AvaliaçÃo das propriedades físicos-mecânicas de concretos com pet e areia de britagem



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AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS DE CONCRETOS COM PET E AREIA DE BRITAGEM
J. L. S. AQUINO (1), C. R. S. MORAIS (2)
lourenco.aquino@hotmail.com
Doutorando em Engenharia de Processos - UFCG (1), Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais e Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos - UFCG (2)
RESUMO
A prática da sustentabilidade na construção civil ocupa crescente posição de destaque em vista a preservação do meio ambiente. Considerando os impactos ambientais provocados pela geração de resíduos, propõe-se o uso de flaks de garrafas PET e areia de britagem em subtituição parcial à areia convencionalmente usada em concretos. O trabalho teve como objetivo formular diversas composições de concretos com traços 1:3 e 1:4, com fatores água/cimento variados, e teores de 5, 10, 15 e 20% de resíduos de PET e pós de brita. As matérias-primas foram caracterizadas através de ensaios físico-químicos. As formulações foram submetidas a ensaios de abatimento e no concreto endurecido foram realizados ensaios de: absorção, índice de vazios e resistência à compressão simples com cura de 7 e 28 dias. A análise granulométrica possibilitou o cálculo do módulo de finura, que foi de 1,50; 3,25 e 0,64 para o areia de britagem, brita e PET, respectivamente. Observou-se diminuição da resistência com o aumento do teor de PET no compósito, contudo, em alguns traços os valores apontam a possibilidade do uso deste concreto em elementos estruturais.
Palavras-chave: areia de britagem, PET, concreto, resistência à compressão simples

INTRODUÇÃO
A reciclagem de resíduos pela indústria da construção civil vem se consolidando como uma prática importante para a sustentabilidade seja atenuando o impacto ambiental gerado pelo setor ou reduzindo os custos. O uso dos resíduos industriais como materiais não convencionais aplicados na construção civil tende a se ampliar gradativamente devido ao alto déficit habitacional e em decorrência do aumento dos indicadores de produção registrado em vários segmentos produtivos, como é o caso das indústrias de plásticos e das mineradoras, que geram grandes quantidades de resíduos. O segmento de agregados minerais para a construção civil, areia e brita, atingiu em 2008 a produção respectivamente de 300 e 234 milhões de toneladas(1).

No panorama internacional, a produção de plástico cresceu de 1,7 milhão de toneladas em 1950 para 265 milhões de toneladas em 2010, representando um crescimento de 9% ao ano. Nesse contexto o maior produtor mundial de plástico era a União Europeia até 2009, sendo ultrapassado pela China em 2010 com uma produção anual de 62,2 milhões de toneladas(2), (3).

O aumento do consumo de Politereftalato de Etileno (PET) tem gerado grandes quantidades de material de descarte que associado ao seu longo período de decomposição torna necessária e urgente a busca por meios de reutilização deste material a fim de minimizar a poluição e os impactos ambientais que o seu descarte na natureza pode provocar(4).

Atualmente a produção de plástico utiliza de 4 a 8% da produção mundial de petróleo e produz emissões de CO2, NOX e SO2. O reúso é mais natural que a reciclagem, uma vez que não requer qualquer investimento, sendo considerado por vários autores como tendo um impacto ambiental positivo(5). Do ponto de vista técnico o reúso do PET apresenta mais vantagens que a reciclagem no mesmo, pois se consome menos energia e recursos.

Com a atenção voltada para o uso responsável e economia de recursos naturais e o crescente desenvolvimento da construção civil tornou-se comum termos casas ecológicas, transpondo as barreiras da reciclagem em pauta no final do Século XX. Em vista disso, desenvolveu-se esta pesquisa experimental voltada para a redução do uso de materias-primas tradicionalmente utilizadas na produção do concreto estrutural e substituição das mesmas por resíduos de PET e areia de britagem.
MATERIAIS E MÉTODOS
Foram utilizados os materias no estudo experimental, conforme a Fig. 1, a seguir: cimento (CP II F-32) (a), areia de britagem (b), brita 0 (c) e resíduos de garrafas PET (flaks) (d).


