Concreto Leve

Transcript

APS – Atividade Prática Supervisionada, 2013/2 1 APS – Atividade Prática Supervisionada http://www.fsg.br/ MATERIAIS ALTERNATIVOS PARA CONCRETO – UTILIZAÇÃO DE ETIL VINIL ACETATO NA FABRICAÇÃO DE CONCRETO LEVE Jefferson Thomas Ouriques de Souza1, Marcelo Peruchin1, Tobias Vianna Werkander1. 1 Engenharia Civil da Faculdade da Serra Gaúcha. Professor Supervisor da APS Resumo Nestor Alves dos Santos Neto. Neste artigo os resíduos de EVA (Ethylene Vinyl Acetate) foram utilizados na produção de concreto leve. O grande gerador de resíduos de EVA no nosso estado é a indústria calçadista que usa chapas expandidas como matéria prima na fabricação de solados, entressolados e palmilhas. O objetivo deste estudo foi verificar e analisar a influência do EVA na densidade, resistência a compressão e redução de custo quando adicionado ao agregado graúdo na fabricação de concreto leve. O procedimento experimental foi desenvolvido com três proporções de adição de EVA: 0%, 35% e 70% . O resultado financeiro mostrou que o custo benefício não é positivo para o seu uso em concreto leve. O resultado a compressão também não foi satisfatório devido a alta absorção de água pela mistura, mas, uma análise com EVA previamente hidratado pode ser objeto de um novo estudo. Palavras-chave: Concreto Leve. EVA. Aplicações. 1 INTRODUÇÃO O mundo como um todo tem despertado para as questões ambientais. Atualmente, programas que reduzem a utilização de recursos naturais nos processos de fabricação ganham destaque na indústria em geral. Os produtos fabricados com meios sustentáveis acabam garantindo ao consumidor certa tranqüilidade, pois ele percebe que, ao consumi-los, ambas as partes estão contribuindo para o bem-estar da sociedade atual e das gerações futuras. Na construção civil essa preocupação também surge como necessidade e recebe olhares cada vez mais cautelosos. Dessa maneira, com o objetivo de reduzir o impacto ambiental gerado pelo descarte de resíduos de materiais distintos, diversos estudos estão sendo realizados, buscando desenvolver novas tecnologias aliadas ao reaproveitamento das sobras de processos industriais. A fabricação do concreto é um exemplo recorrente desses estudos, que vêm modificando sua composição para a obtenção de propriedades específicas, adaptando-se, 2 assim, a diferentes necessidades. O desenvolvimento de concreto leve, uma variedade que “apresenta massa específica não menor que 800 kg/m³, mas que não excede 2000 kg/m³” (ABNT NBR 12655:2006) é um dos tipos de concreto que tem ganhado destaque nas pesquisas na área da construção civil. Para sua obtenção, são utilizados agregados leves, que, ainda segundo essa norma da ABNT, possui massa específica menor ou igual a 1800 kg/m³. Exemplos desses agregados são: os expandidos de argila, a escória siderúrgica, a vermiculita e o EVA. Entre esses materiais, o EVA ganha destaque devido a suas propriedades térmicas, acústicas e de leveza, que conferem características próprias ao concreto comum. 2 REFERENCIAL TEÓRICO O EVA (Ethylene Vinyl Acetate) é um material produzido pela “copolimerização do gás etileno com o acetato de vinila” (Eureka, 2009). Surgiu nos Estados Unidos por volta de 1950, mas somente a partir da década de 70, começou a ser utilizado como material alternativo em substituição ao couro na indústria calçadista. Atualmente o EVA é utilizado em partes de calçados, como palmilhas, entressolas e solados, além de outras partes de tênis e sandálias, o que, segundo Rolim (1999), representa 69% do mercado de EVA, sendo o restante utilizado em outros setores, como materiais didáticos, artesanatos, tatames, etc. Segundo Zattera (2005), “o processo de corte e acabamento de chapas expandidas de EVA gera uma média de 18% em massa de material residual”. Figura 1 - Resíduos da indústria calçadista proveniente do corte de chapas de EVA. Fonte: ZATTERA, 2005,p. 74 De acordo com Lima, Leite, & Santiago (2010), são geradas, a cada ano, cerca de 190.400 toneladas de resíduos de EVA. Esses resíduos necessitam de uma grande superfície APS – Atividade Prática Supervisionada, 2013/2 3 para armazenamento, ocupando enormes áreas em aterros e gerando altos custos de gestão devido ao longo período que leva para se decompor. Segundo Silva (2006), “o consumo de EVA no Brasil é de 44.067 ton/ano” e “apenas 28% dos rejeitos gerados no setor tem destino, o restante é depositado em valas para posterior utilização”. Isso significa que