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U N IV E R S I D A D E E S T A D U A L P A U L IS T A
" J Ú L IO D E M E S Q U IT A F IL H O "
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
PROGRAMA DE PÓS
-
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
Concreto de Alto Desempenho com Adição de Resíduos
de Borracha de Pneu
Israel Rodrigo de Freitas Martins
Dissertação apresentada à Faculdade de
Engenharia de Ilha Solteira, da Universidade
Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho ,
como parte dos requisitos para a obtenção do
Título de Mestre em Engenharia Civil.
Orientador:
Prof. Dr. Jorge Luís Akasaki
ILHA
SOLTEIRA
2005
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Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
PROGRAMA DE PÓS
-
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
Concreto de Alto Desempenho com Adição de Resíduos
de Borracha de Pneu
Israe
l Rodrigo de Freitas Martins
Dissertação apresentada à Faculdade de
Engenharia de Ilha Solteira, da Universidade
Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho ,
como parte dos requisitos para a obtenção do
Título de Mestre em Engenharia Civil.
Orient
ador:
Prof. Dr. Jorge Luís Akasaki
ILHA SOLTEIRA
2005
ads:
DEDICATÓRIA
Aos meus Pais, Evanildo Martins e Sueli de
Freitas Martins, que além de me sustentarem
com ouro fartam-me com o mais puro amor, e
me ensinaram desde cedo, que a humildade
absoluta é o instrumento perfeito para a busca
do mais alto grau de sabedoria.
AGRADECIMENTOS
Agradeço em primeiro lugar aos guias da minha vida, meu pai e minha mãe pela proteção,
incentivo, paz e apoio incondicional ao longo da minha vida. Estaremos eternamente
juntos!
À amada e companheira Gisela e à seus pais e irmã por virem somar ainda mais aconchego
e alegria na minha vida em família.
É mister explicitar minha eterna gratidão ao meu orientador prof. Dr. Jorge Luís Akasaki,
pessoa do mais alto quilate, reconhecido pela transparência de sua conduta, dedicação e
generosidade na extensão de sua sabedoria para com seus alunos. Obrigado pela orientação
precisa e competente, pela amizade e apoio quando eu mais precisei!
Ao Dr. Edilberto Pinato gostaria de tornar público meu sincero agradecimento a este anjo
da guarda o qual durante uma cruel tormenta me acolheu e defendeu como um Pai. Deus
lhe abençoe!
Ao Mackenzie, e seus inúmeros e queridos docentes, que me iniciaram nos estudos de
engenharia. À Unesp que me acolheu e aperfeiçoou.
Aos professores do Conselho do PPGEC pela imparcialidade, coragem e apoio aos alunos
do programa.
À minha Família radicada na cidade de São Paulo foram muitas as saudades mas as boas
lembra
nças foram sempre maiores, homenageio todos com a citação dos venerados decanos
Antonio de Freitas Cabral e Maria Aurora de Freitas Cabral.
O apoio concreto e de alto desempenho de toda equipe do Laboratório CESP de Engenharia
Civil na pessoa do estimado colega e amigo Eng. Flávio Moreira Salles e dos técnicos e
também amigos: Michelan, Lana, Chiquinho, Joaquim, Euclides, Milton (in memorian),
Branco, Serjão, Jorge, Bertolucci, Pascoalin, Iverson, Henrique e Anderson.
Da mesma maneira aos técnicos e funcionários do DEC: Ronaldo, Mario, Gilson, José
Carlos, Sandra, Renatinho e Aldir. À atenção sempre dispensada pelos funcionários da
Biblioteca da FEIS: João, Sandra, Terezinha, Neide, Marta, Elaini, Cleide e Maria.
Às empresas Votorantim Cimentos, Camargo C
orrêa/CAUÊ, Sika do Brasil, Porto de Areia
São Judas, Mineração Noroeste Paulista e a Regigant Recuperadora de Pneus Pará, pela
doação dos materiais utilizados nesta pesquisa.
Aos colegas do mestrado e de iniciação científica pelo espírito de companheirismo e
convivência: Mauro, Michele, Joel, Ana Carolina, Mario, Carlos Adriano, Renato, Everton,
Eduardo e Carlos Rogério.
REFLEXÃO
Porque ter a mente boa não é o bastante;
o principal é aplica-la bem. As maiores alm
as
são capazes tanto das maiores virtudes quanto
dos maiores vícios, e aqueles que marcham
lentamente podem avançar muito mais, se
seguirem o caminho certo, do que os que
correm porém dele se afastam.
Descartes
, Discurso sobre o método, parte I -
(1637).
SUMÁRIO
Lista de Figuras
Lista de Tabelas e Quadros
Resumo
Abstract
1.
INTRODUÇÃO.....................................................................................................
1
1.1
INTRODUÇÃO.....................................................................................................
1
1.2
ESTRUTURA
DA
DISSERTAÇÃO....................................................................
3
2.
CONCRETO DE ALTO DES
EMPENHO.........................................................
4
2.1
HISTÓRICO .........................................................................................................
4
2.2
ESTRUTURA
DO
CONCRETO.........................................................................
7
2.3
MATERIAIS
CONSTITUINTES........................................................................
9
2.3.1
Cimento...................................................................................................................
9
2.3.2
Agregados.............................................................................................................10
2.3.3
Adições Minerais..................................................................................................12
2.3.4
Aditivos Químicos................................................................................................13
2.3.5
Água......................................................................................................................15
2.4
PROPRIEDADES
DO
CAD...............................................................................15
2.4.1
Propriedades no
Estado Fresco.............................................................................15
2.4.2
Propriedades no Estado Endurecido .....................................................................16
3. RESÍDUOS DE BORRACHA
DE PNEU.........................................................26
3.1
HISTÓRICO .......................................................................................................26
3.2
DESENVOLVIMENTO
SUSTENTÁVEL
E
MEIO
AMBIENTE.................27
3.3
ORIGEM .............................................................................................................30
3.4
APLICAÇÕES
GERAIS....................................................................................34
3.5
APLICAÇÕES
EM
MATERIAIS
DE
CIMENTO
PORTLAND...................36
3.5.1 Generalidades........................................................................................................36
3.5.2
Caracterização dos Resíduos e Manipulação........................................................37
3.5.3
Influencia na Resistência e na Microestrutura......................................................37
3.5.4
Aspectos da Aderência..........................................................................................38
3.5.5
Aspectos da Trabalhabilidade...............................................................................39
3.5.6 Comportamento como Fibras e Tenacidade .........................................................40
3.5.7
A Problemática da Determinação do Módulo de Elasticidade .............................42
3.5.8
Durab
ilidade..........................................................................................................42
3.5.9
Atualidades ...........................................................................................................44
4. PROGRAMA EXPERIMENTAL.....................................................................46
4.1
DESENVOLVIMENTO.....................................................................................46
4.2
INVESTIGAÇÃO
PRELIMINAR
QUANTO
À
ESCOLHA
DO
CIMENTO
E
ADITIVO
QUÍMICO......................................................................................................46
4.2.1
Introdução.............................................................................................................46
4.2.2
Pré
-
Seleção de Materiais, Mistura e Procedimento..............................................47
4.2.3
Resultados Preliminares........................................................................................50
4.2.4
Análise dos Resultados Preliminares....................................................................53
4.3
CARACTERIZAÇÃO
DOS
MATERIAIS.......................................................54
4.3.1 Aglomerantes........................................................................................................54
4.3.2
Agregados.............................................................................................................56
4.3.3
Aditivo Químico ...................................................................................................67
4.3.4
Água......................................................................................................................67
4.4
MÉTODOS
EXPERIMENTAIS .......................................................................67
4.4.1
Método de Dosagem.............................................................................................68
4.4.2 Produção dos Concr
etos........................................................................................69
4.4.3
Ensaios..................................................................................................................74
4.5
DOSAGEM
DOS
CONCRETOS.......................................................................83
5.
APRESEN
TAÇÃO E ANÁLISE DOS
RESULTADOS..................................89
5.1
PERFORMANCE,
QUANTO
A
RESISTÊNCIA
À
COMPRESSÃO
E
TRABALHABILIDADE,
DOS
TRAÇOS.........................................................................89
5.1.1 Res
istência à Compressão.....................................................................................89
5.1.2
Trabalhabilidade ...................................................................................................92
5.1.3
Escolha do Traço com Borracha de Melhor Performance....................................93
5.2
AVALIAÇÃO
DO
CAD
E
CAD
COM
BORRACHA
NO
ESTADO
FRESCO
E
ENDURECIDO................................................................................................................94
5.2.1 Propriedades no Estado Fresco.............................................................................94
5.2.2
Resistência à Compressão.....................................................................................95
5.2.3
Módulo de Elasticidade ......................................................................................100
5.2.4 Módulo Unitário .................................................................................................101
5.2.5
Resistência à Tração por Compressão Diametral ...............................................102
5.2.6
Resistência ao Impacto .......................................................................................104
5.2.7
Absorção de Água por Imersão ..........................................................................109
5.2.8
Resistência à Abrasão.........................................................................................110
6.
CONSIDERAÇÕES FINAIS...........................................................................114
6.1 CONCLUSÕES.................................................................................................114
6.2
SUGESTÕES
PARA
FUTURAS
PESQUISAS..............................................117
7.
BIBLIOGR
AFIA ..............................................................................................118
7.1
REFERÊNCIAS
BIBLIOGRÁFICAS............................................................118
7.2
BIBLIOGRAFIA
CONSULTADA..................................................................129
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Representação esquemática do agregado, da zona de transição e da matriz de
pasta de cimento..............................................................................................................
7
Figura 2: Curvas tensão
-
deforma
ção para várias resistências de concreto...........................18
Figura 3: Sistema de capeamento não aderente constituído por bases de neoprene e anéis de
alumínio........................................................................................................................22
Figura 4: Máquina retificadora com mesa móvel................................................................
.23
Figura 5: Retífica acoplada em torno mecânico ...................................................................24
Figura 6: Má
quina retificadora de corpos
-
de
-
prova de concreto..........................................25
Figura 7: Acúmulo de pneus inservíveis...............................................................................28
Figura 8: Incêndio em áreas com a
cúmulo de pneus inservíveis..........................................29
Figura 9: Esquema de um pneu em corte..............................................................................30
Figura 10: Operação de raspagem do pneu à ser recauchutado............................................31
Figura 11: Detalhe da raspagem do pneu à ser recauchutado...............................................32
Figura 12: Detalhe da ferramenta rotativa de raspagem de pneu
s........................................32
Figura 13: Configurações de pneus velhos utilizadas como recifes artificiais.....................35
Figura 14: Combinação de laterais e banda d
e rodagem de pneus descartados....................35
Figura 15: Zona de transição entre a pasta de cimento
-
borracha e pasta de cimento
-
areia..38
Fig
ura 16: Curvas tensão
-deformação controladas...............................................................41
Figura 17: Funil de Marsh ....................................................................................................47
Figura 18: Misturador...........................................................................................................49
Figura 19: Visualização geral do procedimento básico de ensaio........................................50
Figura 20: CP V
-
ARI e Superplastificante Y
-
Tempo de escoamento X Teor de
superplastifi
cante..........................................................................................................51
Figura 21: CP V
-
ARI e Superplastificante Z
-
Tempo de escoamento X Teor de
superplastificante..........................................................................................................51
Figura 22: CP II
-F-32
e Superplastificante Y
-
Tempo de escoamento X Teor de
superplastificante..........................................................................................................52
Figura 23: CP II
-F-
32 e Superplastificante Z
-
Tempo de escoamento X Teor de
superplastificante..........................................................................................................52
Figura 24: Espectrofotômetro de absorção atômica .............................................................55
Figura 25: Aparelho de Blaine..............................................................................................55
Figura 26: Frasco Chapman com querosene e resíduos de borracha de pneu ......................57
Figura 27: Curva granulométrica do resíduo de borracha de pneu.......................................58
Figura 28: Borracha grossa...................................................................................................60
Figura 29: Borracha média ...................................................................................................60
Figura 30: Borracha fina.......................................................................................................61
Figura 31: Curva granulométrica da borracha grossa...........................................................62
Figura 32: Curva granulométrica da borracha média ...........................................................63
Figura 33: Curva granulométrica da borracha fina...............................................................64
Figura 34: Curva granulométrica da areia ............................................................................65
Figura 35: Cu
rva granulométrica da brita.............................................................................66
Figura 36: Fluxograma do método de dosagem proposto.....................................................69
Figura 37: Betoneira com capacidade de 120
litros..............................................................70
Figura 38: Betoneira com capacidade de 360 litros..............................................................70
Figura 39: Moldagem dos corpos
-
de
-
prova para ensaio de resistênc
ia à impacto ...............72
Figura 40: Moldagem do corpo-
de
-
prova para ensaio de resistência à abrasão...................72
Figura 41: Moldagem dos corpos
-
de
-
prova de 10cm X 20cm .............................................73
Figura 42: Câmara úmida para cura dos corpos
-
de
-
prova....................................................73
Figura 43: Ensaio de Abatimento do tronco de co
ne............................................................74
Figura 44: Aparelho para a medição do teor de ar................................................................74
Figura 45: Balança e recipiente utilizados na determinação da massa es
pecífica................75
Figura 46: Termômetro digital para determinação da temperatura ......................................75
Figura 47: Prensa hidráulica com capacidade de 100
t..........................................................76
Figura 48: Prensa informatizada com capacidade de 200 toneladas.....................................76
Figura 49: Par de LVDT fixados no corpo
-
de
-
prova............................................................77
Figura 50: Configuração de tela durante o ensaio de módulo de elasticidade......................77
Figura 51: Corpo
-
de
-
prova sendo capeado...........................................................................78
Figura 52: Corpos
-
de
-
prova de composto de enxofre de alta resistência.............................78
Figura 53: Aparato para ensaio de resistência ao impacto....................................................79
Figura 54: Detalhe do ajuste do corpo
-
de
-
prova ..................................................................79
Figura 55: Estufa utilizada na secagem dos corpos
-
de
-
prova...............................................81
Figura 56: Aparelho de abrasão............................................................................................82
Figura 57: Corpo
-
de
-
prova submerso no interior do aparelho de abrasão e esferas de aço
.82
Figura 58: Corte do aparelho para ensaio de abrasão do concreto .......................................83
Figura 59: Evolução da resistência à compressão de diversos traços elaborados.................89
Figura 60: Típico corpo
-
de
-prova do traço padrão rompido à compressão (7dias)..............90
Figura 61: Típico corpo
-
de
-
prova dos traços com adiçã
o de borracha rompido à compressão
(7dias) ...........................................................................................................................91
Figura 62: Trabalhabilidade de diversos traços elaborados..................................................92
Figura 63: Evolução d
a resistência à compressão do CAD e do CAD com Borracha .........95
Figura 64: Corpo
-
de
-
prova de CAD rompido à compressão (3 dias)...................................96
Fig
ura 65: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha rompido à compressão (3 dias) ...........96
Figura 66: Corpo
-
de
-
prova de CAD rompido à compressão (7 dias)...................................97
Figura 67: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha rompido à compressão (7 dias) ...........97
Figura 68: Corpo
-
de
-
prova de CAD rompido à compressão (28 dias)................................
.98
Figura 69: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha rompido à compressão (28 dias) .........98
Figura 70: Corpo
-
de
-
prova de CAD rompido à compressão (91 dias)................................
.99
Figura 71: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha rompido à compressão (91 dias) .........99
Figura 72: Módulo de elasticidade do CAD e do CAD com Borrach
a ..............................100
Figura 73: Módulo unitário do CAD e do CAD com Borracha..........................................101
Figura 74: Resistência à tração do CAD e do CAD com Borracha....................................102
Figura 75: Corpo
-
de
-
prova de CAD após o ensaio de tração.............................................103
Figura 76: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha após o ensaio de t
ração......................103
Figura 77: Detalhe do procedimento de abertura do corpo-
de
-prova de CAD com Borracha
....................................................................................................................................104
Figura 78: Corpo
-
de
-
prova de
CAD com Borracha após abertura.....................................104
Figura 79: 1° fissura (0,1mm) em uma das placas de CAD ...............................................105
Figura 80: 1° fissura (0,1mm) em u
ma das placas de CAD com Borracha........................106
Figura 81: Última fissura observada (1mm) em uma das placas de CAD..........................106
Figura 82: Placa de
CAD ao fim do ensaio ........................................................................107
Figura 83: Última fissura observada (0,5mm) em uma das placas de CAD com Borracha107
Figura 84: Placa
de CAD com Borracha ao fim do ensaio, face superior..........................108
Figura 85: Placa de CAD com Borracha ao fim do ensaio, face inferior ...........................108
Figura 86: Placa de CAD com Borracha sendo separado manualmente ............................109
Figura 87: Absorção de água por imersão do CAD e do CAD com Borracha...................110
Figura 88: Resistência à abrasão do CAD e do CAD com Borracha..................................112
Figura 89: Corpo
-
de
-
prova de CAD ao fim das 71 horas de ensaio de abrasão.................112
Figura 90: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha ao fim das 71 horas de ensaio de abrasão
....................................................................................................................................113
LISTA DE TABELAS E QUADROS
Tabela 1: Compo
sições e suas variações quanto ao teor de superplastificante ....................48
Tabela 2: Análise físico
-
química do cimento CP II
-F-32.....................................................54
Tabela
3: Análise físico-
química da Sílica Ativa ................................................................
.56
Tabela 4: Análise granulométrica do resíduo de borracha de pneu......................................58
Tabela 5: Class
ificação granulométrica do resíduo de borracha de pneu.............................59
Tabela 6: Análise granulométrica da borracha grossa..........................................................61
Tabela 7: Análi
se granulométrica da borracha média...........................................................62
Tabela 8: Análise granulométrica da borracha fina..............................................................63
Tabela 9: Análise granulométrica da
areia............................................................................64
Tabela 10: Demais características da areia...........................................................................65
Tabela 11: Análise granulométrica brita...............................................................................66
Tabela 12: Demais características da brita ...........................................................................67
Tabela 13: Composição PADRÃO.......................................................................................85
Tabela 14: Compo
sição MODIFICADA 3%........................................................................86
Tabela 15: Composição MODIFICADA 5%........................................................................86
Tabela 16: Traço ESPECIAL 3% borracha TOTAL............................................................88
Tabela 17: Análise dos resultados de resistência ao impacto.............................................105
Quadro 1: Resultados de resistência à abrasão...................................................................111
Concreto de Alto Desempenho com Adição de Resíduos de
Borracha de Pneu
Israel Rodrigo de Freitas Martins
RESUMO
Em conseqüência as inúmeras vantagens intrínsecas dos concretos de alto
desempenho, sejam relacionadas à performance mecânica ou de durabilidade, se faz
constante no cenário mundial a expansão de suas aplicações.
Contudo os concretos de alto desempenho apresentam comportamento de ruptura
frágil, característica destoante dos demais materiais usualmente empregados na con
cepção
de estruturas, os quais por serem dúcteis propiciam maior capacidade de redistribuição de
esforços aos elementos estruturais.
Neste enfoque aborda
-
se a investigação do concreto de alto desempenho com adição
de resíduos de borracha de pneu, sendo que, dentre as mais variadas aplicações bem
sucedidas dos resíduos de borracha de pneu ressalta-se sua adição em cimentos asfálticos,
no intuito do aumento da resistência à temperatura e à esforços mecânicos, e também em
concretos convencionais de cimento Por
tland, visando por exemplo majorar a tenacidade.
Com a utilização desses resíduos de borracha de pneu ocorre ainda notável
contribuição ao desenvolvimento sustentável e ao meio ambiente, uma vez que em todo o
mundo existe uma grande problemática ligada ao
acúmulo pneus inservíveis.
Assim no intuito de substanciar a performance do concreto de alto desempenho com
adição de resíduos de borracha de pneu obtido, cabe destacar alguns números: resistência à
compressão superior a 70MPa, aos 28 dias de idade; módulo de elasticidade acima dos
50GPa, aos 91 dias; maior tenacidade em relação ao CAD; sua resistência ao impacto foi
superior de 11% a até 26% a do CAD; possui absorção de água por imersão menor que 1%,
aos 28 dias; resistência à tração equivalente a até 12,6% da sua resistência à compressão e
ainda demonstrou maior resistência à abrasão do que um concreto de alta resistência, com
resistência à compressão equivalente.
Palavras
chave:
Concreto de alto desempenho, resíduos de borracha de pneu, resistência
mecân
ica, durabilidade, reciclagem, meio ambiente.
High Performance Concrete with Tire Rubber Scrap Addition
Israel Rodrigo de Freitas Martins
ABSTRACT
Innumerable advantages of high performance concrete, being related to the
mechanics or durability performance, it makes world-wide expansion scene of its
application.
However, fragile rupture behavior is presented on high performance concrete,
different
characteristic of
usual
material us
ed
in
to
the
structure
conception
, which being
ductile
, it propitiates h
ig
h
er redistribution
capacity
efforts of
structural elements.
In this way it is approached the high performance concrete inquiry the tire rubber
scrap
addition, being the most varied successful tire rubber scrap application, stand
ing
out
its addition in asphalt cements,
aiming
the resi
stance
increasing
to temperature and
mechanical strength, and also to conventional Portland cement concrete, reaching better
tenacity.
T
he
tire rubber scrap using occurs sustainable development and also to
the
environment,
there are a
great problematic on
idle tire
accumulation.
I
ntention
ing
to substantiate the presentation of high performance concrete with tire
rubber scraps addition obtained, some numbers can be highlighted: compressive strength
higher than 70MPa, age of 28 days; modulus of elasticity above 50GPa, to 91 days; gr
eater
tenacity in relation to the HPC;
its
impact resistance was superior of 11% up to 26% of the
HPC;
occurs
water absorption
for
less
er
than 1%, to the 28 days; tensile splitting strength
equivalent up to 12,6% of its compressive strength and still demonstrated to greater
resistance to the abrasion of that a high strength concrete, with the same compressive
strength.
Keywords:
High performance concrete, tire rubber scraps, mechanical strength, durability,
recycling, environment.
Capítulo 1
Introdução
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
1
1.
INTRODUÇÃO
1.1
INTRODUÇÃO
A crescente evolução dos projetos arquitetônicos, cada vez mais arrojados, e o
desenvolvimento da indústria do concreto permitiram e levaram a elaboração de novos
materiais, que por sua vez induziram ao estudo de novos tipos de concretos, dentre eles o
Co
ncreto de Alto Desempenho (CAD).
O CAD é aquele que possui resistência mecânica elevada; acima de 42MPa segundo
Shah e Ahmad (1994, p.2); a qual deve ser suficiente para receber as solicitações impostas
no projeto, e definitivamente mostra-se durável ao longo do tempo, caracterizando-
se
também pela excelente seleção de materiais constituintes e rigorosos controles de produção.
A constante ascensão do emprego do CAD está ligada às vantagens atreladas ao seu
comportamento estrutural, dentre elas sua superioridade em relação a resistência à
compressão, e pela incorporação de maior durabilidade.
Contudo, devido às alterações em sua microestrutura, o CAD, quando submetido à
tensões máximas, apresenta ruptura frágil. Este comportamento o diferencia dos demais
mate
riais empregados na concepção de elementos estruturais, inclusive do concreto
convencional.
Nas estruturas, de modo geral, almeja-se uma boa performance quanto sua
capacidade de redistribuição de esforços, para isto é necessário que os elementos
estruturai
s, em especial pilares como é citado por Câmara e Pinto (2004, p.357), possuam
uma capacidade de deformação suficiente, ou seja, certa ductilidade.
