foi produzido um traço sem substituição do
material e outros três traços distintos com a substituição do agregado miúdo
natural pelo reciclado de pneu. O primeiro traço foi confeccionado para servir
como padrão de referência (concreto convencional) frente aos concretos onde
a borracha foi incorporada. Os traços dos concretos reciclados foram
estabelecidos fazendo-se a compensação de volumes de materiais, uma vez
que os agregados de borrachas apresentam menores massas específicas que
os agregados naturais.
Baseado nas informações disponibilizadas nas literaturas que tratam sobre o
tema, os teores de substituição dos agregados miúdos naturais pelo resíduo de
pneu nesse trabalho foi de 0,0% (T0); 5,0 % (T5), 10,0 % (T10) e 15,0 % (T15)
em volume. Para a determinação do traço do concreto convencional foi
63
empregado o método de dosagem recomendado pelo IPT (HELENE e
TERZIAN, 1993) de maneira adaptada, conforme mencionado em 3. Com base
no método e como apresentado no Quadro 10, foi estabelecido um teor de
argamassa de 55 %, para um traço intermediário de 1:5 (cimento:agregados).
O traço unitário utilizado inicialmente para produção do concreto convencional
encontra-se ilustrado na Quadro 11.
Quadro 11: Traço unitário, em massa, do concreto de referência
A quantidade de água utilizada no processo de hidratação dos elementos
constituintes das misturas foi em função da fixação da trabalhabilidade pelo
método do ensaio de abatimento de tronco de cone. O abatimento adotado
para o concreto de referência foi 80 ± 10 mm e à medida que necessário foi
acrescentado água e posteriormente encontrada a relação água/cimento
utilizada em todos os traços produzidos. Conforme ilustrado no Quadro 1, a
relação água/cimento que atendeu o critério pré-estabelecido para o
abatimento de tronco de cone foi igual a 0,62. No Quadro 12 é apresentada a
quantidade de cada um dos materiais necessários para produzir 1,00 m³ de
concreto.
Quadro 12: Quantidade de materiais por metro cúbico de concreto para cada uma das misturas avaliadas
Traço Cimento (kg) Areia (kg) Brita (kg) Água (kg) Borracha (kg)
0 352,69 811,19 952,26 217,12 0,00
T5 352,69 770,63 952,26 217,12 10,63
T10 352,69 730,07 952,26 217,12 21,26
T15 352,69 689,51 952,26 217,12 31,89
A elaboração dos concretos foi realizada empregando-se uma betoneira de
eixo inclinado, com capacidade para 320 litros. Todos os materiais foram
Traço Unitário (kg)
Cimento Areia Brita Água
1 2,30 2,70 0,62
64
pesados em uma balança calibrada e colocados na betoneira segundo uma
mesma ordem: primeiramente foram colocados os agregados, o resíduo de
pneu, metade da água e procedido à mistura por 3 minutos; posteriormente,
adicionou-se o cimento e o restante da água, deixando-se a betoneira rodando
por mais 3 minutos para garantir uma boa homogeneidade da mistura. A
incorporação da água foi realizada sob um controle rigoroso, já que sua
variação influi na trabalhabilidade e resistência do concreto.
Transcorrido o tempo estipulado para a mistura dos materiais, os concretos
foram submetidos a ensaios para a determinação das propriedades do
concreto no estado fresco – abatimento de tronco de cone – conforme pode ser
visto na Figura 16. Posteriormente foi verificada através de observação visual
se os concretos apresentavam coesão (Figura 17) e a plasticidade da mistura
(Figura 18). Logo após, os concretos foram lançados nos moldes e adensados
com vibrador de agulha de imersão (Figura 19), esses procedimentos
satisfizeram os requisitos prescrito na NBR 5738 (ABNT, 2003).
Figura 16: Ensaio de abatimento de tronco de cone.
65
Figura 17: Avaliação da coesão do concreto.
Figura 18: Avaliação da plasticidade do concreto.
66
Figura 19: Confecção dos corpos-de-prova.
Os corpos-de-prova foram curados ao ar nas primeiras 24 horas, cobertos com
lona plástica. Após esse período os corpos-de-prova foram desmoldados e
curados em imersão dentro da câmara úmida disponível no Laboratório de
Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de Santana, até a idade de
ruptura.
