Uso dos resíduos da construção civil para a produção de pavimento intertravado a base de concreto de cimento portland e escória

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EDMUNDO ABI-ACKEL Uso dos Resíduos da Construção Civil para a Produção de Pavimento Intertravado a Base de Concreto de Cimento Portland e Escória Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação em Construção Civil da Universidade Federal de Minas Gerais, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Construção Civil. Orientadora: Profª. Dra. Maria Teresa Paulino Aguilar Belo Horizonte Escola de Engenharia da UFMG 2009 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS ESCOLA DE ENGENHARIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CONSTRUÇÃO CIVIL Uso dos Resíduos da Construção Civil para a Produção de Pavimento Intertravado a Base de Concreto de Cimento Portland e Escória Edmundo Abi-Ackel Dissertação apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Construção Civil da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Construção Civil. Comissão Examinadora: Profª. Drª. Maria Teresa Paulino Aguilar DEMC/UFMG – (Orientadora) Profº. Dr. Abdias Magalhães Gomes DEMC/UFMG – (Co-Orientador) _______________________________ Profº. Dr. Adriano de Paula e Silva DEMC/UFMG Profª. Drª Luciana Nunes de Magalhães FEA-FUMEC Belo Horizonte, 28 de março de 2009. 2 AGRADECIMENTOS Agradeço a Santíssima Trindade pela graça da vida; À UFMG, através de seus Professores, Técnicos e Auxiliares pelo apoio para a concretização deste projeto; Ao Profº Abdias Magalhães Gomes por me “pescar” para o Mestrado; À Profª Maria Teresa Paulino Aguilar por guiar-me no caminho da incerteza e que, por fim, tornou-se amiga; A Patrícia Botelho pelo desprendimento na correção do texto; Ao Adilson dos Santos Barbosa e João Luiz Parpaiola pelo auxilio na realização dos ensaios; Ao Aldo Montresor pela amizade e abertura das portas da pesquisa em engenharia; Ao Dalter Godinho pelo carinho no ensino da arte dos pavimentos; Ao Opus Dei pelo ambiente de reflexão que me proporcionou para os estudos e a redação desta dissertação; Ao Pai José e Mãe Maria pelo amor incondicional a este “filho pródigo”. 3 Non nobis, Dómine, non nobis. Sed nómini tuo da glóriam. RESUMO A pavimentação é um dos pilares da infra-estrutura de um país. Dentre os diversos tipos de pavimentação destaca-se a intertravada, dado a sua versatilidade de uso nos mais diversos ambientes urbanos. Comumente os blocos de concreto para intertravados são fabricados com cimento e agregados. Com o crescimento das cidades a demanda por matéria prima para a construção civil, cujas jazidas de materiais ficam cada vez mais distantes dos centros consumidores, é cada vez mais expressiva. Alternativas tecnologias tornam-se importantes para contribuir com a diminuição do consumo energético dos processos de produção e com uso racional dos recursos naturais. Construção e demolição são duas etapas do ciclo de vida das edificações em que a geração de resíduos é imperativa, dado aos processos que são comumente pouco industrializados. As escórias granuladas de alto-forno têm grande potencial de utilização. No Brasil, tem sido pouco aproveitadas, principalmente na região sudeste, dado ao modelo econômico. Visando contribuir para a produção de pisos intertravados, a presente dissertação discute a possibilidade do uso dessas escórias ativadas com hidróxido de sódio e de resíduos de construção e demolição como uma alternativa à redução do consumo de cimento Portland e agregados. As características dos concretos estudados são discutidas, tendo como ênfase a resistência a compressão, o módulo de elasticidade e a absorção. Palavras-chave: resíduos de construção civil, blocos de concreto, pavimento intertravado, escória de alto-forno. 5 ABSTRACT Construction and demolition are two steps where the generation of waste is imperative, given the low industrialized processes. Due to the growth of cities, the demand for raw materials is becoming more expressive and their deposits more distant from consumer centers. Consequently there is an increase in the generation of rubble and storage areas. The granulated slag of blast furnace in Brazil, mainly in the southeast, has had little exploitation, given the economic model, also requiring large storage yards. This dissertation discusses the possibility of these of granular slag from blast furnace activated with sodium hydroxide and construction and demolition