O fato de não fornecer indícios do início de ruína pode ser visto como um aspecto
negativo para a segurança de uma estrutura, considerando-se o caso desta vir a sofrer um
colapso. Desta forma, o comportamento de ruptura do CAD não é vantajoso, à medida que
se faz corriqueiro o aumento da taxa de armadura a fim de propiciar ductilidade a tais
estruturas, acarreta
ndo então no acréscimo dos gastos com armadura.
No caso de pilares, sendo o CAD um material não dúctil, é corrente o uso de
cintamento transversal, como recomenda a norma norueguesa NS 3473
NORWEGIAN
Capítulo 1
Introdução
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
2
STANDARDS apud ABCP (1999), com o intuito do aumento da capacidade das
deformações longitudinais.
O uso de fibras, em sua maioria metálicas, também é empregado no CAD com o
intuito de elevar sua ductilidade e o trabalho de fratura. Dentre outros estudos, Jamet et al
(1995, p.32), e Lima Junior e Giongo (2004, p.205) ao ensaiar, respectivamente, vigas e
pilares de CAD com adição de fibras metálicas, constataram o aumento da ductilidade
destes elementos em relação àqueles sem adição de fibras.
Noutro norte, com o intuito de minimizar impactos ao meio ambiente, se faz
constante, no cenário mundial, a elaboração de estudos para a reciclagem de diversos
materiais nocivos ao desenvolvimento sustentável.
Dentre diversos resíduos com projeção globalizada, quanto ao impacto ambiental
gerado, tem-se a borracha provinda de pneu inservível, a qual por apresentar demorada
degradação e perfazer quantidades colossais, tem sido objeto de estudo de inúmeras
pesquisas, que visam, entre outras aplicações, aproveitar parte desse enorme potencial na
produção de concretos.
Segundo Bignozzi e Sandrolini (2004, p.78), com o intuito de melhorar o
comportamento a mudanças de temperatura e a resistência mecânica do cimento asfáltico a
adição de borracha de pneu inservível tem sido investigada por mais de trinta anos, sendo
tal adição vantajosa em diversos aspectos. Ainda em acordo com estes autores os estudos
da utilização de borracha de pneu inservível em concretos de cimento Portland existem à
cerca de uma década e dentre variados objetivos tem-se a análise da influência no
comportamento
de fratura dos concretos.
Dessa forma esta pesquisa vem ao encontro da necessidade mundial de contribuir à
preservação do meio ambiente e ao desenvolvimento sustentável, a medida que estuda a
possibilidade da utilização de resíduos de borracha de pneu na produção de CAD,
almejando
-se elevados níveis de resistência à compressão, avaliando também outras
propriedades e abordando questões ligadas à granulometria e taxas de adição do referido
resíduo. Visando sobretudo somar possíveis vantagens ao concreto de alto desempenho, no
que diz respeito ao seu comportamento e aptidão aos fins da engenharia civil mundial.
Capítulo 1
Introdução
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
3
1.2
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Esta dissertação está subdividida em 7 capítulos:
No primeiro capítulo consta a introdução ao tema abordado, sua importância,
o
bjetivo geral e a estrutura da pesquisa.
O segundo capítulo engloba uma revisão literária do concreto de alto desempenho, a
qual encontra-
se direcionada as necessidades desta pesquisa.
O terceiro capítulo aborda os resíduos de borracha de pneu e expõe a interação da
comunidade científica no combate da problemática ligada ao acúmulo de pneus inservíveis.
Ao quarto capítulo foi reservada a descrição do programa experimental realizado e a
investigação da compatibilidade entre cimentos e aditivos químicos.
É no quinto capítulo onde são apresentados os resultados, obtidos no decorrer da
pesquisa, e suas respectivas análises.
As considerações finais são proferidas no sexto capítulo.
Por fim no sétimo capítulo são apresentadas as bases teóricas desta pesquisa, onde
seguem divididas entre referências bibliográficas e bibliografia consultada.
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
4
2.
CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
2.1
HISTÓRICO
O surgimento do concreto de alto desempenho está unido ao desencadeamento de
alguns fatos fundamentais: a busca da elevação da resistência à compressão do concreto, o
desenvolvimento de superplastificantes atuantes na sua reologia, e o emprego da sílica ativa
como material cimentício complementar. Acontecimentos estes que quando somados
possibilitaram a transposição de barreiras na tecnologia
do concreto.
No início dos anos 60 do século passado, em específico na cidade de Chicago, de
acordo com Moreno apud Aïtcin (2000, p.27), o trabalho em conjunto de um projetista e
um fornecedor de concreto iniciou uma árdua campanha, a qual visava a utilização de
quantidades significativas de concretos de alta resistência à compressão em estruturas
importantes. Inicialmente o uso destes concretos experimentais era limitado tão somente a
alguns dos pilares da estrutura e tinham seu valor de resistência à compressão elevado da
ordem de 10 a 15MPa acima daquela comumente especificada no projeto de edifícios altos
da época.
Esta conduta, inicialmente modesta mas contínua, possibilitou o domínio gradativo
da produção de concretos com resistência à compressão cada vez maior e sua extensão a
um número maior de elementos estruturais. O implemento destes concretos foi facilitado
com os resultados vantajosos apresentados aos empreendedores, dentre eles, o aumento de
área útil dos escritórios e garagens devido à diminuição das seções dos pilares, o que
proporcionou uma considerável redução dos custos das obras.
Assim a cidade de Chicago foi pioneira no uso de concretos de alta resistência, onde
Mehta e Monteiro (1994, p.406) destacam os edifícios, Lake Point Tower o qual foi
construído em 1965 com pilares de 53MPa e o Water Tower Place em 1976, com a adoção
de diferentes resistências à compressão ao longo da sua estrutura de 79 pavimentos, sendo
os pilares até o vigésimo quinto andar de resistência característica à compressão igual a
63MPa, a qual foi progressivamente reduzida, nos pavimentos superiores, de 53MPa a
28MPa.
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
5
Desde o início da sucessiva implementação do aumento da resistência à compressão
contou
-se com o auxílio indispensável dos aditivos químicos, em primeiro plano, redutores
de água à base de lignossulfonatos. Através do desenvolvimento de diversas formulações os
aditivos químicos passaram por grande evolução técnica e, segundo Aïtcin (2000, p.32),
importantes mudanças conceituais quanto ao seu uso, no que diz respeito aos teores e tipos
para dada aplicação. Assim com o aumento dos teores dos aditivos superplastificantes
possibilitou
-se a prática de relações água/aglomerante ainda mais reduzidas,
concomitantemente com a garantia da manutenção da trabalhabilida
de necessária.
À medida que as relações água/aglomerante desses concretos foram sendo ainda
mais reduzidas, fizeram-se observar uma série de outras melhorias além dos altos valores
de resistência à compressão, onde aos poucos se destacou a elevação dos fat
ores
contribuintes à sua durabilidade, o que resultou então na apreciação de um material de
especificações mais amplas, ou seja, no concreto de alto desempenho.
Outro importante advento ao aumento da performance dos concretos de alto
desempenho foi a sílic
a ativa, a qual é um subproduto oriundo da produção de silício e ferro
silício. Foi durante anos tida como estorvo, sendo que primeiramente estas finíssimas
partículas eram lançadas na atmosfera, e depois com as fortes regulamentações
ambientalistas nos países desenvolvidos obrigando à instalação de filtros para o controle e
redução da poluição, e passaram, então, a ser acumuladas em grande quantidade.
Embora, de acordo com Aïtcin (2000, p.34), a primeira utilização prática da sílica
ativa tenha ocorrido em
1952, por um pesquisador norueguês, é no final da década de 70 do
século XX, que esta começou a ser utilizada como material cimentício suplementar em
concretos na Escandinávia, região de grande produção de silício e por conseguinte com alto
potencial de s
ílica ativa.
O uso da sílica ativa possibilitou a execução de concretos de alto desempenho com
resistência à compressão acima dos 100MPa, e as inúmeras vantagens de sua incorporação
foram reconhecidas rapidamente. A partir de 1980 a sílica ativa começou a ser usada na
América do Norte e foi também difundida em todo o mundo, inclusive no Brasil.
Por volta de 1990, vários programas específicos sobre CAD foram desenvolvidos
em diversos países, os quais possibilitaram vencer o desafio de produzir e utilizar o
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
6
concreto de alto desempenho, disseminando seu uso em diversas obras de impacto
internacional no cenário da engenharia civil.
Segundo Shah e Ahmad (1994, p.2), para concretos acima do valor de 42MPa, além
de ser necessário maior controle de qualidade para sua produção e seleção dos materiais
constituintes, sua microestrutura difere consideravelmente de concretos convencionais. Em
anuência a esta citação, o valor de resistência à compressão a partir do qual diversas normas
e trabalhos científicos definem um concreto, como sendo de alto desempenho, está em
torno de 50MPa.
No início do desenvolvimento da melhoria destes concretos, a característica
percussora desejada resumia-se a uma alta resistência à compressão tendo sido assim
denominados como concreto de alta resistência. Nos dias de hoje, a expressão, concreto de
alto desempenho é cada vez mais utilizada, pois além da alta resistência à compressão
outras características são almejadas, como a baixa porosidade e uma alta durabilidade.
Neste foco, Libório (2004a, p.78) afirma que na atualidade a opção do uso do CAD
baseia
-se não só na necessidade de altas resistências, mas também no aumento da
durabilidade dos patrimônios. Isaia (2005, p24), inclui ainda a diminuição das secções
estruturais e a maior velocidade de construção como principais atrativos na crescente
escolha e utilização do CAD por parte das construtoras.
A todo esse conjunto de vantagens do CAD está somada a redução do custo final da
estrutura. Djanikian e
Trindade
(2001, p.14) obtiveram uma redução
de 15% no custo do m³
do concreto na estrutura do edifício GEF em São Paulo. Campos (2000, p.27
-
34) demonstra
reduções de até 20% no custo da estrutura do edifício Solar da Serra em São Paulo,
definindo ainda o uso do CAD como um grande negócio .
O uso de concretos de alto desempenho não é limitado a edifícios altos, Baweja
(2002, p.1) cita o emprego do CAD em estruturas marítimas, onde devido ao ambiente
agressivo seu desempenho quanto à durabilidade é fundamental.
O concreto de alto desempenho foi extensivamente usado também na construção de
varias plataformas submarinas na Noruega, dentre as quais, Amaral Filho (1992, p.42)
destaca a Ekofisk, que utilizou CAD, com adição de sílica ativa, e resistência à compressão
de 69MPa, o qual apresenta, dentre outra
s características, alta resistência à erosão.
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
7
O CAD ainda é objeto de estudo de pesquisadores de diversos países, dentre os
quais o Brasil ocupa lugar de destaque. Hartmann e Helene (2003, p.1-14) descrevem a
conquista do recorde mundial de concreto de alto desempenho colorido, com resistência
média a compressão de 125MPa, configurando mais um marco à engenharia nacional.
2.2
ESTRUTURA DO CONCRETO
O concreto de cimento Portland possui num nível macroscópico duas fases distintas,
a pasta de cimento e a fase dos
agregados, também definida como esqueleto granular.
Em nível microscópico observa-se uma terceira fase, denominada zona de transição
e localizada na interface entre as partículas de agregado graúdo e a pasta de cimento.
As três fases supracitadas, e detalhadas na
Figura
1, são heterogêneas o que explica,
segundo Mehta e Monteiro (1994, p.19), a dificuldade de previsão do comportamento do
concreto através de modelos teóricos de relação estrutura/propriedades.
Figura
1
: Representação esquemática do agregado, da zona de transição e da matriz de pasta de cimento
Fonte: MEHTA e MONTEIRO (1994, p.38)
A pasta de cimento hidratada, resultado da mistura de cimento com água, tem suas
propriedades determinadas essencialmente pela interação da água com os quatro
componentes básicos do cimento Portland: silicato dicálcico (C
2
S), silicato tricálcico (C
3
S),
aluminato tricálcico (C
3
A) e ferroaluminato tetracálcico (C
4
AF).
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
8
O C
2
S e o C
3
S são os principais compo
nentes responsáveis pela resistência da pasta,
através da formação do silicato de cálcio hidratado (CSH), o qual constitui, segundo Mehta
e Monteiro (1994, p.24), de 50 a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento
Portland hidratado.
No concreto convencional a zona de transição difere de maneira significativa da
pasta de cimento, apresentando grande volume de vazios capilares e microfissuras. Já no
CAD, segundo Aïtcin (2000, p.105), com a diminuição da relação água/aglomerante e o uso
da sílica ativa
a espessura e a debilidade da zona de transição são reduzidas.
Devido às baixas relações água/aglomerante praticadas e a grande quantidade de
finos presentes no CAD, sua pasta de cimento é bastante homogênea e pouco porosa,
fatores estes que contribuem a s
ua capacidade de resistência à compressão.
Por ser um material mais homogêneo e uniforme o CAD apresenta uma menor
porosidade e, conseqüentemente, é menos permeável a agentes agressivos resultando então
numa maior durabilidade. Segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland
ABCP
(1999), o CAD chega a ter um coeficiente de permeabilidade 10.000 vezes menor que
concretos convencionais, possuindo assim reduzida carbonatação e difusão de cloretos.
Entretanto, devido aos avanços ocorridos nas fases componentes da estrutura do
CAD, seu processo de desenvolvimento de fissuração inicia-se de forma tardia, isto é, em
patamares muito próximos ao seu limite de resistência. Assim, quando submetido acima do
seu valor limite de resistência, o CAD apresenta característica de ruptura frágil e de
reduzida tenacidade.
Estas características são comumente observada ao ensaiar-se corpos-
de
-prova de
CAD, sendo descritas de forma particular por diversos pesquisadores, como por exemplo:
Pereira Neto (1994, p.78) ruptura frágil, com comportamento explosivo ; Mehta e
Monteiro (1994, p.403) modo mais frágil de fratura e uma menor dilatação volumétrica e
também Nilson apud Silva (1995, p.26) relatou rupturas de maneira brusca e frágil .
Tendo analisado concretos de várias faixas de resistências, inclusive os de alto
desempenho, Guinea et al. (2002, p.1969), concluíram que a qualidade da zona de transição
influencia de forma categórica no mecanismo de fratura dos concretos estudados.
Assim, devido às melhorias ocorridas tanto na pasta quanto na zona de transição, a
microestrutura do concreto de alto desempenho tem comportamento diferenciado em
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
9
relação ao concreto convencional, isto é, existe no CAD uma maior transferência de cargas
entre a pasta de cimento e os agregados graúdos
, reduzindo
-
se então as tensões interfaciais.
Devido a este aumento de transferência de carga, no CAD existe também uma
grande preocupação com o agregado graúdo, pois quando solicitado, por esforços externos,
sua ruptura é geralmente do tipo transgranular, ou seja, o agregado torna-se o elo menos
resistente.
Segundo Akçaoglu, Tokyay e Çelik (2002, p.828), a fase do agregado exerce
influência nas propriedades do concreto, principalmente por suas características físicas, tais
como volume, tamanho, porosidade,
forma e textura.
No item subseqüente serão apresentados os materiais constituintes do CAD, onde é
possível observar quais requisitos devem ser exigidos na seleção de determinados materiais
visando à produção de concretos de alto desempenho.
2.3
MATERIAIS CONS
TITUINTES
O concreto de alto desempenho prima pela utilização de alguns materiais
constituintes com certas propriedades específicas, sendo necessária uma cuidadosa seleção.
A indústria da construção civil tem investido continuamente no desenvolvimento de
novas tecnologias, assim atualmente o mercado dispõe de uma infinidade de produtos.
Visando contribuir para a melhor performance do conjunto, na seqüência serão feitas
explanações sobre cada um dos materiais constituintes do CAD.
2.3.1
Cimento
A princípio qualquer cimento Portland pode ser empregado na produção de um
CAD, mas preferencialmente utilizam-se os cimentos Portland com elevados teores de
silicato dicálcico (C
2
S) e silicato tricálcico (C
3
S). Existe ainda, segundo Aïtcin (2000,
p.186), o anseio de uma baixa quantidade de aluminato tricálcico (C
3
A), a fim de facilitar o
controle da reologia do cimento.
Quanto à finura, um alto Blaine (superfície especifica) poderá contribuir para o
desenvolvimento de elevadas resistências já nas primeiras idades. No entanto, Almeida
(2005, p.1168), ressalta que, em idades avançadas, esta tendência se anula .
Devido as faixas de variações permitidas pelas normas quanto a composição e
finura, mesmo considerando-se um único tipo de cimento, podemos ter diferentes
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
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o de Resíduos de Borracha de Pneu
10
característ
icas de desenvolvimento de resistência. Sendo indispensável, como cita Pereira
Neto (1994, p.14), uma constante indicação da uniformidade do cimento utilizado ao longo
do tempo.
2.3.2
Agregados
2.3.2.1
Agregado miúdo
No CAD devido a grande quantidade da presença de partículas finas (materiais
cimentícios) não se dispensa grande atenção aos agregados miúdos. Sendo normalmente
utilizado a areia natural como agregado miúdo, a qual pode variar dentro de toda a sua faixa
granulométrica.
Entretanto, Blick apud Silva (1995, p.10) constatou que determinada areia, com
módulo de finura inferior a 2,5 proporcionou ao concreto uma consistência viscosa,
tornando
-o difícil de compactar. Já para uma areia com um módulo de finura em torno de
3,0 foi obtida uma melhor trabalhabilidade e m
aior resistência à compressão.
Assim as areias mais grossas são recomendadas na produção do CAD, com o intuito
de um pequeno decréscimo na quantidade de água necessária para uma dada
trabalhabilidade.
2.3.2.2 Agregado graúdo
Segundo a National Crashed Stone Association apud ACI 363
American Concrete
Institute
ACI (1992, p.6), o agregado ideal deveria ser limpo, cúbico, anguloso, 100% de
agregado britado e com o mínimo de partículas lameares e alongadas.
Para se obter resistência à compressão ótimas no CAD a Dimensão Máxima
Característica (DMC) do agregado graúdo, segundo o ACI 363
ACI (1992, p.6), deve ser
mantida entre 9,5mm e 12,5mm. Sendo que dimensões máximas de 19mm também tem
sido usados com sucesso, segundo Mehta e Monteiro (1993, p.401).
Agregados de menor dimensão diminuem a probabilidade de partículas lameares,
evitando acumulo de água de amassamento em seu redor, resultando em modificações
benéficas na microestrutura da zona de transição pasta
-
agregado.
O aumento de resistência dos concretos, quando do uso de agregados graúdos de
menores dimensões (maiores áreas superficiais), de acordo com Cordon e Gillott apud
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
11
Pereira Neto (1994, p.54), também pode ser justificado pela redução da concentração de
tensões nas interfaces, causada por diferenças do módulo de elasticidade da pasta e do
agregado.
Questões sobre concentrações de tensões e influência do agregado graúdo no
módulo de elasticidade do CAD serão abordadas com mais profundidade em subitem
específico no item propriedades mecânicas no estado endure
cido.
Outro fator que reforça a utilização de agregados graúdos com menor granulometria
na produção de CAD está ligado ao chamado efeito escala, um conceito da mecânica das
rochas citado por Pereira Neto (1994, p.54), através do qual as partículas menores,
derivadas da rocha mãe, isentam-se de defeitos apresentando assim maiores resistências
mecânicas.
O efeito escala ocorre durante os processos de redução de dimensão das partículas
de rocha (por exemplo, a britagem) onde são eliminados os defeitos internos das mesmas,
pois quando solicitadas desagregam-se pela ruptura de planos internos de menor
resistências, resultantes de microfissuras, poros e inclusões de minerais macios, que estão
presentes nos pedaços maiores das rochas.
Ao contrário ao efeito escala, alguns processos de redução da dimensão de
agregados, a partir de equipamentos defeituosos, podem impor um estado de
microfissuração no agregado, isto é, a formação de microfissuras devido ao impacto
promovido no desmonte da rocha, fato que de acordo com
Akçaoglu,
Tokyay e Çelik
(2002, p.832), afetará negativamente a resistência mecânica do concreto.
Assim do ponto de vista da forma e da resistência, Aïtcin (2000, p.226), reconhece
os cascalhos glaciais como os melhores agregados para o CAD, pois tiveram s
uas
dimensões reduzidas pela ação da natureza, possuem alta resistência mecânica e superfície
áspera.
Infelizmente não é o que ocorre com os cascalhos fluviais, apesar de mais
abundantes, possuem superfície lisa, devido à ação polidora dos siltes quando tr
ansportados
nos fundos dos rios, resultando numa aderência ruim pasta-agregado.
Agregados rugosos e de maior angulosidade propiciam maior aderência mecânica,
entretanto a angulosidade acentuada deve ser evitada, por causa da alta necessidade de água
dada a
reduzida trabalhabilidade.
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
12
A utilização de agregados graúdos com baixo peso específico na produção de CAD
também é empregada, embora suas propriedades estruturais sejam inferiores as do concreto
de alto desempenho com agregados de peso específico normal, a redução do peso próprio
torna
-se um interessante atrativo. Utilizando agregados leves Rossignolo, Agnesini e
Morais
(2003, p.77-82) apresentaram concretos de alto desempenho com peso específico
em torno de 1600kg/m³.
No CAD a otimização do esqueleto granular, ou seja, composição selecionada da
granulometria da fase agregado também é utilizada, sendo teoria de embasamento para
diversos métodos de dosagem.
Os métodos de dosagem consagrados para concretos são divididos em dois grupos:
os baseados no critério do volume absoluto e aqueles baseados na otimização do esqueleto
granular.
Nos métodos que constituem o primeiro grupo, as quantidades dos componentes são
calculadas de acordo com os procedimentos das metodologias adotadas, e ao fim, o volume
de um metro cúbico de concreto é fechado pelo agregado miúdo.
Os métodos pertencentes ao segundo grupo, como o próprio nome diz, baseiam-
se
na melhoria da composição do agregado graúdo utilizado, quanto a sua granulometria,
podendo ser uma composição garimpada dentre diversas britas com materiais retidos em
diferentes peneiras, o que muitas vezes é inviável para produção em grande escala ou uma
otimização mais simples, provinda, por exemplo, da composição entre duas britas de
granulometria comercial à proporção ótima.
Utilizando três britas com diferente granulometria,
Carneiro
et al. (2003, p.1-15), a
partir da equação do somatório de uma progressão geométrica, compôs novas combinações
granulométricas, observando, em alguns casos, a diminuição no consumo de cimento pa
ra
uma mesma resistência à compressão desejada.
2.3.3
Adições Minerais
Adições minerais, segundo Mehta e Monteiro (1994, p.290), são materiais silicosos
finamente moídos, adicionado em quantidades relativamente grandes à massa de cimento
Portland. As adições min
erais podem ser cimentantes (escória granulada de alto forno) e/ou
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
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o de Resíduos de Borracha de Pneu
13
pozolânicos (sílica ativa), e apresentam ainda ganhos de resistência aos concretos atribuídos
ao efeito filler (preenchimento de vazios), devido suas características físicas.
Dentre os mais difundidos aditivos minerais utilizados na produção de CAD, tem-
se: sílica ativa, escória de alto
-
forno, cinza volante, cinza de casca de arroz, entre outros.
A reação pozolânica, isto é, a reação entre a pozolana e o hidróxido de cálcio
(Ca(OH)
2
), tem três aspectos importantes: baixa taxa de liberação de calor, consumo do
óxido de cálcio ao invés de produzi-
lo, além de contribuírem no preenchimento dos poros.
Além das pozolanas naturais, diversos subprodutos possuem características
pozolânicas, os quais por razões econômicas são os mais utilizados. Na redução de quartzo
a silício, a sílica ativa é o subproduto dos fornos elétricos de fusão, do tipo arco-
voltaico,
das indústrias de silício metálico e ligas de ferro
-
silício.
