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Anais do XIX Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178

Anais do IV Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420

23 e 24 de setembro de 2014

ESTUDO DA ADERÊNCIA ENTRE CONCRETO COM RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO CINZA E O AÇO PELO MÉTODO APULOT

Giovanna Rizzo Pontifícia Universidade Católica de Campinas

CEATEC [email protected]

Lia Lorena Pimentel Tecnologia do Ambiente Construído

CEATEC [email protected]

Resumo: A indústria da construção civil é respon-

sável pela geração de cerca de 50% dos resíduos sólidos gerados pelos centros urbanos e pelo con-sumo de grande parte dos recursos naturais, por isso, torna-se imprescindível que no processo de produção do concreto se permita a substituição dos recursos naturais por resíduos da construção civil, visando tornar essa indústria mais sustentável. No Brasil, a utilização do resíduo de construção civil para a mistura em concreto é ainda restrita a concre-tos não estruturais. Na concepção do concreto ar-mado, a aderência existente entre os dois materiais é de extrema importância, já que o concreto é respon-sável por resistir aos esforços de compressão, e o aço por resistir aos esforços de tração. Esse trabalho tem como objetivo, o estudo da aderência entre o concreto e o aço para concretos produzidos com resíduo cinza (ARC) graúdo com resistência à com-pressão simples de 30 MPa, utilizando o método de ensaio APULOT. O ensaio APULOT propicia a utili-zação de garrafas PET como formas para produção dos corpos de prova que podem ser ensaiados no próprio canteiro. A metodologia empregada para o desenvolvimento desse trabalho partiu da caracteri-zação dos agregados usados, desenvolvimento das proporções de mistura, que consistiu na determina-ção do diâmetro máximo, módulo de finura, massa unitária e massa específica. Após a definição dos traços de concreto foram determinadas suas caracte-rísticas mecânicas, como resistência à compressão simples, resistência à tração por compressão diame-tral e módulo de elasticidade. Posteriormente, foram executados os ensaios para determinação da tensão de aderência utilizando aço CA 50 A com diâmetro de 8mm. Palavras-chave: Concreto, aderência, resíduos.

Área do Conhecimento: Engenharia Civil – Materi-ais de construção.

1. INTRODUÇÃO Na concepção do concreto armado, enquanto o aço resiste aos esforços de tração o concreto resiste aos

esforços de compressão, ou seja, quando existe uma estrutura de aço e concreto, cada material resiste a um tipo de ação, e esse fato só é possível devido à solidariedade que existe em ambos os materiais, denominada de aderência. Para a obtenção da tensão de aderência entre o concreto e o aço são necessários ensaios laboratori-ais. Um desses ensaios é o Pull Out Test, que con-siste em arrancar uma barra de aço posicionada no centro de um prisma de concreto e assim, calcular a sua tensão de aderência. Trata-se de um ensaio complexo, realizado apenas em laboratórios. A pro-posta desse trabalho é utilizar o método de ensaio APULOT, proposto por Lorrain et al 2009, e que vem sendo motivo de pesquisa junto a PUC-Campinas, desde 2010. Trata-se de uma modificação do ensaio Pull-out, porem de menor complexidade, podendo ser realizado no próprio canteiro de obras, e que utiliza como moldes nos ensaios, garrafas PET des-cartadas na natureza. Nesse trabalho será utilizado concreto com classe de resistência de 30 e 50 MPa elaborados com resíduos reciclados cinza, provenientes da britagem de resí-duos de concreto e argamassa. No Brasil a utilização de resíduo de construção civil na produção de concreto é restrita a concretos não estruturais, porém cresce o número de pesquisas que vem sendo realizadas. O grupo de pesquisa Tecnologia do Ambiente Construído da PUC-Campinas vem se destacando nesse tipo de pesqui-sa nos últimos 5 anos. 1.1 Resíduos de Construção Civil: No Brasil, cerca de 50% dos resíduos gerados pelos centros urbanos são provenientes da construção civil, sendo a mesma responsável pelo consumo de grande parte da matéria prima extraída da natureza. Esse resíduo é depositado em lugares irregulares, causando assoreamento dos cursos de água, entu-pimento de galerias e bueiros, poluição de aqüíferos, entre outros ou são depositados em aterros sanitá-rios reduzindo rapidamente a sua vida útil.




