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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS Centro de Desenvolvimento Tecnológico Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Dissertação USO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ PARA OBTENÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO Jonathan Aires Iacks Pelotas, 2018
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS Centro de Desenvolvimento Tecnológico
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Dissertação
USO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ PARA OBTENÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO
Jonathan Aires Iacks
Pelotas, 2018
Jonathan Aires Iacks
USO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ PARA OBTENÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, do Centro de Desenvolvimento Tecnológico, da Universidade Federal de Pelotas, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia.
Orientadora: Drª Margarete Regina Freitas Gonçalves Pelotas, 2018
Jonathan Aires Iacks
USO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ PARA OBTENÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO
Data da Defesa: 28/09/2018. Banca examinadora: ____________________________________________________________ Dra. Margarete Regina Freitas Gonçalves (Orientadora) Doutora em Engenharia, área de concentração Ciência dos Materiais pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil. ____________________________________________________________ Dra. Maria Tereza Fernandes Pouey Doutora em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil. ____________________________________________________________ Dra. Ariela da Silva Torres Doutora em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil. _____________________________________________________________ Prof. Dr. Rubens Camaratta (suplente) Doutor em Ciência e Tecnologia de Materiais pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.
Dedico este trabalho ao pilar da minha existência e minha grande motivadora, minha mãe Eloi da Cruz
Aires.
AGRADECIMENTOS
A Deus.
À minha orientadora Dra. Margarete Regina Freitas Gonçalves por ter
aceitado me auxiliar na condução deste trabalho, por tamanha paciência e
compreensão nos momentos que mais precisei.
À Dra. Estela Oliari Garcez pelo auxílio no início da minha jornada como
mestrando deste Programa.
Ao Programa de Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais e a
Universidade Federal de Pelotas pela oportunidade de fazer parte do seu quadro
discente.
À Professora, colega e grande amiga MSc. Aline Tabarelli, por toda ajuda
nesse período de mestrado e, principalmente, por ter me mostrado sempre que tudo
é possível e que nosso empenho sempre trará crescimento e bons resultados.
À Empresa São Marcos – Artefatos de Concreto, representada pelo
Engenheiro Stael Padilha, por ter disponibilizado seus funcionários, materiais e
equipamentos para a realização desta pesquisa, sem dúvida este trabalho não
poderia ter sido desenvolvido sem o apoio financeiro e conhecimento técnico desta
empresa.
À SLC alimentos pela disponibilidade em fornecer seus resíduos para a
realização do trabalho e, além disso, dispor de tempo para conhecimento do
processo produtivo e métodos de obtenção do resíduo gerado.
À todos os professores que fizeram parte deste momento da minha formação
pessoal e profissional, em especial aos que fazem parte deste programa de Pós
Graduação.
Ao Doutorando Oscar Paniz por toda a ajuda no início dos ensaios deste
trabalho.
À Graduanda em Engenharia Civil Lislaine Jahnecke Oliveira, por ter sido tão
perspicaz ao me auxiliar na realização de cada ensaio e incansável na realização de
cada um deles.
À CIENTEC – Fundação de Ciência e Tecnologia por ter aceito, mesmo no
encerramento de suas atividades, realizar os ensaios os quais a Universidade não
dispõe de equipamentos.
À minha colega e amiga MSc. Juliana Contreira, por ter sido inúmeras vezes
fonte de motivação e, também, inspiração.
À minha amiga MSc. Camila Alves, por todo auxílio nos momentos de maiores
dúvidas no desenvolvimento desta pesquisa.
À minha família e todos os meus amigos.
E por último, especialmente, ao meu irmão Pablo Aires Iacks e à minha mãe,
Eloi da Cruz Aires por ter sido incansável no momento mais crucial de nossas vidas
e o suportado, da forma como contornou todos os obstáculos da vida, com fé,
determinação e amor.
A todos vocês, o meu muito obrigado.
Jonathan Aires Iacks
“Talvez não tenha conseguido fazer o melhor, mas
lutei para que o melhor fosse feito. Não sou o que
deveria ser, mas Graças a Deus, não sou o que
era antes”. (Marthin Luther King)
Resumo
IACKS, Jonathan Aires. Uso de cinza de casca de arroz para obtenção de blocos de concreto para pavimentação. 77f. Dissertação – Programa de Pós-Graduação
em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2018.
Considerando a importância da reciclagem de resíduos agrícolas, tais como o originado pelo aproveitamento da casca de arroz como fonte de energia, a cinza de casca de arroz (CCA), no presente trabalho pesquisou-se o emprego da CCA na produção de blocos de concreto para pavimentos, buscando obter um produto alternativo para empresas do ramo. A cinza utilizada tem origem na queima da casca de arroz à temperatura em torno de 550ºC e foi caracterizada quanto ao teor de umidade, teor de carbono e granulometria. Em função de sua granulometria, a CCA foi inserida em substituição ao agregado miúdo, a areia média, nos percentuais de 5% e 10%, em massa. Na busca por uma realidade de produção, os blocos de concreto sem e com CCA foram fabricados por uma empresa do ramo existente em Pelotas, RS, e testados quanto ao teor de absorção de água, índice de vazios, resistência à compressão e resistência à abrasão. Além disto, também, verificou-se o efeito da adição da CCA na tonalidade final do bloco, visando a possibilidade de redução do uso de corantes (pigmentos) inorgânicos e uma possível redução de custo nesse aspecto. O resultado mostrou ser possível a obtenção de blocos com CCA nas quantidades propostas de 5% e 10% de substituição, mas que somente os blocos com 5% de substituição atenderam as exigências da ABNT NBR 9781:2013. Palavras-chave: sustentabilidade; cinza de casca de arroz; pavimento; blocos de concreto; agregado miúdo; propriedades físicas; desempenho mecânico.
Abstract
IACKS, Jonathan Aires. Technological properties of concrete blocks made with rice husk ashes suited for pavements. 77f. Dissertation – Programa de Pós-
Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2018.
Considering the importance of recycling agricultural waste, such as the one originated from the utilization of the rice husk as source of energy, the rice husk ashes (RHA), in this study it was researched the use of RHA on the production of concrete blocks for pavements, seeking to obtain an alternative product for companies of the branch. The ash used had its origin in the burning of the rice husk at a temperature of 550ºC and it was characterized concerning moisture levels, carbon levels and granulometry. Due to its granulometry, the RHA was inserted in substitution to the medium thick sand, in the percentages of 5% and 10%, in mass. In search for reality in production, the concrete blocks with and without the RHA were made by a company of such branch, existing in Pelotas, RS, and they were tested regarding water absorption levels, void ratio, mechanical resistance to compression and abrasion resistance. Besides that, it was also verified the effects of adding RHA on the final tonality of the block, aiming the possibility of reducing the use of inorganic dye (pigments) and a possible cost reduction of this aspect. The result showed to be possible to attain blocks with RHA with the proposed quantities, but only the blocks with 5% replacement met the ABNT NBR 9781:2013 requirements. Keywords: sustainability; rice husk ashes; pavement; concrete blocks; medium thick sand; physical properties; mechanical performance.
Lista de Figuras
Figura 1 - Benefícios Obtidos com o aproveitamento da casca de arroz como biomassa e utilização das cinzas como adição mineral para a produção de concreto ............................................................................................................................................ 26
Figura 2 - Amostra de CCA utilizada no desenvolvimento da pesquisa, obtida a partir da queima da casca de arroz a baixas temperaturas.................................................... 27 Figura 3 - Estrutura de um pavimento com blocos de concreto ................................... 34
Figura 4 - Bloco Holandês ............................................................................................... 35
Figura 5 – Bloco Unistein ................................................................................................. 36 Figura 6 – Bloco Quadrado .............................................................................................. 36
Figura 7 - Blocos de concreto tipo I ................................................................................. 37
Figura 8 - Blocos de concreto tipo II ................................................................................ 37
Figura 9 - Blocos de Concreto Tipo III ............................................................................ 37 Figura 10 - Blocos de Concreto Tipo IV .......................................................................... 38
Figura 11– Exemplo de blocos de concreto coloridos utilizados em pavimento público ............................................................................................................................................ 39
Figura 12 - Blocos de concreto com coloração escura ................................................. 40
Figura 13 – Piso decorativo de uma praça pública ........................................................ 41
Figura 14 – Pavimento com demarcação para deficientes e faixa de pedestres feito com blocos de concreto intertravados de diferentes cores. .......................................... 42
Figura 15 - Análise visual de blocos de concreto pigmentados com rejeitos de mineração e blocos de concreto sem pigmento. ........................................................... 42
Figura 16 – Fluxograma das etapas desenvolvidas na parte experimental. ............... 44
Figura 17 – CCA fornecida pela SLC Alimentos. ........................................................... 46 Figura 18 – Curva granulométrica da CCA .................................................................... 49
Figura 19 – Curva granulométrica do agregado miúdo (areia) ..................................... 51
Figura 20 – Geometria do Bloco de Concreto Fabricado .............................................. 52 Figura 21 – Armazenamento dos agregados ................................................................. 53
Figura 22 – Silo de Armazenamento de cimento ........................................................... 54
Figura 23 - Equipamento de controle de pesagem dos materiais ................................ 55
Figura 24 – Esteira de transporte de agregados até o misturador ............................... 56 Figura 25 – Inserção da cinza manualmente no misturador. ........................................ 57
Figura 26 – Moldagem do blocos de concreto utilizados no desenvolvimento experimental ...................................................................................................................... 58
Figura 27 - (A) Remoção de rebarbas; (B) Acondicionamento em bandejas ............ 59
Figura 28 – Acondicionamento dos blocos no laboratório ............................................ 59
Figura 29 – Posicionamento das medições feitas nos blocos. ..................................... 61 Figura 30 - Prensa Hidráulica .......................................................................................... 62
Figura 31 – Paleta de cores de pigmentos usualmente utilizados na produção de blocos de concreto coloridos............................................................................................ 63
Figura 32 – Amostras de blocos de concreto referência utilizadas na inspeção Visual ............................................................................................................................................ 65
Figura 33 – Amostras de blocos de concreto com CCA utilizadas na inspeção Visual ............................................................................................................................................ 66
Figura 34 – Análise comparativa da coloração entre blocos recém fabricados com 5% de CCA com 28 dias (a) e com o pigmento óxido de ferro preto, 90 dias (b). ..... 73
Figura 35 – Coloração de blocos de concreto referência, com 5% e 10% de CCA, respectivamente, após 90 dias de exposição à intempérie. ......................................... 73
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Materiais Utilizados ......................................................................................... 45 Tabela 2 - Teor de umidade da CCA .............................................................................. 47
Tabela 3 – Teor de carbono presente na CCA. ............................................................. 48
Tabela 4 – Distribuição granulométrica e módula de finura da CCA. .......................... 48 Tabela 5 – Distribuição granulométrica do agregado miúdo (areia). ........................... 49
Tabela 6 – Módulo de finura dos agregados .................................................................. 49
Tabela 7 – Determinação do teor de umidade da areia. ............................................... 50
Tabela 8 – Distribuição granulométrica da areia ........................................................... 50 Tabela 9 - Traços utilizados na produção dos blocos de concreto .............................. 52
Tabela 10 – Número de amostras por ensaio de acordo com a NBR 9781:2013 ...... 60
Tabela 11 – Análise Dimensional dos blocos de concreto sem e com CCA .............. 67 Tabela 12 – Teor de absorção de água dos blocos de concreto referência ............... 68
Tabela 13 – Teor de absorção de água dos blocos de concreto com 5% de CCA .... 68
Tabela 14 – Teor de absorção de água dos blocos de concreto com 10% de CCA.. 68
Tabela 15 – Índice de vazios dos blocos sem CCA ...................................................... 69 Tabela 16 – Índice de vazios dos blocos com 5% CCA ................................................ 69
Tabela 17 – Índice de vazios dos blocos com 10% CCA .............................................. 69
Tabela 18 – Resistência à compressão dos blocos de concreto sem e com CCA .... 70
Tabela 19 – Ensaio de resistência à abrasão de blocos de concreto sem e com CCA, pelo Método CIENTEC ..................................................................................................... 71
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
CCA – Cinza de Casca de Arroz
ONG – Organização não governamental
ABIARROZ – Associação Brasileira das Indústrias de Arroz
CP’s – Corpos de Prova
CIENTEC – Fundação de Ciência e Tecnologia
IRGA – Instituto Rio Grandense do Arroz
ISC – Índice de Suporte Califórnia
MPa – Mega Pascal
NBR – Norma Brasileira Regulamentadora
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 16
1.1. Objetivos .............................................................................................................. 18
1.1.1 Objetivo Geral............................................................................................... 18
1.1.2 Objetivos Específicos .................................................................................. 19
1.2 Delimitações da pesquisa ..................................................................................... 19
1.3 Estrutura da dissertação ........................................................................................ 19
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 21
2.1 Reciclagem de resíduos como estratégia para o desenvolvimento de novos produtos ......................................................................................................................... 21
2.2 Cinza de Casca de Arroz (CCA)............................................................................ 24
2.2.1 Métodos de obtenção ..................................................................................... 27
2.2.2 A sílica presente na CCA ............................................................................... 28
2.2.3 O uso da CCA na Construção Civil ................................................................ 30
2.3 Pavimentos de concreto ......................................................................................... 32
2.3.1 Pavimentos de concreto moldados in loco .................................................... 32
2.3.2 Pavimentos de concreto pré-moldados ........................................................ 33
2.4 O uso de resíduos como potencializador para alcançar a inovação em pavimentos com blocos de concreto ........................................................................... 40
3. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................................ 44
3.1 Matérias-primas ................................................................................................... 45
3.1.1 Caracterização da CCA ............................................................................... 46
3.1.2 Caracterização do agregado miúdo (areia) .................................................. 50
3.3 Obtenção dos blocos de concreto sem e com CCA ............................................ 51
3.3.1 Caracterização física e mecânica .................................................................... 60
3.3.2 Análise de coloração ....................................................................................... 63
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................... 65
4.1 Inspeção visual........................................................................................................ 65
4.2 Avaliação dimensional ........................................................................................... 67
4.3 Absorção e índice de vazios .................................................................................. 68
4.4 Resistência à compressão ..................................................................................... 70
4.5 Resistência à abrasão ........................................................................................... 71
4.6 Análise de coloração ............................................................................................. 72
5. CONCLUSÕES .......................................................................................................... 75
6. Sugestões para trabalhos Futuros ........................................................................... 77
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 78
1 INTRODUÇÃO
Este capítulo apresenta o contexto no qual se insere esta pesquisa bem como
sua justificativa, seus objetivos e a estrutura da presente dissertação.