(a)

(b)

(c)

(d)

Fig. 1 - Materiais utilizados no estudo

Na caracterização das matérias-primas verificou-se incialmente a granulometria dos agregados, segundo a norma da Associação Brasileira de normas Técnicas (ABNT) NBR NM 248/2003(6), obteve-se o módulo de finura e a dimensão máxima. Em seguida se realizou a verificação do material pulvurulento da areia de britagem de acordo com a ABNT NM 46/2003(7). Em seguida se verificou a Abrasão - “Los Ángeles” da brita, conforme a norma ABNT NBR NM 51/2001(8) e posteriormente foi determinada a densidade a granel dos agregados miúdos e graúdos e da mistura no estado solto e compactado em conformidade com a norma ABNT NBR NM 45/2006(9).

Através do método da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP)(10) foram dosados traços 1:3 e 1:4, utilizando-se fatores água/cimento 0,58 para os primeiros traços e a/c 0,64 para os segundos, com percentuais de substituição 5, 10, 15 e 20% de resíduos de PET e areia de britagem.

Os traços foram amassados com uso de betoneira, moldados corpos de prova com dimensão 10 x 20 cm com cura nas idades de 7 e 28 dias de acordo com a norma ABNT NBR 5738/2008(11).

A determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone foi realizada de acordo com a norma ABNT NBR NM 67/1998(12). A determinação da Resistência à compressão simples foi procedida em conformidade com a norma ABNT NBR 5739(13).

No concreto endurecido foram realizados os ensaios de absorção de água, índice de vazios e massa específica, de acordo com a norma ABNT NBR 9778/2009(14).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Baseados no método da ABCP foram dosados traços 1:3 e 1:4 com o objetivo de estudar o comportamento com concreto com base na substituituição parcial do agregado miúdo (areia de britagem) por PET (flaks). Primeiramente procedeu-se a caracterização dos agregados com base nas normas da ABNT conforme a Tab. 1.

Tab. 1 – Caracterização dos agregados







Brita 0

(B0)


Areia de

britagem


(Ab)

PET

(flaks)


Mistura

B0 / Ab


Unidade

ABNT

Dimensão máxima

9,5

4,75

1,18

-

mm

NM 248

Módulo de finura

3,27

1,50

0,64

-

mm

NM 248

Ensaio “Los Àngeles”

45,2

-

-

-

%

NM 51

Massa unitária solta

1338

1548

629

1629

kg/m3

NM 45

Massa unitária compactada

1436

1707

768

1782

kg/m3

NM 45

Composição da Mistura










42 / 58

%

NM 45

Material pulvurulento




11







%

NM 46

Pesquisa: Direta
Após a caracterização dos agregados preparou-se traços 1:3 e 1:4 com teores de 5, 10, 15 e 20% de resíduos de PET, areia de britagem e brita 0, com o objetivo voltado para a classificação da empregabilidade do concreto obtido, haja vista tratar-se de um compósito de comportamento pouco estudado. Os resultados estão apresentados na Tab. 2.
Tab. 2 – Traço unitário, abatimento e resistência à compressão simples


Traço

PET

%


Traço unitário

1 : (a) : (b) : (c) : (a/c)



Abati-

mento


(mm)

Resistência à Compressão Simples

7 dias

28 dias

Média

(MPa)


Desvio

padrão


Média

(MPa)