Os resíduos da construção são classificados em quatro classes, de A à D segundo a Resolução CONAMA 307 [1]. Os resíduos classe A e B são passiveis de serem reciclados, sendo os de classe B – metais, vidros, papelão; que retornam para suas respectivas cadeias produtivas e os resíduos de classe A – resíduos de concreto, argamassa, cerâ-mica, de demolição; que podem ser britados e utili-zados como agregados na própria cadeia da cons-trução civil. Os resíduos das classes C e D são resí-duos sem tecnologia de reciclagem economicamente viável e resíduos perigosos, respectivamente. Os agregados reciclados de classe A são classifica-dos pela NBR 15116 [2] em agregado misto e cinza. Os reciclados cinza são provenientes de construção, demolição, reforma e reparos de pavimentação, e também de outras obras de infraestrutura, que são compostos na sua fração graúda, de no mínimo 90% em massa de fragmentos à base de cimento Portland e rocha; o reciclado cerâmico, que também são resí-duos gerados pela construção e demolição, mas que também são constituídos por componentes cerâmi-cos, como tijolos, telhas e placas de revestimento. 1.2 Ensaios de aderência A aderência entre o aço e o concreto é um fator de-terminante para o bom comportamento estrutural do concreto armado. O conhecimento do comportamen-to da aderência é imprescindível para a correta com-preensão das regras de cálculo do comprimento de ancoragem e emendas por traspasse das barras de armaduras, para o cálculo dos deslocamentos, con-siderando o efeito de enrijecimento por tração, o controle de fissuração e a quantidade mínima de armadura. A determinação da aderência entre o concreto e o aço é realizada através de ensaios laboratoriais, onde os corpos de prova são montados e expostos a testes. O Pull-Out test é um dos ensaios utilizados para a determinação da aderência. E cuja recomen-dação técnica é dada pelas normas RILEM CEB/FIP/83 e pela ASTM A94-2005. Com o ensaio de arrancamento simples é possível obter as intensidades das forças em quilo newtons em função do deslocamento. Com este valor de força dividido pela área de ancoragem da barra, calcula-se

a tensão de aderência (b). O ensaio de aderência modificado, o APULOT foi desenvolvido com o intuito de criar outras possibili-dades para se estimar a resistência à compressão do concreto, incrementando as possibilidades de contro-le tecnológico do concreto armado em canteiros de obras. No conceito do ensaio APULOT se utiliza

como corpos de prova moldados as garrafas PET, descartadas na natureza, o que vem a ser uma for-ma de demonstrar que os ensaios podem ser reali-zados com baixo conteúdo tecnológico [3]. O ensaio APULOT consiste em realizar uma estima-tiva da resistência à compressão do concreto por meio de um ensaio de aderência aço-concreto apro-priada - tipo pull-out (arrancamento), obtendo deste modo um complemento para o controle tecnológico do concreto a partir de um ensaio de aderência. Para a primeira estimativa do comprimento de ancoragem experimental (lexp) desse ensaio, foi adotado como premissa básica que ocorra o deslizamento da barra de aço em relação ao concreto circundante. Nesse caso, o comprimento da ancoragem (zona aderente), é influenciado pela resistência à compres-são do concreto (fck) e do diâmetro da barra de aço (SILVA, 2010). E é calculado segundo a equação 1.

lexp =fsy .Ø

4.τb ,máx (1)

Onde:fsy é a tensão de escoamento do aço; Ø é o diâmetro da barra de aço; lexp é o comprimento de ancoragem experimental nos corpos de prova; τ-b,máx é a tensão máxima de aderência obtida atra-vés da curva de correlação proposta por Lorrain e Barbosa (2008). A Figura 1 ilustra o esquema do ensaio APULOT.