1.1 Contexto da pesquisa
Nos dias atuais, cada vez mais os consumidores estão em busca de soluções
para satisfazer seu anseio de transformar o mundo globalizado em um mundo
melhor. Isso se deve ao fato que estes mesmos consumidores estão mais atentos
aos conceitos de desenvolvimento sustentável e social, baseados em suprir as
necessidades atuais, sem o comprometimento da capacidade de suprir as gerações
futuras, tampouco promover o esgotamento dos recursos naturais ou uma
degradação massiva do meio ambiente. Sendo assim, “pensar” de forma sustentável
já não é mais uma estratégia empresarial, mas representa um desejo pessoal de
garantir uma vida com maior qualidade para as gerações do futuro, assegurando a
manutenção de recursos naturais e um ambiente de qualidade mais satisfatória.
O meio ambiente é uma das maiores preocupações do século e tratá-lo de
forma a promover a sua manutenção e de seus recursos, nada mais é do que criar
condições de uso onde sejam levados em consideração dois fatores: os recursos
naturais são esgotáveis e a degradação do meio ambiente afeta negativamente a
qualidade de vida das pessoas. Em consequência dessa perspectiva, surge a
necessidade de impor limites à ação do homem sobre a natureza e busca-se,
portanto, um freio ao sistema produtivo insustentável. Aliado a isso, atenta-se à
necessidade de tomarem-se medidas de mitigação dos impactos decorrentes da
atual ordem econômica mundial caracterizada pela produção e consumo sempre
crescentes.
Tendo em vista esse ritmo de produção acentuado, devido ao crescimento
populacional e as modificações na economia do país, faz-se necessário observar
que rejeitos, independentemente da origem, não são gerados somente após o
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consumo do produto final, mas, também, durante a produção do mesmo, como uma
consequência do processo.
Muitos resíduos que, por não terem um destino adequado são, muitas vezes,
depositados em grandes áreas abertas, provocando um elevado impacto ambiental.
Um exemplo típico é a cinza de casca de arroz (CCA), rejeito oriundo da casca de
arroz quando utilizada como fonte de energia no processo de secagem em indústrias
de beneficiamento de arroz. Após a queima, a casca do arroz converte-se em uma
cinza, que dependendo da temperatura, pode apresentar-se escura e com elevado
teor de carbono. Esse resíduo tem como principal destino aterros ou descarte
inadequado na natureza. Na tentativa de reduzir este descarte, pesquisas vêm
sendo realizadas visando a aplicação da CCA na indústria de fabricação de artefatos
de concreto e os resultados tem mostrado a possibilidade de otimização das
propriedades tecnológicas dos mesmos.
Neste sentido, resíduos industriais e materiais reciclados estão sendo usados
na indústria da construção para preservar o meio ambiente, economizar materiais e
aumentar a durabilidade do material de construção (SANG-HWA et al., 2018), para
que se possa, cada vez mais, aproveitar as características dos rejeitos industriais
somando-as às características de outros materiais existentes. Além disso, a
Engenharia deve buscar incessantemente o desenvolvimento de materiais com
melhores propriedades, que atendam às normas existentes e às expectativas dos
consumidores, através de materiais com maior vida útil e melhor qualidade, pois,
segundo Neville (1997), a utilização de materiais alternativos como escória, a cinza
volante, a cinza de casca de arroz e a sílica ativa, bem como suas combinações,
podem produzir concretos com melhor desempenho.
O estado do Rio Grande do Sul é responsável por grande parte da produção
arrozeira do país. A constatação da necessidade de encontrar tecnologias
sustentáveis para lidar com a quantidade de resíduos gerados por essa demanda de
arroz na região e também para a exportação, faz surgir esta pesquisa. Focado nesse
contexto, no presente trabalho analisou-se a influência da adição de CCA no
concreto utilizado para a produção de blocos para pavimentos, a partir da
determinação de suas propriedades tecnológicas (físicas, mecânicas e estética). A
utilização da cinza da casca de arroz pode reduzir a densidade e peso do concreto,
bem como o coeficiente de condutibilidade de temperatura, aumentando a
resistência térmica (YUXIA, 2014) e a resistência à compressão e absorção de água
18
(BEZERRA, 2010; GIVI et al., 2010). Para tanto, a CCA foi obtida em um engenho
de arroz na cidade de Pelotas, Rio Grade do Sul, a partir da queima de casca de
arroz em uma grelha, a temperatura de aproximadamente 550ºC. A cinza foi
utilizada em substituição ao agregado miúdo (areia), nas quantidades de 5% e 10%,
em massa. As propriedades físicas analisadas foram: absorção de água, índice de
vazios, resistência à compressão e desgaste por abrasão.
Quanto a estética, buscou-se verificar o efeito da adição de CCA na
tonalidade final do bloco, visando a possibilidade de redução do uso de corantes
(pigmentos) inorgânicos, em geral a base de óxidos que quando utilizados no
concreto alteram a sua trabalhabilidade, exigindo a adição de mais água na mistura,
o que ocasiona redução da resistência mecânica.
O presente estudo trabalhou com as hipóteses de obtenção de uma fonte
alternativa para o agregado miúdo e os pigmentos corantes usados no concreto de
blocos para pavimentos, a partir da substituição de diferentes quantidades da areia
por CCA, bem como a de obtenção de um bloco com CCA para pavimentos com
propriedades semelhantes às dos blocos sem adição de cinza. A escolha por esse
tipo de bloco deu-se em função da sua crescente utilização e, além disso, por ser
um material que é utilizado em diversas tonalidades, sendo uma delas o cinza
escuro, conferida ao material com o uso de pigmentos, mas que também é atingida
com a utilização de cinzas de casca de arroz em outros estudos, como o de POUEY
(2006).
Sendo assim, justifica-se a realização do presente estudo em função da
minimização da degradação ambiental ao diminuir-se a utilização de um recurso
natural não renovável e da promoção da redução no volume de cinza de casca de
arroz depositado na natureza, mitigando os impactos ambientais causados por
ambos processos e promovendo a possibilidade de redução de custo de produção à
indústrias de diferentes segmentos.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral do trabalho foi o de analisar comparativamente blocos de
concreto usados em pavimentação com com blocos de concreto com adição de
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cinza de casca de arroz, usada em substituição ao agregado miúdo, bem como as
propriedades tecnológicas (físicas, mecânicas e estética) adquiridas pelos mesmos.
1.2.2 Objetivos Específicos
Obter e caracterizar física e mecanicamente blocos de concreto
referência e com CCA;
Analisar comparativamente as propriedades tecnológicas dos blocos de
concreto referência e com CCA;
Avaliar a estética dos blocos com CCA considerando a tonalidade final.
1.3 Delimitações da pesquisa
No desenvolvimento das atividades experimentais foram identificadas as
seguintes delimitações:
Dificuldades no armazenamento da CCA na indústria de artefatos de
blocos de concreto;
Inexistência de balança de precisão na indústria de artefatos de blocos
de concreto, ainda não adaptada à realidade de utilização do resíduo;
Custo dos materiais e ensaios.
.
1.4 Estrutura da dissertação
A estrutura da dissertação contém cinco capítulos, sugestões para atividades
futuras e referências bibliográficas. Os cinco capítulos estão assim constituídos: o
capítulo 1 apresenta a introdução com uma contextualização da temática proposta,
os objetivos, delimitações da pesquisa e a estrutura do trabalho; o capítulo 2 contém
a revisão de literatura sobre reciclagem de resíduos, cinza de casca de arroz (e
pavimentos de concreto e resíduos como potencializadores de inovação em
pavimentos; o capítulo 3 descreve os materiais e métodos utilizados na parte
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experimental do trabalho, de acordo com as normas regulamentadoras vigentes,
com base em outros trabalhos, e de acordo com o dia-a-dia das empresas; o
capítulo 4 mostra os resultados e discussões; e o capítulo 5 contém as conclusões
finais do trabalho.
21
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O presente capítulo disserta sobre os principais assuntos e aspectos que
serão tratados no decorrer do trabalho, como a reciclagem de resíduos para o
desenvolvimento de novos produtos, a cinza de casca de arroz e suas
características e propriedades e, por fim, pavimentos de concreto.
2.1 Reciclagem de resíduos como estratégia para o desenvolvimento de novos produtos
Atualmente, empresas e indivíduos estão buscando melhorar seus hábitos em
prol do meio ambiente por meio do desenvolvimento de técnicas que levem à
redução da taxa de utilização de materiais nocivos à natureza, ou, até mesmo,
materiais provenientes desta.
Na construção civil, o desenvolvimento e uso de materiais alternativos tem
sido uma tendência crescente (GIVI et al., 2010) e a indústria de cimento e concreto
tem requerido a utilização de componentes sustentáveis. A reciclagem de resíduos
(agrícolas, industriais e de mineração) é uma maneira de se diversificar a oferta de
matéria-prima para a utilização como material de construção, viabilizando reduções
de custo e de efeitos ambientais negativos (LIMA et al., 2008) e o uso destes
resíduos como matéria-prima para componentes da construção civil tem sido muito
trabalhado e debatido por pesquisadores nos últimos tempos.
Com a possibilidade de se conquistar uma melhor colocação para o setor da
construção, a partir da adoção e do emprego de resíduos em traços de concreto
e/ou argamassas, pesquisadores vem buscando conscientizar ceramistas,
construtores, meio técnico e o próprio mercado consumidor quanto à importância da
qualidade deste produto para as habitações (PRUDÊNCIO JÚNIOR et al, 2003).
Além disso, sabe-se que ações isoladas não irão solucionar os problemas
advindos dos resíduos e que a indústria deve tentar fechar seu ciclo produtivo de tal
forma que minimize a produção deles e o uso de matéria-prima não renovável
(DORSTHORST; HENDRIKS, 2000). Nesse sentido, é de suma importância que
haja interação entre as empresas de diferentes segmentos.