wastes as an alternative to reduce consumption of Portland cement and aggregates to manufacture pre-fabricated pieces of concrete for interlocking paving. The use of concrete-based waste and slag is an alternative on paving, one of the pillars of the country's infrastructure. Alternative technologies become important to contribute to the reduction of energy consumption of production processes and reducing the costs of public urban streets. The characteristics of studied concretes are discussed, with emphasis on the absorption and the elasticity modulus. Key-words: residues of the civil construction, concrete interlocking pavers, slag 6 1. INTRODUÇÃO .15 2. OBJETIVOS .18 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .19 3.1 O CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND .19 3.1.1 Materiais Constituintes.19 3.1.2 Propriedades do Concreto.24 3.2 PAVIMENTO INTERTRAVADO DE CONCRETO.26 3.2.3 Concreto .29 3.2.5 Fabricação das peças de concreto para pavimento intertravado.32 3.3 Escória de Alto-Forno.34 3.4 Resíduos de Construção e Demolição.37 3.4.3 Beneficiamento do RCD .40 3.4.4 Características .43 3.4.5 Agregado de RCD.45 4. DESCRIÇÃO DOS MATERIAIS E MÉTODOS PARA OS ENSAIOS.47 4.1 Materiais .47 4.2 Método de caracterização dos agregados e concretos.48 4.2.1 Ensaio granulométrico do agregado miúdo .49 4.2.2 Ensaio granulométrico do agregado graúdo .49 4.2.3 Massa específica agregado miúdo .50 4.2.4 Massa específica e do agregado graúdo .51 4.2.5 Teor de argila em torrões e materiais friáveis .51 4.2.6 Determinação do material passante na peneira # 200.52 4.2.7 Determinação de impurezas orgânicas.53 4.2.8 Abrasão “Los Angeles”.53 4.2.9 Classificação do resíduo sólido.54 4.2.10 Método de dosagem .55 4.2.11 Confecção dos Corpos-de-prova .56 4.2.12 Resistência a compressão .57 4.2.13 Resistência a abrasão .59 7 4.2.14 Absorção .60 4.2.15 Reatividade a derivado de petróleo .60 4.2.16 Módulo de elasticidade dinâmico .61 5.1 Caracterização dos Materiais.63 5.1.6 Classificação do resíduo sólido.68 5.1.7 Ativação da escória de alto forno .68 Observação: .68 5.2 caracterização dos corpos de prova de concreto.68 5.2.1 Resistência a compressão .69 5.2.2 Desgaste por Abrasão .70 5.2.3 Massa Específica.73 5.2.4 Absorção .74 5.2.5 Ataque por derivado de Petróleo.76 5.2.6 Módulo de Elasticidade Dinâmico .76 6. CONCLUSÃO.80 7. PROPOSTAS PARA A CONTINUIDADE DA PESQUISA .82 8. BIBLIOGRAFIA.83 8 LISTA DE FIGURAS Figura 3.1 – Rua XV de Novembro na cidade de Blumenau/SC, pavimentada com peças de concreto intertravadas. Pigmentos de cor preto e vermelho foram utilizados para diferenciar trechos previamente estabelecidos em projeto (fonte Associação Brasileira de Cimento Portland).27 Figura 3.2 - Estrutura típica de um pavimento com peças de concreto intertravado HALLACK (1998).28 Figura 3.3 – Formatos típicos das peças de concreto pré-fabricadas para pavimento intertravado , desenho - SHACKEL (1990).29 Figura 3.4 - Faixa granulométrica apresentada para a fabricação de peças de concreto para a pavimentação intertravada, conforme o fabricante de equipamentos COLUMBIA (1986).32 Figura 3.5 – Um modelo de vibro-prensa instalada, com os seus componentes para a fabricação de peças pré-fabricadas de concreto, foto FIORITI et al (2007).33 Figura 3.6 - Pilha de entulho de construção e demolição. Material in natura no pátio da Usina de Beneficiamento – 040 da Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte.41 Figuras 3.7 a) e b) apresentam a pá-carregadeira posicionada após a distribuição do entulho de construção e demolição em uma “fina camada” para que sejam retirados manualmente os materiais indesejáveis e o resultado da cata manual, respectivamente. Pátio da Usina de Beneficiamento – 040 da Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte.42 Figura 3.8 - Material classificado como Classe A, pronto para ser britado e peneirado no Pátio da Usina de Beneficiamento – 040 da Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte.42 9 Figura 3.9 - Sistema beneficiamento do entulho de construção e demolição. Usina de Beneficiamento – 040 da Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte.43 Figura 4.1 – Faixa onde se procura ajustar a curva granulométrica para a dosagem de concretos destinados a fabricação de peças pré-fabricadas para pavimento intertravado desenvolvido pela Columbia Machine, Inc, Estados Unidos.55 Figura 4.2 - Equipamento desenvolvido para simular a vibro-prensa.56 Figura 4.3 - Representação