3.4 PROPRIEDADES AVALIADAS
O presente estudo avaliou no estado fresco a trabalhabilidade e coesão e no
estado endurecido foi averiguada a resistência à compressão dos concretos
produzidos com substituição parcial em volume do agregado miúdo natural pelo
agregado proveniente da reciclagem de resíduos de pneus inservíveis.
67
3.4.1 TRABALHABILIDADE
A trabalhabilidade dos concretos fresco foi determinada de acordo com as
recomendações da NBR NM 67/98. Esse ensaio foi realizado logo após a
conclusão do tempo determinado para a mistura dos materiais em betoneira
mecânica de eixo inclinado.
3.4.2 COESÃO
A coesão dos concretos foi determinada através das recomendações de
Helene e Terzian (1993). Esse ensaio foi realizado logo após a medição do
abatimento de tronco do cone, através de golpes com um bastão metálico na
lateral do tronco de cone. Trata-se de um ensaio visual onde pode ser
observado se a mistura apresenta segregação dos materiais que constituem o
concreto.
3.4.3 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL
A resistência à compressão axial dos corpos-de-prova foi determinada de
acordo com as recomendações da NBR 5739 (ABNT, 2007). Os concretos
foram ensaiados aos 28 dias de idade. No ensaio foram utilizados corpos-de-
prova cilíndricos com dimensões de 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura.
68
4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Nesta pesquisa avaliou-se a influência da substituição do agregado miúdo
natural pelo resíduo de pneu na produção de concretos, no que tange à sua
resistência à compressão e trabalhabilidade. Conforme apresentado em 3.3, os
teores de substituição dos agregados miúdos naturais pelo resíduo de pneu
nesse trabalho foram de 0,0% (T0); 5,0 % (T5), 10,0 % (T10) e 15,0 % (T15),
em volume.
4.1 ESTADO FRESCO
Fixou-se a relação água/cimento e o consumo de cimento e agregado graúdo
em todos os traços, variando apenas a quantidade de agregado miúdo e o teor
de borracha. Durante o processo de mistura, foi observado que em
aproximadamente dois minutos após a introdução do cimento na betoneira
todos os concretos, produzidos a partir dos diversos traços, já apresentavam
aspectos satisfatórios de homogeneidade. Também foi constatado que não
houve aderência de argamassa na parede da betoneira e que a mistura manual
utilizando colher de pedreiro também foi satisfatória manifestando boa
plasticidade. A seguir, serão apresentados e discutidos a trabalhabilidade e a
coesão dos concretos.
4.1.1 Trabalhabilidade
Conforme apresentado no item 3.4.1, a trabalhabilidade dos concretos foi
verificada através do ensaio prescrito na NBR NM 67/98, cujos resultados dos
ensaios de abatimento de tronco de cone estão ilustrados no Quadro 13.
69
Quadro 13: Ensaio de abatimento de tronco
Traço Abatimento (mm)
T0 75
T5 85
T10 90
T15 100
De acordo com a análise dos resultados observa-se que:
Os concretos produzidos com a substituição do agregado miúdo pelo
resíduo de pneu (T5, T10 e T15) apresentaram maiores abatimentos
quando comparados com o concreto de referência (T0). Tais
constatações são compatíveis com os relatos de Azmi, et al. (2008) e
Bewick et al. (2010);
Quanto maior o teor de agregado miúdo substituído, maior a
trabalhabilidade do concreto. Tal melhora na trabalhabilidade nos
concretos decorre, provavelmente, do aumento da relação
água/materiais secos e da menor massa específica do resíduo.
4.1.2 Coesão
A coesão dos concretos produzidos foi verificada de forma visual, conforme as
instruções recomendadas pelo IPT (HELENE e TERZIAN, 1993), e todos os
concretos apresentaram uma boa coesão.
70
4.2 ESTADO ENDURECIDO
4.2.1 Tipo de Ruptura
Verificou-se que os concretos produzidos com borracha apresentaram um
comportamento distinto, quanto ao tipo de ruptura, em comparação ao concreto
de referência. A incorporação da borracha de pneus pode proporcionar um
aumento na ductilidade dos concretos. Tal observação vai ao encontro das
considerações de Nehdi e Khan (2001); Martins, et al, (2005) e Barbosa et al.
(2006). A Figura 20 ilustra tal comportamento.
Figura 20: Tipos de ruptura dos concretos produzidos.
4.2.2 Resistência à Compressão Axial
Os Quadros 14 a 17 apresentam os resultados dos ensaios de resistência à
compressão axial, aos 28 dias de idade, realizados em corpos de prova
confeccionados a partir dos traços T0, T5, T10 e T15.