Portanto, é necessário reciclar para que os recursos naturais não renováveis
sejam preservados e, além disso, elaborar-se leis ambientais severas que dificultem
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a fabricação de produtos que acarretem malefícios ao meio ambiente. Ademais, é
viável seguir a orientação dos ambientalistas para a redução, reciclagem e
reutilização dos resíduos como um todo, evitando assim o sistema de descartes,
uma vez que, segundo SOUZA (2008), a reciclagem de resíduos para a produção de
novos materiais, permite:
redução do volume de extração de matérias-primas;
conservação de matérias primas não renováveis;
redução do consumo de energia;
menores emissões de poluentes, como o CO2;
melhoria da saúde e segurança da população.
Cabe ressaltar que, a reciclagem de qualquer tipo de material, independente do
uso que lhe for dado, representa vantagens ambientais, econômicas e sociais assim
entendidas:
Ambientais – o impacto dos resíduos ao meio ambiente é muito significativo, seja
na forma de depósitos irregulares, para os quais a administração pública ou órgãos
ambientais, têm de estabelecer uma rotina de correção, seja na forma de bota fora,
deixando os gestores públicos reféns de soluções de destinação cada vez mais
distantes e custosas. Em qualquer caso, a deterioração ambiental provocada é
grande. Os benefícios ambientais com a reciclagem de resíduos são vários, não só
por diminuir a deposição em locais inadequados como também por ser uma solução
que minimiza a necessidade de extração de matérias primas virgens, o que nem
sempre é adequadamente fiscalizado.
Econômicas – reciclar é, na maioria dos casos, menos custoso que descartar os
resíduos recicláveis. Primeiro por que se pode fabricar um material alternativo com
características semelhantes aos dos convencionais e segundo por que este novo
produto estará dispensando em, pelo menos, 30% o uso de recursos naturais.
Sociais – as empresas da construção civil precisam assumir sua
responsabilidade social, na forma de utilizar e indicar o produto com materiais
reciclados podendo iniciar seu uso em obras de pequeno porte, como habitações
populares, depois expandindo sua utilização em qualquer outro tipo de construção,
uma vez comprovada sua qualidade e durabilidade. É necessário que a mídia,
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agentes da saúde, ONG’s e a população, como um todo, seja conscientizada a
valorizar os produtos reciclados e ecologicamente corretos, no caso de materiais de
construção alternativos, esta conscientização deve partir do próprio setor.
Diferentes e recentes pesquisas apresentam produtos comercializados feitos
com materiais reciclados como os trabalhos de Bastos (2013) que se utilizou de
rejeito de barragem de minério de ferro como matéria-prima, identificando o seu
potencial como material de infraestrutura rodoviária, seja por meio de estabilização
granulométrica ou estabilização química, e de Dias (2017) que utilizou o mesmo
rejeito para a produção de argamassa colante, indicando a viabilidade deste material
como agregado miúdo em substituição total ao agregado natural, permitindo a
redução dos impactos ambientais causados pelas mineradoras e pela construção
civil.
Já Fontes (2013) abordou o uso do rejeito de barragem de minério de ferro
como matéria-prima para a produção de matrizes de argamassa para revestimento e
assentamento de alvenarias, aplicadas em obras civis e construções metálicas,
comprovando após análises químicas, físicas e mineralógicas que o rejeito pode ser
utilizado como matéria-prima de forma técnica e ambientalmente adequada para a
redução dos impactos ambientais da mineração.
Em outro segmento, Sales (2017) trabalhou com o desenvolvimento de
painéis aglomerados de papel kraft proveniente de embalagens descartadas de
cimento, no qual este tipo de papel das embalagens demonstrou comportamento
semelhante ao de algumas fibras alternativas já utilizadas nesse tipo de painéis.
JUNIOR (2010) estudou a viabilidade técnica da utilização de resíduos de manta
cerâmica, gerados no lingotamento contínuo dos aços, devido à diminuição da sua
capacidade de isolamento térmico, na fabricação de argamassa e obteve como
resultado o aumento na resistência à compressão com adição do resíduo, em
comparação com a argamassa padrão, além do índice de consistência ter
apresentado alterações pouco consideráveis no resultado geral do estudo.
No tocante ao emprego de resíduos agrícolas para a obtenção de produtos
para a construção civil, Isaia et al. (2010) avaliaram a adição em concretos
convencionais de cinza de casca de arroz (CCA) natural, queimada sem controle de
temperatura e sem moagem, de forma a simplificar o processamento da cinza e
ampliar o seu uso em locais próximos onde é produzida. Na pesquisa, no concreto
de referência o cimento Portland CPII F - 32 foi substituído por CCA natural e moída,
24
nas quantidades de 15% e 25% em massa. A análise dos resultados revelou a
viabilidade da substituição de 15% de cimento por CCA natural, com perda não
significativa de resistência à tração e módulo de elasticidade aos 28 dias, com
recuperação total a 91 dias, para concretos com resistências à compressão entre 25
MPa e 40 MPa.
Fernandes et al (2014) propôs a utilização de CCA como carga em materiais
poliméricos em substituição à sílica, de acordo com os diferentes métodos de
combustão (combustão com reator tipo grelha e leito fluidizado). Após
caracterização e análise do material, os resultados mostraram a viabilidade de
substituição para diversos tipos de materiais poliméricos.
Padilha (2017) analisou a potencialidade do uso da CCA em parcial
substituição de 5%, 10% e 15% ao aglomerante utilizado para fabricação de blocos
de concreto estruturais, avaliando a resistência à compressão simples, absorção de
água e análise dimensional. Os resultados encontrados indicaram que a substituição
parcial de diferentes aglomerantes por CCA resultou em um material que atende as
exigências das normas brasileiras, é comercialmente aceito e que proporciona um
uso com um viés sustentável a um resíduo.
2.2 Cinza de Casca de Arroz (CCA)
O arroz é um dos alimentos mais relevantes para a alimentação humana,
servindo como base alimentar para mais de três bilhões de pessoas e recebendo o
título de segundo cereal mais cultivado no mundo (29% da produção), somente atrás
do milho, com percentual de 33% (SOSBAI, 2010).
O Brasil é um grande produtor de arroz, totalizando uma produção anual de
aproximadamente 11 milhões de toneladas, sendo o Rio Grande do Sul, o maior
produtor do país, com 71,4% de participação no total nacional (ABIARROZ, 2017).
A casca de arroz consiste no principal subproduto da indústria arrozeira e
representa uma parcela de 20% do arroz, em massa. É um material abrasivo, de
baixo valor nutricional e seu simples armazenamento e descarte geram um grande
problema tanto à indústria quando ao meio ambiente, visto que quando descartados
incorretamente podem destruir fauna e flora (POUEY, 2006).
25
Segundo o Instituto Rio Grandense do Arroz (IRGA), em 2017, a produção de
arroz no Rio Grande do Sul chegou a 8.750.774 toneladas com produtividade média
de 7.914 kg/ha confirmando-se como a maior produtividade histórica do estado e
recuperando assim, o déficit de produção que o RS teve na safra 2015/16. Há
alguns anos, quase todo esse material tinha como destino as lavouras e o fundo de
rios, em um descarte prejudicial e criminoso. Esta situação vem se modificando
devido ao elevado poder calorífico da casca de arroz que vem sendo utilizada como
combustível nos processos de secagem e parboilização do arroz.
Por ter um elevado poder calorífico, a casca de arroz é utilizada como
combustível das caldeiras nos processos de secagem e parboilização do arroz. A
energia obtida pela queima da casca de arroz é uma alternativa tecnológica,
econômica e ecológica porque possibilita a redução da demanda de energia de
hidrelétricas e minimiza impactos ambientais. Além disso, gera economia para o
poder público e para a indústria arrozeira. Pertinente salientar que toda a energia
consumida pela empresa cedente da matéria-prima utilizada nesse estudo, provém
da combustão da casca do arroz por ela beneficiado.
Quando utilizada de forma correta, a casca de arroz pode se tornar uma
importante aliada na busca do desenvolvimento sustentável, uma vez que pode ser
utilizada como fonte alternativa e renovável de energia (queima da casca como
combustível), e as cinzas geradas no processo de combustão podem ser
incorporadas ao concreto e às argamassas, como pozolanas, em substituição parcial
ao cimento, conforme ilustrado na figura 1.
26
Figura 1 - Benefícios Obtidos com o aproveitamento da casca de arroz como biomassa e utilização das cinzas como adição mineral para a produção de concreto
Fonte: Tiboni (2007)
De acordo com Dalla (2004), o processo de queima da casca de arroz leva
sempre à obtenção de uma CCA rica em sílica, cuja coloração varia de cinzenta à
preta dependendo do teor de impurezas inorgânicas e carbono presentes. Cabe aqui
salientar que no processo de queima da casca de arroz ocorre a liberação do CO e
CO2 na natureza, gases que potencializam os efeitos do aquecimento global, fato
este que tem despertado o interesse de pesquisadores no desenvolvimento de
trabalhos com CCA gerada a baixas temperaturas e com maiores teores de carbono.
O alto teor de sílica (SiO2) presente na CCA lhe confere a possibilidade de ser
utilizada na produção de argamassas, podendo ser empregada também como
material pozolânico (POUEY, 2006), dependendo das características que
apresentar. Se utilizada dessa forma, pode gerar uma economia tanto para a
natureza quanto para a indústria, devido à redução da quantidade de cimento e/ou
areia na confecção de argamassas e concretos.
Apesar das grandes possibilidades de utilização desse resíduo, seu destino
ainda é como aterro, a qual é uma solução insatisfatória, tanto sob o ponto de vista
ambiental como econômico.
DELLA (2005) afirma que as amostras de CCA submetidas ao tratamento
térmico desenvolveram modificações progressivas na coloração (preta, marrom claro
e branca) influenciada pelos diferentes ciclos de queima. Quanto maior a
27
temperatura de queima, mais claras ficaram as partículas de cinza. Em baixas
temperaturas (400 °C) obteve-se cinza de coloração preta devido ao tempo de
queima não ter sido suficiente para reduzir o carbono e a 700 °C obteve-se sílica de
coloração cinza claro. A figura 2 apresenta a cinza obtida a baixas temperaturas
(550°C) e utilizada no desenvolvimento desse trabalho.
Figura 2 - Amostra de CCA utilizada no desenvolvimento da pesquisa, obtida a partir da queima da casca de arroz a baixas temperaturas.
Fonte: Autor.
De acordo com Sandhu e Siddique (2017), a CCA pode ser usada nas
seguintes aplicações: cimentos misturados, concreto verde, concreto de alto
desempenho, refratário, esmalte cerâmico, isolador, telhas, produtos químicos
impermeabilizantes, absorventes de derramamento de óleo, transportador para
pesticidas, biofertilizantes, painéis solares, reforços de plástico e borracha,
catalisadores, revestimentos, processamento de celulose e papel, detergentes e
sabão, agente anti-aglomerante para embalagem.
2.2.1 Métodos de obtenção
POUEY (2006) menciona três métodos para a combustão da casca do arroz,
sendo estes: a céu aberto, fornalhas tipo grelha ou leito fluidizado.
O processo a céu aberto consiste em acumular em terrenos cerros de casca e
fazer a sua incineração no meio do morro. É um processo muito perigoso porque
não se tem controle das temperaturas de queima e danoso ao ambiente por causa
da livre liberação do CO2.
28
Na queima em fornalhas, a casca do arroz é depositada em grelhas e a
combustão vai ocorrendo de forma gradativa. Parte do material fica em suspensão
(partículas de menor massa) e são retirados por um sistema de exaustão. O material
de maior tamanho de partícula, conforme vai sendo queimado para geração de
energia às caldeiras, vai sendo realocado até que seja retirado da fornalha. Nesse
processo a temperatura varia entre 500 e 600°C. Esse é o tipo de combustão mais
comum na cidade de Pelotas/RS. O material retirado da grelha e o suspenso retirado
por exaustão são depositados em coletoras de cinza até que sejam transferidos aos
caminhões que cumprem a deposição desse resíduo nas áreas licenciadas pela
geradora do mesmo.