As adições pozolânicas ultrafinas, como a sílica ativa, são descritas por Dal Molin
(1995, p.53) como as mais indicadas na produção do CAD, pois além do efeito químico,
atuam fisicamente, densificando a matriz e a zona de transição.
Segundo Libório (2004b), a sílica ativa propicia um efeito de envelopamento nos
agregados, isto é, quando proporcionado a sua mistura previa com a água e o agregado,
uma espécie de nata envolve o agregado possibilitando o preenchimento de possíveis
falhas existentes em sua superfície e melhorando assim
seu desempenho.
Vários pesquisadores confirmam que a porcentagem de sílica ativa ótima, levando
em conta custo e benefício gira em torno de 10% da massa do cimento utilizado.
2.3.4
Aditivos Químicos
Segundo Ramachandran (1995, p.137), aditivos químicos são materiais solúveis em
água, adicionados à mistura em pequenas quantidades, os quais podem propiciar o
aceleramento ou retardamento da pega, redução da quantidade de água, o aumento da
trabalhabilidade, ganhos de resistência, durabilidade, etc.
Dentre vários tipos de aditivos existentes os superplastificantes são indispensáveis
na produção do CAD, pois com as baixas relações água/aglomerante praticadas não seria
possível propiciar e manter a trabalhabilidade desejada.
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
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o de Resíduos de Borracha de Pneu
14
Os aditivos superplastificantes atuam no concreto dispersando as partículas de
cimento, as quais apresentam grande tendência a flocular quando em contato com a água de
amassamento.
O efeito dos superplastificantes nos concretos com adição de sílica ativa é ainda
mais imprescindível, pois como afirma Dal Molin (1995, p.91), estes concretos possuem
um alto grau de coesão.
Os aditivos superplastificantes podem ser, quanto à sua composição química a base
de: lignosulfonatos, naftalenos, melamínicos e policarboxilatos.
Os lignosulfonatos foram pioneiramente utilizados apenas como aditivos redutores
de água. Somente com a diminuição dos efeitos secundários decorrentes de impurezas do
seu processo de fabricação, segundo Aïtcin (2000, p.194-195), é que foi possível seu uso
como superplastificante. Devido ao seu baixo desempenho, quando utilizados são
combinados com superplastificantes de outras bases, ou seja os melamínicos e os
naftalenos.
Nas décadas de 70 e 80 do século XX os superplastificantes mais utilizados foram
os melamínicos e os naftalenos. Os superplastificantes a base de melamina podem
apresentar tendência a retardar a pega do cimento e a incorporação de ar. Quanto aos
superplastificantes a base de naftaleno são mais concentrados ou seja, possuem teores de
sólidos mais elevados resultando em me
nores dosagens percentuais.
Os superplastificantes à base de policarboxilato são também denominados como de
terceira geração. Estes possuem a maior capacidade de ação na dispersão dos materiais
aglomerantes, sendo na atualidade os mais indicados para a pr
odução de CAD.
Entretanto, são muitos os aditivos superplastificantes disponíveis no mercado, e
lembrando ainda, que apesar dos cimentos serem classificados em tipos normalizados, é
permitida uma grande faixa de variação das suas composições químicas. Sendo procedente
uma investigação da compatibilidade entre o superplastificante e material aglomerante
utilizado.
Aïtcin (2000, p.183) comenta que determinada combinação pode levar a elevados
resultados de resistência à compressão, mas não com as propriedades reológicas desejadas,
ou vice-versa. A análise do desempenho da interação de aglomerantes e superplastificantes
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
15
é comumente baseada na fluidez e manutenção da trabalhabilidade de pastas de cimento,
utilizando
-
se por exemplo um funil de Marsh e definindo a
inda teores ótimos de dosagem.
2.3.5
Água
De acordo com o ACI 363
ACI (1992, p.6) a água utilizada na produção do CAD
segue os mesmos requisitos necessários ao concreto convencional.
No CAD, como mencionado anteriormente, é pratica corrente a utilização de ou
tros
materiais aglomerantes além do cimento. Assim é corriqueira a referência da relação
água/aglomerante (a/agl) ao invés da relação água/cimento (a/c).
2.4
PROPRIEDADES DO CAD
2.4.1
Propriedades no Estado Fresco
Para a determinação das propriedades do CAD no estado fresco empregam-se os
mesmos procedimentos e equipamentos utilizados para o concreto convencional, dentre
àqueles mais corriqueiros tem-se as seguintes determinações: massa específica, abatimento
do tronco de cone e teor de ar. Contudo, estes ensaios são
bastante vantajosos, pois além de
corriqueiros fornecem precocemente indicativos de possíveis problemas ou de plena
conformidade.
O CAD apresenta uma massa específica em torno de 2500kg/m³. Este ligeiro
acréscimo de massa específica em relação ao concreto convencional pode ser explicado
pelo maior consumo de cimento e concomitantemente menores quantidades de água
praticadas, dado que a massa específica do cimento é cerca de três vezes maior do que a da
água.
A quantidade de água empregada nos concretos de
alto desempenho não é suficiente
muitas vezes nem para a completa hidratação de todo o cimento contido no traço, assim o
comportamento reológico do CAD possui grande diferenciação, em relação ao concreto
convencional, uma vez que sua trabalhabilidade depende de forma contundente do efeito
dos aditivos químicos, em especial os superplastificantes.
Entretanto, devido sua simplicidade e globalização, o método mais utilizado na
caracterização da consistência do CAD também é o ensaio de abatimento do tronco de
cone, apresentado na NBRNM 67
Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABNT
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
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16
(1998), ou ainda denominado de slump test (terminologia internacional), de acordo com o
ACI 166R
-00
ACI (2000, p.60).
Aïtcin (2000, p.394) menciona certa dificuldade na medição propriamente dita do
abatimento do tronco de cone para o CAD, devido ao mesmo ser progressivo, mas afirma
que nenhum outro ensaio de consistência possui uma metodologia de tão fácil reprodução
também no campo. Devido ao alto grau de coesão do CAD no estado fresco se fazem
comuns valores de abatimentos no tronco de cone de no mínimo 10cm, chegando a até o
abatimento total, por volta dos 25cm.
Quanto ao teor de ar incorporado no CAD, sem utilização de incorporadores de ar,
esta em torno de 1% a 3%, sendo que quanto mais baixas as relações água/aglomerante
aumenta
-se a tendência de incorporação de ar. No entanto Aïtcin (2000, p.398), afirma que
através de combinações de cimento/superplastificante com ótima compatibilidade é
possível a obtenção de teores de ar incorporados entre 1% e 1,5% também para relações
água/aglomerante baixas (0,30), ressalvando ainda a importância da diminuição do teor de
ar incorporado para evitar possíveis perdas na resistência.
2.4.2
Propriedades no Estado Endurecido
A superioridade do CAD, em relação ao concreto convencional, é notada em vários
aspectos, mas não em mesmo grau de evolução, ou seja, a melhoria de suas propriedades
não se dá com uma mesma proporcionalidade. A título de ordem de grandeza o CAD em
linhas gerais possui, em comparação ao concreto convencional, um coeficiente de
permeabilidade superior da ordem de 10.000. Além disso, sua resistência à compressão
pode ser até 4 vezes maior. Seu módulo de elasticidade é também superior, porém não
ultrapassa o dobro dos valores do c
oncreto convencional.
O presente item irá enfocar sobretudo as propriedades mecânicas do concreto de
alto desempenho que serão estudadas no programa experimental desta pesquisa.
2.4.2.1 Resistência à compressão
O CAD é um material com resistência à compressão superior a dos concretos
convencionais, proporcionando uma redução, nas seções transversais dos elementos
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
17
estruturais, permitindo assim elaboração de projetos com áreas úteis mais amplas,
especialmente nos térreos e subsolos de edifícios.
Os valores de resistência à compressão são obtidos através do ensaio de corpos-
de
-
prova normalizados em diferentes tamanhos e formatos. No Brasil e Estados Unidos adota-
se cilindros com dimensões de 15 x 30cm ou 10 x 20cm, os quais segundo Aïtcin (2000,
p.457) produzem o mesmo grau de confiabilidade. Na Alemanha e Noruega são utilizados
corpos
-
de
-prova cúbicos com dimensões de 14 x 14 x 14cm e 10 x 10 x 10cm,
respectivamente.
Para o CAD é comum, em nível internacional, a opção pelos corpos-
de
-prova de
menor dimensão, e assim conseqüentemente com menor área de contato destinada à
aplicação do carregamento de compressão, em função da capacidade das prensas utilizadas.
Deve ser sempre respeitada, no caso dos corpos-
de
-prova cilíndricos, a relação entre o
diâmetro (d) e a altura 2d, onde o diâmetro do corpo
-
de
-
prova deve ser maior ou igual a três
vezes o DMC dos agregados graúdos empregados
A resistência à compressão do concreto está relacionada com a estrutura interna do
material sendo um importante parâmetro do seu desempenho em termos mecânicos e
indiretamente, a outros atributos.
Contudo, como exposto anteriormente, as diferenciações na estrutura do CAD
resultam muitas vezes em correlações distintas àquelas já consagradas para o concreto
convencional, existindo assim dificuldades
em estimar novas formulações.
2.4.2.2
Módulo de elasticidade
Quando as estruturas de concreto são projetadas é fundamental o conhecimento do
seu módulo de elasticidade, permitindo assim que as deformações dos elementos estruturais
sejam compatibilizadas. A relação entre o incremento de tensão e o incremento de
deformação é chamada de módulo de elasticidade.
O módulo de elasticidade é uma propriedade importante no dimensionamento de
estruturas de concreto armado e protendido, principalmente, segundo Gutierrez e
Ca
novas
(1995, p.559), em estruturas que necessitam de um controle rigoroso em relação às
deformações e os deslocamentos. Lydon e Iacovou (1995, p.1246) recomendam ainda uma
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
18
atenção especial à determinação do módulo de elasticidade do CAD, onde as deformaçõe
s
são extremamente importantes, devido a esbeltez propiciada aos elementos estruturais.
O concreto de alto desempenho por possuir uma microestrutura mais densa, com
menos água disponível e maior refinamento dos poros, segundo Kalintzis (2000, p.103),
apres
enta um comportamento com relação às deformações diferente dos concretos
convencionais.
Segundo o CEB-FIP 197 apud Simplicio (2004, p.6), os gráficos tensão-
deformação
do CAD, quando comparados aos respectivos gráficos dos concretos convencionais, são
mais
lineares para valores de resistência à compressão mais elevados, possuem maior
deformação relativa à tensão máxima e uma deformação última reduzida; características as
quais são ressaltadas na
Figura
2.
Figura
2
: Curvas tensão
-
deformação para várias resistências de concreto
Fonte: SIMPLICIO (2004, p.6)
O módulo de elasticidade do CAD, de acordo com Zhou, Lydon e Barr (1994,
p.185); Persson (1996, p.107); Beshr, Almusallam e Maslehuddin (2003, p.103) entre
outros, é fortemente influenciado pelas propriedades elásticas dos agregados graúdos,
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
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o de Resíduos de Borracha de Pneu
19
resultado da eficiente transferência de tensões entre a pasta de cimento e os agregados
graúdos.
As características mineralógicas dos agregados graúdos afetam significativamente o
módulo de elasticidade do CAD. Através da simples mudança do tipo do agregado,
conforme Gutierrez e
Canovas
(1995, p.567), é possível chegar a uma variação de 30% no
módulo do concreto de alto desempenho.
Entretanto, nem sempre os agregados graúdos que proporcionam um CAD com
maior resistência à compressão são aqueles que resultam num maior módulo de
elasticidade. Este comportamento de certa forma contraditório foi explicado por Neville
(1997a, p.74), pelo fato de que quando os agregados e a matriz de cimento apresentam
módulos de elasticidade similares, tem-se uma menor, e menos nociva, concentração de
tensão nas interfaces, o que eleva o módulo de elasticidade.
2.4.2.3
Resistência à tração
O valor da resistência à tração do concreto pode ser obtido através de três tipos de
ensaio: resistência à tração por compressão diametral, resistência à tração na flexão e
resistência à tração direta. Segundo Oluokun, Burdette e Deatherage (1991, p.116), a
melhor maneira para prever o comportamento do CAD quando submetido à tração é
determiná
-la através do ensaio experimental por compressão diametral, o qual devido sua
praticidade é bastante difundido e possibilita a execução de grande número de ensaios num
curto espaço de tempo.
Principalmente nas primeiras idades, as taxas de evolução da resistência à
compressão e a tração dos concretos de alto desempenho são superiores quando
comparadas aos concretos convencionais.
A medida do aumento da resistência à compressão dos concretos, Price apud Mehta
e Monteiro (1994, p.70) observa uma diminuição no quociente da relação resistência à
tração e resistência à compressão, fato também comprovado por Dal Molin (1995, p.233).
O valor de 4 MPa de resistência à tração é o máximo admitido na previsão empírica
dada
pela norma norueguesa NS 3473
NORWEGIAN STANDARDS apud Dal Molin
(1995, p.61), a qual é válida para concretos de até 80 MPa de resistência à compressão.
Zain et al. (2002, p.1255) sugere fórmulas que relacionam a resistência à tração do CAD
Capítulo 2
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o de Resíduos de Borracha de Pneu
20
com a resistência à compressão, fator água/aglomerante ou sua idade, com precisão
satisfatória.
2.4.2.4
Outras propriedades
Segundo Kaszynska (2002, p.260), o aumento de temperatura do concreto,
resultante do calor liberado nas reações de hidratação, depende da quantidade de cimento
hidratado e não da quantidade total presente na mistura. Assim no CAD, apesar dos
elevados consumos de cimento praticados, não ocorre um desprendimento muito maior de
calor, pois a baixa quantidade de água empregada não propicia a total hidratação do
cimento, reduzindo então parte do calor liberado e colaborando para o não aparecimento
fissuras de origem térmica.
A abrasão é um desgaste causado por repetições de fricção, polimento ou até ainda
raspagem; grandeza a qual muitas vezes pode indicar a durabilidade de determinado
material.
Segundo Silva (2000, p.78), não existe ainda nenhum critério uniformemente aceito
para a avaliação da abrasão em concretos em geral, contudo tal grandeza esta diretamente
ligada com sua resistência à compressão, implicando assim que o CAD apresente ótima
resistência à abrasão.
Devido a menor quantidade de água disponível e a melhoria conseguida na
qualidade da pasta, onde, segundo Kalintzis (2000, p.104-105), ocorre efetivamente a
fluência, a retração por secagem (uma da
s principais causas de fissuração) e as deformações
lentas ocasionadas pela fluência (responsáveis, por exemplo, pelo aumento das
deformações em elementos estruturais), são menores no CAD comparadas as dos concretos
convencionais. Entretanto, o CAD apresenta grande deformação autógena em relação aos
concretos convencionais, o que é ocasionado devido a maior quantidade de cimento por
volume de pasta.
A absorção de um concreto e a facilidade com a qual um fluido penetra no concreto
não tem, necessariamente, um comportamento regular, assim a absorção, segundo Neville
(1997b, p.486), não pode ser uma medida de qualidade do concreto, entretanto ele ressalta
que concretos de boa qualidade têm absorção bastante inferior a 10%. No CAD devido sua
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
21
baixa permeabilidade, devido à descontinuidade de capilares, seus índices de absorção de
água são ainda mais reduzidos.
A não existência de metodologia difundida e padronizada para a avaliação da
resistência ao impacto do material concreto faz com que esta abordagem não seja
trivial,
entretanto sua determinação pode ser interessante à comparação qualitativa para certos fins
investigatórios.
Comumente as metodologias empregadas, com certas variações, baseiam-se na
queda livre de um peso conhecido, de uma ou mais alturas pré-
det
erminadas, sobre corpos-
de
-prova prismáticos assentados numa camada de areia, através da altura de queda e do
peso utilizado calcula-se a resistência ao impacto em função da energia necessária à
fissuração do concreto. Rossignolo (2003, p.157), observou maiores valores de resistência
ao impacto para os concretos de alto desempenho modificados com um tipo de látex, em
relação àqueles não modificados.
2.4.2.5
Aspectos de instrumentação sobre a avaliação da resistência mecânica
Para os ensaios mecânicos, nos quais os corpos-
de
-prova de concreto são
submetidos à compressão axial, é imprescindível a correção das imperfeições dos topos dos
corpos
-
de
-prova a fim de tornar suas faces planas e paralelas, isentando-os assim de
possível excentricidade quando da aplicação do c
arregamento.
No caso do concreto convencional esta regularização é realizada tradicionalmente
através de capeamento aderente à base de enxofre. No entanto para os concretos de alto
desempenho, onde se faz necessário à sua experimentação a aplicação de tensões de
elevada grandeza, segundo Shah e Ahmad (1994, p.21), além de compostos de capeamento
aderente de alta resistência outras soluções tem sido também utilizadas e avaliadas pela
comunidade técnica-científica, dentre as quais sistemas de capeamento não aderentes e a
retificação dos topos dos corpos
-
de
-
prova.
Os compostos de capeamento de alta resistência, segundo Aïtcin (2000, p.450),
apresentam resistência à compressão de 55MPa a 60MPa quando ensaiados em corpos-
de
-
prova cúbicos de 50mm. Portanto, numa comparação direta, estes valores ainda seriam
inferiores a resistência à compressão apresentada pela maioria dos concretos de alto
desempenho, fato que resulta em apreensão quanto a possibilidade de ruptura do
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
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o de Resíduos de Borracha de Pneu
22
capeamento antes mesmo do CAD, prejudicando assim uma efetiva transmissão de
esforços.
Entretanto, devido a esbeltez da espessura dos capeamentos aderentes e o efeito de
confinamento sobre a mesma durante a aplicação do carregamento, sua capacidade de
resistência aumenta consideravelmente. Deste modo os compostos de capeamento de alta
resistência, ainda segundo Aïtcin (2000, p.450), podem ser utilizados para ensaiar concretos
de alta resistência de até 130MPa, obedecendo-se a espessura máxima de 2mm para o
capeamento e o paralelismo das faces.
Contudo,
Vadakan, Carino e Mullings (1998, p.234) concluíram que as
performances dos materiais utilizados para capeamento seriam avaliadas de melhor forma
com base nos respectivos valores de módulo de elasticidade ao invés das suas resistências à
compressão. Afirmando ainda que para o capeamento ser eficaz seu módulo de elasticidade
deveria ser igual ou maior à metade do valor do módulo do concreto em questão.
Quanto aos sistemas de capeamento não aderente, são constituídos usualmente por
bases de poliuretano ou neoprene e anéis de alumínio onde as mesmas são inseridas, como
elucidado na
Figura
3. De acordo com Carrasquillo e Carrasquillo apud Shah e Ahmad
(1994, p.22), estes sistemas são válidos para concretos com resistência à compressão de até
70MPa, contudo após este patamar os resultados são superestimados devido a grande
restrição provocada pelo sistema nas extremidades do corpo
-
de
-
prova.
Figura
3
: Sistema de capeamento não aderente consti
tuído por bases de neoprene e anéis de alumínio
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
23
O sistema de retificação de materiais, uso corrente da indústria mecânica, resume-
se
ao desgaste de imperfeições de qualquer superfície desejada, por meio de um disco abrasivo
(rebolo), com precisão capaz de torná-la plana. As retíficas são máquinas operatrizes
constituídas basicamente por um sistema de fixação da peça a ser retificada, rebolo rotativo
e aparato destinado a aproximação do rebolo à peça, ou o reverso, com disponibilidade de
diversos recursos
de avanço e retrocesso com elevada exatidão.
A indústria mecânica possui, em linhas gerais, dois tipos de retífica: uma
denominada de máquina retificadora com mesa móvel, tipo utilizado por Pereira Neto
(1994, p.76-77) e exemplificada na
Figura
4; e outra a qual é um acessório acoplado a um
torno mecânico, sendo conhecida como retifica de torno, tipo atualmente utilizado pelo
Laboratório de Concreto FURNAS, e ilustrado na
Figura
5.
Pereira Neto (1994, p.90) ao determinar a resistência à compressão e o módulo de
elasticidade de corpos-
de
-prova de CAD com topos regularizados com capeamento a base
de enxofre ou retificados, observou que, de modo geral, os resultados foram maiores
quando
determinados em corpos
-
de
-
prova retificados.
Figura
4
: Máquina retificadora com mesa móvel
Fonte: MITUTOYO (2005)
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
24
Figura
5
: Retífica acoplada em torno mecânico
O ACI 363
ACI (1992, p.19) afirma que o procedimento mais indicado à correção
das imperfeições dos topos dos corpos
-
de
-
prova de CAD é a retificação, no entanto ressalta
sua demorada preparação, a qual não demonstra praticidade para quantidades elevadas de
corpos
-
de
-
prova
a serem ensaiados, e assim como Shah e Ahmad (1994, p.21); De Marco,
Reginatto e Jacoski (2003, p.6) citam também o problema do alto custo dos equipamentos
envolvidos na retificação dos corpos
-
de
-
prova.
Dessa forma surgiram no mercado máquinas retificadoras de corpos-
de
-prova, as
quais sofreram simplificações em específico para servir ao ramo do controle tecnológico do
concreto, mas certamente possuem menos recursos e durabilidade que as retíficas voltadas
para os setores da indústria mecânica, onde é comum a precisão de centésimos de
milímetros. Tal precisão é realmente demasiada para a indústria do concreto, entretanto é
cômoda ao controle tecnológico do CAD, no que diz respeito à regularização das
superfícies dos corpos
-
de
-
prova.
Nas retíficas específicas para corpos-
de
-prova de concreto, exemplificada na
Figura
6, devido o ângulo-
de
-aproximação, entre o rebolo e o corpo-
de
-prova, ser fixo (0°) e o
posicionamento do corpo-
de
-prova ser baseado apenas num gabarito desprovido de escala
mensurada, é comum a retificação de uma espessura maior do que a desejada e/ou a quebra
de parte das bordas do corpo-
de
-prova, resultando no comprometimento do formato e área
efetiva da sua superfície, o que invalida o ensaio deste corpo-
de
-
prova.
Capítulo 2
Concreto de Alto Desempenho
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
25
Figura
6
: Máquina retificadora de corpos
-
de
-
prova de concreto
Fonte: MARTINS et al. (2004)
Após as ponderações precedentes, conclui-se que quando disponível uma retífica de
boa performance o melhor método para preparar os corpos-
de
-prova de CAD será através
de sistema de retificação, todavia podem ser utilizados os compostos de capeamento de alta
resistência obedecendo
-se os preceitos citados anteriormente.
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
26
3.
RESÍDUOS DE BORRACHA DE PNEU
3.1
HISTÓRICO
A utilização primitiva da borracha se faz anterior ao ano de 1500, onde os índios
Latino
-Americanos, dentre outras aplicações, já elaboravam de forma rudimentar, bolas
destinadas a brincadeiras e seringas para armazenamento de líquidos. Estas seringas mais
tarde deram origem ao nome popular de seringueiras às árvores da espécie
Hevea
Brasilienses
, as quais quando submetidas a incisões na sua casca segregam o látex, um
líquido branco e denso que depois de coagulado resulta na borracha natural.
Com o descobrimento das Américas os europeus foram tomando conhecimento
deste material único para a época, uma vez que apresentavam em conjunto as propriedades
de flexibilidade e impermeabilidade, assim, com os relatos de expedicionários e
pesquisadores determinados, a borracha foi gan
hando diversas aplicações no Velho Mundo.