Desvio

padrão


1:3

Ref

1 : 1,740 : 1,260 : 0,000 : 0,58

130

22,9

0,472

28,4

0,803

5

1 : 1,653 : 1,260 : 0,087 : 0,58

210

19,1

1,375

26,2

0,505

10

1 : 1,566 : 1,260 : 0,174 : 0,58

140

17,6

0,288

25,5

0,753

15

1 : 1,479 : 1,260 : 0,261 : 0,58

120

17,3

0,144

22,6

0,382

20

1 : 1,392 : 1,260 : 0,348 : 0,58

70

16,2

0,250

21,9

0,249

1:4

Ref

1 : 2,320 : 1,680 : 0,000 : 0,64

100

20,6

1,442

24,3

1,939

5

1 : 2,204 : 1,680 : 0,116 : 0,64

140

17,3

0,629

21,5

1,088

10

1 : 2,088 : 1,680 : 0,232 : 0,64

50

16,3

1,442

20,6

0,544

15

1 : 1,972 : 1,680 : 0,338 : 0,64

45

16,0

0,499

19,6

0,628

20

1 : 1,856 : 1,680 : 0,464 : 0,64

40

13,2

0,763

17,7

0,865

Pesquisa: Direta

Legenda: água/cimento (a/c); Referência (Ref); Traço: cimento (1) : areia de britagem (a) : brita 0 (b) : PET (c) : a/c


Quanto à consistência pelo abatimento do tronco de cone o traço 1:3 apresenta concreto de consistência que varia de média para fluida, podendo ser empregado em fundações, tubulações, paredes grossas, vigas, lajes e paredes finas com a utilização de percentual de substituição PET 20%.

Observa-se no traço 1:3 que o compósito obtido apresenta resistência compatível com aplicações em concreto esturutral simples, enquanto que no traço 1:4 esta característica só foi satisfatória para os percentuais de PET de até 10%.

Para o traço 1:4 o concreto de percentual de substituição de 10 a 20% de PET pode ser aplicado em pavimentos e obras maciças.

As tabelas 3 e 4 apresentam o resultado de absorção de água do concreto endurecido e o índice de vazios dos traços 1:3 e 1:4, cura com 7 e 28 dias, concreto de referência (Ref.) e o concreto com substituição de PET: 5%, 10%, 15% e 20%.


Tab. 3 – Absorção de água do concreto endurecido


PET

Traço

Dias

a/c

Ref.

5%

10%

15%

20%

1:3

7

0,58

8,11

9,08

9,48

9,19

9,97

28

7,60

9,23

8,43

8,82

9,32

1:4

7

0,64

7,86

9,43

8,64

9,34

10,14

28

6,87

7,62

7,56

7,93

8,75

Pesquisa: Direta























Tab. 4 - Índice de vazios do concreto endurecido


PET

Traço

Dias

a/c

Ref.

5%

10%

15%

20%

1:3

7

0,58

18,18

19,62

19,27

19,13

20,46

28

15,80

16,72

15,61

16,07

19,05

1:4

7

0,64

18,11

20,35

17,59

19,32

20,68

28

15,69

16,52

16,18

16,20

19,15

Pesquisa: Direta
O concreto endurecido quanto à absorção de água e o índice de vazios, conforme a Tabela 3 e 4, apresentaram discreto aumento com o percentual de PET e diminuição com a idade de 28 dias. O incremento de PET provavelmente favoreceu a absorção de água e o índice de vazios.

A tabela 5 apresenta o resultado da massa específica do concreto endurecido dos traços 1:3 e 1:4, cura de 7 e 28 dias, concreto de referência (Ref.) e o concreto com substituição de PET: 5%, 10%, 15% e 20%.


Tab. 5 - Massa específica do concreto endurecido


PET

Traço

Dias

a/c

Ref.

5%

10%

15%

20%

1:3

7

0,58

2,15

2,06

2,10

1,99

1,96

28

2,00

1,73

1,78

1,74

1,95

1:4

7

0,64

2,21

2,06

1,96

1,98

1,95

28

2,18

2,08

2,07

1,97

2,10

Pesquisa: Direta
Com o aumento do percentual de PET na composição dos concretos, observou-se uma diminuição na massa específica em virtude do acréscimo do mesmo, tendo em vista que o PET possui massa unitária menor que a areia de britagem, conforme apresentado na Tab. 1.

CONCLUSÕES
O estudo do comportamento de concreto com uso de flaks de garrafas PET e areia de britagem como agregado miúdo, a analise das propriedades obtidas indicam a possibilidade do emprego deste concreto em fundações, tubulações, paredes grossas, vigas, lajes e paredes finas com a utilização de percentual de substituição PET 20% em traços 1:3 e ainda o emprego em pavimentos e obras maciças com percentual de substituição PET de 10 a 20% em traços 1:4.