Na queima por leito fluidizado o processo ocorre com as partículas de casca
totalmente em suspensão. Segundo Torres (2016), os termos fluidização ou leito
fluidizado são usados para descrever a condição de suspensão completa das
partículas de um leito, desde que essa suspensão se comporte como um fluido
denso. Esse processo ocorre quando um fluxo de fluido (gás ou líquido) ascendente
através de um leito de partículas adquire velocidade suficiente para suportar as
partículas, mas sem arrastá-las junto com o fluído. A fluidização pode ser aplicada
em diversas operações, como por exemplo, secagem de sólidos, revestimentos de
partículas, aquecimento ou resfriamento de sólidos, pirólise, adsorção, troca iônica,
entre outras. A combustão em leito fluidizado resulta em um material com menor
tamanho de partícula. Dada a condição de suspensão, as partículas se chocam,
promovendo uma “quebra” entre elas.
2.2.2 A sílica presente na CCA
A sílica (SiO2) é um composto químico formado por oxigênio e silício, que
pode ser encontrado na natureza puro, hidratado ou na forma de mineral. A sílica
pura é encontrada em rochas de quartzo, na areia, arenitos e quartzitos. Na forma
hidratada, é encontrada na opala e como mineral, apresenta-se em associações que
dão origem a feldspatos e silicatos, dentre outros (POUEY, 2006).
A CCA possui como maior componente químico o dióxido de silício (SiO2),
variando entre 85 a 95%, distribuído principalmente sob a superfície externa da
casca (SANDHU; SIDDIQUE, 2017). O elevado teor de sílica torna a CCA valorizada,
mas este resíduo só terá alto valor econômico se tiver alta qualidade, caracterizada
pela elevada superfície específica (área de superfície por unidade de peso),
29
tamanho e pureza de partícula, podendo ser usado em diversas aplicações como em
substituição parcial do cimento e em produtos da construção civil (FOLETTO et al.,
2005).
Também, segundo Pouey (2006), a sílica pura ou como mineral é o
componente básico das cerâmicas, também, sendo empregada como matéria prima
para a fabricação de vidros, refratários, isolantes térmicos e abrasivos. Na
construção civil, em forma de areia, a sílica é usada como matéria-prima de vários
materiais, tal como concretos e argamassas. A sílica ativa, geralmente obtida como
subproduto do processo de fabricação de silício metálico e ligas de ferro-silício, é
empregada com adição mineral na confecção de concretos convencionais e de alto
desempenho.
A CCA quando produzida a partir de queima controlada, com temperatura
inferior a 600ºC, apresenta sílica no estado amorfo, obtendo desta forma maior
reatividade com o cimento e com a cal. Quando queimada a temperaturas muito
elevadas, observa-se o surgimento de fases cristalinas, diminuindo desta forma a
reatividade com outros componentes, sendo desta forma inviável para utilização em
concretos e argamassas (PEREIRA, 2015).
Para a tecnologia do concreto, a sílica ativa como material pozolânico não é
nenhuma novidade, pois, segundo Dal Molin (1995), desde o início da década de
1950 já se substituía parte do cimento por sílica, com a finalidade de economizar
energia e propiciar benefícios ecológicos. Porém, quando a partir da década de 1980
surgiu a necessidade de obtenção de concretos com resistência mecânica,
durabilidade e fluidez cada vez mais acentuadas, o interesse por tal material foi
intensificado, sendo alvo de pesquisas e conferências no mundo inteiro.
Segundo Vaghetti (1999), a contribuição da sílica para o concreto, consiste na
alta reatividade nas primeiras idades (1 a 3 dias), induzindo a um aumento nas
resistências mecânicas iniciais e também nas finais. Esse efeito favorável é
observado devido à alta reatividade da sílica nos períodos iniciais, melhorando,
também, características como coesão e viscosidade, proporcionando melhor
trabalhabilidade, além do fato de diminuir o fenômeno da exsudação, contribuindo
para as resistências nas idades iniciais e nas mais avançadas, principalmente no
que diz respeito à compressão.
Conforme Fonseca (1999), a sílica apresenta características próprias, tais
como resistência mecânica e a ataques químicos, e baixa condutividade térmica,
30
diminuindo, conforme CORDEIRO (2009), a temperatura de hidratação. Para que
seja considerado de boa qualidade, o concreto necessita apresentar tais
características. Portanto, a CCA com elevado teor de sílica vem a somar com as
propriedades requeridas no concreto.
2.2.3 O uso da CCA na Construção Civil
A continuidade do uso sem controle de matérias-primas naturais pela
construção civil poderá ocasionar escassez destes recursos, devido à exploração
indiscriminada de jazidas minerais. Além disto, os agregados para a indústria da
construção civil são os insumos minerais mais consumidos no mundo. Em 2014 o
Brasil bateu recorde de produção de alguns bens minerais, dentre eles, os
agregados utilizados na construção civil, totalizando 673.000.000 toneladas (Instituto
Brasileiro de Mineração, 2015).
Diante disso, pesquisadores buscam identificar características pozolânicas
em vários materiais, sendo que a maioria é rejeito industrial poluente, tais como: a
sílica oriunda da fabricação de ligas ferro-silício ou silício metálico; a sílica presente
na cinza da casca do arroz; a cinza volante extraída do carvão mineral; a escória de
alto forno; a escória de aciaria; a cinza de bagaço de cana-de-açúcar e da espiga de
milho; o pó de resíduos cerâmicos, dentre outros, (GRANDE, 2003).
A utilização dessas adições minerais em cimentos, argamassas e concretos
vem a ser, atualmente, uma das maneiras de aumentar e garantir a durabilidade das
estruturas. Essas adições de pequena granulometria fazem com que os vazios
sejam preenchidos e propriedades favoráveis ao material sejam obtidas. No caso
dos materiais silicosos residuais, estes na presença de água reagem com o
hidróxido de cálcio do cimento, produzindo material cimentício (ligante).
De acordo com Metha e Monteiro (2008), se um material com elevado teor de
sílica for incorporado ao concreto somado ao uso de um plastificante ou
superplastificante, promovem uma reação que resultam em um concreto de elevada
resistência. Isso permite que as peças sejam mais esbeltas, gerando maior
economia. Além disso, as estruturas, sendo mais leves, podem alcançar alturas
maiores. Os pesquisadores também afirmam que adicionando-se partículas de
menor granulometria de CCA em concretos, observa-se que o material, no estado
endurecido, apresenta menor permeabilidade. Isso significa que o interior do
concreto estará muito mais protegido de agentes agressivos presentes no meio
31
ambiente, garantindo, assim, maior durabilidade e vida útil da estrutura. Ressalta-se,
também, que essa vantagem também é benéfica para o aço no interior de estruturas
de concreto armado, que apresentará maior resistência a corrosão e maior
resistência ao ataque por cloretos e carbonatação.
Para Sandhu e Siddique (2017), a CCA quando misturada com cimento
origina um material cimentício complementar mais ecológico e mais versátil para o
concreto, visto que reduz a absorção de água, aprimora a resistência a cloreto e
sulfato, reduz custos e danos ambientais, por meio da reutilização de resíduos e
redução das emissões de dióxido de carbono. Além disso, segundo GIVI et al.
(2010), o concreto com cimento com CCA possui maior durabilidade, reduz o ganho
de calor através das paredes dos edifícios e reduz o potencial de eflorescência.
Apesar do elevado número de estudos visando a aplicação da CCA a maior
parte da cinza residual ainda é simplesmente descartada, pois na indústria da
construção a maioria opta pela produção pelo método “tradicional”, a fim de garantir
que o material fornecido tenha as propriedades requeridas pelo mercado. É um
problema de aceitação, de falta de confiabilidade na inserção do resíduo, além de
questões como a dificuldade de enfrentamento daquilo que é inovador.
Sendo assim, é importante que o setor da construção civil e os profissionais
da área aliem as necessidades do mercado a buscas de novas soluções que
atendam as expectativas dos consumidores e ofereçam ao mercado produtos
alternativos, obtidos a partir de materiais residuais, com as características desejadas
quando na sua utilização. O efetivo emprego da CCA na construção civil encontra
restrições por motivos tais como sua cor escura que confere aos cimentos,
argamassas e concretos aos quais é adicionada, uma coloração também escura e
falta de uniformidade. A cor escura não é um problema de ordem técnica, mas
estética e de aceitação no mercado. (POUEY, 2006). No entanto, atualmente, vê-se
que a coloração escura ou diferente das matizes próprias do concreto não
representam mais resistência de aceitação, em função do cunho estético que
apresenta.
32
2.3 Pavimentos de concreto
O pavimento é a parte da estrada, calçada ou rua que é constituído por vários
materiais que se colocam sobre o terreno natural ou em aterro, com a finalidade de
suportar diretamente o tráfego a que for submetido.
A função essencial de um pavimento rodoviário é a de assegurar uma
superfície de rolamento que permita a circulação dos veículos com comodidade e
segurança, durante um determinado período, sob as ações do tráfego, e nas
condições climáticas que forem submetidos (BRANCO et al, 2006).
Os pavimentos de concreto são aqueles cuja camada de rolamento (ou
revestimento) é executada em concreto produzido com agregados e ligantes
hidráulicos, que podem ser moldados in loco ou pré-moldados.
2.3.1 Pavimentos de concreto moldados in loco
Os concretos utilizados para os pavimentos moldados in loco apresentam as
mais variadas resistências, que serão definidas de acordo com o tráfego a que a
faixa de rolamento será submetida. As normas que norteiam os dimensionamentos e
execução desses pavimentos são fornecidas pelo DNIT - Departamento Nacional de
Infraestrutura de Transportes.
Os tipos mais comuns de pavimentos moldados in loco são os de concreto
simples e de concreto armado. No pavimento de concreto simples utilizam-se
concretos de alta resistência em relação a concretos estruturais para edifícios,
sendo a presença de juntas serradas de contração (para controle de retração) pouco
espaçadas. Já no pavimento de concreto armado o concreto trabalha em regime de
compressão, mas sem sofrer esmagamento. São empregadas armaduras que
resistem aos esforços de tração e ocorrem juntas serradas mais espaçadas que no
pavimento de concreto simples. Os concretos supracitados são frequentemente
utilizados em pavimentação de estradas ou vias de tráfego mais intenso.
Geralmente, não são utilizados em calçadas e passeios públicos em função de
resultar em um produto com efeito estético pouco atrativo.
Existem, também, os pavimentos de concreto com armadura contínua,
também, conhecidos como concreto protendido, no qual a armadura contínua,
colocada pouco acima da linha neutra, na seção transversal da placa, cabe a tarefa
de manter as faces fissuradas fortemente unidas.
33
2.3.2 Pavimentos de concreto pré-moldados
Os pavimentos de concreto pré-moldados podem ser produzidos na forma de
placas ou blocos.
As placas de concreto são normalmente fabricadas sob medida, com elevado
controle e precisão, para a rápida substituição de placas em pavimentos de concreto
deteriorados. Esse tipo de pavimento é pouco utilizado no Brasil. As placas pré-
moldadas apresentam como vantagens uma melhor aferição das medidas e
condições mais favoráveis de cura (Rocha, 2017).
O sistema de pavimentação em blocos pré-moldados de concreto - também
conhecido como sistema de pavimentação intertravada - consiste na utilização de
peças pré-moldadas de concreto com características técnicas específicas para esse
tipo de aplicação, configurando uma alternativa à adoção de outros tipos de
pavimentos, como concreto ou asfalto. Este sistema permite a execução de um
pavimento permeável - aspecto que as outras opções citadas não oferecem - e pode
ser rapidamente montado e desmontado (facilidade de manutenção). Além disso, ele
pode ser liberado para tráfego logo após o assentamento, possui característica
antiderrapante, resistência ao desgaste e à ação de produtos químicos e permite
possibilidades estéticas em função da variedade de cores e formas. Para que essas
condições sejam atingidas o projeto e a execução devem ser elaborados com
cuidado, pois falhas nessas etapas podem comprometer o resultado final.
No Brasil a norma que rege as propriedades mecânicas do bloco de concreto
para pavimento é a ABNT NBR 9782:2013, que define que o valor mínimo de
resistência à compressão de 35 MPa.