Entretanto, apesar de intensas as buscas por processos que excluíssem da borracha a
sensibilidade à temperatura e sua característica pegajosa, foi de maneira acidental, ao deixar
cair um pouco de enxofre na mistura de borracha quando ao fogo, que em 1839 o
americano Charles Goodyear descobriu o processo de vulcanização, o qual eleva as
propriedades de resistência e elasticidade da borracha, e assim tornou-a versátil à
manufatura e desenvolvimento de milhares de prod
utos.
Dentre outros produtos essenciais à base de borracha vulcanizada destaca
-
se o pneu,
tendo sido inventado em 1845 por Robert Willian Thomson foi testado em carruagens, mas
devido às dificuldades de produção por mais de 40 anos foi ignorado. Segundo P
inheiro
(2001, p.4), somente em paralelo ao surgimento das bicicletas o pneu encontrou seu nicho,
e então, sofrendo evoluções, chega-se, em 1895, aos primeiros pneus destinados a
automóveis, os quais foram produzidos pelos franceses André e Édouard Michelin.
A intensa propulsão da indústria automobilística, desde o início do século XX,
levou conseqüentemente ao agigantamento de diversos setores industriais destinados a seu
suprimento, tendo especial destaque às empresas produtoras de pneus.
Com o intuito de auxiliar no abastecimento das necessidades do mercado mundial
de borracha, através de investimentos em pesquisas, foram desenvolvidas as borrachas
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
27
sintéticas, contudo, ainda hoje, na produção de pneus são empregadas borrachas naturais e
sintéticas.
Ao longo dos tempos e aos milhões, os pneus foram, e ainda são, produzidos,
utilizados e descartados. A necessidade da produção e utilização dos pneus pela
humanidade se faz um fato consumado, no entanto, é o descarte, seja por abandono ou por
disposição inadequ
ada, que resulta no acúmulo destes pneus inservíveis e causa apreensão à
sociedade.
Desse modo, na atualidade, devido a grande proporção alcançada por essa
problemática se faz imperativo o desenvolvimento de técnicas que visem contribuir, das
mais variadas
formas, com a diminuição do acúmulo de pneus descartados.
3.2
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL E MEIO AMBIENTE
A qualidade de vida da população mundial dependerá, ao longo do tempo, cada vez
mais da eficiência dos processos de reutilização de materiais descartados, tornando-
os
energeticamente mais eficientes e menos poluentes, e também do uso racional dos materiais
primários, contribuindo assim com a diminuição do acúmulo de lixo no globo terrestre.
Assim no mundo contemporâneo, onde muitos problemas são globalizados, existe
grande comprometimento em aliar a propulsão do desenvolvimento com a preservação do
meio ambiente, ocorrendo um real e sadio interesse pela reciclagem de manufaturados que
assolam o globo.
Nos últimos anos a comunidade da construção civil vem demonstrando grande
preocupação em contribuir para o desenvolvimento sustentável global, sendo constante os
estudos referentes ao reaproveitamento de materiais tidos como inservíveis, visando
observar as possíveis vantagens no uso destes resíduos e de mane
ira geral colaborando com
a preservação do meio ambiente.
Estes materiais estudados podem ser oriundos de processos da área da construção
civil ou, muitas vezes, descartes de outros setores produtivos, promovendo neste caso a
interação entre cadeias produtivas. Assim, colaborando para a sustentabilidade universal,
uma determinada cadeia produtiva X ao aproveitar o resíduo de outra cadeia Y contribui
para a otimização do processo de Y e muitas vezes poupa parte dos recursos
tradicionalmente utilizados no pro
cesso de X.
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
28
Dentro deste enfoque o descarte de materiais poliméricos, devido sua demorada
decomposição, em especial dos pneus é destacada por Adhikari, De e Maiti (2000, p.910)
como um dos grandes problemas do século XXI a ser argüido pela humanidade.
O colossal número de toneladas de pneus inservíveis que anualmente são
acumulados ao redor do mundo gera contundente impacto ambiental ao meio ambiente de
maneira geral.
Este problema mundial do descarte de pneus inservíveis se faz notório, de forma
não menos que atemorizante, através da simples exposição dos dados alusivos à quantidade
de pneus descartados somente nos Estados Unidos. Segundo Jang et al (1998, p.1), 279
milhões de pneus são descartados anualmente e somados aos então 2 bilhões de pneus
acumulado
s por todo o território americano.
De acordo com CEMPRE (2005), a estimativa é de que o Brasil descarte 260 mil
toneladas de pneus inservíveis anualmente, em média considerando-se dez quilos por
pneus, perfazem o total de 26 milhões de pneus. Sendo sua produção em 2002, 41 milhões
de unidades de pneus e em 2003, 45 milhões.
As áreas em que ocorrem o acúmulo de pneus, exemplificada pela
Figura
7,
constituem imensos potenciais para a procriação de mosquitos vetores de doenças e
também são de difícil controle de incêndio, como representado na
Figura
8, infortúnio este
que pode levar a contaminações do ar, solo e lençol freático.
Figura
7
: Acúm
ulo de pneus inservíveis
Fonte: ADEME (2005)
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
29
Figura
8
: Incêndio em áreas com acúmulo de pneus inservíveis
Fonte: KIDDE BRASIL (2005)
Deste modo, diversos órgãos ligados à preservação do meio ambiente em vários
países do mundo estão tornando as leis ambientais cada vez mais rígidas. Assim, várias
determinações legais foram instauradas para combater em especial este impacto ambiental,
dentre outras é possível citar as resoluções brasileiras 258 e 301 do Conselho Nacional
do
Meio Ambiente (CONAMA)
MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE (1999) e a diretiva
da comunidade européia 99/31/CE
CONSIGLIO DELL UNIONE EUROPEA (1999),
que, em síntese, proíbem a deposição desordenada dos pneus inservíveis e transferem
grande parte do problema aos fabricantes destes pneus, daí uma maior necessidade e
interesse em propostas para este resíduo.
Assim, a borracha provinda de pneu inservível tem sido objeto de estudo de
inúmeras pesquisas, dentro das mais diferentes áreas de interesse, onde cada setor visa
aproveitar parte desse enorme potencial em inúmeras aplicações.
No decorrer deste capítulo serão abordadas algumas possibilidades de aplicação da
borracha de pneu inservível, com destaque ao uso de resíduos desta borracha na produção
de materiais a
base de cimento Portland, uma vez que este se correlaciona à parte do âmbito
experimental desta pesquisa.
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
30
3.3
ORIGEM
Para a melhor compreensão das diferentes fases transpostas pelo pneu, desde
quando novo até ser considerado inservível, e das possíveis intervenções ao longo deste
período visando à otimização do seu uso e dos processos de reaproveitamento, a seguir,
serão expostos alguns conceitos.
Na
Figura
9, é possível observar um pneu em corte onde são expostas as
diversas
partes constituintes do mesmo, ressaltam
-
se os termos: banda de rodagem, parede lateral ou
flanco, carcaça, entre outros.
Figura
9
: Esquema de um pneu em corte
Fonte: BRAZILTIRES (2005)
De maneira geral, a necessidade de trocas dos pneus dos veículos ocorrem após o
desgaste acentuado das suas bandas de rodagem, sendo este também um parâmetro geral
para classificar um pneu de v
elho ou novo.
O ponto ideal para troca de pneus, ao menos aos leigos, é discutível, uma vez que
envolve fatores de segurança e custo ao usuário. Assim, o aproveitamento máximo do pneu
quanto à durabilidade pode ser afetado negativamente por decisão de uma troca prematura,
contribuindo para o maior consumo de pneus.
Em muitos países, onde os invernos são hostis, submetidos a períodos relativamente
longos sob incidência de neve, as trocas de pneus, variando entre apropriados para neve ou
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
31
pavimento habitual, são feitas quase que periodicamente em acordo com as mudanças das
estações climáticas de maior contraste. Assim estas ocorrências podem ser consideradas
como sérios agravantes ao acúmulo de pneus descartados.
Em ocorrida a troca, os pneus retirados do veículo podem ter diversos destinos,
dentre os quais destacam-
se quando:
A.
forem simplesmente descartados;
B.
submetidos a processos de recauchutagem, retornando ao uso em veículos;
C.
direcionados a diferentes tipos de reaproveitamento.
No caso dos pneus serem simplesmente descartados, (A), então estarão aumentando
diretamente o acúmulo de pneus inservíveis, e assim as adversidades relacionadas a este
fato.
Quanto aos pneus submetidos ao processo de recauchutagem, (B), serão novamente
utilizados em veículos. Neste pr
ocesso é feita a raspagem mecânica do restante da banda de
rodagem velha, como ilustra a
Figura
10,
Figura
11 e a
Figura
12, para que a carcaça do
pneu fique apta a sofrer efetivamente o processo de recauchutagem (aderência de uma nova
banda de rodagem) e então retorne ao uso, tecnicamente como novo.
Figura 10
: Operação de raspagem do pneu à ser r
ecauchutado
Duto de sucção
de resíduos
Ferramenta
rotativa de
raspagem
Pneu em
rotação
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
32
Figura 11
: Detalhe da raspagem do pneu à ser recauchutado
Figura 12
: Detalhe da ferramenta rotativa de raspagem de pneus
Segundo Santos apud Sugimoto (2004, p.11) a vida útil dos pneus tem aumentado
nas últimas décadas, sendo nos dias atuais a recauchutagem uma prática em 70% da frota
de transporte de cargas e passageiros no Brasil.
É valido ressaltar que normalmente cada carcaça é apta a sofrer apenas duas vezes o
pr
ocesso de recauchutagem, onde somando o ciclo de vida inicial até o primeiro desgaste
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
33
acentuado, de sua banda de rodagem, cada pneu teria seu potencial estendido a três ciclos.
Assim, quando submetido ao processo de recauchutagem um pneu inapto, este poderá ser
simplesmente descartado, destino (A), ou ainda ser direcionado a diferentes tipos de
reaproveitamento, (C).
A raspagem mecânica, ora citada, faz com que o restante da banda de rodagem
velha transforme-se em pequenas partículas de diversa granulometria, com formatos
variando de alongados (tipo fibra) a granular (tipo pó), sendo denominados de forma geral
como resíduos de borracha de pneu. Estes resíduos de borracha de pneu também podem ser
levados simplesmente ao descarte, (A), ou ainda serem encaminhados a diferentes tipos de
reaproveitamento, destino (C), o qual é abordado a seguir.
Em linhas gerais, os pneus que foram acertadamente direcionados a diferentes tipos
de reaproveitamento, (C), podem ser diretamente utilizados com a sua configuração usual
ou passar por processos modulados de redução de tamanho, através de corte ou
trituramento, o que além de reduzir o espaço de acondicionamento, multiplica as
possibilidades de reaproveitamento
Lembrando ainda que, uma vez iniciado o processo de redução de t
amanho do pneu,
este não tem a necessidade de ser reduzido até a menor fração e sim a mais interessante à
aplicação a qual se destina.
Normalmente parte-se da divisão do pneu ao meio (no sentido transversal), em
seguida estas metades são reduzidas à quarta parte e então são submetidos a processos de
cortes aleatórios e seqüenciais, resultando então em partículas com grande diversidade de
granulometria e diversos formatos, dentre os quais, tem-se pedaços maiores (tipo placa),
alongados (tipo fibra) e granular (tipo pó), sendo denominados, também de forma geral,
como resíduos de borracha de pneu.
Entretanto, existem outras configurações mais específicas de divisão, como por
exemplo, a simples separação, também através de corte, das duas paredes do pneu do
rest
ante de sua carcaça, a qual pode ser transformada em uma única tira.
Além dos processos de redução de tamanho dos pneus inservíveis à temperatura
ambiente, alguns processos usam a criogenia, ou seja, o congelamento da borracha através
do emprego de nitrogênio, com o intuito de facilitar o fracionamento dos resíduos. Tal
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
34
processo tem como característica a produção de resíduos de borracha de reduzida
granulometria e com planos de superfície bem definidos.
Quanto aos resíduos de borracha de pneu oriundos do processo de recauchutagem e
direcionados a diferentes tipos de reaproveitamentos, (C), podem ser misturados ou não,
aos resíduos provenientes diretamente do corte do pneu para serem reaproveitados.
3.4
APLICAÇÕES GERAIS
A seguir serão expostas algumas aplicações gerais da borracha de pneu inservível,
seja a partir do pneu em sua conformação completa ou fracionada.
Uma das grandes contribuições à reciclagem dos pneus inservíveis vem dos
processos industriais que utilizam grandes fornos de altas temperaturas. O alto valor
calorífico dos pneus inservíveis é utilizado, por exemplo nos fornos destinados à produção
de cimentos.
Segundo CEMPRE (2005) os percentuais dos pneus inservíveis, gerados a cada ano
no Brasil e nos Estados Unidos, que tem como destino os fornos das cimenteiras são em
torno de 57% e 73%, respectivamente. Contudo, ressalta-se que as parcelas
complementares de tais percentuais ainda representam quantidades extraordinárias.
Outro processo de reciclagem denominado de pirólise, baseia-se na degradação
té
rmica de um determinado resíduo da qual resultam subprodutos, os quais podem ser de
mais fácil reaproveitamento. No caso dos pneus quando submetidos a pirólise, segundo
Chen e Qian (2003, p.463); Williams (2004, p.69), dão origem a óleos, gases, carbono
só
lido residual e carcaças metálicas dos próprios pneus, os quais possuem certa aptidão
para serem reciclado.
Outra aplicação para pneus inservíveis é apresentada, dentre outros, por Collins et
al. (2002, p.243-249), onde diferentes configurações de pneus, ilustradas na
Figura
13
, estão
sendo monitorados e utilizadas como recifes artificiais. Neste trabalho são feitas referências
a diversas utilizações de pneus inservíveis em construções marítimas, dentre as quais
des
taca-se a remota informação, exposta por Stone et al. apud Collins et al. (2002, p.243),
quanto à existência, já no ano de 1975, de mais de quarenta conjuntos de recifes artificiais
na costa leste americana, totalizando o representativo número de 700.000 p
neus.
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
35
Figura 13
: Configurações de pneus velhos utilizadas como recifes artificiais
Fonte: COLLINS et al (2002, p.245)
A partir de um fracionamento simples de pneus inservíveis, e então, através da
combinação das bandas de rodagem e as laterais de pneus descartados, visualizada na
Figura
14, Yoon, Cheon e Kang (2004, p.1-15) desenvolveram espécie de uma malha, a
qual, quando empregada em solos arenosos, demonstrou aumentar sua capacidade de
suporte de cargas.
Figura 14
: Combinação de laterais e banda de rodagem de pneus descartados
Fonte: YOON, CHEON e KANG (2004, p.3)
São estudados também processos de desvulcanização a serem aplicados nos
resíduos de borracha de pneu, visando o reaproveitamento destes na produção de novos
pneus. Embora Fukumori et al. (2002 p.261-264), já apresentem testes de pneus produzidos
com adição de 10% de borracha de pneu velho, após terem sido desvulcanizadas, a
desodorização do proce
sso ainda é problemática.
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
36
Os resíduos de borracha de pneu moídos, segundo Jang (1998, p.6), são
reaproveitados também na fabricação de produtos mais simples de borracha e de plásticos.
Através de sua mistura com outros materiais são elaborados: tapetes, solas de sapato,
paletes, sinalizadores de tráfego, etc.
Na área de pavimentação o uso de resíduos de borracha de pneu em misturas
asfálticas já foi consolidado. Segundo Adhikari, De e Maiti (2000, p.939), dentre outras
vantagens destacam-
se o aumento de res
istência a variações de temperatura e capacidade de
drenagem.
Pierce e Blackwell (2003, p.197) afirmam que resíduos de borracha de pneu podem
ser utilizados com sucesso também em misturas de solo-cimento destinadas a estabilização
de aterros, preenchiment
o de valas, cabeceiras de pontes, etc.
As argamassas poliméricas possuem ótima performance e versatilidade, destacando-
se dentre suas inúmeras qualidades as altas resistências já nas primeiras idades. Com o
intuito de agregar características ecológicas e possíveis reduções de custo Bignozzi,
Saccani e Sandrolini (2000, p.97), investigam a produção destas argamassas com o
emprego de borracha reciclada.
Baseando
-se nas informações ora expostas, nota-se que aliado ao anseio da
reciclagem de pneus inservíveis, existem diferentes possibilidades, em fase de pesquisa e já
também em aplicação, que buscam mitigar o problema.
3.5
APLICAÇÕES EM MATERIAIS DE CIMENTO PORTLAND
3.5.1
Generalidades
O uso de resíduos de borracha de pneu na produção de materiais a base de cimento é
def
inido por Turatsinze, Bonnet e Granju (2004, p.6) como uma grande oportunidade de
contribuir para a preservação do meio ambiente, à medida que se amplie a reciclagem dos
pneus inservíveis descartados em todo o mundo.
Como exposto anteriormente, segundo Bignozzi e Sandrolini (2004, p.78), os
estudos da utilização de resíduos de borracha de pneu em concretos de cimento Portland
existem à cerca de uma década. Assim, são vários trabalhos que visam além das
contribuições ao meio ambiente, proporcionar enriquecimento de diferentes propriedades
aos materiais de cimento Portland, sejam pastas, argamassas ou concretos.
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
37
A substituição parcial de agregados naturais por resíduos de borracha de pneu
colabora duplamente com o meio ambiente, pois além de reciclar tal resíduo está poupando
as reservas finitas de agregados naturais e contribuindo com a qualidade ambiental.
Nos matérias cimentícios são empregados, sem distinção, tanto os resíduos de
borracha provenientes do fracionamento dos pneus inservíveis quanto àqueles oriundos dos
processos de recauchutagem. Estes resíduos são disponibilizados em diversas
granulometrias, as quais normalmente estão compreendidas dentro das faixas
granulométricas dos agregados naturais, miúdos e graúdos, comumente utilizados na
produção de
argamassas e concretos.
3.5.2
Caracterização dos Resíduos e Manipulação
Para Fattuhi e Clark (1996, p.236) os concretos com adição de resíduos de borracha
de pneu de granulometria fina (até 5 mm) apresentaram valores de resistência à compressão
menor do que àqueles adicionados de resíduos, de mesma natureza, com maiores
granulometrias (até 16mm), tendo ainda ressaltado que tal observação é similar ao exposto
por alguns pesquisadores e contrário à outros.
Prosseguindo o debate, motivados por certas constatações nas investigações de
concretos com adição de resíduos de borracha de pneu serem controversas, Fattuhi e Clark
(1996, p.236), destacam a necessidade de uma abrangente caracterização do resíduo
utilizado, quanto a sua origem, tamanho, formato, granulometria, densidade, quantidade e
tipo presente; sendo este um ponto crucial para evitar pseudocomparações.
Ainda nesta questão, com o intuito de facilitar a comparação de diferentes estudos
de concretos com adição de resíduos de borracha de pneu inservível, se faz c
oerente
referenciar a quantidade de resíduo implementada em relação ao metro cúbico de concreto,
e não em relação a outros parâmetros variáveis como porcentagens de areia e/ou agregado
graúdo, pois assim quando analisados diversos concretos torna-se maçante os múltiplos
cálculos auxiliares para a comparação da quantidade efetiva de resíduo de borracha de pneu
adicionado em cada estudo.
3.5.3
Influencia na Resistência e na Microestrutura
Noutro norte, ressalta-se que o incremento dos resíduos de borracha de pneu n
os
materiais à base de cimento resulta na diminuição da resistência a compressão e na ligeira
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
38
redução na resistência à flexão, entretanto ocorrem melhorias em outras propriedades.
Toutanji (1996, p.137), verificou que as reduções de resistência à compressão e à flexão,
para concretos implementados de resíduos de borracha de pneu não ocorrem de forma
linear, sendo que para concretos com 25% de borracha em substituição parcial ao agregado
miúdo, estas reduções foram em torno de 37,5% e 7,9%, respectivamente e no entanto nos
concretos implementados com 75% destes resíduos obteve
-
se 68,7% de redução no valor da
resistência à compressão e 26,3% no valor de resistência à flexão.
Turatsinze, Bonnet e Granju (2004, p.6) ao estudarem a microestrutura de concretos
com
resíduos de borracha de pneu, caracterizada pela
Figura
15
, observaram uma zona de
transição pasta de cimento
-
borracha fraca quando comparada com a pasta de cimento
-
areia.
Estes autores afirmam ainda que essa microestrutura em particular seria um fator adicional
para a ocorrência da diminuição da resistência à compressão dos concretos quando
adicionados de borracha.
Figura 15
: Zona de transição entre a pasta de cimento
-
borracha e pasta d
e cimento
-
areia
Fonte: TURATSINZE, BONNET e GRANJU (2004, p.6)
3.5.4
Aspectos da Aderência
Diversos estudos de adição de resíduos de borracha de pneu em pastas de cimento,
argamassas ou em concretos promovem o tratamento superficial da borracha, utilizando
uma
solução de NaOH, com o intuito de melhorar sua adesão com a matriz de cimento.
Borracha
Areia
Zona de
Transição
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
39
Os resultados obtidos em pastas de cimento com adição de borracha de pneu após o
tratamento superficial com NaOH, apresentados em Segre e Jokes (2000, p.1424); Segre,
Monteiro e Sposito (2002, p.521-522), indicaram aumentos em diversas propriedades
mecânicas.
Contudo este procedimento pode ser visto como mais um obstáculo a ser transposto
na utilização deste resíduo em larga escala, uma vez que o resíduo de borracha de pneu
deixa
ria de estar pronto ao uso e então seriam necessários grandes volumes de água para o
processo de tratamento de superfície e na seqüência para a remoção da solução utilizada.
Somado ainda que Li et al. (2004, p.7), concluíram que, quando aplicado à produção
de concretos, o tratamento superficial não funciona para resíduos de borracha de pneu com
granulometrias superiores àquelas de tipo granular.
Neste enfoque ressalta-se também que a utilização de resíduos de borracha de pneu
do tipo granular se faz limitada na adição em concretos devido ao seu custo elevado em
relação aos resíduos de maior granulometria. Pois como exposto por Owen (1996, p.47);
Sunthonpagasit e Duffey (2004, p.284), tais resíduos possuem um grande potencial para
fabricação de produtos de ma
ior valor agregado (artefatos de borracha e plásticos através de
processos de injeção e estamparia).
3.5.5
Aspectos da Trabalhabilidade
Quanto à trabalhabilidade, Albuquerque et al. (2002, p.14), cita o fato de que,
quando baseada no abatimento do tronco de cone, esta propriedade diminui com o
incremento do resíduo de borracha de pneu, contudo quando mensurada com o teste VeBe a
trabalhabilidade dos concretos com certos teores de borracha apresentam-se ligeiramente
superiores ao concreto controle.
No entanto, ao analisarem o efeito de resíduos de borracha de pneu na
trabalhabilidade de concretos convencionais Li et al. (2004, p.4) observaram nos valores
dos abatimentos apenas alterações mínimas; enquanto, Güneyisi, Gesoglu e Özturan (2004,
p.2311), verificaram uma representativa redução do abatimento com o aumento da
quantidade de resíduos de borracha de pneu implementados em concretos com baixa
relação água/aglomerante, adicionados ou não de sílica ativa. Assim pode-se notar que a
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
40
forte influência dos resíduos de borracha de pneu sobre a trabalhabilidade do concreto está
condicionada à relação água/aglomerante praticada.
Para Khatib e Bayomy apud Meneghini (2003, p.15) ao testarem a trabalhabilidade
de concretos com resíduos de borracha de pneu com diferentes granulometrias constataram
ainda que os resíduos de menor granulometria davam origem a argamassas menos
trabalháveis.