2. METODOLOGIA O desenvolvimento do trabalho iniciou-se com a caracterização dos agregados a serem utilizados, na seqüência foram desenvolvidas as composições do concreto para que atingissem a resistência de 30 MPa e 50 MPa. Com os traços definidos, foram mol-dados os corpos de prova para determinação da tensão de aderência, pelo método APULOT, entre o concreto e aço CA 50 com diâmetro de 8mm.

2.1 Características dos agregados A caracterização dos agregados consiste em deter-minar características especificas dos materiais que serão utilizados na produção do concreto, ou seja, as características dos agregados graúdos e miúdos. Neste trabalho os materiais utilizados foram: areia natural, brita de basalto e agregado reciclado cinza.

Para esse trabalho foram determinadas para os a-gregados miúdos a granulometria segundo NBRNM248 [4], a massa unitária (NBRNM45) [5]; e a massa especifica (NBR NM 52) [6]. Para os agrega-dos graúdos foram determinadas as seguintes carac-




terísticas, granulometria (NBRNM248), massa espe-cifica e capacidade de absorção de água (NBRNM53) e a massa unitária (NBRNM45), os re-sultados são apresentados na tabela 1:

Tabela 1: Caracterização dos agregados

Agregado Miúdo Natural (AMN)

Agregado

Graúdo Natural (AGN)

Agregado Graúdo

Reciclado (AGR)

Diametro máx (mm)

4,8 19 19

Massa Unitária (g/cm³)

1,39 1,66 1,27

Massa Especí-fica (g/cm ³)

2,62 2,87 2,14

Absorção de água (%)

_- 0,74 7,3

2.2 Dosagem A dosagem do concreto pode ser entendida através do proporcionamento dos materiais constituintes, como, cimento, água, agregado graúdo, agregado miúdo, e se necessário, dos aditivos.

Os traços foram calculados para atingir a resistência de 30 MPa e 50 Mpa e consistência de 6 cm, pelo método ABCP considerando as características dos agregados natural e reciclado. Devido à presença do agregado reciclado graúdo, que por ser um material poroso e de resistência inferior a resistência dos agregados naturais, diminui gradativamente a resis-tência do concreto. Tentou-se atingir a resistência desejada utilizando primeiramente 50% de cada agregado, foi desenvolvida a opção da utilização de apenas 30% do agregado reciclado.

Após um primeiro ensaio observou-se a necessidade do uso de aditivo para atingir a trabalhabilidade e diminuir a relação água/cimento, possibilitando assim se obter a resistência desejada, os traços, também foram recalculados, modificando-se o teor de arga-massa.

Os resultados dos ensaios de resistência à compres-são da primeira moldagem são apresentados na Tabela 2 a seguir.

Tabela 2. Resultados do ensaio piloto

Resistencia média à

compressão axial (MPa)

7 dias 14 dias 28 dias

Traço 1 28,73 33,46 33,09

Traço 2 34,34 37,51 29,98

Traço 3 32,7 50,8 44,4

Traço 4 34,5 43,2 52,7

No Traço 1, foi utilizado um teor maior de agregado reciclado (50%) e a resistência desejada foi atingida (30 Mpa), sendo o mesmo escolhido para os ensaios de determinação da tensão de aderência pelo méto-do APULOT. Em relação ao ensaio de resistência para os traços de 50 Mpa, optou-se pelo Traço 4, já que este aos 28 dias atingiu a resistência desejada.

2.3. Ensaio APULOT Para a determinação da tensão de aderência pelo método APULOT, faz-se necessário o cálculo do comprimento de ancoragem (lexp), determinado conforme a equação 1, estabelecida por Lorrain et al (2008) Nesse trabalho adotou-se os valores de (lexp) e da tensão de escoamento do aço conforme apre-sentados na Tabela 3.