Os blocos de concreto para pavimento possuem medidas que variam de 6 à
10 cm de altura, de acordo com o tráfego a que vai estar submetido. A espessura do
pavimento varia de acordo com:
A intensidade do tráfego a qual o pavimento vai estar submetido;
As características do terreno, fundação e solos;
Disponibilidade e qualidade dos materiais utilizados nas camadas
restantes.
34
A estrutura de um pavimento com blocos de concreto se apresenta
conforme a figura 3. Na sequência encontram-se descritas as camadas
constituintes dessa estrutura.
Figura 3 - Estrutura de um pavimento com blocos de concreto
Fonte: HALLACK, 1998.
1º) Subleito: Estrutura final da terraplenagem que deve ser regularizada e
compactada antes da colação das camadas posteriores. O subleito é considerado
concluído para receber uma base ou sub-base quando sua capacidade, comumente
expressa pelo Índice de Suporte Califórnia (ISC), for igual ou maior do que 2% e o
material utilizado ter expansão volumétrica 2% ou conforme for especificado em
projeto. O objetivo é proporcionar uma plataforma de trabalho firme, sobre a qual a
sub-base e a base possam ser compactadas (CARVALHO, 1998).
2º) Sub-base: Conforme Fioriti (2007), a sub-base pode ser granular, solo
escolhido (de acordo com a capacidade de suporte), solo e brita ou tratado com
aditivos, como por exemplo, solo melhorado com cimento Portland. O material da
sub-base também será definido pelo valor de ISC mínimo necessário, de acordo
com as diretrizes de dimensionamento para este tipo de pavimento.
3º) Base: A base é a camada que recebe as tensões distribuídas pela
camada de revestimento e tem como função principal proteger estruturalmente o
35
subleito das cargas externas, evitando deformações e deterioração do pavimento
intertravado (WIEBBELLING, 2015).
4º) Camada de assentamento: Esta camada serve como base para o
assentamento dos blocos de concreto. A mesma deve possuir regularidade a fim de
transmitir os esforços oriundos dos blocos para as camadas mais inferiores. Essa
camada, por estar diretamente ligada ao revestimento, sofre algumas deformações
nas primeiras idades após a execução. Isso se deve ao fato de ser constituída de
uma camada arenosa, em que as partículas vão se “acomodando” de acordo com a
solicitação da camada superior. Essas deformações devem ser de forma que não
influenciem nas condições de trafegabilidade, por isso é tão importante que as
condições da base sejam satisfatórias antes de receber as camadas finais de
assentamento e revestimento.
5º) Bloco de Concreto: Primeiramente os blocos são assentados. Após o
assentamento, deve-se inserir uma camada de pó-de-pedra, a fim de promover um
rejuntamento entre as peças, o que contribui na promoção de uma transferência
eficaz de esforços entre os blocos, devido ao atrito.
Em pavimentos, o crescimento no uso de blocos esta justificado na sua
resistência mecânica, durabilidade, aderência (possui superfície antiderrapante),
drenagem para os lencóis freáticos, diversificação de formas, facilidade de execução
e rápida liberação para o tráfego, seja ele para pedestres, veículos ou ciclistas. Por
possuir custo competitivo e ser de manutenção rápida, cada vez mais o bloco é
adotado para a utilização em vias urbanas, praças e até calçadas. Os blocos de
concreto são comumente produzidos e utilizados conforme as figuras 4, 5 e 6.
Figura 4 - Bloco Holandês
Fonte: Pagnussat, 2004.
36
Figura 5 – Bloco Unistein
Fonte: Pagnussat, 2004.
Figura 6 – Bloco Quadrado
Fonte: Pagnussat, 2004.
De acordo com a ABNT NBR 9781:2013, as peças de concreto são descritas e
ilustradas como seguem:
Tipo I: peças de concreto de formato próximo ao retangular, com relação
comprimento/largura igual a dois, que se arranjam entre si nos quatro
lados e podem ser assentadas em fileiras ou em espinha de peixe. As
peças do tipo I estão ilustradas na figura 7.
(a)
37
Figura 7 - Blocos de concreto tipo I. (a) De acordo com a ABNT NBR 9781:2013. (b) Imagens de blocos de concreto do mesmo tipo.
Fonte: Autor.
Tipo II: peças de concreto com formato único, diferente do retangular e
que só podem ser assentadas em fileiras. As peças do tipo II estão
ilustradas na figura 8.
Figura 8 - Blocos de concreto tipo II
Fonte: ABNT NBR 9781:2013
Tipo III: Peças de concreto com formatos geométricos característicos,
como trapézios, hexágonos, triedros, etc., com peso superior a 4kg. As
peças do tipo III estão ilustradas na figura 9.
Figura 9 - Blocos de Concreto Tipo III
Fonte: ABNT NBR 9781:2013
Tipo IV: Conjunto de peças de concreto de diferentes tamanhos, ou uma
única peça com juntas falsas, que podem ser utilizadas com um ou mais
38
padrões de assentamento. As peças do tipo 4 estão ilustradas na figura
10.
(a) (b)
Figura 10 - Blocos de Concreto Tipo IV. (a) De acordo com a ABNT NBR 9781:2013. (b) Imagem de blocos de concreto.
Fonte: Autor.
Conforme Junior et al (2010), os blocos de concreto apresentam as seguintes
propriedades:
Podem ter, simultaneamente, capacidade estrutural e valor paisagístico;
Permite fácil reparação quando ocorre recalque no subleito que
comprometa a capacidade estrutural do pavimento;
Possibilita de fácil acesso a serviços subterrâneos e o reparo não deixa
marcas visíveis;
Podem ser reutilizados;
Não necessitam mão-de-obra altamente especializada;
Chegam na obra prontos para serem aplicados;
Liberam rapidamente o tráfego, logo após a conclusão.
O setor de blocos de concreto para pavimentação tem demonstrado um grande
potencial de expansão de mercado, tanto na pavimentação de vias de tráfego
intenso como, também, na urbanização de cidades como elementos de paisagismo.
É importante salientar que, para que houvesse uma evolução quanto ao uso,
fez-se necessário um aperfeiçoamento no que diz respeito às características
39
técnicas do bloco, como por exemplo, aumento da resistência mecânica para
suportar tráfegos mais pesados e inovação com a proposição de blocos de concreto
com coloração (Figura 11).
Os blocos de concreto coloridos são atualmente produzidos com pigmentos
inorgânicos na cor vermelha, amarela e cinza (claro e escuro). Os vermelhos
geralmente são utilizados para pavimentar ciclovias, os amarelos para identificar
elementos para portadores de necessidades especiais e os cinzas são usados para
atender efeitos estéticos (Figura 12)
Figura 11– Exemplo de blocos de concreto coloridos utilizados em pavimento público
Fonte: Autor
40
Figura 12 - Blocos de concreto com coloração escura
Fonte: Autor
Nesse sentido, observa-se que a coloração escura advinda da utilização de
CCA residual já não se caracteriza mais como um problema para o mercado e
justifica o desenvolvimento dessa pesquisa que analisou, também, o uso da CCA
como material pigmentante para blocos.
2.4 O uso de resíduos como potencializador para alcançar a inovação em
pavimentos com blocos de concreto
Silva (2016) afirma que a inovação permeia todas as atividades, incluindo as
mais tradicionais, como a agricultura, e as indústrias de bens de consumo e de
capitais e serviço. Para o mesmo autor, a inovação e o design representam a
melhoria de desempenho e competitividade no mercado.
Importante salientar que para que se pense em inovação é necessário que se
reconheça uma determinada necessidade. Por outro lado, é importante que sejam
buscados conhecimentos científicos e tecnológicos que possibilitem a vinculação
dessa inovação às necessidades as quais o mercado demanda.
41
Neste contexto, identificar o potencial do uso de resíduos industriais tais como
a CCA deve ser entendido como uma filosofia de gerenciamento, observando-se,
igualmente, critérios técnicos, econômicos e ambientais associados à sua geração,
manuseio, processamento, estocagem e destinação final. Os critérios técnicos do
processamento e da destinação final devem fundamentar-se na melhor tecnologia
disponível e aplicável à rota selecionada. Já os critérios econômicos, conferem
sustentabilidade ao sistema, e os ambientais previnem possíveis impactos que são
nocivos à flora e fauna e à saúde humana, além de preservar os recursos naturais
(SILVA, 2016).
Fontes et. al. (2016) afirmam que ao incorporar atributos intangíveis nos bens
de produção, os quais consideram fatores estéticos e psicológicos do usuário, tem-
se o desenvolvimento de produtos mais eficazes, ou seja, produtos que atendam
aos objetivos de uso, assim como de outras expectativas do consumidor.
As figuras 13 e 14 demonstram que a inovação de blocos de concreto
intertravados pela adição de pigmentos, possibilitou variados usos e atendimento as
necessidades do mercado e da população com produtos duráveis. As demarcações
das faixas com os blocos na tonalidade cinza claro, por exemplo, geram uma
economia para o município pois não é necessária a pintura nesses locais
Figura 13 – Piso decorativo de uma praça pública
Fonte: Pronto MIX (https://bit.ly/2MTl0sI), acesso em 30/04/2018.
42
Figura 14 – Pavimento com demarcação para deficientes e faixa de pedestres feito com blocos de concreto intertravados de diferentes cores.
Fonte: Autor.
Neste contexto de inovação e aproveitamento de resíduos, Toffolo et. al.
(2016) analisaram a viabilidade técnica de produção de blocos de concreto para
pavimentação com rejeito de barragem de minério de ferro e concluíram que os
blocos obtidos são estáveis em relação a variação dimensional e menos porosos
que os blocos de concreto sem adição.. Além disso, observaram a possibilidade de
coloração do bloco com o resíduo (Figura 15), devido à presença de óxido de ferro.
Figura 15 - Análise visual de blocos de concreto pigmentados com rejeitos de mineração e blocos de concreto sem pigmento.
Fonte: Toffolo, 2016.
43
É importante ressaltar que a mudança de mentalidade é um processo que está
se construindo. Faz-se necessário compreender que trabalhar em prol de que as
indústrias não busquem apenas cumprir com suas obrigações legais, mas que,
conhecendo a importância do problema, invistam no cerne da questão. Dessa forma,
tem-se um processo onde o fornecimento de resíduos como matéria-prima se torne
mais uma satisfação de contribuição com o meio ambiente, ao invés do sentimento
de obrigatoriedade de atender uma legislação vigente.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
Para o desenvolvimento da parte experimental do trabalho foram previstas as
etapas apresentadas no fluxograma da figura 16.
Figura 16 – Fluxograma das etapas desenvolvidas na parte experimental.
Na sequência é feita a descrição da metodologia utilizada para o
desenvolvimento das etapas previstas.
Obtenção da matéria-prima
•Coleta da CCA na SLC Alimentos
•Caracterização da CCA e da areia
Obtenção dos blocos
de concreto
•Fabricação de Blocos de Concreto referência
•Fabricação de Blocos de Concreto com 5 e 10% de CCA
Carcterização dos blocos de
concreto
•Inspeção visual;
•Avaliação dimensional
•Absorção e Índice de Vazios
•Ensaio de Resistência à compressão aos 28 dias
•Ensaio de Resistência à Abrasão
•Análise visual da tonalidade dos blocos de concreto com CCA
Análise dos Resultados
•Análise comparativa dos resultados obtidos com os blocos sem e com CCA
•Avaliação comparativa da estética dos blocos segundo a coloração e aparência.
45
3.1 Matérias-primas
Para o desenvolvimento da pesquisa foram utilizadas as matérias-primas
descritas na Tabela 1.
Tabela 1 - Materiais Utilizados
Material Tipo
Cimento CPII F 32
Água Potável
Agregado Miúdo Areia 1
Areia 2
Agregado Graúdo Brita
Resíduo CCA
Aditivo Plastificante
O cimento, os agregados (miúdo e graúdo) e o plastificante foram fornecidos
pela empresa de artefatos de concreto que realizou as moldagens, indústria
pelotense que atua no ramo de concretos pré-moldados para pavimentos.
A CCA foi coletada em uma arrozeira na cidade do Capão do Leão/RS. A cinza
utilizada resulta da fonte de energia da empresa, proveniente da queima da casca
do arroz em grelha a temperatura de aproximadamente 550°C.