3.5.6
Comportamento como Fibras e Tenacidade
Aprofundando
-se na questão dos formatos dos resíduos de borracha de pneu
utilizados em concretos, Albuquerque et al. (2002, p.15), observaram, em relação ao
desenvolvimento das propriedades mecânicas, um melhor desempenho daquelas em forma
de fibras ao invés daquelas do tipo granular. Ao comparar concretos adicionados de
resíduos de borracha de pneu dos tipos fibras e placas, Li et al. (2004, p.7), também
observaram a superioridade das propriedades mecânicas dos concretos com resíduos tipo
fibra.
Segundo Wang, Wu e Li (2000, p.314) a utilização de diferentes tipos de fibras
industrializadas para o reforço do material concreto vem sendo estudada ao longo dos
tempos, obtendo-se efetivos aumentos de tenacidade, resistência à retração e características
de durabilidade. Assim, de maneira geral, as fibras recicladas, categoria que parte dos
resíduos de borracha de pneu se enquadram, além da contribuição ao meio ambiente,
podem resultar em vantagens ao material concreto.
Olivares et al. (2002, p.1595) destacam que a adição de fibras de polipropileno e
resíduos de borracha de pneu (tipo fibra) em materiais compósitos, no caso o concreto,
podem provocar heterogeneidade, aumento das interfaces, porosidade, etc, acarretando
reduções na capacidade de resistência. Entretanto, após a resistência última ser extrapolada,
as fibras colaboram com o concreto, combatendo a propagação das fissuras e assim
aumentando a tenacidade do material e o trabalho de fratura. Ainda segundo Olivares et al.
(2002, p. 1595), esta característica pode ser explicada pela grande diferença na rigidez dos
materiais, uma vez que a matriz de cimento possui módulo de elasticidade no patamar dos
30GPa, valor cerca de 10 vezes superior ao da borracha.
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
41
A partir de quantidades consideradas pequenas, cerca de 10% de resíduos de
borracha de pneu em substituição a areia, de acordo com Albuquerque et al. (2002, p.1
5),
pode
-se obter no concreto com borracha valores de tenacidade superiores aos encontrados
nos concretos convencionais.
Segundo Li et al. (2004, p.4) os concretos com adição de resíduos de borracha de
pneu apresentaram, em relação àqueles sem adição, um aumento considerável na sua
tenacidade (área sob a curva), como pode ser visualizado na
Figura
16, o que proporciona
uma melhoria na capacidade de absorção de cargas dinâmicas e na resistência à propagação
de fissur
as.
Figura 16
: Curvas tensão
-
deformação controladas
Fonte: LI et al. (2004, p.4)
Akasaki et al. (2003, p.15) ao submeterem corpos-
de
-prova de concreto com e sem
borracha de pneu à flexão observaram a diminuição da capacidade de resistência à flexão
nos concretos com borracha, entretanto os mesmos apresentaram capacidade de resistência
residual após a ruptura.
Considerando o efeito da adição de resíduos de borracha de pneu no aumento da
tenacidade do concreto, de acordo com Taha, Dieb e Wahab (2003, p.9), deveriam ser
levados em conta como uma prevenção à probabilidade de fissuração a qual é relativamente
alta do concreto.
Concreto c/ borracha
Concreto simples
Deslocamento (mm)
C
a
r
g
a
a
p
l
i
c
a
d
a
(kN)
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
42
Do mesmo modo que o aumento da capacidade de deformação somado aos maiores
valores de resistência à flexão obtida, em especial, nas pastas de cimento com resíduos de
borracha de pneu, segundo Benazzouk et al. (2003, p.719-720), expande as possibilidades
de aplicação deste resíduo, abordando inclusive contribuições à ampliação da segurança das
estruturas.
3.5.7
A Probl
emática da Determinação do Módulo de Elasticidade
Considerando o concreto com adição de borracha de pneu um material compósito de
três fases (argamassa, agregados e borracha), Topçu e Avcular (1997, p.1137) conseguiram
calibrar um modelo teórico para a determinação do módulo de elasticidade destes
concretos.
Contudo, apesar da utilidade dos modelos teóricos quanto à compreensão dos vários
parâmetros ligados a determinação do módulo de elasticidade, de acordo com Aïtcin (2000,
p.512-513), devido à necessidade prévia dos valores de módulo de cada fase, então a
complexidade da medição do módulo de elasticidade aumenta ainda mais; tornando a
determinação experimental desta grandeza, diretamente para o concreto, uma solução mais
viável.
3.5.8
Durabilidade
A durabilidade dos compósitos de cimento está diretamente ligada à sua própria
capacidade de impermeabilidade frente a líquidos e gases. Benazzouk, Douzane e
Quéneudec (2004, p.28) investigaram o transporte de fluídos através de pastas de cimento,
no estado endurecido, quando adicionadas de resíduos de borracha industrial, as quais em
comparação com a pasta sem adição desta borracha apresentaram redução de capilaridade e
da difusividade hidráulica, fatores que por sua vez contribuem para a diminuição da
absorção.
Aborda
ndo outro enfoque, tem-se segundo Raghavan, Huynh e Ferraris (1998,
p.1751), que as argamassas com adição de resíduos de borracha de pneu apresentam bons
resultados quanto à fissuração por retração plástica em relação à argamassa sem adição. Em
acordo com Bonnet (2003, p.59) a implementação de borracha na composição de materiais
à base de cimento contribui para o aumento da resistência à micro-fissuração, resultando
numa ampliação da durabilidade.
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
43
Tendo ainda a resistência à abrasão como mais um indicador de durabilidade,
segundo Meneghini (2003, p.80), ensaios demonstraram a superioridade ao desgaste das
argamassas com adição de borracha de pneu, do tipo granular, em relação às argamassas
sem esta adição.
Quanto à durabilidade dos próprios resíduos de borracha de pneu quando inerente
ao material concreto, Huynh e Raghavan (1997, p.142), após terem mantido os resíduos em
meio altamente alcalino durante um período de quatro meses, observaram que as
propriedades iniciais dos mesmos foram conservadas e dessa forma concluíram que esta
adição não afetará a durabilidade dos concretos. Entretanto ressalta-se a necessidade da
realização de ensaios de maior período de duração.
De acordo com Fattuhi e Clark (1996, p.235), testes de resistência ao fogo
mostraram uma grande redução na inflamabilidade da borracha de pneu, quando material
constituinte de concretos, devido à presença da pasta de cimento e dos agregados.
Considerando-se a necessidade de avaliar os concretos com fibras, em geral,
também em relação à resistência
ao impacto, observa
-
se que os simples métodos da maioria
dos ensaios de resistência ao impacto, os quais são baseados num peso submetido à queda
livre, de altura conhecida, revela dificuldades na quantificação precisa da performance dos
materiais ensaiados, limitando-se muitas vezes a análise comparativa superficial, como
afirmam também Mehta e Monteiro (1994, p.445).
Assim Fattuhi e Clark (1996, p.236), observaram que a capacidade de resistência ao
impacto dos concretos com adição de resíduos de borracha de pneu foi comparável ao
concreto de referência.
Hughes e Al-Dafiry (1995, p.240), estudaram a determinação da resistência ao
impacto, em vigas de concreto com adição de fibras industrializadas, baseando-se na
absorção de energia destas quando sujeitas a carregamento estático, visando condições de
ensaio mais definidas. Contudo, apesar de obterem excelentes resultados, a necessidade de
equipamentos de maior sofisticação, com controle de carregamento e deformação, não
contribuem para a total difusão desta p
rática.
A respeito da redução de peso específico nos concretos com adição de borracha de
pneu, muitas vezes não se mostra como um grande atrativo, devido à proporcionalidade de
redução de resistência à compressão. Fattuhi e Clark (1996, p.236) conseguiram
obter
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
44
reduções de 20% na massa específica à medida que elevaram a adição de borracha,
entretanto ocorreu uma abrupta redução da resistência a compressão, cerca de 70%.
3.5.9
Atualidades
É valido ressaltar ainda que ocorrem também investigações experimentais
abor
dando adições híbridas ao material concreto. Dentre outras composições Bonnet (2003,
p.60) e Li et al. (2004, p.3), utilizaram concomitantemente aos resíduos de borracha de
pneu, fibras de aço e fibras de polipropileno, respectivamente.
Da mesma forma que, estudos estão sendo desenvolvidos a partir da utilização da
cinza de borracha de pneu, como por exemplo na produção de argamassas, tendo sido
investigada por Al-Akhras e Smadi (2003, p.6), onde observaram um acréscimo na
capacidade de resistência à compressão e à flexão com o aumento da quantidade de cinza
na mistura, o que foi atribuído ao efeito filler da cinza em questão, sendo notadas
também maiores resistências ao congelamento e a penetração de íons de cloreto das
argamassas com cinza, em relação àquelas sem adição. Contudo, Siddique e Naik (2004,
p.6) indicam a necessidade de um maior número de pesquisas abordando o uso da cinza de
borracha de pneu em concretos e argamassas.
Recentemente, dentro do tema da adição de resíduos de borracha de pneu em
materiais cimentícios, iniciando outra linha de pesquisa, diferenciada da já promissora
adição destes resíduos à concretos convencionais, Olivares e Barluenga (2004, p.111)
estudaram a adição de resíduos de borracha de pneu no comportamento de concretos de
alta
resistência. Tendo inovado quanto aos patamares de resistência à compressão alcançada,
uma vez que até então os concretos com resíduos de borracha de pneu caracterizam-se pelo
desenvolvimento de modestos patamares de resistência à compressão, em torno de 25 MPa,
contudo interessantes.
Segundo, Olivares e Barluenga (2004, p.116), com a presença do resíduo de
borracha de pneu ocorreram reduções nos valores de resistência à compressão, entretanto
para o menor teor de adição obteve-se 80MPa. Em analisando suas performances ao fogo,
constataram um avanço na capacidade de resistência ao fogo do concreto de alta resistência
devido a adição da borracha, tendo observado a redução do desplacamento causado pelas
altas temperaturas.
Capítulo 3
Resíduos de Borracha de Pneu
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
45
Diante desta nova vertente deu-se início ao programa experimental constante do
próximo capítulo, o qual foi desenvolvido para proporcionar parâmetros para análise do
comportamento de concreto de alto desempenho com adição de resíduos de borracha de
pneu.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
46
4.
PROGRAMA EXPERIMENTAL
4.1
DESENVOLVI
MENTO
Este programa experimental foi concebido com o intuito de embasar a investigação
da adição de resíduos de borracha de pneu nas propriedades do concreto de alto
desempenho. Na seqüência, será apresentado de forma resumida o desenvolvimento das
etapas
constantes deste capítulo:
Inicialmente foram feitas verificações quanto à compatibilidade entre cimentos e
superplastificantes, definindo assim o melhor binário. Em seguida, elegeu-se os outros
materiais a serem utilizados nas composições e então, realizou-se as caracterizações dos
mesmos.
Através de desenvolvimento de metodologia aplicada foi definida uma composição
de CAD, e por meio da adição de resíduos de borracha de pneu em diferentes porcentagens
e granulometrias, obteve
-
se uma série de variações.
Avaliando tais composições quanto à evolução dos valores de resistência à
compressão e trabalhabilidade, selecionou-se, dentre as adicionadas de resíduo de borracha
de pneu, àquela de melhor performance, para que, junto da composição de CAD, fossem
submetid
as à avaliação de outros ensaios.
Dentre as propriedades, então avaliadas, tem-se: trabalhabilidade, teor de ar
incorporado, massa específica, resistência à compressão, módulo de elasticidade,
resistência à tração por compressão diametral, resistência ao impacto, absorção de água por
imersão e resistência à abrasão.
4.2
INVESTIGAÇÃO PRELIMINAR QUANTO À ESCOLHA DO
CIMENTO E ADITIVO QUÍMICO
4.2.1
Introdução
Visando produzir concretos de alto desempenho de elevados patamares de
resistência à compressão e boa trabalhabilidade, optou-se por uma investigação preliminar
sobre a compatibilidade entre aditivos químicos superplastificantes e cimentos.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
47
Para determinar qual combinação cimento/superplastificante apresentaria melhores
propriedades reológicas, baseou-se no método do funil de Marsh, procedimento
normalizado, no Brasil, pela NBR 7681
ABNT (1983a) e NBR 7682
ABNT (1983b).
A princípio este método baseia-se na preparação das pastas de cimento e então na
obtenção dos tempos necessários para que uma quantidade conhecida
de pasta, em períodos
pré
-determinados, escoe através do funil de Marsh, o qual é apresentado na
Figura
17
,
possibilitando assim a avaliação da fluidez, manutenção de trabalhabilidade e ainda dos
teores ótimos dos
aditivos químicos.
Figura 17
: Funil de Marsh
4.2.2
Pré
-
Seleção de Materiais, Mistura e Procedimento
A pré-seleção dos materiais ocorreu da seguinte maneira, dentre os cimentos
Portland disponíveis no Brasil foram escolhidos dois tipos, um CP V-ARI, visando
exatamente à eficiência oferecida por este tipo de cimento quanto a atingir altas resistências
logo nas primeiras idades; e outro CP II-F-32, justamente por ser um tipo de cimento mais
puro em termos de adição de materiais reativos; ressaltando-se ainda que seria feito o uso
de sílica ativa em todos os traços. Foram também selecionados dois aditivos químicos
superplastificante à base de policarboxilato, aqui denominados de Superplastificante Y e
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
48
Superplastificante Z, pertencentes à terceira geração de superplastificantes. Assim a
combinação dos materiais disponíveis resultou em quatro composições diferentes.
Mesmo com a certeza de que seria utilizada uma relação água/aglomerante ainda
menor na produção do CAD, elegeu-se para a elaboração das pastas a relação
água/aglomerante de 0,35, a qual é indicada por Aïtcin (2000, p.202) como mínima
necessária para o teste em questão. Utilizou-se em todas as composições água gelada e
também adição de sílica ativa na porcentagem de 8% da massa total de material
aglomerante.
Para cada uma das quatro composições foram feitas diversas variações quanto à
porcentagem de superplastificantes empregada, iniciando-se com 1% e 1,2% em relação a
massa de cimento. Então as demais porcentagens necessárias às outras variações de cada
composição, eram separadamente definidas, com base na tendência de cada segmento de
curva, traçados com auxílio dos tempos de escoamento e porcentagens de superplastificante
das pastas já ensaiadas, sendo que o passo da alt
eração foi sempre de 0,2%.
Na
Tabela
1, são visualizadas as quatro composições de pastas de cimento
diferenciadas quanto a combinação do tipo de cimento e superplastificante empregado,
assim como as respectivas var
iações quanto ao teor de superplastificante.
Tabela
1
: Composições e suas variações quanto ao teor de superplastificante
Composições e Suas Variações Quanto ao Teor de Superplastificante
Composições
Cimento
Superplastificante
Var
iações dos Teores de
Superplastificante (%)
1
CP V
-
ARI
Y
1%; 1,2%; 1,4%
2
CP V
-
ARI
Z
1%; 1,2%; 1,4%
3
CP II
-F-32 Y
0,6%; 0,8%; 1%; 1,2%
4
CP II
-
F32
Z
0,8%, 1%; 1,2%; 1,4%
Os ensaios ocorreram em ambiente climatizado e a mistura dos materiais contou
com o auxílio de um misturador, apresentado pela
Figura
18
, onde foram preparados três
litros de cada pasta ensaiada, volume este suficiente ao preenchimento dos dois litros do
funil utilizado e ainda à repor as eventuais perdas, considerando-se que foram realizados
procedimentos de leitura aos 5, 30, 60 e 90 minutos posteriores ao contato do cimento com
a água.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
49
Figura 18
: Misturador
Na produção das pastas, posteriormente a homogeneização manual do cimento e da
sílica ativa, foi adotada à seguinte seqüência de colocação dos materiais no misturador:
foram introduzidos a água e o superplastificante, e então, depois de ligar o misturador à
velocidade constante de 1500 rpm, o cimento e a sílica ativa foram sendo colocados, onde
tal procedimento levava cerca de 1 minuto e 30 segundos, quando se realizava uma parada
de 15 segundos para limpeza das paredes internas do recipiente, retomando a mistura por
mais 2 minutos e posteriormente mais 1 minuto, tendo sido intercalados por mais um
procedimento de limpeza.
Ao final do ciclo de 5 minutos, a pasta seguia diretamente ao primeiro ensaio no
cone de Marsh, onde com a extremidade inferior do funil fechada e logo abaixo desta uma
proveta graduada servindo de aparador, como pode ser visualizado na
Figura
19
, era
introduzida a pasta até uma linha demarcatória interna do funil, e então ao liberar o fluxo
pela extremidade inferior, com o início do preenchimento da proveta, ocorria a marcação
do tempo em cronômetro digital até a pasta perfazer o volume de dois litros.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
50
Figura 19
: Visualização geral do procedimento básico de ensaio
4.2.3
Resultados Preliminares
Dentre diferentes possibilidades de elaboração de curvas com os dados obtidos pelo
ensaio do funil de Marsh, devido à quantidade e qualidade de informação reunidas em um
só gráfico, optou-se pelas curvas dos tempos de escoamento, obtidos a 5 e 60 minutos, em
relação a
o teor de superplastificante praticado.
A seguir na
Figura
20
, são apresentados os resultados obtidos para as pastas
compostas por cimento CPV ARI e Superplastificante Y.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
51
Figura 20
: CP V
-
ARI e Superplastificante Y
-
Tempo de escoamento X Teor de superplastificante
Na
Fig
ura
21, pode-se observar os resultados obtidos para as pastas compostas por
cimento CPV ARI e Superplastificante Z.
Fig
ura 21
: CP V
-
ARI e Superplastificante Z
-
Tempo de escoamento X Teor de superplastificante
CP V-ARI e Superplastificante Y :
Tempo de escoamento X Teor de superplastificante
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0,50% 0,75% 1,00% 1,25% 1,50%
teor de superplastificante (%)
tempo de escoamento (s)
5 min
60 min
CP V-ARI e Superplastificante Z :
Tempo de escoamento X Teor de superplastificante
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0,50% 0,75% 1,00% 1,25% 1,50%
teor de superplastificante (%)
tempo de escoamento (s)
5 min
60 min
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
52
Os resultados referentes às pastas compostas por cimento CP II-F-32 e
Superplastificante Y, são ilustrados na
Figura
22.
Figura 22
: CP II
-F-
32 e Superplastificante Y
-
Tempo de escoamento X Teor de superplastificante
Na
Figura
23, são representados os resultados alusivos as pastas compostas por
cimento CP II
-F-
32 e Superplastificante Z.
Figura 23
: CP II
-F-
32 e Superplastificante Z
-
Tempo de escoamento X Teor de superplastificante
CP II-F-32 e Superplastificante Y :
Tempo de escoamento X Teor de superplastificante
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0,50%
0,75% 1,00%
1,25%
1,50%
teor de superplastificante (%)
tempo de escoamento (s)
5 min
60 min
CP II-F-32 e Superplastificante Z :
Tempo de escoamento X Teor de superplastificante
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0,50% 0,75% 1,00% 1,25% 1,50%
teor de superplastificante (%)
tempo de escoamento (s)
60 min
5 min
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
53
4.2.4
Análise dos Resultados Preliminares
Em analisando as curvas tempo de escoamento versus teor de superplastificante,
observa
-se que independentemente do superplastificante utilizado, o uso do cimento CP V-
ARI acarreta na drástica elevação dos tempos de fluidez das pastas. Dentre outras
justificativas ao ocorrido ressalta-se a propensão de altas taxas iniciais de hidratação deste
tipo de cimento, o que de certa forma é um atrativo devido a produção também de elevadas
taxas iniciais de resistência.
Entretanto, primando pelo bom comportamento reológico, e considerando o
emprego de sílica at
iva então foi feita a opção pelo cimento CP II
-F-32.
Quanto à interação dos dois superplastificantes com o cimento escolhido,
apresentada pela
Figura
22 e
Figura
23, destaca-se que nos dois casos o aumento de fluidez
é mantido em patamares próximos aos iniciais mesmo após transcorrido uma hora.
Apesar do Superplastificante Y apresentar ponto de saturação mais baixo que o
outro superplastificante, cerca de 1%, o Superplastificante Z produz fluidez compatível
neste mesmo teor. Contudo com o aumento da dosagem do Superplastificante Z, ainda
ocorrem melhorias na fluidez das pastas até que o teor de 1,4%, seu ponto de saturação,
seja atingido.
Assim, uma vez que este estudo não aborda questões ligadas ao custo dos referidos
aditivos químicos, aspirando-se apenas o melhor comportamento reológico do concreto no
estado fresco então é feita a opção pelo Superplastificante Z.
Ressalta
-se ainda, que ao observar a
Figura
20, verificando a grande diferença de
altura entre as curvas de 5 e 60 minutos e a indicação de um ponto de saturação
relativamente alto, é possível notar a incompatibilidade entre o cimento CP V ARI e o
Superplastificante Y.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
54
4.3
CARA
CTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
4.3.1
Aglomerantes
4.3.1.1
Cimento
Como exposto anteriormente, o cimento Portland utilizado foi do tipo CP II-F-
32,
em acordo com a NBR 11578
ABNT (1991), sendo suas características físicas e químicas
apresentadas na
Tabela
2.
Dentre outros equipamentos, destaca
-
se na
Figura
24
e
Figura
25
respectivamente, o
espectrofotômetro de absorção atômica utilizado na análise química para a determinação de
alguns dos óxidos presentes no cimento e o aparelho de Blaine necessário à determinação
física de sua superfície específica.
Tabela
2
: Análise físico
-
química do cimento CP II
-F-32
Especificações
NBR
-
11578
Análise Físico
-
Química d
o Cimento CP II
-F-32
Índices
Obtidos
min.
máx.
Finura Peneira 200 (% retida)
0,14
-
12,0
Finura Peneira 325 (% retida)
1,4
- -
Superficie específica
-
Blaine (cm²/g)
4786 2600 -
Densidade aparente (g/cm³)
1,04
- -
Densidade
absoluta (g/cm³)
3,15
- -
gramas
135
- -
Água de consistência
da pasta
(%)
27,0
- -
Início de pega (h:min)
02:28
01:00
-
Expansão em auto
-
clave (%)
0,042
- -
gramas
150
- -
Consistência da
argamassa
a / c
0,48
- -
03 dias
36,1
10,0
-
07 dias
39,5
20,0
-
Resistência
à
Compressão
Axial
Tensão
( MPa )
28 dias
47,4
32,0
-
Perda ao fogo
4,19
-
6,5
Insolúveis
1,30
-
2,5
SiO2
17,88
- -
Fe2O3
2,63
- -
Al2O3
6,01
- -
CaO
62,01
- -
MgO
4,30
-
6,5
SO3
1,31
-
4,0
Na2O
0,25
- -
K2O
0,77
- -
Equivalente alcalino em Na2O
0,76
- -
Análise
Química
(%)
Cal livre em CaO
1,09
- -
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
55
Figura 24
: Espectrofotômetro de absorção atômica
Figura 25
: Aparelho de Blaine
4.3.1.2
Sí
lica ativa
Além dos inúmeros benefícios da sílica ativa na produção dos concretos de alto
desempenho, sua escolha, nesta pesquisa, está ligada com a ambição de obter-se uma
melhoria da zona de transição entre a matriz de cimento e o resíduo de borracha de
pneus.
Toutanji (1996, p.139) sugere que mais pesquisas sejam desenvolvidas para a
maximização das misturas de concretos com adição de borracha, aliando-se ainda
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
56
incorporações de adições minerais visando o aumento da resistência. Nesta linha tem-
se,
dentre
outros, Güneyisi, Mehmet e Özturam (2004, p.2316), que ao utilizarem sílica ativa
em concretos com adição resíduos de borracha de pneu obtiveram a diminuição da relação
de perda de resistência devido à implementação de tal resíduo.