Tabela 3 – Comprimento de ancoragem adotado e ten-são de escoamento

Concreto

Comprimento de ancoragem

Tensão de escoamento do

aço

[cm] [MPa]

T 30 MPa 8,1 583

T 50 MPa 5,6 583

Para o concreto em estudo foram determinadas além da tensão de aderência a resistência à compressão segundo a NBR 5739 [7] a resistência à tração por compressão diametral (NBR 7222) [8] e o módulo de elasticidade segundo a NBR 8522 [9]. As Figuras 1 a 3 mostram a execução desses ensaios.




Figura 1: Ensaio

resistência à compressão

axial

Figura 2: Ensaio resistência à compressão

diametral

Figura 3: Ensaio módulo de elas-

ticidade

Os materiais utilizados para o ensaio foram prepara-dos. A preparação dos moldes com as garrafas PET consistiu em furar as garrafas, no fundo e na tampa, cortar parte do fundo, inserir a barra de aço previa-mente preparada de forma a ter a medida de anco-ragem posicionada centralizada na garrafa. Foram preparados para cada classe de resistência 6 moldes para o ensaio de aderência para cada idade de en-saio (7 e 28 dias) e três corpos de prova para cada ensaio de caracterização mecânica e idade de en-saio. No processo de cura os corpos de prova fica-ram imersos em água ate a idade de ensaio.

3. RESULTADOS Após a preparação das garrafas PET e dos corpos de prova, os ensaios puderam ser realizados, primei-ramente houve a ruptura dos corpos de prova para a obtenção das resistências à compressão axial, tra-ção por compressão diametral e o módulo de elasti-cidade do concreto, os resultados dos ensaios das propriedades mecanicas para o concreto de classe 30 MPa e 50 Mpa são apresentados na a tabela 4.

Tabela 4: Resultado dos ensaios laboratoriais

Traço 1 (30 MPa) Traço 4 (50 Mpa)

7 dias 28 dias 7 dias 28 dias

Resistência à compres-são axial

(MPa)

26,2 33,8 41,1 53,1

Resistência à tração (MPa)

3 3,6 4,3 2,66

Módulo de Elasticidade

(GPa) _ 46,6 _ 57

Nos ensaios de arrancamento, realizados no Labora-tório de Materiais da PUC-Campinas, pode-se obser-var dois comportamentos distintos de ruptura dos corpos de prova em função da idade do ensaio. Para o concreto nas primeiras idades, ou seja aos 7 dias de idade, observou-se o deslizamento da barra de aço em relação ao concreto para maioria dos corpos de prova sem a ocorrencia de ruptura da barra de aço. Entretanto nos ensaios de arrancamento reali-zados na idade de 28 dias, houve a predominancia do comportamento de ruptura da barra de aço. A tensão média de aderencia aos 7 dias foi de 17MPa e o comprimento de deslizamento da ordem de 2,5mm, o que pode ser observado na Figura 4.

Figura 4: Ensaio de arrancamento aos 7 dias

A Figura 5 apresenta as curvas de tensão de ade-rencia versus deslizamento para a idade de 28 dias. A tensão media de aderencia neste caso foi de 16,8 MPa.

Figura 5. Ensaio de arrancamento aos 28 dias

A Tabela 5 apresenta os resultados dos ensaios de resistência à compressão (fc) e de tensão de ade-rência (fad) obtidos para cada corpo de prova ensai-ado. Observa-se uma ligeira redução do valor médio

0 5 10 15 20 25 30

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Ten

são

(M

Pa

)

Deslizamento (mm)

Idade 7 dias

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

0 5 10 15 20 25 30

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Ten

são

(M

Pa

)

Deslizamento (mm)

Idade 28 dias

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Ensaio 11

Ensaio 12




da tensão de aderência aos 28 dias em relação aos 7 dias de idade, sendo que esse comportamento também foi observado por Baiochi et al 2013 em concretos desenvolvidos com mesmo tipo de resí-duo.