Devido ao elevado volume de CCA produzida, aproximadamente 18
toneladas/mês, a empresa necessita de um descarte frequente. O carregamento,
transporte e descarga da cinza são feitos pela própria empresa que, buscando
reduzir o seu custo operacional e promover ações que minimizem o impacto desse
resíduo ao meio ambiente, se interessou em fornecê-la como matéria-prima para o
desenvolvimento desta pesquisa e, dependendo dos seus resultados, investir na
indústria de artefatos de forma a utilizar o que é tratado como resíduo para esta
indústria, em matéria-prima para a produção de artefatos de cimento.
A coleta da CCA (Figura 17) foi feita no mês de outubro de 2017. A própria
empresa fez o transporte da cinza para a indústria de artefatos de concreto para
pavimentos onde foram produzidos os blocos de concreto sem e com CCA testados
nessa pesquisa.
46
Figura 17 – CCA fornecida pela SLC Alimentos.
Fonte: Autor.
3.2 Caracterização da CCA
A CCA foi caracterizada quanto ao teor de umidade, distribuição granulométrica
e o teor de carbono.
Para a determinação do teor de umidade (Tu) utilizou-se o procedimento
descrito na ABNT NBR NM 30:2001, no qual, inicialmente, pesou-se as amostras de
CCA em balança de precisão e depois estas foram secas em estufa à temperatura
previamente estabelecida de 110°C por um período de aproximadamente 24 horas
ou até a constância de massa. Após a secagem, as amostras foram novamente
pesadas para a determinação da massa seca. No ensaio foram utilizadas três
amostras de CCA e o teor de umidade da CCA foi definido pela equação 1. A tabela
2 apresenta os resultados obtidos.
Tu =Pu−Ps
Ps 𝑥 100% (eq. 1)
Onde:
Tu = Teor de Umidade (%)
Pu = Peso Úmido (g)
Ps = Peso seco (g)
47
No ensaio da CCA (Tabela 2) identificou-se o valor de 6,10% para o teor de
umidade da cinza. Este valor foi considerado na definição da quantidade de água a
ser utilizado no traço do concreto com CCA.
Tabela 2 - Teor de umidade da CCA
Peso Úmido
(Kg) Peso Seco
(Kg) Teor de umidade
(%)
Amostra 1 0,17 0,16 6,25
Amostra 2 0,13 0,12 8,33
Amostra 3 0,28 0,27 3,70
Teor de umidade médio 6,10
O teor de carbono da CCA foi determinado por perda de massa. Para tanto,
foram utilizados três cadinhos de alumina, limpos e secos, e amostras de CCA secas
em estufa à 100°C até a constância da massa. Os cadinhos contendo as cinzas
secas foram pesados para a determinação da massa total do conjunto. Após, estes
foram colocados em um forno tipo mufla para tratamento térmico a temperatura de
900°C, por um período de 24 horas. Concluído o período, as amostras foram
retiradas e colocadas em um dessecador até o resfriamento total do conjunto.
Finalizando, o conjunto (cadinho e amostras secas) foi pesado e a diferença de peso
definiu o teor de carbono existente na CCA, denominado de carbono residual foi
determinado pela equação 2.
Tc = (Pi – Pf) x 100 (eq. 2)
Onde:
Tc - Teor de carbono residual (%)
Pi – Peso inicial (g)
Pf – Peso final (g)
A tabela 3 apresenta o teor de carbono presente na CCA, correspondente a
média das três amostras, indicando ter esta um percentual médio de 15%. O
conhecimento deste percentual é de extrema importância porque é um balizador da
quantidade de material pigmentante da CCA para o tingimento de blocos.
48
Tabela 3 – Teor de carbono presente na CCA.
Recipiente Massa inicial (g) Massa Final
(g) Diferença de
Massa Teor de carbono
(%)
Recipiente 1
2,4564 2,1009 0,3555 16,92
Recipiente 2
2,6584 2,3077 0,3507 15,20
Recipiente 3
2,4842 2,1853 0,2989 13,68
Teor Médio de Carbono (%) 15,27
A determinação da distribuição granulométrica da cinza foi feita de acordo
com a NBR 248 (ABNT, 2003). No ensaio, utilizando-se de CCA seca e um conjunto
de peneiras da série normal mesh 200, 150, 80, 50, 30, 10 (abertura de malha
0,074mm, 0,105mm, 0,177mm, 0,297mm, 0,59mm e 2mm, respectivamente), agitou-
se a cinza por um período de 15 minutos, tempo suficiente para promover a
separação e classificação das partículas de diferentes tamanhos. Finalizado o
processo, determinou-se a massa total de material retido em cada uma das peneiras
e no fundo do conjunto. Estes dados permitiram calcular as porcentagens média,
retida e acumulada de CCA em cada peneira e o módulo de finura do material.
O módulo de finura é uma grandeza adimensional que indica a área
superficial da partícula. Para a sua obtenção, soma-se as porcentagens retidas
acumuladas nas peneiras da série normal e divide-se o resultado por 100. De posse
do valor do módulo de finura é possível uma melhor definição da quantidade de
água necessária a mistura dos componentes do concreto.
A tabela 4 apresenta a distribuição granulométrica e o módulo de finura da CCA
e a figura 18 sua respectiva curva granulométrica.
Tabela 4 – Distribuição granulométrica e módula de finura da CCA.
Peneira (mm) Massa Retida (g) % Massa Retida % Acumulada Retida
4,75 0,00 0,00 0,00
2,36 0,00 0,00 0,00
1,18 120,00 20,69 20,69
0,6 230,00 39,66 60,34
0,3 100,00 17,24 77,59
0,15 80 13,79 91,38
Fundo 50,00 8,62 100,00
Total 580,00 100,00
Módulo de finura 2,50
49
Figura 18 – Curva granulométrica da CCA
No tocante a distribuição granulométrica os resultados obtidos mostram que o
menor tamanho de partícula da CCA está retido na peneira de malha 0,18 mm e que
mais de 60% das partículas estão retidas na peneira 0,6 mm.
Considerando que a CCA irá substituir o agregado miúdo (areia) do concreto,
comparou-se a distribuição granulométrica e o módulo de finura da cinza com os
tamanhos de grãos e módulo de finura da areia (Tabelas 5 e 6, respectivamente)
especificados pela norma ABNT 7211:2009.
Tabela 5 – Distribuição granulométrica do agregado miúdo (areia).
Areia Tamanho de partículas (mm)
Fina 0,15 < X < 0,60
Média 0,60 < X < 2,40
Grossa 2,40 < X < 4,80
Fonte: ABNT NBR 7211:2009 Agregados para concreto: Especificação
Tabela 6 – Módulo de finura dos agregados
Areia fina 1,5 < X < 2,2
Areia média 2,2 < X < 2,9
Areia grossa 2,9 < X < 3,5
Fonte: ABNT NBR 7211:2009 Agregados para concreto: Especificação
. A análise mostrou que a cinza utilizada possui tamanho de partícula
predominantemente médio e módulo de finura (2,5) no intervalo da areia média,
sendo, portanto, adequada a substituição de parte da areia do concreto.
Levando-se em consideração a fragilidade da CCA, definiu-se que a substituição
do agregado seria feita em relação a partícula de menor tamanho (areia fina), tendo
0 0.00
20.69
60.3477.59
91.38100.00
0
20
40
60
80
100
120
4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 Fundo
% A
cum
ula
da
Abertura das peneiras (mm)
50
em vista que a agitação dentro do misturador, promoveria a redução no tamanho de
partícula da cinza.
3.1.2 Caracterização do agregado miúdo (areia)
A areia utilizada pela empresa foi caracterizada quanto a umidade,
granulometria e módulo de finura utilizando-se da mesma metodologia usada para a
CCA. As amostras de areia foram fornecidas pela indústria de artefatos que efetuou
as moldagens.
Para a caracterização do teor de umidade foram utilizadas duas amostras de
areia. A tabela 7 apresenta os resultados obtidos.
Tabela 7 – Determinação do teor de umidade da areia.
Peso Úmido
(Kg) Peso Seco
(Kg) Teor de umidade
(%)
Amostra 1 6,24 6,09 2,46
Amostra 2 7,34 7,14 2,80
Teor de umidade médio 2,63
O valor obtido foi considerado na definição da quantidade de água a ser utilizada
nos traços do concreto sem e com CCA.
A tabela 8 apresenta a distribuição granulométrica e o módulo de finura da areia
e a figura 19 sua respectiva curva granulométrica.
Tabela 8 – Distribuição granulométrica da areia
Peneira (mm) Massa Retida (g) % Massa Retida % Acumulada Retida
9,5 10,00 0,08 0,08
4,75 260,00 1,97 2,04
2,36 1390,00 10,52 12,57
1,18 2300,00 17,41 29,98
0,6 1890,00 14,31 44,28
0,3 2240,00 16,96 61,24
0,15 4230 32,02 93,26
Fundo 890,00 6,74 100,00
Total 13210,00 100,00
Módulo de finura 3,43
51
Figura 19 – Curva granulométrica do agregado miúdo (areia)
Como pode-se ver, a areia apresenta uma distribuição granulométrica
uniforme com partículas retidas em toda as peneiras, condição está adequada para
um bom adensamento do concreto.
Para a areia utilizada o módulo de finura apresentou-se igual a 3,43,
identificando a predominância de tamanhos de partículas mais grosseiras, de acordo
com a ABNT NBR 7211:2005. O elevado módulo de finura indica que os grãos da
areia utilizada pela empresa apresentam menor área superficial, resultando na
necessidade de uma menor quantidade de água para a mistura do concreto, o que
representa um fator positivo no que tange à resistência do material resultante.
3.3 Obtenção dos blocos de concreto sem e com CCA
No bloco com CCA, o agregado miúdo (areia) foi parcialmente substituído
pela cinza nas proporções de 5 e 10%. A tabela 9 apresenta os traços de concreto
utilizados, sendo o traço referência o usado na produção do bloco sem CCA.
Na busca por uma realidade de produção, utilizou-se os mesmos traços já
praticados pela indústria onde produziram-se os blocos, com o intuito de que o
estudo tornasse viável a utilização do resíduo. A tabela 9 apresenta os traços de
concreto utilizados, sendo o traço referência o usado na produção do bloco sem
0.08 2.0412.57
29.98
44.28
61.24
93.26100.00
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
9,5 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 Fundo
% A
cum
ula
da
Abertura das peneiras (mm)
52
CCA. No bloco com CCA, o agregado miúdo (areia) foi parcialmente substituído pela
cinza nas proporções de 5 e 10%.
Tabela 9 - Traços utilizados na produção dos blocos de concreto
Areia Fina (kg) Areia Média (kg) Cimento CP II (Kg) Brita 0
(kg) CCA (kg) a/c
Traço Referência 37,02 148,1 50 43,24 0 0,292
Traço 5% 35,169 148,1 50 43,24 1,851 0,432
Traço 10% 33,318 148,1 50 43,24 3,702 0,681
De acordo com Khosla e Khurana (2015), que estudaram diferentes
proporções de CCA em substituição ao agregado miúdo, os melhores resultados de
resistência à compressão ocorrerem com 15% de substituição, comparativamente a
substituições de 15 e 25%. No entanto, no trabalho aqui apresentado não foi
possível testar traços com 15% de cinza porque o custo da produção dos blocos foi
assumido pela empresa de artefatos, que optou por realizar inicialmente os traços
com menores proporções, limitando as substituições em até 10%.
Os blocos de concreto foram fabricados no formato Tipo I (unistein) nas
dimensões 20 cm x 11 cm x 8 cm (comprimento, largura e altura, respectivamente),
conforme a figura 20.
Figura 20 – Geometria do Bloco de Concreto Fabricado
Fonte: Decorlit. Acesso em 10/10/2018.
53
Para a produção dos blocos foram executadas as seguintes etapas:
Etapa 1 – Acondicionamento das matérias-primas
Os agregados graúdo e miúdo (brita e areia, respectivamente) ficaram
dispostos em baias cobertas (Figura 21), o cimento foi mantido no silo de
armazenamento existente na empresa (Figura 22) e a cinza foi transportada e ficou
armazenada em “bag’s”, fornecidas pela própria arrozeira, que são sacos de
polipropileno de elevada resistência.