As características químicas e físicas analisadas, em acordo com a NBR 13956
ABNT (1997), são apresentadas pela
Tabela
3, ressalta-se ainda que, de acordo com dados
fornecidos pelo fabricante, sua superfície específica no estado não densificado é de
20.000m²/Kg.
Tabela
3
: Análise físico
-
química da Sílica Ativa
Análise Físico
-
Química da Sílica Ativa
Índices
Obtidos
Especificações
NBR
-
13956
Densidade absoluta (g/cm³)
2,18
-
Umidade da amostra
(%)
0,61
3,0
Perda ao fogo (%)
2,26
6,0
SiO
2
(%)
95,38
85,0
Análise
Química
(%)
Equivalente alcalino em Na
2
O (%)
0,39
1,5
4.3.2
Agregados
4.3.2.1
Resíduos de borracha de pneu
Seguindo a tendência de otimização do uso dos pneus, segundo Jang (1998, p.4), o
percentual de pneus submetidos a processos que elevam sua vida útil, dentre os quais tem-
se a recauchutagem, tendem a aumentar. Então, da mesma forma que a reciclagem do pneu
propriamente dito, o aproveitamento dos resíduos de borracha de pneu provindos do
processo de reca
uchutagem se faz prioritário.
Ressaltando ainda, a maior facilidade da obtenção dos resíduos de borracha de pneu
gerados no processo de recauchutagem, dado às inúmeras empresas de médio porte
espalhadas estrategicamente a fim de atender a crescente demanda por pneus
recauchutados. Assim foi definido que seriam empregados nesta pesquisa resíduos de
borracha de pneu proveniente de processo de recauchutagem.
Tais resíduos foram fornecidos por uma empresa recauchutadora, também situada
na cidade de Ilha Solteira, a qual faz recauchutagem exclusivamente em pneus para
caminhões fora de estrada e máquinas pesadas. Entretanto, através da comparação das
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
57
caracterizações deste resíduo em especial, e os valores obtidos para resíduos provindos de
uma empresa recauchutadora de pneus em geral, os quais foram utilizados por Martins e
Akasaki (2005a, p.1-8); Martins e Akasaki (2005b, p.193-205), constatou-se que tais
resíduos eram análogos.
Sendo a densidade dos resíduos de borracha de pneu muito baixa em relação aos
agregado
s usuais, então , como ilustrado pela
Figura
26, os resíduos utilizados foram
submetidos a teste para a determinação de sua massa específica tendo-se como base a NBR
NM 23
ABNT (2001), assim através da diferença de volume, observada em frasco
Chapman repleto de querosene (líquido de menor massa específica que a água), gerada pela
introdução de massa conhecida do resíduo em questão, se pôde constatar o valor de
1,15g/cm³. Quanto à massa unitária solta foi determinada normalmente segundo a NBR
7251 (ABNT, 1982), resultando no valor de 0,32g/cm³.
Figura 26
: Frasco Chapman com querosene e resíduos de borracha de pneu
Quanto à caracterização granulométrica, devido grande parte deste resíduo de
borracha de pneu apresentar formato alongado (tipo fibra), fica difícil determinar a sua
granulometria como ocorre para os agregados usuais uma vez que suas partículas não são
na totalidade de tipo granular, contudo submetidos à análise granulométrica tradicional,
segundo a NBR 7217
ABNT (1993a), tem-se a
Tabela
4, a qual possibilitou a confecção
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
58
da curva apresentada pela
Figura
27 e a obtenção dos valores referente ao diâmetro
máximo, 4,76mm, e ao módulo de finura, igual a 3,78.
Tabela
4
: Análise granulométrica do resíduo de borracha de pneu
Análise Granulométrica do Resíduo de Borracha de Pneu
Peneiras Normais e Auxiliares
Material
Denominação
Abertura (mm)
% Retida
Acumulada
1"
25,4
0,0
3/4"
19
0,0
5/8"
16
0,0
1/2"
12,7
0,0
3/8"
9,51
0,3
1/4"
6,3
0,9
N.º 4
4,76
2,3
N.º 8
2,38
21,0
N.º 16
1,19
69,1
N.º 30
0,595
89,5
N.º 50
0,297
96,2
N.º 100
0,149
99,5
fundo
0,075
100
Figura 27
: Curva granulométrica do resíduo de borracha de pneu
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
59
Então visando observar a influência da granulometria destes resíduos no
comportamento do CAD, foi definido que os mesmos seriam submetidos a um processo de
peneiramento classificatório. Assim, determinou-se um jogo de peneiras de modo a separar
os resíduos de borracha de pneus em faixas granulométricas bem definidas, apresentando
inclusive fácil distinção visual.
A
Tabela
5, apresenta o jogo de peneiras utilizado, as porcentagens obtidas para
cada faixa de resíduo e suas respectivas denominações, as quais visam apenas simplificar as
referências aos resíduos de borracha de pneu de diferentes faixas granulométricas,
assim no
decorrer deste trabalho tais resíduos serão chamados também de borrachas muito grossa,
grossa, média ou fina.
Tabela
5
: Classificação granulométrica do resíduo de borracha de pneu
Classificação Granulométrica do Resíduo
de Borracha de Pneu
Peneiras Normais e Auxiliares
Resíduo de borracha de pneu
Denominação
Abertura (mm)
% Retida
Denominação
Obs.
1/4"
6,3
1,9
B. Muito Grossa
não utilizado
N.º 8
2,38
45,9
Borracha Grossa
-
N.º 16
1,19
27,2
Borracha Média
-
Fundo
0,075
25,0
Borracha Fina
-
Os resíduos denominados de borracha muito grossa eram pedaços grandes de
pneu em comparação ao restante do material e representavam apenas 1,9% do total, sendo
assim excluídos deste estudo.
Quanto aos 98,1% dos resíduos de borracha de pneu utilizados, de acordo com cada
denominação dada, tem
-
se, a partir da simples observação visual, a seguinte descrição:
Borracha Grossa: possuem forma alongada (tipo fibra), apresentando
comprimentos máximos por volta de até 30mm e espessura de 2 a 3mm.
Sendo visualizadas na
Figura
28.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
60
Figura 28
: Borracha grossa
Borracha Média: também de formato alongado (tipo fibra), contudo com
comprimento, de maneira geral, em sua maioria inferior a 10mm e espessura
em torno de 1mm. Estes resíduos são apresentados na
Figura
29.
Figura 29
: Borracha média
Borracha Fina: apresentam forma granular, (tipo pó). Os quais podem ser
visualizados na
Figura
30
.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
61
Figura 30
: Borracha fina
Na seqüência, são apresentados os dados referentes às análises granulométricas
segundo a NBR 7217
ABNT (1993a), de cada borracha em separado.
Referente a borracha grossa, tem-se a
Tabela
6, a qual gerou a curva da
Figura
31 e
ainda o diâmetro máximo de 6,30mm, e o mó
dulo de finura, igual a 4,68.
Tabela
6
: Análise granulométrica da borracha grossa
Análise Granulométrica da Borracha Grossa
Peneiras Normais e Auxiliares
Material
Denominação
Abertura (mm)
% Retida
Acumulada
1"
25,4
0,0
3/4"
19
0,0
5/8"
16
0,0
1/2"
12,7
0,0
3/8"
9,51
0,0
1/4"
6,3
0,0
N.º 4
4,76
8,0
N.º 8
2,38
63,2
N.º 16
1,19
97,3
N.º 30
0,595
99,6
N.º 50
0,297
99,7
N.º 100
0,149
99,9
fundo
0,075
100
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
62
Figura 31
: Curva granu
lométrica da borracha grossa
A seguir, relativo a borracha média, tem-se a
Tabela
7, a qual possibilitou a
confecção da curva apresentada pela Figura
32
e a obtenção dos valores referente ao
diâmetro máximo, 2,38mm, e ao módulo de finura, igual a 3,86.
Tabela
7
: Análise granulométrica da borracha média
Análise Granulométrica da Borracha Média
Peneiras Normais e Auxiliares
Material
Denominação
Abe
rtura (mm)
% Retida
Acumulada
1"
25,4
0,0
3/4"
19
0,0
5/8"
16
0,0
1/2"
12,7
0,0
3/8"
9,51
0,0
1/4"
6,3
0,0
N.º 4
4,76
0,0
N.º 8
2,38
0,6
N.º 16
1,19
85,8
N.º 30
0,595
99,5
N.º 50
0,297
99,7
N.º 100
0,149
100
fundo
0,075
100
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
63
F
igura 32
: Curva granulométrica da borracha média
A caracterização granulométrica da borracha fina esta apresentada na
Tabela
8, e
representada na
Figura
33
. O valor do diâmetro máximo obtido foi de 1,19mm, quanto ao
módulo de finura foi de 2,51.
Tabela
8
: Análise granulométrica da borracha fina
Análise Granulométrica da Borracha Fina
Peneiras Normais e Auxiliares
Material
Denominação
Abertura (mm)
% Retida
Acumulada
1"
25,4
0,0
3/4"
19
0,0
5/8"
16
0,0
1/2"
12,7
0,0
3/8"
9,51
0,0
1/4"
6,3
0,0
N.º 4
4,76
0,0
N.º 8
2,38
0,0
N.º 16
1,19
4,4
N.º 30
0,595
60,4
N.º 50
0,297
88,1
N.º 100
0,149
98,2
fundo
0,075
100
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
64
Figura 33
: Curva granulométrica da borracha fina
4.3.2.2
Areia
Foi utilizado areia natural proveniente do rio Paraná, a qual teve sua granulometria
determinada segundo a NBR 7217
ABNT (1993a). Assim na
Tabela
9 e na
Figura
34 são
apresentados os resultados obtidos.
Tabela
9
: Análise granulométrica da areia
Análise Granulométrica da Areia
Peneiras Normais e Auxiliare
s
Material
Denominação
Abertura (mm)
% Retida
Acumulada
1"
25,4
0,0
3/4"
19
0,0
5/8"
16
0,0
1/2"
12,7
0,0
3/8"
9,51
0,0
1/4"
6,3
0,0
N.º 4
4,76
0,4
N.º 8
2,38
4,3
N.º 16
1,19
18,4
N.º 30
0,595
31,8
N.º 50
0,297
62,4
N.º 100
0,149
91,8
fundo
0
,075
100
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
65
Figura 34
: Curva granulométrica da areia
As demais características obtidas da areia em questão são apresentadas a seguir na
Tabela
10.
Tabela
10
: Demais características da areia
Demais Características da Areia
Determinações
Valores Obtidos
Método de ensaio
Máximo
(mm)
2,38
NBR 7217
Módulo de Finura
2,09
NBR 7217
S.S.S. (g/cm³)
2,657
NBR 9776
Massa
Específica
Seca (g/cm³)
2,649
NBR 9
776
Solta (g/cm³)
1,584
NBR 7251
Massa Unitária
Solta 4%
Umidade (g/cm³)
1,149
NBR 7251
Absorção (%)
0,28
NBR NM 30
Pulverulento (%)
1,00
NBR 7219
Matéria Orgânica
+ clara
NBR NM 49
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
66
4.3.2.3
Brita
O agregado graúdo escolhido foi uma brita de origem basáltica na granulometria
comercial denominada de brita 1. Então os dados da análise granulométrica, em acordo
com a NBR 7217
ABNT (1993a), são expostos na
Tabela
11
e
Figura
35
.
Tabela
11
: Análise granulométrica brita
Análise Granulométrica da Brita
Peneiras Normais e Auxiliares
Material
Denominação
Abertura (mm)
% Retida
Acumulada
1"
25,4
0,0
3/4"
19
0,0
5/8"
16
0,0
1/2"
12,7
15,8
3/8"
9,51
37,2
1/4"
6,3
74,4
N.º 4
4,76
93,7
N.º 8
2,38
100
N.º 16
1,19
100
N.º 30
0,595
100
N.º 50
0,297
100
N.º 100
0,149
100
fundo
0,075
100
Figura 35
: Curva granulométrica da brita
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
67
A
Tabela
12 apresenta outras características determinadas para a brita abordada.
Tabela
12
: Demais características da brita
Demais Características da Brita
Determinações
Valores Obtidos
Método de ensaio
Máximo
(mm)
19,0
NBR 7217
Módulo de Finura
6,31
NBR 7217
S.S.S. (g/cm³)
2,877
NBR NM 53
Seca (g/cm³)
2,837
NBR NM 53
Massa
Específica
Aparente (g/cm³)
2,955
NBR NM 53
Massa Unitária
Solta (g/cm³)
1,504
NBR 7251
Absorção (%)
1,88
NBR NM 53
Pulverulento (%)
0,11
NBR
7219
4.3.3
Aditivo Químico
4.3.3.1
Superplastificante
Como já justificado, foi empregado um superplastificante à base de policarboxilato,
denominado de Superplastificante Z, que segundo dados fornecidos pelo fabricante possui
massa específica de 1,08g/cm³, teor de sólidos de 35% e dosagem máxima de 2% em
relação ao peso de cimento.
4.3.4
Água
Utilizou
-se água potável proveniente da rede de tratamento público da cidade de
Ilha Solteira.
4.4
MÉTODOS EXPERIMENTAIS
Os métodos, a serem utilizados no estudo das propriedades do CAD c
om adição de
borracha, foram desenvolvidos em acordo com diversas normas brasileiras, internacionais e
bibliografia científica consultada.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
68
4.4.1
Método de Dosagem
O método de dosagem utilizado foi proposto pelo pesquisador canadense Pierre-
Claude Aïtcin, sendo denominado cientificamente de método Aïtcin , o qual é elucidado
em AÏTCIN (2000, p.265
-
293), dentre outras publicações.
Trata
-se de um método específico para CAD e com metodologia de fácil e rápida
aplicação, uma vez que esta é parametrizada em resultados empíricos. Dentre outras
características destacam-se, em especial, o proporcionamento bastante criterioso dos
aditivos, uma vez que se baseia no percentual de peso de sólidos dos aditivos químicos e
então leva em conta a água presente nos mesmos como part
e da água contida na mistura.
Em linhas gerais o procedimento de dosagem pelo método citado inicia-se pela
seleção dos seguintes parâmetros do traço:
1. Relação água/aglomerante (a/agl)
dentre relações propostas entre tal
parâmetro e valores de resistência
à compressão a serem alcançados;
2. Teor de água e a dosagem de superplastificante
com base no conceito de
ponto de saturação do superplastificante;
3. Quantidade de agregado graúdo
de acordo com a forma típica das
partículas;
4. Teor de ar
através de estimativa inicial sugerida, e posteriormente
calibrado por meio de ensaio.
Assim depois de determinados os procedimentos ora citados, tem-se, por simples
correlação entre a relação a/agl e o teor de água, a quantidade de aglomerante a ser
empregada no traço. Então, uma vez que este método baseia-se no critério do volume
absoluto, o volume restante a interar um metro cúbico será preenchido pelo agregado
miúdo.
Estando completa a composição parte-se para a experimentação, onde se necessário
serão realizados ajust
es e/ou modificações. Assim os concretos produzidos, foram avaliados
visualmente pela metodologia apresentada por HELENE e TERZIAN (1993, p.242-
258),
visando dessa maneira obter uma boa proporcionalidade quanto aos teores de argamassa e
agregado graúdo.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
69
A
Figura
36, apresenta ainda um fluxograma simplificado baseado no
desenvolvimento do método Aïtcin.
Figura 36
: Fluxograma do método de dosagem proposto
Fonte: AÏTCIN (20
00, p.266)
4.4.2
Produção dos Concretos
4.4.2.1
Amassamento
Os concretos foram produzidos, em acordo com a NBR 12821
ABNT (1993b), em
betoneiras de eixo inclinado com capacidade para 120 e 360 litros, as quais constam da
Figura
37 e
Figura
38, variando-se a escolha destas de acordo com o volume a ser
amassado.
Relação
a/agl
Dosagem do
superplastificante
Quantidade
de agregado
graúdo
Ar
incorporado
Quantidade
de
aglomerante
Teor de
água
Quantidade
de areia
Mistura
experimental
Tr
abalhabilidade
Composição
Final
Modificar
a relação
a/agl
Ajustes
Resistência
Não
Não
Sim
Sim
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
70
Figura 37
: Betoneira com capacidade de 120 litros
Figura 38
: Betoneira com capacidade de 360 litros
Na produção de concretos com adição de resíduos de borracha de pneus diversos
autores, dentre estes Fioriti (2002, p.31), adotaram à seqüência de colocação dos materiais
constituintes na betoneira a partir da introdução primeiramente dos materiais secos,
inclusive a borracha, objetivando uma melhor condição de amassamento.
Contudo, na produção dos concretos de alto desempenho primando pelo usual à
vários pesquisadores que trabalham com CAD, adotou-se a seguinte ordem de colocação
dos materiais na betoneira: primeiramente foi introduzido o agregado graúdo juntamente
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
71
com a água e a sílica ativa, os quais foram misturados por um minuto; posteriormente o
cimento e a areia, sendo que após dois minutos de batida foi introduzido o
superplastificante e então após todos os materiais constarem na betoneira o último ciclo de
amassamento resultou em mais dez minutos.
A adoção de tempos de amassamento elevados em concretos de baixa relação
água/aglomerante e adicionados de resíduos de borracha pode ser considerada prática
comum. Olivares e Barluenga (2004, p.112), ao elaborarem concretos com estas
características, adotaram um ciclo de amassamento constante de quinze minutos, excluindo-
se ainda o tempo destinado a algumas batidas preliminares para a introdução dos materiais
na betoneira.
No entanto, ressalta-se que, existindo a necessidade de produção de maiores
quantidades destes concretos de alto desempenho, a partir da utilização de betoneiras
industriais, com maior poder de homogeneização, os tempos de amassamento serão
certamente reduzidos.
Nos traços com adição de borracha, esta foi introduzida no primeiro momento
juntamente com o agregado graúdo, a água e a sílica. Onde o contato direto da calda de
sílica ativa, tanto com a borracha quanto com o agregado graúdo, contribui para uma
melhor condição de adesão destes à matriz da pasta de cimento, resultando em maiores
valores de resistência à compressão.
4.4.2.2
Moldagem e cura
Os corpos-
de
-prova foram moldados e curados em conformidade com a NBR 5738
ABNT (2003a), sendo que, exceto os corpos-
de
-prova prismáticos, todos contaram com
auxílio de mesa vibratória. Dentre os corpos
-
de
-
prova utilizados tem
-
se:
Corpos
-
de
-prova prismáticos: em formato de placas com 25cm X 35cm X
5cm, foram destinados aos ensaios de resistência ao impacto e sua
moldagem é visualizada na
Figura
39.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
72
Figura 39
: Moldagem dos corpos
-
de
-
prova para ensaio de resistência à impacto
Corpos
-
de
-prova cilíndricos: com 30cm de diâmetro por 10cm de altura, em
especial, para os ensaios de resistência à abrasão, e com 10cm X 20cm para
os demais ensaios realizados. Sendo apresentados nas
Figura
40 e
Figura
41
,
durante as respectivas moldagens.
Figura 40
: Moldagem do corpo
-
de
-
prova para ensaio de resistência à abrasão
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
73
Figura 41
: Moldage
m dos corpos
-
de
-
prova de 10cm X 20cm
Posteriormente a desmoldagem os corpos-
de
-prova foram encaminhados à câmara
úmida com umidade e temperatura controladas, a qual é apresentada na
Figura
42, até as
idades de 3,
7, 28 e 91 dias para a realização dos respectivos ensaios.
Figura 42
: Câmara úmida para cura dos corpos
-
de
-
prova
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
74
4.4.3
Ensaios
4.4.3.1 Estado fresco
A consistência dos concretos foi verificada pelo abatimento do tronco de cone, de
acordo com a NBR NM 67
ABNT (1998), como ilustra a
Figura
43.
Figura 43
: Ensaio de Abatimento do tronco de cone
Para a determinação do ar incorporado nos concretos utilizou-
se
um aparelho
medidor do tipo de pressão, visualizado na
Figura
44, de acordo com a NBR NM 47
ABNT (2002).
Figura 44
: Aparelho para a medição do teor de ar
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
75
Quanto à massa específica dos concretos foi verificada a partir da NBR 9833
ABNT (1987b), com auxílio da balança e recipiente visualizado na
Figura
45.
Figura 45
: Balança e recipiente utilizados
na determinação da massa específica
As temperaturas dos concretos frescos foram avaliadas com termômetro digital
como mostra a
Figura
46
.
Figura 46
: Termômetro digital para dete
rminação da temperatura
4.4.3.2
Estado endurecido
4.4.3.2.1
Propriedades mecânicas
As seguintes propriedades mecânicas foram ensaiadas: resistência à compressão,
segundo a NBR 5739
ABNT (1994a); resistência à tração por compressão diametral, de
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
76
acordo com a NBR 7222
ABNT (1994b) e módulo de elasticidade, obedecendo a NBR
8522
ABNT (2003b) sob plano de carga tipo I, sendo utilizados três corpos-
de
-prova, em
cada idade, para cada tipo de ensaio mencionado.
Na avaliação dos concretos de alto desempenho quanto a resistência à compressão
utilizou
-se uma prensa hidráulica com capacidade de 100 toneladas, a qual pode ser
visualizada na
Figura
47.
Figura 47
: Prensa hidráulica com capacidade de 100t
Os ensaios de módulo de elasticidade estático foram realizados em prensa hidráulica
informatizada, a qual é apresentada pela
Figura
48, com capacidade de 200 toneladas e
equipada com dois transdutores de deslocamento, visualizados na
Figura
49, denominados
em inglês pela sigla LVDT ( linear variable differential transformer ).
Figura 48
: Prensa informatizada com capacidade de 200 toneladas
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
77
Figura 49
: Par de LVDT fixados no corpo
-
de
-
prova
A partir do programa computacional utilizado pôde-se acompanhar em tempo real a
execução dos diagramas tensão-deformação na tela do computador, como visualizado na
Figura
50, então após os sucessivos carregamentos obtém-se diretamente o módulo de
elasticidade secante.
Figura 50
: Configuração de tela durante o ensaio de módulo de elasticidade
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
78
Anteriormente ao ensaio de resistência à compressão e módulo de elasticidade os
corpos
-
de
-prova foram capeados com composto de enxofre de alta resistência, como
apresentado na
Figura
51
, a fim de tornar suas faces planas e paralelas, e assim isentando-
os de possível excentricidade quando da aplicação do carregamento. A resistência média à
compressão do referido capeamento, quando medida em corpos
-
de
-
prova cúbicos de 5cm X
5cm X 5cm, visualizados na
Figura
52
, foi de 55,2MPa.
Figura 51
: Corpo
-
de
-
prova sendo capeado
Figura 52
: Corpos
-
de
-
prova de composto de enxofre de alta resistência
Devido à carência de normalizações para a avaliação da resistência ao impacto de
concretos, os ensaios foram realizados com apoio da extinta NBR 9454
ABNT (1986), e
auxílio do aparato visualizado na
Figura
53.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
79
Figura 53
: Aparato para ensaio de resistência ao impacto
O procedimento empregado no ensaio da resistência ao impacto inicia-se com o
nivelamento e contenção do corpo
-
de
-
prova na caixa de areia colocada abaixo do tubo guia,
como pode ser visualizado na
Figura
54. No interior do tubo guia, tem-se uma esfera
metálica ligada a um barbante, o qual por sua vez apóia
-
se a uma roldana possibilitando que
a esfera possa ser suspensa.