de uma peça de concreto de pavimento intertravado com as dimensões de 10 cm de largura, 20 cm de comprimento e 10 cm de espessura, tendo em suas superfícies superior e inferior os discos de aço, co diâmetro de 9 cm, posicionados para o ensaio de determinação da sua resistência a compressão.58 Figura 4.4 - Representa um cilindro concreto moldado para esta dissertação, com as dimensões de 10 cm de espessura e 10 cm de diâmetro, sendo posicionadas em suas faces paralelas, superior e inferior, os discos de aço, com diâmetro de 9 cm, posicionados para o ensaio de determinação da sua resistência a compressão.58 Figura 4.5 - Perspectiva de uma peça pré-fabricada de concreto, formato de polígono com 16 lados tendo a largura de 10 cm, comprimento 10 cm e altura 10 cm. Estão posicionadas nas faces superior e inferior os discos de aço, com diâmetro de 9 cm, para o ensaio de resistência a compressão. A referida peça, com idade aproximada de 10 anos, foi conseguida na Cidade de Brumadinho/MG, onde a Prefeitura promoveu a sua fabricação e assentamento.59 A Figura 4.6 - “Máquina Amsler” para determinação do desgaste por abrasão segundo a NBR 12042 – Materiais Inorgânicos - Determinação do Desgaste por Abrasão (fonte: Laboratório de Caracterização Tecnológica de Rochas Ornamentais do CPMTC).59 Figura 4.7 - Erudite MKII Resonancy Frequency Test System, da C.N.S. Electronics, para a avaliação da freqüência natural de vibração do compósito, o coeficiente de amortecimento.61 10 Figura 5.1 – Gráfico com os resultado do ensaio a compressão dos corpos-de-prova, moldados e das peças adquiridas no mercado e na Cidade de Brumadinho, conforme NBR 9780.70 Figura 5.2 – Gráfico Desgaste por abrasão dos corpos-de-prova moldados em laboratório e das peças pré-fabricadas de concreto para pavimento intertravado, referente a um percurso de 1000 m, conforme NBR 12042 – Materiais Inorgânicos – Determinação do Desgaste por Abrasão.72 Figura 5.3 Superfície após o ensaio de abrasão do corpo-de-prova moldado com agregados de resíduos de construção e demolição. Aglutinantes: 30 % de cimento Portland CP V ARI e 70 % de escória ativada com 6% de hidróxido de sódio. Observar a presença de cerâmica vermelha e calcários. A pequena presença de agregados graúdos possivelmente está mascarada pela grande quantidade de finos presentes no agregado miúdo, originado dos resíduos.72 Figura 5.4 Superfície da peça de concreto para pavimentação intertravada adquirida no mercado, após o ensaio de abrasão. Podem ser identificados os vários agregados graúdos de natureza calcária e os agregados miúdos de origem quartzoso.73 Figura 5.5–Peça vinda de Brumadinho/MG. Identificam-se os agregados graúdos de hematita, e hematitas alteradas expostos pelo ensaio de abrasão. Os agregados graúdos são aqueles que melhor contribuem para a resistência ao desgaste.74 Figura 5.6 – Gráfico dos resultados dos ensaios para a avaliação da massa específica das amostras. A peça vinda de Brumadinho apresenta massa específica 26,6 % superior a do mercado devido ao uso de agregados graúdos de hematita.74 Figura 5.7 – resultados do ensaio de Absorção. O corpo-de-prova com escória apresentou variação de 47 % comparado àquele com uso somente de CP V ARI. 75 Figura 5.8 – Gráfico com os resultado do ensaio de compressão das amostras imersas em óleo diesel por 20 dias à temperatura ambiente.76 11 Figura 5.9 - Resultados do ensaio para a determinação do Módulo de Elasticidade Dinâmico segundo preconização da norma Standard Test Method for Fundamental Transverse, Longitudinal, and Torsional Frequencies of Concrete Specimens da American Society For Testing And Materials (ASTM-C215, 2002).79 Figura 5.10 a) resíduo de concreto, b) resíduo de cerâmica vermelha e c) brita calcária - superfícies dos agregados onde pode-se observar de forma qualitativa a porosidade de cada espécie, sob lupa com aumento de 5 x.79 12 LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 – Principais componentes do cimento Portland, TAYLOR (1997).20 Tabela 3.2 - denominação dos cimentos produzidos no Brasil, METHA (2005).20 Tabela 3.3 - Características e tolerâncias recomendadas para os agregados graúdos na fabricação de peças pré-fabricadas de concreto para pavimentação intertravada, NBR 7211.30 Tabela 3.4 - Características e enfocar la importancia de la producción mediática de los niños en su descubrimiento del mundo, sobre todo utilizando el periódico escolar y la imprenta. Asimismo las asociaciones de