Figura 21 – Armazenamento dos agregados
Fonte: Autor.
54
Figura 22 – Silo de Armazenamento de cimento
Fonte: Autor
Etapa 2 - Pesagem dos agregados e verificação da umidade da areia
Nas baias cobertas equipamentos de controle de peso dos agregados
possibilitaram o ajuste dos traços e, também, a determinação da água necessária a
mistura de forma a obter o fator água/cimento estabelecido, no equipamento visto na
figura 23. Nesta etapa já foi considerada a umidade da areia.
55
Figura 23 - Equipamento de controle de pesagem dos materiais
Fonte: Autor.
Etapa 3 – Transporte dos agregados e inserção do cimento
Após a pesagem, os agregados foram transportados em esteiras (Figura 24)
até o misturador. Na sequência, o cimento foi lançado até a balança de pesagem por
meio de uma rosca helicoidal existente no silo de armazenamento e, após a
verificação da massa, liberado para o interior do misturador.
56
Figura 24 – Esteira de transporte de agregados até o misturador
Fonte: Autor
Etapa 4 – Adição da CCA
A cinza foi manualmente pesada e inserida no misturador, através de uma
comporta de visualização do processo (Figura 25).
57
Figura 25 – Inserção da cinza manualmente no misturador.
Fonte: Autor
Etapa 5 – Inserção do aditivo e da água de mistura
Um aditivo plastificante foi inserido no misturador por um sistema de
aspersão, de forma a obter homogênea distribuição. Posteriormente, a água foi
bombeada de um reservatório e o controle da quantidade necessária para uma
correta mistura foi feito por um sensor no interior do misturador a cada 3 segundos.
Nesta etapa, devido à baixa relação água/cimento (0,3), os materiais foram bem
misturados para evitar o surgimento de falhas no processo de moldagem. O
concreto obtido foi transportado por meio de vagonetas até a prensa (máquina de
moldagem e vibração) para a produção dos blocos.
Etapa 6 – Moldagem dos blocos de concreto
Na moldagem, o concreto foi lançado sobre uma forma que vibra para
distribuir o material (vibro-pressão). Quando a forma está totalmente preenchida
ocorre a prensagem seguida da liberação dos blocos (Figura 26).
58
Figura 26 – Moldagem do blocos de concreto utilizados no desenvolvimento experimental
Fonte: Autor
Etapa 7 – Acabamento final e cura
Para o acabamento final, os blocos conformados foram direcionados para
uma esteira na qual uma “escova” circular (Figura 27a) removeu as rebarbas que
poderiam comprometer esteticamente a utilização do produto. Após, os blocos foram
colocados em colocados em bandejas (Figura 27b) e encaminhados para a cura.
59
Figura 27 - (A) Remoção de rebarbas; (B) Acondicionamento em bandejas
Fonte: Autor
Etapa 8 – Acondicionamento final
Após as primeiras 24 horas de cura, blocos foram selecionados e
armazenados no laboratório da indústria (figura 28) até a data de ruptura quando
foram ensaiados a resistência à compressão de acordo com a ABNT NBR
9781:2013.
Figura 28 – Acondicionamento dos blocos no laboratório
Fonte: Autor
60
3.3.1 Caracterização física e mecânica
Para a caracterização de blocos de concreto sem e com CCA a ABNT NBR
9781:2013 determina a realização dos ensaios de inspeção visual, avaliação
dimensional, absorção de água, resistência à compressão e resistência à abrasão,
sendo este último facultativo, e o número mínimo de corpos de prova conforme
demonstrado na tabela 10.
Tabela 10 – Número de amostras por ensaio de acordo com a NBR 9781:2013
Propriedades Número de amostras
Inspeção visual 6ª
Avaliação dimensional 6ª
Absorção de água 3
Resistência à compressão 6
Resistência à abrasão 3b a As peças amostradas podem ser utilizadas para os ensaios de resistência à compressão ou abrasão. b Ensaio facultativo
Além dos ensaios exigidos na ABNT NBR 9781:2013, também foi feito o
ensaio de índice de vazios dos blocos referência e com CCA (5% e 10% de
substituição), visando-se avaliar se pela inserção da cinza obteve-se um material
menos poroso, mais resistente e, consequentemente, mais durável.
Os ensaios de caracterização dos blocos foram realizados no Núcleo de
Estudos em Materiais Compósitos do curso de engenharia civil da UFPel, exceto o
de resistência à abrasão que foi realizado na Fundação de Ciência e Tecnologia
(CIENTEC), em Porto Alegre.
No ensaio de inspeção visual, as peças de concreto constituintes do lote
fabricado foram inspecionadas visualmente, objetivando a identificação de defeitos
que possam vir a prejudicar o assentamento, o desempenho estrutural ou a estética
do pavimento. Ainda segundo a ABNT NBR 9781:2013, nas peças foi observada a
homogeneidade, arestas regulares e ângulos retos, inexistência de rebarbas,
defeitos de laminação, e descamação.
No ensaio de avaliação dimensional as medições foram feitas com um
paquímetro em blocos moldados nos três traços, conforme a figura 29 e a tolerância
dimensional foi da ordem de 3mm. Foram ensaiados seis blocos por traço.
61
Figura 29 – Posicionamento das medições feitas nos blocos.
Fonte: NBR 9781:2013
Para o ensaio de absorção de água foi utilizada a NBR 9778 (ABNT, 2009) -
Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água por
imersão - Índice de vazios e massa específica.
A absorção de água foi calculada utilizando-se a equação 3:
Onde:
Msat = massa do corpo de prova saturado (g)
Ms = Massa do corpo de prova seco em estufa (g)
A determinação do índice de vazios, que é a relação entre os volumes de
poros permeáveis e o volume total, também seguiu as diretrizes da ABNT NBR
9778:2009 e foi calculada utilizando-se a equação 4:
Onde:
Msat = massa do corpo de prova saturado (g)
Ms = Massa do corpo de prova seco em estufa (g)
Mi = Massa do corpo de prova saturado, imerso em água (g)
Para a determinação da resistência à compressão dos blocos referência e com
CCA foram realizados ensaios de acordo com as diretrizes da norma ANBT NBR
9781:2013. Para tanto, os blocos ficaram imersos em água por 24 horas antes do
(eq. 3)
(eq. 4)
62
ensaio, pois o procedimento exige que os mesmos estejam na condição saturada. A
ruptura dos blocos utilizou-se uma prensa hidráulica da marca Forney, modelo
Copilot, como pode ser visto na figura 30. Para o capeamento dos blocos, foram
utilizadas placas de neoprene.
Figura 30 - Prensa Hidráulica
Fonte: Autor.
Os ensaios foram realizados em corpos de prova com idades de 7 e 28 dias, de
forma a comparar, também, se o concreto com CCA, devido a reatividade da cinza
nos primeiros três dias, contribui para ganhos de resistência nas idades iniciais.
O índice de desgaste por abrasão também é um importante parâmetro a ser
considerado, principalmente, em peças como blocos de concreto para pavimentação
propensos ao desgaste devido a circulação de veículos e pedestres.
Os ensaios de resistência à abrasão foram realizados de acordo com o
método denominado “Método CIENTEC” de desgaste por abrasão o qual simula um
percurso de 500 metros percorridos por um corpo-de-prova submetido a uma
pressão constante de 0,6 MPa sobre pó abrasivo carborundo. Cada bloco tem
extraída duas amostras, através de corte com serra diamantada. O resultado é
63
apresentado em termos de índice de desgaste. Este índice equivale à média das
diferenças entre as alturas iniciais e finais de cinco pontos no corpo de prova.
Em função de custos elevados envolvendo a realização do ensaio para a
determinação do índice de resistência à abrasão, optou-se pela realização do
mesmo somente uma vez, em blocos com idade mínima de 28 dias, em detrimento
do método da CIENTEC solicitar que o ensaio seja refeito com blocos com 90 dias.
O ensaio ocorreu em blocos com 30 dias de idade e a análise dos resultados
foi comparativa entre os traços do concreto sem e com CCA.
3.3.2 Análise de coloração
A análise da coloração foi visual e comparativa entre blocos de concreto
referência e com CCA deixados ao ar livre, nas idades de 7, 28 e 90 dias de cura.
Além disso, comparou-se a coloração dos blocos com CCA com um bloco produzido
com o pigmento óxido de ferro preto, usualmente utilizado pela indústria de artefatos
que realizou as moldagens, e, também, com a paleta de cores apresentada na figura
31.
Figura 31 – Paleta de cores de pigmentos usualmente utilizados na produção de blocos de concreto coloridos.
Fonte: laiouns.com.br (acesso em 20/08/2018)
64
Para comparar a eficiência da utilização da cinza em substituição à utilização
do pigmento, definiu-se por comparar os blocos produzidos com CCA com aqueles
produzidos com o aditivo pigmentante.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesta etapa serão apresentados e discutidos os resultados obtidos na
caracterização dos blocos de concreto sem e com CCA.
4.1 Inspeção visual
A figura 32 apresenta, parte das amostras dos blocos referência que
foram inspecionados visualmente. A figura 33, também, apresenta os blocos
inspecionados visualmente estando estes dispostos da seguinte forma: na primeira
coluna o bloco referência, na segunda coluna o bloco com 5% de CCA e na terceira
coluna o bloco com 10% de CCA.
Figura 32 – Amostras de blocos de concreto referência utilizadas na inspeção Visual
Fonte: Autor
66
Figura 33 – Amostras de blocos de concreto com CCA utilizadas na inspeção Visual
Fonte: Autor
Pela inspeção visual, percebe-se que os blocos com adição de CCA (Figura
33) não possuem variações consideráveis e/ou perceptíveis em relação aos blocos
sem CCA (Figura 32). Apenas pequenas rebarbas são observadas nas arestas que
não comprometem o emprego e a estética do produto final. Este resultado corrobora
com os obtidos por Toffolo (2014) que em seu trabalho pesquisou a substituição do
agregado miúdo por rejeito de mineração em blocos de concreto intertravados e
concluiu que o aspecto visual não sofreu alteração com a inserção do resíduo. Esta
condição, também, já havia sido observada por Martins (2015) quando avaliou a
utilização da cinza do bagaço da cana-de-açúcar na confecção de blocos de
concreto para pavimentação em substituição ao agregado, obtendo resultado
satisfatório no que diz respeito à análise técnica visual.
Portanto, pode-se concluir que as adições e/ou substituições feitas com a
CCA na produção de blocos de concreto para pavimento apresentam resultados
positivos ao serem avaliados visualmente.
67
4.2 Avaliação dimensional
A Tabela 11 apresenta as medidas dos blocos de concreto sem e com CCA,
onde h representa a altura do bloco, L representa a medida maior e Lm representa a
medida menor.
Tabela 11 – Análise Dimensional dos blocos de concreto sem e com CCA
CPs Blocos Referência (mm) Blocos com 5% CCA (mm) Blocos com 10% CCA (mm)
h L Lm h L Lm h L Lm
1 77 230 121 78 232 120 77 232 120
2 79 230 122 79 232 120 77 233 121
3 80 234 122 78 232 119 78 232 119
4 77 233 121 79 232 119 77 232 119
5 80 234 121 80 232 119 77 232 119
6 79 233 121 78 232 119 78 232 120
Variação Máxima
(mm) 3 3 1 2 3 1 3 3 1
As tolerâncias dimensionais das peças de concreto previstas na norma são da
ordem de 3 mm, em qualquer uma das direções. Sendo assim, de acordo com os
resultados apresentados na tabela 11, pode-se concluir que a substituição da areia
por CCA não modificou a condição de estabilidade dos blocos em relação às suas
dimensões, pois as mesmas não apresentaram variações superiores a tolerada pela
norma. Além disto, também, é possível identificar que as tolerâncias dimensionais
dos blocos com CCA, em sua maioria, foram menores que as identificadas nos
blocos do traço referência.