Figura 54
: Detalhe do ajuste do corpo
-
de
-
prova
Tubo guia
da esfera
Roldana
de apoio
Caixa de
areia
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
80
O tubo guia possui perfurações transversais ao longo do seu eixo distanciadas de 10
cm, onde por meio da introdução ou retirada de um pino metálico pré
-
determina
-
se à altura,
e restringi-se ou i
nduz
-se a queda livre da esfera, sendo que depois de regulado, a primeira
perfuração inferior totalizou 0,20m até a superfície do corpo
-
de
-
prova e a última perfuração
distanciava
-se de 2,20 m.
Assim inicia-se a aplicação de carregamentos de impacto com a primeira queda da
esfera metálica, a qual possui 0,5 Kg, à altura de 0,20m da superfície do corpo-
de
-
prova,
sendo as demais incrementadas sempre por 0,10m até a altura limite de 2,20m. Ao longo
destas repetições observou-se na superfície do corpo-
de
-
prova,
com auxílio de lupas
graduadas de até 0,1mm, o surgimento da primeira fissura e sua propagação.
A utilização de uma esfera relativamente leve está correlacionada com o intuito de
aplicar energias de impacto a uma pequena taxa de incremento, para a observação de
fissuras da ordem de 0,1mm de espessura na superfície das placas.
Quanto à observação de fissuras foram limitadas à face superior da placa, pois,
considerando a forma e peso das placas, todas as diferentes maneiras de retirá-las e
reassentá
-las, manualmente após cada impacto, seriam baseadas no apoio em dois pontos
extremos da mesma, causando assim mesmo que involuntariamente certa flexão, a qual
poderia induzir à fissuração, descartando-se ainda questões ligadas a variações quanto à
locação, nivelamento, apoio, etc. Ressaltando-se ainda que a contenção do corpo-
de
-
prova,
propiciada pela areia, foi suficiente para que durante todo o ensaio não ocorresse o seu
deslocamento.
Então, a partir deste método, o qual resume-se ao impacto gerado por um
determinado peso submetido à queda livre em alturas pré-fixadas, e a
Equação
1, utilizada
também por Rossignolo (2003, p.64), tornou-se possível o cálculo da energia de cada
impacto aplicado.
Ei = h . m . a
Equação
1
Onde:
E
i
= Energia de impacto (N.m ou J);
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
81
h = altura de queda (m);
m = massa da esfera (Kg);
a = aceleração da gravidade (m/s²).
Desse modo determinou-
se a resistência ao impacto através do somatório de energia
necessário ao surgimento da primeira fissura na face superior da placa. Na seqüência foi
dado prosseguimento ao ensaio, o qual foi interrompido apenas após a observação da
primeira fissura 1mm de espessura, juntamente com a determinação do seu somatório de
energia total necessário, ou ao atingir o somatório de energia igual a 123,5J, valor do
somatório geral de 21 impactos, a contar da 1° altura de queda igual a 0,20m até a ultima de
2,20m.
4.4.3.2.2
Propriedades que remetem à durabilidade
Quanto à verificação de outras propriedades, que remetem à durabilidade, dos
concretos de alto desempenho produzidos, tem-se a absorção de água por imersão;
realizada de acordo com a NBR 9778
ABNT (1987a) e com o auxílio da estufa
apresentada na
Figura
55; e a resistência à abrasão, determinada através de ensaio
desenvolvido pelo Laboratório CESP de Engenharia Civil (LCEC), com base no método
utilizado pelo Corps of Engineers , (LCEC, 1983, p.1-
6).
Figura 55
: Estufa util
izada na secagem dos corpos
-
de
-
prova
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
82
O aparelho utilizado no ensaio de resistência à abrasão é apresentado na
Figura
56,
o qual consiste numa câmara cilíndrica, onde o corpo-
de
-prova é colocado submerso e
sobre sua superfície deposita-se certo número de esferas de aço, como visualizado na
Figura
57.
Então por meio de uma pá agitadora (rotor) a água entra em constante movimento
circular que por sua vez é propagado às tais esferas. O atrito das esferas na superfície do
corpo
-
de
-prova poderá causar sua possível abrasão, a qual é verificada por meio do
desgaste percentual da massa inicial do corpo-
de
-prova, ao longo das 71 horas do ensaio,
sendo as pesagens realizadas ao fim de
10, 24, 48 e 71 horas.
Figura 56
: Aparelho de abrasão
Figura 57
: Corpo
-
de
-
prova submerso no interior do aparelho de abrasão e esferas de aço
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
83
A seguir apresenta
-
se na
Figura
58
, o esquema em corte do aparelho utilizado.
Figura 58
: Corte do aparelho para ensaio de abrasão do concreto
Fonte: LCEC (1983, p.6)
4.5
DOSAGEM DOS CONCRETOS
Visando obter um CAD com resistência à compressão, aos 28 dias de idade, acima
de 80MPa, patamar tido como conveniente, considerando-se a esbeltez e as deformações
limitantes dos elementos estruturais; e de trabalhabilidade superior a 20cm de abatimento
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
84
no tronco de cone, no intuito de possibilitar concretagens futuras através de bombeamento,
prosseguiu
-
se com o desenvolvimento da metodologia de dosagem anteriormente definida.
Devido à diversidade de eficácia dos diferentes materiais aglomerantes, o método
Aïtcin apresenta uma larga faixa de valores de relação água/aglomerante para uma mesma
resistência, onde o limite mais conservador desta faixa para a obtenção de um concreto de
80MPa esta em torno de 0,27.
Entretanto, devido ao contato anterior com outras investigações experimentais
envolvendo
este método de dosagem, dentre outras Martins et al. (2004, p.1381-1395), é
possível afirmar que mesmo tais relações mais conservadoras, dependendo dos materiais
utilizados, ainda estão aquém do necessário à obtenção das suas correspondentes
resistências,
assim optou
-
se pela relação água/aglomerante de 0,25.
A sílica ativa na forma densificada foi empregada em todos os traços como parte do
material aglomerante, sendo adicionada na porcentagem de 8% da massa total do material
aglomerante, teor o qual esta dentro da faixa usual de utilização e apresenta boa relação
custo/beneficio.
Ressalvando
-se ainda que apesar da quantidade de superplastificante, nos cálculos
matemáticos deste método, basear-se em porcentagem do teor de sólidos a ser empregada,
neste trabalho optou-se pela menção mais trivial, fundamentada na porcentagem da massa
total do superplastificante (água + teor de sólidos) em relação à massa do cimento, no
entanto, considerou-se a água contida no superplastificante como parte da água de
amassamento
.
Na seqüência baseando-se na indicação de Aïtcin (2000, p.212), determinou-se à
dosagem do superplastificante por volta 80% do seu ponto de saturação, o que resultou em
1,2% do peso do cimento. Então, pôde
-
se admitir uma quantidade de água de 130 litros/
m³.
Foi considerado inicialmente 1,5% de ar incorporado e posteriormente este teor foi
confirmado por meio de ensaio, empregou-se no princípio 1100kg/m³ de brita, e então
foram feitas misturas experimentais visando correções nos teores de argamassa e agreg
ado
graúdo, resultando então na composição apresentada na
Tabela
13, sendo denominada de
composição PADRÃO.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
85
Tabela
13
: Composição PADRÃO
Materiais
Quantidade
Água
130,0 kg/m³
Cimento
47
8,4 kg/m³
Sílica Ativa
41,6 kg/m³
Areia
774,3 kg/m³
Brita
1125,0 kg/m³
Aditivo Superplastificante
5,74 kg/m³
Algumas Relações
Índices
Água/aglomerante (massa)
0,25
% Sílica Ativa/aglomerante (massa)
8,0 %
% Superplastificante/cimento (massa)
1,2 %
% graúdo/miúdo (volume)
57,3 %
% Argamassa (massa)
54,0 %
Seguindo a proposta deste programa experimental iniciou-se a implementação de
resíduos de borracha de pneu na composição padrão, os quais foram anteriormente
classificados e denominados de borra
cha fina, média e grossa.
Segundo Bignozzi e Sandrolini (2004, p.79), os resíduos de borracha de pneu devem
ser empregados em substituição ao tipo de agregado que tenha uma curva granulométrica
de maior semelhança com a sua respectiva curva. Assim, uma vez que as análises
granulométricas dos resíduos ora utilizados são mais próximos a granulometria dos
agregados miúdos, determinou-se à adição das borrachas estudados em substituição
volumétrica à parte da areia da composição padrão.
Visando observar a influência da granulometria dos resíduos de borracha de pneu
também na trabalhabilidade do CAD, a porcentagem de superplastificante foi fixada no
mesmo teor da composição padrão.
Tendo como base às porcentagens de adição de resíduos de borracha de pneu
utilizada
s por Olivares e Barluenga (2004, p.111), na implementação de traços de concreto
de alta resistência, as quais são 3%, 5% e 8% em relação ao metro cúbico, realizaram-
se
ensaios preliminares. Os quais indicaram a viabilidade da incorporação de resíduos de
borracha de pneu na composição padrão nas porcentagens de 3% e 5%, sem a necessidade
de grandes alterações.
Entretanto, constatou-se que para os concretos com 8% de resíduos de borracha
faltava argamassa para envolver o esqueleto granular, assim visando analisar composições
de características em sua maioria idênticas tal porcentagem foi excluída desta pesquisa.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
86
Então, as composições com adição de borracha foram nomeadas de composições
modificadas, variando quanto aos teores de borracha implementada e para cada teor
distinguindo
-se na classificação granulométrica da borracha utilizada, como exemplo
modificada X% classificação da borracha .
A seguir a
Tabela
14, apresenta a composição MODIFICADA 3%,
independentemente d
a granulometria de borracha utilizada.
Tabela
14
: Composição MODIFICADA 3%
Materiais
Quantidade
Água
130,0 kg/m³
Cimento
478,4 kg/m³
Sílica Ativa
41,6 kg/m³
Areia
694,6 kg/m³
Borracha
34,5 kg/m³
Brita
1125,0 kg/m³
Aditivo Su
perplastificante
5,74 kg/m³
Algumas Relações
Índices
Água/aglomerante (massa)
0,25
% Sílica Ativa/aglomerante (massa)
8,0 %
% Superplastificante/cimento (massa)
1,2 %
% borracha no m³ (volume)
3 %
% borracha/areia (volume)
11,5%
% borracha/graúdo (v
olume)
7,7%
% borracha/total agregados (volume)
4,6%
Na seqüência, a composição MODIFICADA 5%, a qual também é valida para todas
as granulometrias de borracha ora abordadas, é visualizada na
Tabela
15.
Tabela
15
: Composição MODIFICADA 5%
Materiais
Quantidade
Água
130,0 kg/m³
Cimento
478,4 kg/m³
Sílica Ativa
41,6 kg/m³
Areia
641,5 kg/m³
Borracha
57,5 kg/m³
Brita
1125,0 kg/m³
Aditivo Superplastificante
5,74 kg/m³
Algumas Relações
Ín
dices
Água/aglomerante (massa)
0,25
% Sílica Ativa/aglomerante (massa)
8,0 %
% Superplastificante/cimento (massa)
1,2 %
% borracha no m³ (volume)
5 %
% borracha/areia (volume)
20,7%
% borracha/graúdo (volume)
12,8%
% borracha/total agregados (volume
)
7,9%
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
87
Isto posto, definiu-se os traços de concretos de alto desempenho a serem elaborados
e avaliados quanto ao desempenho de resistência à compressão, como segue:
Traço composição PADRÃO;
Traço composição MODIFICADA 3 % borracha FINA;
Traço composição
MODIFICADA 3 % borracha MÉDIA;
Traço composição MODIFICADA 3 % borracha GROSSA;
Traço composição MODIFICADA 5 % borracha FINA;
Traço composição MODIFICADA 5 % borracha MÉDIA;
Traço composição MODIFICADA 5 % borracha GROSSA.
Com o intuito de enriquecer tal investigação determinou-se também a execução de
mais um traço denominado de ESPECIAL 3% borracha TOTAL, sendo destinado a
seguinte abordagem:
Traço ESPECIAL 3% borracha TOTAL
verificar o comportamento do
resíduo de borracha de pneus em sua composição granulométrica total
(98,1%), excluindo-se apenas a parcela denominada de muito grossa
(1,9%).
Para tal, as modificações deste traço especial em relação aos demais será explicitada
a seguir:
Traço ESPECIAL 3% borracha TOTAL
utilizou-se o resíduo de b
orracha
de pneu total (98,1%), excluindo-se apenas a parcela denominada de muito
grossa (1,9%), sendo feita à adição deste resíduo em substituição
volumétrica parcial, em igual proporção na areia e na brita.
Capítulo 4
Programa Experimental
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
88
Dessa forma, será indicada a composição do t
raço especial 3% borracha TOTAL, na
Tabela
16.
Tabela
16
: Traço ESPECIAL 3% borracha TOTAL
Materiais
Quantidade
Água
130,0 kg/m³
Cimento
478,4 kg/m³
Sílica Ativa
41,6 kg/m³
Areia
734,5
kg/m³
Borracha
34,5 kg/m³
Brita
1081,8 kg/m³
Aditivo Superplastificante
5,74 kg/m³
Algumas Relações
Índices
Água/aglomerante (massa)
0,25
% Sílica Ativa/aglomerante (massa)
8,0 %
% Superplastificante/cimento (massa)
1,2 %
% borracha no m³ (volume)
3 %
% borracha/areia (volume)
10,8%
% borracha/graúdo (volume)
8,0%
% borracha/total agregados (volume)
4,6%
Na seqüência apresentam-se as performances e análises, quanto a trabalhabilidade e
resistência à compressão, do conjunto de traços determinad
os anteriormente, visando dentre
outras constatações a definição da melhor composição com borracha para posterior
investigação de maior magnitude juntamente com o traço padrão.
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
89
5.
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
5.1
PERFORMANCE, QUANTO A RESISTÊNCIA À COM
PRESSÃO
E TRABALHABILIDADE, DOS TRAÇOS
5.1.1
Resistência à Compressão
Visando proporcionar uma melhor condição de comparação visual entre os diversos
traços elaborados a
Figura
59, apresenta em conjunto a evolução da resistência à
compressão para todos os traços, sendo que cada valor apontado é resultado da média de
três corpos
-
de
-
prova..
Figura 59
: Evolução da resistência à compressão de diversos traços elaborados
Observando a
Figura
59
, pode
-se notar que:
O traço padrão atendeu à expectativa de dosagem quanto à elaboração de
um CAD que extrapolasse os 80 MPa de resistência à compressão aos 28
dias;
Evolução da Resistência à Compressão
85,3
78,5
70,0
87,5
65,5
60,7
54,2
69,4
51,4
48,8
52,6
56,0
67,8
54,6
59,2
70,9
50,2
47,7
58,7
61,8
68,2
64,7
54,2
55,1
47,9
44,9
49,0
51,6
63,2
53,0
66,7
56,5
40
50
60
70
80
90
0 7
14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91
Idade (dias)
Resistência à Compressão (MPa)
Padrão
Modificado 3% B.fina
Modificado 5% B.fina
Modificado 3% B.média
Modificado 5% B.média
Modificado 3% B.grossa
Modificado 5% B.grossa
Especial 3% B. Total
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
90
Como era previsto pela revisão bibliográfica ocorreu a diminuição da
resistência à compressão com a implementação da borracha, haja visto que
os traços com adição de 5% de borracha apresentaram menores valores de
resistência à compressão em comparação aos valores obtidos para os traços
com 3% de adição, os quais por sua vez foram inferiores àqueles do traço
padrão;
De modo geral, a porcentagem de redução de resistência à compressão
observada na nos traços com adição de 3% de borracha em relação ao traço
padrão, está em torno de 20% a 25%. Entretanto os valores indicativos da
resistência à compressão para tais traços são sem dúvidas pertencentes ao
grupo de concretos de alto desempenho;
Em contrapartida a esta redução de resistência à compressão, logo em
primeiro plano, foi possível observar , em relação ao traço padrão, a
redução da fragilidade no comportamento de ruptura em todos os traços do
grupo modificado ou especial, ou seja, com adição de borracha. Visando
ilustrar tal fato a
Figura
60 apresenta um corpo-
de
-prova típico do traço
padrão após ter sido ensaiado à compressão, enquanto um outro corpo-
de
-
prova, visualizado na
Figura
61, representa de forma característica as
rupturas obtidas para os traços com adição de borracha, n
o caso 3%;
Figura 60
: Típico corpo
-
de
-
prova do traço padrão rompido à compressão (7dias)
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
91
Figura 61
: Típico corpo
-
de
-
prova dos traços com adição de borracha rompido à compressão (7di
as)
Para todos os traços elaborados as rupturas foram do tipo transgranular, ou
seja, a ruptura atravessou os agregados graúdos;
Os concretos de alto desempenho pertencentes aos traços denominados de
modificado 3%, apresentaram valores de resistência à compressão bastante
próximos, independentemente da granulometria de borracha empregada;
Quanto aos concretos de alto desempenho pertencentes aos traços
denominados de modificado 5%, demonstraram uma maior tendência de
distinção devido a granulometria de borr
acha empregada;
Contudo, tanto os traços das composições modificada 3% quanto àqueles da
modificada 5%, apresentam a mesma seqüência, considerando-se a ordem
crescente de valores médios de resistência à compressão, quanto as
granulometrias das borrachas: g
rossa, fina e média;
Destaca
-se dentre os traços com adição de 5% de borracha, àquele com
borracha média, o qual foi o único a apresentar um significante aumento de
resistência à compressão, em especial, entre o sétimo e o vigésimo oitavo
dia;
Baseando
-
se
nos resultados referentes ao traço especial 3% borracha total,
apesar de inferiores aos traços modificado 3%, demonstram a viabilidade da
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
92
utilização do resíduo de borracha de pneus, quase que integralmente, ou seja
98,1%.
Todos os traços apresentaram experimentalmente teor de ar incorporado de 1,5%,
valor igual ao admitido no procedimento de dosagem inicial, assim não houve a
necessidade de nenhum ajuste nas composições anteriormente apresentadas.
5.1.2
Trabalhabilidade
Na seqüência a
Figura
62
apresenta em conjunto os abatimentos de tronco de cone
para os respectivos traços da
Figura
59.
Figura 62
: Trabalhabilidade de diversos traços elaborados
Analis
ando a
Figura
62
, é possível constatar que:
A trabalhabilidade do traço padrão atingiu com excelência o nível almejado
anteriormente ao processo de dosagem. Entretanto, tal propriedade mostrou-
Trabalhabilidade dos Traços Elaborados
0
5
10
15
20
25
30
Traços
Abatimento do Tronco de Cone (cm)
Padrão
Modificado 3% B.fina
Modificado 5% B.fina
Modificado 3% B.média
Modificado 5% B.média
Modificado 3% B.grossa
Modificado 5% B.grossa
Especial 3% B. Total
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
93
se afetada devido à implementação de borracha, observando-se ainda grande
influência da granulometria da borracha empregada;
Assim, dentre as diferentes granulometrias de borracha os traços com a
borracha média apresentaram a diminuição de trabalhabilidade de forma
menos pronunciada. Destacando-se que além do traço modificado 3% com
borracha média ter apresentar a melhor trabalhabilidade, dentre os demais
traços com adição de borracha, o traço modificado 5% de borracha média,
não foi superado, quanto a trabalhabilidade, por nenhum outro traço com
borracha de outra granulometria, inclusive àqueles com teores de 3%;
Os traços que apresentaram a menor trabalhabilidade foram àqueles com
adição de borracha fina, considerando-se inclusive o traço especial 3% com
borracha Total;
Quanto
aos traços com borracha grossa, foi observado certa dificuldade no
acabamento final da superfície do corpo-
de
-prova justamente devido a
presença de tal borracha.
5.1.3
Escolha do Traço com Borracha de Melhor Performance
Assim exposto, considerando-se as performances de resistência à compressão e
trabalhabilidade, procedeu-se à escolha do melhor traço de concreto de alto desempenho
com adição de borracha:
A observação da redução da fragilidade no comportamento de ruptura em
todos os traços com adição de borracha
, em relação ao traço padrão, não têm
a capacidade de determinar uma medida quantitativa da extensão de tal
redução. Analisando
-
se apenas qualitativamente, ou seja, de maneira relativa
ao traço padrão, a diminuição do comportamento frágil nos concretos de
alto
desempenho com adição de borracha, ocorreu indiferentemente para os
concretos adicionados em 3% ou 5% de borracha. Assim devido as maiores
resistências à compressão optou
-
se pelos concretos com 3% de borracha;
Dentre os traços de concretos de alto desempenho adicionados de 3% de
borracha, àquele constituído pela borracha média demonstrou superioridade
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
94
quanto sua trabalhabilidade, e ainda excelentes evoluções de resistência à
compressão independentemente da porcentagem analisada, assim definiu-
se
então
a escolha do traço modificado 3% com borracha média, o qual
juntamente com o traço padrão será novamente elaborado, agora em maior
volume, para uma investigação de maior abrangência.
Entretanto, uma vez que a dosagem do superplastificante utilizada já está próxima
do ponto de saturação, é válido lembrar que dentre outras possibilidades ao combate da má
trabalhabilidade, observado para alguns tipos de granulometria de borracha, poderiam ser
experimentados ligeiros aumentos na relação água/aglomerante, como por exemplo sua
elevação a 0,28 ou 0,30, contudo, verificando sempre o desempenho quanto à resistência à
compressão.
Com o intuito único de simplificar a menção ao traço padrão e ao traço modificado
3% borracha média, no decorrer da apresentação dos demais resultados, estes serão
referenciados como CAD e CAD com Borracha. Ressalta-se ainda a opção pela exposição
novamente dos resultados dos ensaios no estado fresco e de resistência à compressão,
referentes as betonadas subseqüentes, visando demonstrar a reprodutibilidade dos traços
executados.
5.2
AVALIAÇÃO DO CAD E CAD COM BORRACHA NO ESTADO
FRESCO E ENDURECIDO
5.2.1
Propriedades no Estado Fresco
O abatimento do tronco de cone foi de 24cm para o CAD, e de 20cm para o CAD
com Borracha. Assim tem
-
se atendidos os anse
ios quanto ao bom comportamento reológico
do concreto fresco.
Os valores de ar incorporados encontrados, tanto para o CAD quanto para o CAD
com Borracha, foram iguais a 1,5%.
Os valores de massa específica no estado fresco foram de 2547Kg/m³ para o CAD e
de 2498Kg/m³ para o CAD com Borracha. A redução de apenas 2% da massa específica do
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
95
CAD com Borracha, em relação ao CAD, esta ligada ao relativamente pequeno teor de
borracha empregada, somente 3% do metro cúbico.
Os valores de temperatura dos concretos de alto desempenho após o amassamento
resultaram em 28,2°C e 27,8°C, respectivamente, para o CAD e para o CAD com Borracha.
Ainda quanto à performance no estado fresco, o aspecto de teor de argamassa e a
facilidade de acabamento da superfície, tanto para o CAD quanto para o CAD com
Borracha, mostraram
-
se em níveis ótimos.
5.2.2
Resistência à Compressão
A evolução da resistência à compressão para o CAD e do CAD com Borracha pode
ser visualizada na
Figura
63
, onde cada valor representa a média de três corpos
-
de
-
prova.
Figura 63
: Evolução da resistência à compressão do CAD e do CAD com Borracha
Analisando a
Figura
63, verifica-se a superioridade dos valores de resistência à
compressão do CAD em relação ao CAD com Borracha, contudo, destaca-se a ascendente
taxa de aumento de resistência à compressão do CAD com Borracha, contribuindo assim
para reduzir o gradiente entre os valores de resistência à compressão, destes concretos de
alto desempenho, para 12%, aos 91 dias de idade.