Tabela 5: Resultados de resistencia a compressao e de tensão de aderencia individuais

Concreto Ida-de

CP fc

(MPa)

Força Arran-

camento (kN)

fcad (MPa)

30 MPa com 50% reciclado graúdo

7 dias

3 26,18 34,31 16,9

4 26,18 36,36 17,9

5 26,18 36,97 18,2

6 26,18 30,8 15,2

28 dias

8 33,8 35,23 17,3

9 33,8 36,79 18,1

10 33,8 30,58 15

11 33,8 34,91 17,2

12 33,8 33,68 16,6

50 MPa com 30% reciclado graúdo

7 dias

1 41,1 28,97 20,59

4 41,1 37,79 26,86

28 dias

8 53,1 33,6 23,88

10 53,1 34,24 24,34

12 53,1 32,37 23,01

4. CONCLUSÃO A composição do concreto elaborado com agregado graúdo reciclado cinza proveniente da reciclagem de resíduo de construção, atingiu a resistência de proje-to desejada, ou seja, concreto com classe de 30 MPa e 50 MPa.

Nos ensaios de determinação da tensão de aderên-cia os valores obtidos são similares aos obtidos por Baiochi et al, 2013 para o concreto MG50 cuja resis-tência a compressão era de classe de resistência de 30MPa. A redução da tensão de aderência aos 28 dias em relação a observada aos 7 dias se repetiu, porem de forma menos evidente, redução de 1,1% enquanto que para Baioch et al, 2013 a redução foi de 14,5%.

Entretanto os resultados obtidos nos ensaios APULOT realizados aos 28 dias não são conclusi-

vos, uma vez que a ruptura da barra de aço pode ter interferido pela interferência de algum outro fenôme-no ocorrido durante o ensaio que justifique o patamar de escoamento que se apresenta em todos os mol-des ensaiados. Mais ensaios deverão ser realizados e todos os cuidados na execução dos mesmos de-vem ser tomados para melhor avaliar o comporta-mento da aderência.

Outras pesquisas para avaliar a durabilidade do con-creto usando resíduos de construção cinza são fun-damentais para que este material possa vir a ser usado para fins estruturais.

AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq pela bolsa de IC e a FAPESP pelo apoio através de projeto de auxilio a pesquisa numero 2010/18044-6, que possibilitou aquisição dos equipamentos para ensaio APULOT.

REFERÊNCIAS [1] CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambien-

te. Resolução nº. 307,5 Julho de 2002. http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res02/res30702.html Acessado em 03/08/2013.

[2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15116: agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil – Utilização em pavimentação e preparo de concreto sem função estrutural - requisitos - elaboração. Rio de Janeiro, 2004. 12p.

[3] LORRAIN, M., BARBOSA, M.P Controle de qua-lidade dos concretos estruturais: ensaio de ade-rência aço-concreto.In: Revista Concreto& Cons-truções, São Paulo, Nº51, 3º trimestre, p. 52-57, 2008.

[4] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregados - Determinação da com-posição granulométrica. NBR NM 248, Rio de

Janeiro, 2003.

[5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregados – Determinação da mas-sa unitária e do volume de vazios. NBR NM 45,

Rio de Janeiro, 2006

[6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregado miúdo – Determinação da massa específica e massa específica aparente.

NBR NM 52, Rio de Janeiro, 2009.

[7] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto - Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos Rio

de Janeiro, 2007.




[8] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7222: Concreto e argamassa – Determinação da resistência à tração por com-pressão diametral de corpos de prova cilindricos.

Rio de Janeiro, 2011.

[9] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto – Determinação do módu-lo estático de elasticidade à compressão. NBR 8522, Rio de Janeiro, 2008.

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