anualmente são produzidas em torno de 7.932 toneladas de resíduo de EVA. No Brasil existem diversas indústrias calçadistas. Um desses pólos industriais encontra-se na região do Vale dos Sinos, no Rio Grande do Sul. De acordo com Garlet & Greven (1997), a incidência de resíduo de EVA nessa região varia entre 12% a 20% sobre o consumo desse produto, variando pelo tipo de corte realizado. Assim sendo, estima-se que o índice de resíduo de EVA nessa região gire em torno de 400 toneladas por mês. Segundo Andrade (2012), “não são conhecidos programas ou meios de reaproveitamento que absorvam o rejeito destes produtos”. Considerando sua baixa densidade, entre 90 Kg/m³ e 100 Kg/m³ (seco) (BRITALEVE, 2013), o volume gerado é imenso e, por não ser um material biodegradável, acumula-se ao longo do tempo, necessitando de mais áreas de descarte e comprometendo a natureza. Além da baixa massa específica, das boas características acústicas e térmicas, de ser estável, inerte e não suscetível a fungos (POLARI FILHO et al, 2003 apud PAULA, 2011), a construção civil começou a utilizar resíduos de EVA visando a incorporar ao concreto essas características particulares, além de vislumbrar um custo mais atrativo. Segundo Rolim (1997), as principais aplicações desse tipo de concreto são: enchimento leve de lajes, reduzindo, assim, as cargas nas fundações, minimizando o risco de rachaduras e facilitando o manuseio; isolamento acústico, suprimindo ruídos de impacto e absorvendo ruídos aéreos; isolamento térmico de lajes, obtendo maior conforto com menor consumo de energia; e diminuição de carga estrutural, devido à baixa densidade. 2.1 ENSAIOS DE LABORATÓRIO Para avaliar se as características da união do concreto com o EVA são positivas para a indústria da engenharia civil, foram realizados ensaios no Laboratório de Construção Civil da Faculdade da Serra Gaúcha no dia vinte e sete de agosto deste ano, com a presença dos autores deste artigo e de um técnico responsável pela empresa Construlab Laboratório e Const. Civil Ltda., que administra o laboratório desta faculdade. O experimento foi organizado da seguinte maneira: primeiramente foi calculado o volume total de agregado (areia e brita) do traço padrão. Em seguida, foram elaborados corpos de prova com dois traços 4 diferentes: ao primeiro foi adicionado EVA na proporção de 35% do volume de agregado e ao segundo, 70%. Esta proporção foi definida para que os resultados dos ensaios tivessem uma diferença de significância alta entre os dois corpos de prova com EVA, tornando evidente as conseqüências da adição de EVA. Após o período de cura do concreto, foram realizados a pesagem e o teste de resistência à compressão. Os resultados obtidos foram comparados entre si e com o traço padrão, buscando especificar características particulares de cada um, para direcionar sua possibilidade de aplicação. O detalhamento desse processo está descrito a seguir. 2.1.1 COMPOSIÇÃO DO TRAÇO PADRÃO Inicialmente foram produzidos quatro corpos de prova, seguindo o traço padrão do laboratório da FSG, conforme tabela 1. Tabela 1 - Composição do Traço Padrão COMPOSIÇÃO DO TRAÇO PADRÃO COMPONENTE MASSA (g) CIMENTO 7200 AREIA MÉDIA 14904 BRITA N° 1 17756 Fonte: Construlab Laboratório e Construção Civil Ltda. 2.1.2 CONVERSÃO DE MASSA PARA VOLUME Dando continuidade, percebeu-se que, para proceder à produção dos corpos de prova seguintes, seria difícil precisar o traço de EVA através de sua massa, pois, em função da baixa densidade, gera grande volume. Para solucionar esse problema, decidiu-se, então, realizar a medição dos componentes em função de seu volume, como pode ser observado na tabela 2: Tabela 2 – Conversão de massa em volume CONVERSÃO DA MASSA EM GRAMAS PARA VOLUME EM LITROS COMPONENTES MASSA (g) DENSIDADE (g/l) VOLUME (l) CIMENTO 7200 1400 5,14 AREIA MÉDIA 14904 1320 11,29 BRITA N° 1 17756 1280 13,87 APS – Atividade Prática Supervisionada, 2013/2 5 2.1.3 MÉTODO PARA DEFINIR A DENSIDADE DO EVA O EVA utilizado na fabricação dos corpos de prova possui uma granulometria que varia de 5 mm a 15 mm, conforme mostra a figura 2. De acordo com o referencial teórico, a densidade do EVA seco é de aproximadamente 95 Kg/m³, ou seja, 95 g/l, mas, devido a espaços vazios entre seus grânulos, foi medida em função do seu volume ocupado. Conforme a norma NBR NM 53:2009, a massa unitária para um agregado graúdo em estado solto e seco é a razão entre a massa e o volume do material com os vazios.