Evolução da Resistência à Compressão
78,0
67,8
86,2
88,9
78,1
72,3
57,2
54,5
0
20
40
60
80
100
0 7
14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91
Idade (dias)
Resistência à Compressão (MPa)
CAD
CAD c/ Borracha
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
96
Na seqüência apresentam-se, corpos-
de
-prova de CAD e do CAD com Borracha,
após serem submetidos a ensaio de resistência à compressão, respectivamente ,na
Figura
64
e na
Figura
65 aos 3 dias, na
Figura
66 e
Figura
67aos 7 dias, na
Figura
68 e
Figura
69 aos
28dias e na
Figura
70 e
Figura
71 aos 91 dias de idade. Observando estas figuras tem-
se
uma idéia do comportamento característico de ruptura apresentado pelo CAD e pelo CAD
com Borracha.
Figura 64
: Corpo
-
de
-
prova de CAD rompido à compressão (3 dias)
Figura 65
: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Bor
racha rompido à compressão (3 dias)
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
97
Figura 66
: Corpo
-
de
-
prova de CAD rompido à compressão (7 dias)
Figura 67
: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha rompido à compressão (7 dias)
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
98
Figura 68
: Corpo
-
de
-
prova de CAD rompido à compressão (28 dias)
Figura 69
: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha rompido à compressão (28 dias)
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
99
Figura 70
: Corpo
-
de
-
prova de CAD rompido à compressão (91 dias)
Figura 71
: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha rompido à compressão (91 dias)
De maneira geral ao observar a coletânea de figuras referentes às ru
pturas
apresentadas pelo CAD e CAD com Borracha (
Figura
64 a
Figura
71), ressalta se a
configuração dos corpos-
de
-prova de CAD com Borracha, que apesar de rompidos à
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
100
tensõe
s menos elevadas tiveram uma maior dilatação volumétrica e mantiveram quase toda
sua integridade, como se estivessem sob efeito de confinamento .
A ruptura do CAD com Borracha é comparável à ruptura de corpos-
de
-prova de
concretos convencionais, os quais apesar de terem menores capacidades de resistência à
compressão não apresentam ruptura frágil como os concretos de alto desempenho, a qual
pode ser notada também nos corpos
-
de
-
prova de CAD rompidos, ora expostos.
Em especial cita-se o contraste entre o corpo-
de
-prova de CAD, apresentado na
Figura
66, o qual praticamente explodiu fragmentando-se em n pedaços, e o corpo-
de
-
prova de CAD com Borracha, constante da
Figura
71, o qual preservou em parte seu
contorno inicial; lembrando ainda que apesar de serem ensaiados em diferentes idades
apresentaram um mesmo patamar de resistência à compressão, cerca de 78MPa; este
comportamento indica uma maior capacidade de absorção de energia por parte do CAD
com Borracha.
5.2.3
Módulo de Elasticidade
Observa
-se na
Figura
72
, a evolução do módulo de elasticidade do CAD e do CAD
com Borracha, onde cada valor apontado é resultado da média de três corpos
-de-
prova.
Figura 72
: Módulo de elasticidade do CAD e do CAD com Borracha
Evolução do Módulo de Elasticidade
57,4
56,5
53,3
55,2
46,4
48,3
49,4
51,9
0
10
20
30
40
50
60
70
0 7
14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91
Idade (dias)
Módulo de Elasticidade (GPa)
CAD
CAD c/ Borracha
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
101
Analisando os resultados expostos na
Figura
72, verifica-se que a taxa de
crescimento do módulo de elasticidade foi da mesma ordem tanto para o CAD quanto para
o CAD com Borracha, ao longo das idades avaliadas, onde os valores obtidos para o CAD
com borracha foram reduzidos da ordem de 12%.
5.2.4
Módulo Unitário
Na
Figura
73
encontr
am
-se os módulos unitário do CAD e do CAD com Borracha,
sendo tal grandeza a relação entre os módulos de elasticidade e as respectivas resistências à
compressão.
Figura 73
: Módulo unitário do CAD e do CAD com Borracha
Através da análise da
Figura
73 é possível constatar a superioridade dos valores dos
módulos unitário para o CAD com Borracha, em relação ao CAD, o que demonstra a maior
capacidade de absorção de energia, ou seja tenacidade,
do CAD com Borracha.
Analisando a idade de 7 dias, onde se nota o maior contraste entre os valores de
módulo unitário do CAD com Borracha em relação do CAD, sua superioridade chega a
20%.
Módulo Unitário
646
655
786
708
851
844
683
665
600
700
800
900
0 7
14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91
Idade (dias)
Módulo de Elasticidade /
Resistência à Compressão (MPa)
CAD
CAD c/ Borracha
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
102
5.2.5
Resistência à Tração por Compressão Diametral
Os resultados de tra
ção por compressão diametral do CAD e do CAD com Borracha
são apresentados na
Figura
74, onde cada valor condiz com a média de três corpos-
de
-
prova.
Figura 74
: Resistência à tração do CAD
e do CAD com Borracha
Analisando a
Figura
74, nota-se que a resistência à tração do CAD em relação a sua
resistência à compressão é sempre inferior aos 10%, entretanto para o CAD com Borracha
esta relação varia de 9,7% a 12,6%. Ressalta-se ainda, que nas primeiras idades, as quais
por muitas vezes são as mais críticas, a diferença entre os valores de resistência a tração do
CAD com Borracha e de CAD gira em torno de 6,3% a 4%.
Os corpos
-
de
-
prova de CAD, como é com
um após o término do ensaio de tração por
compressão axial, apresentaram-se repartidos ao meio, como ilustra a
Figura
75. Contudo,
os corpos-
de
-prova de CAD com Borracha, ao fim do ensaio, apresentaram uma fissuraç
ão
reduzida, sendo necessário o uso de uma cunha e martelo para propiciar sua efetiva divisão,
como pode ser notado na
Figura
76.
Evolução da Resistência à Tração
8,7
8,0
6,3
7,5
5,9
7,2
7,4
7,6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 7
14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91
Idade (dias)
Resistência à Tração por
Compressão Diametral (MPa)
CAD
CAD c/ Borracha
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
103
Figura 75
: Corpo
-
de
-
prova de CAD após o ensa
io de tração
Figura 76
: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha após o ensaio de tração
Na seqüência destaca-se na
Figura
77
, que apesar de uma considerável deformação
ter sido imposta ao corpo-
de
-prova de CAD com Borracha, este ainda não esta totalmente
separado. Li et al (2004, p.308) ao observar este comportamento, em concretos
convencionais com adição de resíduos de borracha de pneus e resistência à compressão
inferior a 25 MPa, já destaca o grande potencial destes na elaboração de estruturas de
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
104
absorção de impactos, barreiras sonoras, muros de contenção e pavimentos estruturais,
desde que a resistência seja apropriada, questão a qual está sendo investigada no CAD com
Borracha o
ra estudado.
Figura 77
: Detalhe do procedimento de abertura do corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha
Então a
Figura
78, mostra em detalhe os resíduos de borracha de pneu que
efetiva
mente estavam contribuindo para a integridade do corpo-
de
-prova, onde estão
demarcados alguns dos resíduos os quais foram rompidos ou arrancados.
Figura 78
: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha após abertura
5.2.6
Resistência ao
Impacto
Os resultados obtidos de resistência ao impacto do CAD e do CAD com Borracha
podem ser visualizados na
Tabela
17, onde os valores apresentados são provenientes da
média de quatro corpos
-
de
-
prova.
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
105
Tabela
17
: Análise dos resultados de resistência ao impacto
Análise dos Resultados de Resistência ao Impacto do CAD e do CAD com Borracha
1° Fissura Observada
Última Fissura Observada
Traço
Idade
(dias)
Impacto
N°
Altura
d
e
queda
(m)
Resistência
ao
Impacto
(J)
Largura
(mm)
Impacto
N°
Altura
de
queda
(m)
Somatório
de energia
(J)
Largura
(mm)
Observações
CAD
7
15
1,60
66,2
0,1
16
1,70
74,5
2
Seccionamento
total
CAD c/
Borracha
7
17
1,80
83,3
0,1
21
2,20
123,5
0,5
Não secionou
CAD
28
17
1,80
83,3
0,1
18
1,9
92,6
1
Seccionamento
total
CAD c/
Borracha
28
18
1,90
92,6
0,1
21
2,20
123,5
0,5
Não secionou
Analisando os dados expostos na
Tabela
17, verifica-se que foram necessários
menor número de impactos, e conseqüentemente menor energia, para a observação da
primeira fissura do CAD, ilustrada na
Figura
79, em relação à fissura inicial do CAD com
Borracha, apresentada na
Figura
80.
Figura 79
: 1° fissura (0,1mm) em uma das placas de CAD
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
106
Figura 80
: 1° fissura (0,1mm) em uma das placas de CAD com Borracha
Destaca
-se ainda que a resistência ao impacto, energia necessária para obter-se a
primeira fissura, no caso do CAD com Borracha foi de 11% a 26% maior, variando de
acordo com a idade do ensaio, do que àquelas necessárias aos corpos
-
de
-
prova de CAD.
Noutro enfoque, destaca-se ainda que ao examinar a evolução da primeira fissura
até a última observada pôde-se constatar em todos os casos que:
para o CAD à aplicação de um único impacto subseqüente à primeira fissura
determinou o aumento da abertura desta à no mínimo 1mm, como pode ser
visualizado na
Figura
81, e resultou ainda no seccionamento total do corpo-
de
-
prova, apresentado na
Figura
82;
Figura 81
: Última fissura observada (1mm)
em uma das placas de CAD
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
107
Figura 82
: Placa de CAD ao fim do ensaio
para o CAD com Borracha à aplicação de alguns impactos subseqüentes à
primeira fissura, até o limite estipulado pela altura de 2,20m, resultou tão
some
nte no aumento da abertura da fissura à no máximo 0,5mm,
representada na
Figura
83, e além disso não acarretou no seccionamento do
corpo
-
de
-
prova, o qual pode ser visualizado na
Figura
84
e
Figura
85;
Figura 83
: Última fissura observada (0,5mm) em uma das placas de CAD com Borracha
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
108
Figura 84
: Placa de CAD com
Borracha ao fim do ensaio, face superior
Figura 85
: Placa de CAD com Borracha ao fim do ensaio, face inferior
Ressalta
-se que o somatório de energia final aplicado aos corpos-
de
-prova de CAD
com Borracha, o qual foi incapaz de promover a abertura de fissura superior a 0,5mm, foi
de 33% a 66% maior, de acordo com a idade do ensaio, em relação aos somatórios de
energia necessários ao seccionamento dos corpos
-
de
-
prova do CAD.
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
109
Na
Figura
86
, observa-se em detalhe o quadro de fissuração induzida manualmente
no corpo-
de
-prova de CAD com Borracha, onde são destacados alguns dos resíduos que
ainda estavam contribuindo para a integridade do corpo-
de
-
prova.
Figura 86
: Placa de CAD com Borracha sendo separado manualmente
Uma observação semelhante a está foi ressaltada anteriormente por, Raghavan,
Huynh e Ferraris (1998, p.1748) que ao ensaiarem corpos-
de
-prova de argamassa com
adição de resíduos de borracha de pneu à flexão relatam: é possível verificar que após a
falha da matriz da argamassa os pedaços de borracha suportam a fissuração e previnem a
falha catastrófica do corpo-
de
-prova .
5.2.7
Absorção de Água por Imersão
Os resultados da absorção de água por imersão dos concretos de alto desempenho
deram origem a
Figura
87
, onde cada valor apontado é a média de três corpos
-
de
-
prova.
É valido relembrar que a absorção de um concreto, segundo Neville (1997b, p.486),
nã
o pode ser uma medida de qualidade do concreto, entretanto ele ressalta que concretos de
boa qualidade têm absorção bastante inferior a 10%.
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
110
Figura 87
: Absorção de água por imersão do CAD e do CAD com Borracha
Observando
-se a
Figura
87, nota-se que o CAD apresentou porcentagens de
absorção menores que o CAD com Borracha, entretanto os resultados obtidos para estes
dois concretos estão em níveis bastante reduzidos.
5.2.8
Resistência à Abrasão
De modo geral a avaliação da resistência à abrasão dos concretos não ocorre de
forma corriqueira, e quando é abordada poderá ser baseada em processos de variada
capacidade de abrasão, assim visando explicitar a ordem de grandeza da abrasão do ensaio
utiliz
ado e apresentar parâmetros para a interpretação dos resultados obtidos, são
apresentados no
Quadro
1, alguns resultados obtidos pelo LCEC ao longo dos anos de
realização deste ensaio.
Absorção de Água por Imersão
0,82
0,77
1,12
0,98
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
0 7
14 21 28
Idade (dias)
Absorção de Água por Imersão (%)
CAD
CAD c/ Borracha
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
111
Quadro
1
: Resultados de resistência à abrasão
Fontes: LCEC (1986, p.1
-
13); LCEC (1990, p.1
-
48)
Descrição
Resistência à
Compressão
28 dias
(MPa)
Desgaste a Abrasão ao
Fim das 71 horas
(%)
Corpo
-de-
prova ao
Fim das 71 horas de
Ensaio
Concreto
Convencio
nal
32,0
16,20
Concreto de
Alta
Resistência
64,6
3,19
Concreto de
Alta
Resistência c/
10 % de Sílica
Ativa
74,2
2,48
A seguir na
Figura
88, são apresentados os resultados de resistência à abrasão do
CAD
e do CAD com Borracha, através das porcentagens de perda de massa, devido ao
desgaste por abrasão, obtidas ao longo do período de ensaio, estes valores são referentes a
um único corpo
-
de
-
prova de cada concreto de alto desempenho ensaiado.
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
112
Figura 88
: Resistência à abrasão do CAD e do CAD com Borracha
Os corpos
-
de
-
prova de CAD e CAD com Borracha ao fim das 71 horas de ensaio de
abrasão são apresentados respectivamente na
Figura
89
e
Figura
90.
Figura 89
: Corpo
-
de
-
prova de CAD ao fim das 71 horas de ensaio de abrasão
Resistência à Abrasão
0,61
0,39
0,17
0,06
0,80
0,17
0,34
0,57
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 6
12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72
Tempo de Ensaio (horas)
Desgaste (%)
CAD
CAD c/ Borracha
Capítulo 5
Apresentação e Análise dos Res
ultados
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
113
Figura 90
: Corpo
-
de
-
prova de CAD com Borracha ao fim das 71
horas de ensaio de abrasão
Baseando
-se nos parâmetros citados anteriormente,
Quadro
1, pode-se observar,
tanto através do aspecto visual dos corpos-
de
-prova ao fim do ensaio quanto com base nas
porcentagens de desgaste final obtidas, 0,61% para o CAD e 0,80% para o CAD com
Borracha, que estes concretos demonstraram excelente potencial de durabilidade quando
submetidos à abrasão.
Em especial observando o concreto de alta resistência com 10% de sílica ativa,
exposto
no
Quadro
1, o qual possui o melhor índice de desgaste por abrasão do referido
quadro e mesma faixa de resistência à compressão do CAD com Borracha, ora apresentado,
destaca
-se a relevante superioridade da resistência à abrasão do CAD com Borracha, onde
seu desgaste foi três vezes menor em relação ao concreto de alta resistência citado.
Capítulo 6
Considerações Finais
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
114
6.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho teve como objetivo estudar a possibilidade da utilização de resíduos de
borracha de pneu na produção de concretos de alto desempenho, almejando-se elevados
níveis de resistência à compressão, e abordando ainda suas performances quanto à
trabalhabilidade, teor de ar incorporado, massa específica, resistência à compressão,
módulo de elasticidade, tenacidade, resistência à tração por compressão diametral,
resistência ao impacto, absorção de água por imersão e resistência à abrasão. Com base nas
performances obtidas visou-se contribuir ao desenvolvimento sustentável e ao
aprimoramento do concreto de al
to desempenho.
As conclusões expostas, a seguir, mostram-se embasadas no programa experimental
realizado. Contudo, tais conclusões não abordam as inúmeras possibilidades de
combinações de tipos, quantidades e qualidades de materiais, e técnicas de execução.
Assim se faz necessário que mais pesquisas venham ser desenvolvidas com o intuito de
enriquecer os conhecimentos sobre este novo material .
6.1
CONCLUSÕES
A escolha do cimento e superplastificante com base na fluidez da sua pasta
demonstrou ótima correlação
com a trabalhabilidade obtida na composição padrão de CAD.
As correlações propostas pelo método de dosagem utilizado, entre a relação
água/aglomerante e a resistência à compressão não estão devidamente calibradas aos
materiais ora empregados, contudo a adoção da relação água/aglomerante 0,25, ao invés de
0,27, se fez suficiente à produção de CAD com resistência à compressão, aos 28 dias, no
patamar dos 80 MPa para o traço padrão (referência).
A implementação de resíduos de borracha de pneu resulta na diminuição da
resistência à compressão do CAD. Entretanto, os valores de resistência à compressão para
concretos de alto desempenho adicionados de baixas porcentagens destes resíduos
mantiveram
-se em significativos patamares dentre os concretos de alto desempen
ho,
variando de 50MPa a 70MPa;
Tendo como base os valores de resistência à compressão, obtidos para os concretos
de alto desempenho com 3% e 5% de adição de resíduos de borracha de pneu, em linhas
Capítulo 6
Considerações Finais
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
115
gerais 50MPa e 70MPa, respectivamente, a implementação máxima destes resíduos na
produção de CAD estaria por volta de 8% do volume de um metro cúbico, pois além desta
porcentagem a faixa de valores de resistência à compressão mínima para CAD seria de
difícil obtenção.
Quanto a porcentagem de redução de resistência à compressão observada no traço
de CAD com adição de 3% de borracha, está foi de apenas 12% aos 91 dias de idade.
Com a elevação da porcentagem de resíduos de borracha de pneu no CAD, de 3%
para 5%, nota-se a influência da granulometria do resíduo de borracha empregado, nos
valores de resistência à compressão. Sendo que, entre o CAD com adição de 3% de
borracha média e o CAD com adição de 3% de borracha fina, aos 91 dias, observou
-
se uma
redução de 2,1% nos valores de resistência à compressão, no entanto para os respectivos
CAD com adição de 5% de borracha a redução foi de 9,4%.
A utilização de resíduos de borracha de pneu pertencentes a uma faixa
granulométrica mais extensa, como àquela utilizada no traço especial 3% borracha total
(todo material passante na peneira 6,3mm até o retido no fundo do peneirador), ao invés de
granulometrias mais seletas, também se mostrou viável à produção de CAD, resultando em
valor de resistência à compressão superior a 60MPa, aos 28 dias, e assim amplia-se a
possibilidade de um maior aproveitamento percentual destes resíduos, uma vez que a
granulometria em questão representa 98,1% do total do resíduo de borracha estudado.
A trabalhabilidade de concretos de alto desempenho foi afetada devido à
implementação de resíduos de borracha de pneu, e ainda sofreu significativa influência
quanto a granulometria deste resíduo. Assim em concretos de alto desempenho os resíduos
de formato granular, designados neste estudo de borracha fina, resultaram numa
trabalhabilidade significativamente menor, alterando o abatimento no tronco de cone de
24cm para 11cm, então neste enfoque deve-se evitar o seu uso, principalmente em
separado.
A diminuição da massa específica do CAD devido à adição de resíduos de borracha
de pneu, nos teores estudados, não
se fez representativa.
Os resíduos de borracha de pneu quando adicionados no CAD, não acarretaram na
alteração do teor de ar incorporado.
Capítulo 6
Considerações Finais
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
116
Os valores de módulo de elasticidade dos concretos de alto desempenho com adição
de resíduos de borracha de pneu foram reduzidos da ordem de 12% àqueles obtidos para o
CAD, no entanto podem ser considerados elevados, tendo variado de 46,4GPa a 51,9GPa,
de acordo com as idades em que foram avaliados.
O comportamento de ruptura do CAD com adição de resíduos de borracha de p
neu é
diferenciado, no que diz respeito a fragilidade apresentada pelos concretos de alto
desempenho de maneira geral. Com base na superioridade dos valores do módulo unitário
para o CAD com Borracha, até 20% maior, em relação ao CAD, demonstrou-se a maior
tenacidade do CAD com Borracha.
A resistência à tração do CAD com resíduos de borracha de pneu, em relação a sua
resistência à compressão variou de 9,7% a 12,6%, no entanto a resistência à tração do
CAD, em relação a sua resistência à compressão, foi semp
re inferior aos 10%.
Baseando
-se no parâmetro, exposto por Neville (1997b, p.486), de que concretos de
boa qualidade têm absorção bastante inferior a 10% é possível afirmar que os concretos de
alto desempenho com adição de resíduos de borracha de pneu apresentaram índices de
absorção de água por imersão significativamente baixos, perfazendo 0,98% aos 28 dias de
idade.
Comparando
-se a porcentagem de desgaste final do CAD com Borracha, quando
submetidos ao ensaio de abrasão, 0,80%, com os resultados expostos no Quadro 1, em
especial os 2,48% referentes a um concreto de alta resistência, ressalta-se a elevada
resistência à abrasão dos concretos de alto desempenho com adição de resíduos de borracha
de pneu, o que remete à sua elevada durabilidade.
De modo geral, analisando o comportamento de ruptura dos corpos-
de
-prova de
CAD com adição de resíduos de borracha de pneu, em relação àqueles de CAD, quando
submetidos à compressão, tração ou à impacto, notam-se significativas alterações. Estas
alterações demonstram a efetiva participação física dos resíduos de borracha de pneu na
contenção da falha global dos corpos-
de
-prova. Onde também se faz notório o aumento da
capacidade de absorção de energia, devido à adição de borracha de pneu no CAD.
Enfim, todas as propriedades mecânicas e àquelas relacionadas com a durabilidade,
as quais foram avaliadas atestam a viabilidade da produção de concretos de alto
desempenho com a adição de resíduos de borracha de pneu e assim concomitantemente
Capítulo 6
Considerações Finais
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
117
desencadeia
-se mais uma possibilidade real de contribuir à preservação do meio ambiente
através do aproveitamento deste resíduo.
6.2
SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS
Devida à escassez de pesquisas que enfoquem a adição de resíduos de borracha de
pneu, em especial, em concretos de alto desempenho, se faz imprescindível tal abordagem
para enumerar uma maior quantidade de dados que possam complementar os dados obtidos.
Seriam de grande valia a quantificação da tenacidade dos concretos de alto
desempenho com adição de resíduos de borracha de pneu, através da realização de ensaios
com aplicação de carga e deformação controlada.
Dentre outras investigações necessárias é imperativo a abordagem das propriedades
mecânicas do concreto de alto desempenho com adição de borracha de pneu à longo prazo.
Neste enfoque deveriam ser realizados ensaios que remetessem à sua durabilidade, quando
submetido a, por exemplo, ataque de sulfato e cloretos.
O estudo de concretos de alto desempenho com adição de borracha de pneu com
patamares médios de resistência à compressão de 50Mpa, dentre outras finalidades de
aplicação, podem ser bastante interessantes na elaboração de estruturas de absorção de
impactos e pavimentos.
Verificação da possibilidade de uso de outros aditivos minerais na elaboração de
concretos de alto desempenh
o com adição de resíduos de borracha de pneu.
Dentre inúmeras sugestões de contribuição ao meio científico, finaliza-se este texto
ressaltando a necessidade da reunião e discussão de diversos procedimentos práticos que
visam avaliar os concretos, de maneira geral, quanto à sua resistência ao impacto, para a
árdua missão da elaboração de uma norma brasileira.
Capítulo 7
Bibliografia
Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
118
7.
BIBLIOGRAFIA
7.1
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Concreto de Alto Desempenho com Adiçã
o de Resíduos de Borracha de Pneu
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YANG, H. S. et al.
Possibility of using waste tire composites reinforced with rice straw as
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-5, 2004.
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