profesores trabajaron en esta línea e incluso la enseñanza católica se comprometió desde los años sesenta realizando trabajos originales en el marco de la corriente del Lenguaje Total. Páginas 43-48 45 Comunicar, 28, 2007 En el ámbito de los medios, también desde el principio del siglo XX hay ciertas corrientes de conexión. Pero es a lo largo de los años sesenta cuando se constituyeron asociaciones de periodistas apasionados por sus funciones de mediadores, que fomentaron la importancia ciudadana de los medios como algo cercano a los jóvenes, a los profesores y a las familias. Así se crearon la APIJ (Asociación de Prensa Información para la Juventud), la ARPEJ (Asociación Regional de Prensa y Enseñanza para la Juventud), el CIPE (Comité Interprofesional para la Prensa en la Escuela) o la APE (Asociación de Prensa y Enseñanza), todas ellas para la prensa escrita Estas asociaciones fueron precedidas por movimientos surgidos en mayo de 1968, como el CREPAC que, utilizando películas realizadas por periodistas conocidos, aclaraba temas que habían sido manipulados por una televisión demasiado próxima al poder político y realizaba encuentros con grupos de telespectadores. cipio del siglo XX, y nos han legado textos fundadores muy preciados, importantes trabajos de campo y muchos logros educativos y pedagógicos. La educación en medios ha tenido carácter de oficialidad de múltiples maneras, aunque nunca como una enseñanza global. Así la campaña «Operación Joven Telespectador Activo» (JTA), lanzada al final de los años setenta y financiada de manera interministerial para hacer reflexionar sobre las prácticas televisuales de los jóvenes, la creación del CLEMI (Centro de Educación y Medios de Comunicación) en el seno del Ministerio de Educación Nacional en 1983, la creación de la optativa «Cine-audiovisual» en los bachilleratos de humanidades de los institutos en 1984 (primer bachillerato en 1989) y múltiples referencias a la educación de la imagen, de la prensa, de Internet. La forma más visible y rápida de evaluar el lugar de la educación en medios es valorar el lugar que se le ha reservado en los libros de texto del sistema educa- 2. Construir la educación en los medios sin nombrarla El lugar que ocupa la edu- La denominación «educación en medios», que debería cación en los medios es muy ambiguo, aunque las cosas están cambiando recientemente. entenderse como un concepto integrador que reagrupase todos los medios presentes y futuros, es a menudo percibida En principio, en Francia, co- por los «tradicionalistas de la cultura» como una tendencia mo en muchos otros países, la educación en los medios no es hacia la masificación y la pérdida de la calidad. una disciplina escolar a tiempo completo, sino que se ha ido conformado progresivamente a través de experiencias y reflexiones teóricas que han tivo en Francia. Una inmersión sistemática nos permi- permitido implantar interesantes actividades de carác- te constatar que los textos oficiales acogen numerosos ter puntual. Se ha ganado poco a poco el reconoci- ejemplos, citas, sin delimitarla con precisión. miento de la institución educativa y la comunidad es- colar. Podemos decir que ha conquistado un «lugar», 3. ¿Por qué la escuela ha necesitado casi un siglo en el ámbito de la enseñanza transversal entre las dis- para oficilializar lo que cotidianamente se hacía en ciplinas existentes. ella? Sin embargo, la escuela no está sola en esta aspi- Primero, porque las prácticas de educación en me- ración, porque el trabajo en medios es valorado igual- dios han existido antes de ser nombradas así. Recor- mente por el Ministerio de Cultura (campañas de foto- demos que no fue hasta 1973 cuando aparece este grafía, la llamada «Operación Escuelas», presencia de término y que su definición se debe a los expertos del colegios e institutos en el cine ), así como el Minis- Consejo Internacional del Cine y de la Televisión, que terio de la Juventud y Deportes que ha emprendido en el seno de la UNESCO, definen de esta forma: numerosas iniciativas. «Por educación en medios conviene entender el estu- Así, esta presencia de la educación en los medios dio, la enseñanza, el aprendizaje de los medios moder- no ha sido oficial. ¡La educación de los medios no apa- nos de comunicación y de expresión que forman parte rece oficialmente como tal en los textos de la escuela de un dominio específico y autónomo de conocimien- francesa hasta 2006! tos en la teoría y la práctica pedagógicas, a diferencia