71
Quadro 14: Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos concretos convencionais (T0) aos 28 dias
Corpo de Prova Tensão de Resistência (MPa)
1 25,5
2 25,7
3 22,8
4 21,7
5 24,4
6 26,3
7 25,1
8 27,1
9 23,7
Média 24,7
Sd 1,63
CV (%) 1,73 Sd: Desvio Padrão CV: Coeficiente de Variação Quadro 15: Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos concretos produzidos com 5,0 % em volume de borracha (T5) aos 28 dias
Corpo de Prova Tensão de Resistência (MPa)
1 20,8
2 21,6
3 21,3
4 21,5
5 22,8
6 20,8
7 22,1
8 21,9
9 22,0
Média 21,6
Sd 0,61
CV (%) 0,64 Sd: Desvio Padrão CV: Coeficiente de Variação
72
Quadro 16: Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos concretos produzidos com 10,0 % em volume de borracha (T10) aos 28 dias
Corpo de Prova Tensão de Resistência (MPa)
1 21,3
2 22,0
3 20,1
4 17,8
5 20,0
6 19,8
7 20,5
8 19,1
9 19,3
Média 20,0
Sd 1,16
CV (%) 1,23 Sd: Desvio Padrão CV: Coeficiente de Variação Quadro 17: Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos concretos produzidos com 15,0 % em volume de borracha (T15) aos 28 dias
Sd: Desvio Padrão CV: Coeficiente de Variação
Corpo de Prova Tensão de Resistência (MPa)
1 18,6
2 18,4
3 18,5
4 11,1
5 16,4
6 18,0
7 16,5
8 17,3
9 18,8
Média 17,1
Sd 2,27
CV (%) 2,41
73
A Figura 21 apresenta os resultados médios dos ensaios de resistência à
compressão de todos os concretos produzidos nessa pesquisa.
Figura 21: Resistência à compressão média dos concretos.
A partir dos resultados médios de resistência à compressão axial, foram
determinadas as resistências relativas à compressão dos concretos produzidos
com resíduos de pneus em relação ao concreto de referência, cujos resultados
estão apresentados no gráfico da Figura 22.
Figura 22: Resistências relativas dos concretos produzidos em comparação ao
concreto de referência.
74
A análise dos resultados obtidos permite as seguintes considerações:
Quanto maior o teor de borracha utilizado menor é a resistência à
compressão apresentada pelos concretos para uma mesma relação
água/cimento. Provavelmente tal comportamento pode ser creditado a
uma maior incorporação de ar quando da produção de concreto com
resíduo e uma possível redução de aderência na interface resíduo/pasta
de cimento. Tais considerações são compatíveis com as efetuadas por
Giacobbe et al (2008) e Segre (1999);
A diferença de resistência entre os concretos confeccionados com 5,0 e
10,0% de borracha em volume é pequena, atingindo uma variação na
resistência à compressão de apenas 7,0 % entre os mesmos. Já para
15% de substituição verificou-se que uma representativa redução;
Com base nas considerações efetuadas, pode-se depreender que o teor
ótimo de substituição situa-se no intervalo entre 5 e 10%.
75
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com base nos resultados obtidos na presente pesquisa, é possível tecer as
seguintes considerações:
Os resultados apresentados corroboram os dados disponíveis na
literatura com relação ao teor de substituição do agregado miúdo por
resíduo de pneu inservível;
Embora a resistência à compressão axial tenha sido reduzida,
constatou-se que as propriedades estudadas em todos os concretos
com substituição do agregado miúdo, em volume, por resíduo de
borracha de pneu sem tratamento prévio apresentam potencial de
aplicação em certas áreas da construção civil;
A indústria da construção civil é um mercado de grande potencial para
absorver uma parcela dos pneus inservíveis gerados anualmente no
Brasil e no mundo, devido à grande quantidade e diversidade de
materiais que consome. Inteiros ou triturados, em substituição ou
adicionados aos materiais de construções convencionais.
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
A seguir são apresentadas algumas sugestões para trabalhos futuros:
Avaliar o módulo de elasticidade dos concretos produzidos com resíduos
de pneus;
Realizar o estudo de outras propriedades mecânicas, a exemplo de
resistência à tração na flexão, dentre outras;
Estudar o comportamento termo acústico de concretos com resíduos de
pneus.
76
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