A estabilidade de blocos de concreto para pavimentação, com adição de
resíduos, já foi identificada por outros pesquisadores, como Pagnussat (2004) ao
estudar a utilização de escória granulada de fundição (EGF) em substituição ao
agregado miúdo. O autor também obteve resultados satisfatórios, sendo identificada
como a maior variação dimensional o valor de 1mm ocorrida na largura e de 2mm no
comprimento, valores inferiores aos da ABNT NBR 9781:2013.
68
4.3 Absorção e índice de vazios
Os resultados obtidos estão representados nas tabelas 12 para os blocos
referência, tabela 13 para os blocos com 5% de CCA e tabela 14 para os blocos com
10% de CCA.
Tabela 12 – Teor de absorção de água dos blocos de concreto referência
Blocos Peso seco (g) Peso úmido
(g) Absorção (%)
Absorção da Amostra (%)
B1 1260 1320 4,53
4,02 B2 1170 1220 4,27
B3 1500 1550 3,26
Tabela 13 – Teor de absorção de água dos blocos de concreto com 5% de CCA
Blocos Peso seco (g) Peso úmido
(g) Absorção (%)
Absorção da Amostra (%)
B5CCA1 1410 1480 4,68
5,71 B5CCA2 1430 1520 6,08
B5CCA3 1240 1320 6,37
Tabela 14 – Teor de absorção de água dos blocos de concreto com 10% de CCA
Blocos Peso seco (g) Peso úmido
(g) Absorção (%)
Absorção da Amostra (%)
B10CCA1 1210 1400 15,59
15,95 B10CCA2 1180 1360 15,67
B10CCA3 1010 1180 16,60
As tabelas 15, 16 e 17 apresentam os valores dos índices de vazios das
amostras dos blocos referência e com CCA.
69
Tabela 15 – Índice de vazios dos blocos sem CCA
Blocos Referência:
Peso (g) (ms)
Balança (g)(msat)
Balança (g) (mi)
Iv (%)
R1 1146 1221 644 13,000
R2 1369 1451 778 12,181
R3 1192 1246 652 9,093
Índice Médio de Vazios 11,420
Tabela 16 – Índice de vazios dos blocos com 5% CCA
Blocos 5%
Peso (g) Balança
(g) Balança (g) Iv (%)
B1 1192 1332 703 22,26
B2 1173 1316 696 23,06
B3 1207 1358 723 23,78
Índice Médio de Vazios (%) 23,03
Tabela 17 – Índice de vazios dos blocos com 10% CCA
Blocos 10%
Peso (g) Balança
(g) Balança (g) Iv (%)
B1 653 776 344 28,47
B2 1200 1415 656 28,33
B3 1043 1232 565 28,34
Índice Médio de Vazios (%) 28,38
Segundo a ABNT NBR 9781:2013, o bloco de concreto para pavimentos deve
apresentar valor médio de absorção de água menor ou igual a 6%, não sendo
admitido nenhum valor individual maior do que 7%.
Analisando-se comparativamente a absorção dos blocos sem e com CCA foi
possível observar que somente os blocos sem cinza e com 5% de cinza obtiveram
absorção de água (4,02% e 5,71%, respectivamente) inferior à exigência da norma.
70
Os blocos com 10% de CCA apresentaram elevada absorção (15,95%),
possivelmente, não pela quantidade de cinza utilizada, mas, pela característica
higroscópica da mesma. Esta afirmação esta pautada nos trabalhos dos
pesquisadores Pagnussat (2004), Fioriti et al (2007), Toffolo et al (2014), Martins
(2015) e Padilha (2016) que utilizaram valores de 10% e até superiores de
substituições com diferentes tipos de resíduos e obtiveram resultados dentro do
limite médio de absorção de água de acordo com a norma. Este resultado já era
esperado porque os blocos com 10% de CCA apresentaram os maiores valores
médios do índice de vazios (28,38%).
4.4 Resistência à compressão
A tabela 18 apresenta os resultados obtidos no ensaio de resistência à
compressão para os blocos sem e com CCA com 28 dias de idade.
Tabela 18 – Resistência à compressão dos blocos de concreto sem e com CCA
Blocos sem CCA Blocos com 5% CCA Blocos com 10% CCA
Bloco KN MPa Blocos KN MPa Blocos KN MPa
B1 344,70 60,78 B5CCA1 187,60 33,08 B1 90,10 15,89
B2 305,80 53,92 B5CCA2 150,90 26,61 B2 97,50 17,19
B3 223,70 39,44 B5CCA3 172,90 30,49 B3 92,70 16,34
B4 217,20 38,30 B5CCA4 165,60 29,20 B4 88,50 15,60
B5 229,10 40,39 B5CCA5 165,40 29,16 B5 96,80 17,07
B6 225,90 39,83 B5CCA6 161,20 28,42 B6 83,65 14,75
Resistência Média 45,44 Resistência Média 29,49 Resistência Média 16,14
Analisando-se os resultados da tabela 18, verifica-se que os blocos sem CCA
atingiram resistências maiores que as dos blocos com CCA e, também, que
obtiveram cerca de 20% a mais do valor previsto na norma (35 MPa).
Com relação aos traços com CCA percebe-se uma grande disparidade nos
resultados. O traço que substitui 5% da areia por CCA não atingiu as resistências à
compressão da norma, mas apresentou valores adequados para os casos de
utilização em locais de tráfego leve, tais como praças, calçadas e ciclovias, que é de
25 MPa.
Já o traço que substitui 10% da areia por CCA apresentou resultados muito
insatisfatórios, menores que 50% do mínimo exigido por norma, e abaixo dos valores
71
aceitos comercialmente para pavimentações de tráfego leve. Este resultado já era
esperado porque os blocos com 10% de cinza apresentaram os maiores valores de
absorção de água e do índice de vazios.
Cabe aqui salientar que o aproveitamento de resíduos em concretos só será
viável para as indústrias de pavimentos se for revisto o valor mínimo exigido pela
ABNT NBR 9781:2013 (35 MPa), de forma que os produtos obtidos possam ser
aproveitados em ambientes com sobrecargas menores. Além disso, comparando os
valores mínimos de resistência à compressão exigidos no Brasil com os exigidos na
Austrália e África do Sul, países que dominam a técnica de pavimentação com
blocos intertravados há muito mais tempo que o Brasil, vê-se que para estes as
normas especificam resistências mínimas de 25 MPa vinculadas a finalidade de
utilização do produto.
4.5 Resistência à abrasão
A tabela 19 apresenta os resultados encontrados.
Tabela 19 – Ensaio de resistência à abrasão pelo Método CIENTEC
Identificação CP n°
Dimensões (cm) Índice de desgaste (mm)
c l e Individual Média
B
loco s
em
CC
A 1 242,30 108,20 77,30
5,16 5,47
5,78
2 244,10 109,20 76,20 5,86
5,50 5,14
3 242,60 108,40 77,90 4,71
5,03 4,24
Índice médio de desgaste 5,33
Blo
cos c
om
5%
CC
A
4 242,00 108,60 75,20 6,53
6,24 5,96
5 242,40 107,40 75,50 7,09
7,69 8,29
6 242,50 108,10 75,20 6,21
6,60 6,99
Índice médio de desgaste 6,84
72
Blo
cos c
om
10%
CC
A
7 241,90 107,20 78,20 8,50
8,82 9,15
8 242,20 107,70 77,20 11,00
9,54 8,08
9 242,10 107,90 76,80 10,13
10,51 10,89
Índice médio de desgaste 9,62
Analisando-se os resultados da Tabela 19, independente da quantidade de
CCA, verificou-se que os blocos de concreto com cinza apresentaram-se menos
resistentes ao desgaste por abrasão do que os blocos de concreto sem CCA. Este
resultado já era esperado porque os blocos com cinza são menos resistentes à
compressão devido ao maior índice de vazios.
Na comparação entre os blocos com CCA, o percentual de substituição de 5%
de CCA foi o que apresentou o menor desgaste. A justificativa para a baixa
resistência ao desgaste dos blocos de concreto com 10% de CCA está no seu
elevado índice de vazios médio (28,38%).
4.6 Análise de coloração
A primeira análise visual comparativa entre os blocos com CCA e um bloco
pigmentado com óxido de ferro preto mostrou que os com cinza apresentavam uma
tonalidade escura muito intensa (Figura 34). A comparação foi feita com diferentes
formatos de blocos em função de que o paver (retangular) era o único disponível
com a coloração que vislumbrava-se atingir e, também, comparar com aqueles
produzidos com CCA.
73
Figura 34 – Análise comparativa da coloração entre blocos recém fabricados com 5% de CCA com 28 dias (a) e com o pigmento óxido de ferro preto, 90 dias (b).
Fonte: Autor
Passados 90 dias de exposição à intempérie, nova análise visual foi feita e
verificou-se que, independente da quantidade de CCA, os blocos produzidos com
cinza apresentaram desmerecimento e suavização na tonalidade (Figura 35) sem
deixar de atender aos efeitos estéticos desejados.
Figura 35 – Coloração de blocos de concreto referência, com 5% e 10% de CCA, respectivamente, após 90 dias de exposição à intempérie.
Fonte: Autor
Comparando-se os blocos existentes na empresa, moldados com a utilização
de pigmento, juntamente com o bloco referência, pode-se perceber que a utilização
da cinza confere ao material uma tonalidade próxima daquela desejada. Sendo
A B
74
assim, este ensaio, comparando-se os blocos com adição de cinza com aqueles
existentes na empresa, possibilitou concluir que a coloração a partir da inserção da
CCA pode ser atingida com ambos os traços propostos.
5 CONCLUSÕES
Diante do exposto na presente pesquisa, pode-se concluir que resultados
positivos foram obtidos no que tange os blocos de concreto para pavimentos, sendo
estes:
Redução do consumo de um recurso natural não renovável, a areia, no
processo de obtenção de blocos de concreto para pavimentos a partir de sua
substituição parcial por CCA;
Produção de blocos de concreto intertravados em um canteiro de fábrica,
originando amostras (com 5% de substituição) com características
semelhantes às dos produtos disponibilizados no mercado;
Percebeu-se que a inserção do resíduo CCA reduz a resistência mecânica
do bloco de concreto, independente da quantidade de cinza (considerando-
se as que foram testadas);
Obtenção de blocos com 5% de CCA com resistência à compressão (29
MPa) adequada a utilização em locais de tráfego leve, tais como praças,
calçadas e ciclovias;
Possibilidade de utilização da CCA como pigmento para a obtenção de
blocos de concreto coloridos, Independente do teor de cinza;
Considerando os aspectos da norma, no que tange a aceitação ou rejeição
do lote, pode-se concluir que em unção dos aspectos avaliados e os
resultados obtidos, pode-se aceitar o lote do traço referência, bem como
aqueles com 5% de substituição.
No tocante ao desenvolvimento da pesquisa, cabe salientar o aspecto de
integração entre a pesquisa e a prática ocorrido no trabalho que envolveu duas
empresas com diferentes ações no mercado buscando soluções para seus
76
problemas ambientais (descarte da cinza e exploração de matéria-prima natural) e
de obtenção de um produto alternativo com propriedades adequadas as
necessidades do mercado da construção civil.
Cabe ainda como conclusão o entendimento de que para que resíduos
possam ser utilizados em blocos de concreto para pavimentos é necessário uma
revisão na NBR 9781 (ABNT, 2013), tendo em vista que nela o quesito de
atendimento envolve valores de resistência à compressão muito elevados (35 MPa e
50 MPa), nem sempre necessário em situação de uso, que extrapolam valores de
normas internacionais de países com elevada experiência em pavimentos com
blocos intertravados. Além disso, usualmente são utilizados blocos com valores de
resistência inferiores ao da norma em locais de tráfego leve, como 20 e 25MPa, sem
apresentar problemas quando na sua utilização.
77
6 Sugestões para trabalhos Futuros
Avaliação do comportamento dos blocos com adição de CCA nas
mesmas proporções, porém com diferentes granulometrias;
Obtenção de um método adequado de inserção de CCA no processo de
produção do bloco de concreto;
Avaliação das resistências à compressão e ao desgaste em diferentes
idades, com o intuito de avaliar se há ganho de resistência;
Estudo da viabilidade da utilização de rejeitos de diferentes indústrias que
proporcionem diferentes tonalidades em blocos de concreto, como os
cinza escuros, amarelos e vermelhos.
78
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