Este hecho no nos puede dejar de sorprender ya de su utilización como auxiliar para la enseñanza y el que las experiencias se han multiplicado desde el prin- aprendizaje en otros dominios de conocimientos tales Páginas 43-48 46 Comunicar, 28, 2007 como los de matemáticas, ciencias y geografía». A pe- mente en todas las asignaturas. Incluso los nuevos cu- sar de que esta definición ha servido para otorgarle un rrículos de materias científicas en 2006 para los alum- reconocimiento real, los debates sobre lo que abarca y nos de 11 a 18 años hacen referencia a la necesidad no, no están totalmente extinguidos. de trabajar sobre la información científica y técnica y En segundo lugar, porque si bien a la escuela fran- el uso de las imágenes que nacen de ella. cesa le gusta la innovación, después duda mucho en Desde junio de 2006, aparece oficialmente el tér- reflejar y sancionar estas prácticas innovadoras en sus mino «educación en medios» al publicar el Ministerio textos oficiales. Nos encontramos con una tradición de Educación los nuevos contenidos mínimos y las sólidamente fundada sobre una transmisión de conoci- competencias que deben adquirir los jóvenes al salir mientos muy estructurados, organizados en disciplinas del sistema educativo. escolares que se dedican la mayor parte a transmitir Este documento pretende averiguar cuáles son los conocimientos teóricos. La pedagogía es a menudo se- conocimientos y las competencias indispensables que cundaria, aunque los profesores disfrutan de una ver- deben dominar para terminar con éxito su escolaridad, dadera libertad pedagógica en sus clases. El trabajo seguir su formación y construir su futuro personal y crítico sobre los medios que estaba aún en elaboración profesional. Siete competencias diferentes han sido te- necesitaba este empuje para hacerse oficial. nidas en cuenta y en cada una de ellas, el trabajo con Aunque el trabajo de educación en los medios no los medios es reconocido frecuentemente. Para citar esté reconocido como disciplina, no está ausente de un ejemplo, la competencia sobre el dominio de la len- gua francesa definen las capa- cidades para expresarse oral- La metodología elaborada en el marco de la educación en mente que pueden adquirirse con la utilización de la radio e, medios parece incluso permitir la inclinación de la sociedad incluso, se propone fomentar de la información hacia una sociedad del conocimiento, como defiende la UNESCO. En Francia, se necesitaría unir el interés por la lectura a través de la lectura de la prensa. La educación en los medios las fuerzas dispersas en función de los soportes mediáticos y orientarse más hacia la educación en medios que al dominio adquiere pleno derecho y entidad en la sección sexta titulada «competencias sociales y cívi- técnico de los aparatos. cas» que indica que «los alum- nos deberán ser capaces de juz- gar y tendrán espíritu crítico, lo que supone ser educados en los las programaciones oficiales, ya que, a lo largo de un medios y tener conciencia de su lugar y de su influencia estudio de los textos, los documentalistas del CLEMI en la sociedad». han podido señalar más de una centena de referencias a la educación de los medios en el seno de disciplinas 4. Un entorno positivo como el francés, la historia, la geografía, las lenguas, Si nos atenemos a las cifras, el panorama de la las artes plásticas : trabajos sobre las portadas de educación en medios es muy positivo. Una gran ope- prensa, reflexiones sobre temas mediáticos, análisis de ración de visibilidad como la «Semana de la prensa y publicidad, análisis de imágenes desde todos los ángu- de los medios en la escuela», coordinada por el CLE- los, reflexión sobre las noticias en los países europeos, MI, confirma año tras año, después de 17 convocato- información y opinión rias, el atractivo que ejerce sobre los profesores y los Esta presencia se constata desde la escuela mater- alumnos. Concebida como una gran operación de nal (2 a 6 años) donde, por ejemplo, se le pregunta a complementariedad (2000) Structure and mechanism of the aberrant ba3-cytochrome c oxidase from Thermus thermophilus. EMBO J 19: 1766–1776. 9. Hunsicker-Wang LM, Pacoma RL, Chen Y, Fee JA, Stout CD (2005) A novel cryoprotection scheme for enhancing the diffraction of crystals of recombinant cytochrome ba3 oxidase from Thermus thermophilus. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 61: 340–343. 10. 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