Observou-se ainda que com a substituição da areia de britagem por PET ocorreu um decréscimo no abatimento provavelmente relacionado ao seu modo de finura. Este estudo mostra que o uso de PET descartado como agregado ao concreto possibilita além do cumprimento de uma ação social do reaproveitamento de algo normalmente descartado, possibilitando uma relativa economia de areia, haja vista que esse material natural como todo recurso mineral é passível de esgotamento. O estudo aponta a vasta gama de aplicação dos concretos que podem ser obtidos com a substituição parcial da areia por flaks de garrafas PET e areia de britagem, notadamente aplicações ecológicas.


REFERÊNCIAS




  1. ALMEIDA, Salvador Luiz M. de.; LUZ, Adão Benvindo de. Manual de agregados para a construção civil. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2009.

2. PLASTICS EUROPE - the Facts 2011. An Analysis of European Plastics Production, Demand and Recovery for 2010. Disponível em: Acesso em: 8 ago. 2012.

  1. PLASTICS EUROPE -– the Facts 2010. An Analysis of European Plastics Production, Demand and Recovery for 2009, 2010. Disponível em: Acesso em: 8 ago. 2012.

  1. MAGRINI, Alessandra. et. al. Impactos ambientiais causados pelos plásticos: uma discussão abrangentes sobre os mitos e os dados científicos. Rio de Janeiro: E-papers, 2012. 296 p.: il. ISBN 978-85-7650-341-5.

  1. LAZAREVIC, Davis., et al. Plastic Waste Management in the Context of a European Recycling society: Comparing Results and Uncertainties in a Life Cycle Perspective. Resources, Conservation and Recycling, n. 55, p. 246-259, dec. 2010.

  1. ABNT. NBR NM 248: Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003.

  1. ABNT. NBR NM 46: Agregados - Determinação de material fino que passa através de peneira 75 μm, por lavagem. Rio de Janeiro, 2003.

  1. ABNT. NBR NM 51: Agregado graúdo, ensaio de abrasão “Los Ángles”. Rio de Janeiro, 2001.

  1. ABNT. NBR NM 45: Agregados - Determinação da massa unitária e do volume de vazios. Rio de Janeiro, 2006.

  1. CURTI, Rubens. Propriedades e dosagem do concreto ABCP. Disponível em: <http://www.abcp.org.br/comunidades/recife/download/pm_minicursos/
    11_curso_intensivo/Dosagem.pdf
    > Acesso em 3 jan. 2010.

11. ABNT. NBR 5738: Concreto, procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro, 2008.

12. ABNT. NBR NM 67: Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. 1998.

13. ABNT. NBR 5739: Concreto, ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007.

14. ABNT. NBR 9778: Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água, índice de vazios e massa específica, 2009.



EVALUATION OF THE PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF CONCRETES CONTAINING PET AND CRUSHED SAND
J. L. S. AQUINO (1), C. R. S. MORAIS (2)

lourenco.aquino@hotmail.com


Doctorate student in Process Engineering - UFCG (1), Graduate Program in Science and Materials Engineering and Graduate Program in Process Engineering – UFCG (2)
ABSTRACT
The practice of sustainability in construction occupies an increasing prominent position in order to preserve the environment. Considering the environmental impacts caused by waste generation, the use of PET bottle flaks and crushed sand in partial substitution of conventional sand used in concretes is proposed. The aim of this work was to formulate concrete compositions with 1:3 and 1:4 mixtures containing varied water/cement factors and 5, 10, 15 and 20% content of PET wastes and gravel powder. The raw materials were characterized by physic-chemical tests. The formulations were subjected to slump tests and the hardened concrete to absorption, void index and simple compressive strength, with curing of 7 and 28 days, tests. The granulometric analysis allowed the calculation of the fineness modulus, which was 1.50, 3.25 and 0.64 for the crushed sand, gravel and PET respectively. The decrease in the strength with the increase in the PET content in the composite was observed, though, in some mixtures the values indicate the possibility of using this concrete in structural elements.
Keywords: crushed sand; PET, concrete, simple compressive strength

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