 á         Figura 2- Granulometria do agregado de EVA Para a medição do volume, foi utilizado um recipiente calibrado de 3,295 litros. O recipiente foi preenchido até a borda (sem compressão do EVA) e foi retirado o excesso com uma régua alinhando o EVA com a borda do recipiente, como ilustra a figura 3 e verificada sua massa conforme figura 4. Figura 3- Retirada de excessos Figura 4- Verificação da massa do EVA 6 Com os dados obtidos acima, foi possível calcular a massa unitária através da fórmula, obtendo:
 á     ,  Massa unitária64,947 g/l 2.1.4 VOLUME DOS COMPONENTES COM 35% DE EVA Nos corpos de prova com adição de 35% de EVA em relação ao volume dos agregados utilizados, foram usados 11,29 litros de areia e 13,87 litros de brita n°1, totalizando 25,16 litros. Foram adicionados 8,75 litros de EVA. Vide tabela 3. Tabela 3 - Composição do traço padrão acrescido de 35% de EVA no agregado. COMPOSIÇÃO COM 35% DE EVA NO AGREGADO COMPONENTES MASSA (g) DENSIDADE (g/l) CIMENTO 7200 1400,000 5,143 AREIA MÉDIA 14904 1320,000 11,291 45% BRITA N° 1 17756 1280,000 13,872 55% 568,285 64,944 8,750 35% EVA + AR VOLUME (L) PERCENTUAL 2.1.5 VOLUME DOS COMPONENTES COM 70% DE EVA Para o segundo corpo de prova, foi utilizado o mesmo volume de areia e brita do experimento anterior, porém, adicionou-se EVA na proporção de 70% desse volume, isto é, 17,50 litros. Vide tabela 4. Tabela 4 - Composição do traço padrão acrescido de 70% de EVA no agregado CONVERSÕES DE GRAMAS PARA LITRO BASEADA DENSIDADE DOS MATERIAIS COMPONENTES MASSA (g) DENSIDADE (g/l) VOLUME (L) CIMENTO 7200 1400,000 5,143 AREIA MÉDIA 14904 1320,000 11,291 45% BRITA N° 1 17756 1280,000 13,872 55% 1136,570 64,944 17,501 70% EVA + AR PERCENTUAL APS – Atividade Prática Supervisionada, 2013/2 7 2.1.6 PROCESSO DE EXECUÇÃO A fabricação do concreto utilizado seguiu o processo manual tradicional, com uso de betoneira. O EVA foi adicionado logo depois da mistura do cimento com a areia e a brita. Foram acrescentados 4,6 litros de água de forma gradual, em etapas de 0,5 litro, mantendo a mistura uniforme e homogênea. Esse processo pode ser observado na figura 5 na seqüência. Em relação ao traço padrão, fez-se necessário adicionar mais 1,4 litros de água, o que corresponde a 43% do volume inicial para possibilitar a mistura. O agregado de EVA possui alta absorção de água, forma angular e textura mais rugosa. Estas propriedades influenciam muito a trabalhabilidade dos concretos, pois podem causar redução da água livre e maior travamento nas misturas de concreto no estado fresco (NEWMANE CHOO apud PAULA, 2011). Figura 5- Adição do EVA na betoneira após os agregados 8 2.1.7. SLUMP-TEST Conforme descrito na norma NBR NM 67:1998, Slumptest é o ensaio de Abatimento do Tronco de Cone, que tem como objetivo medir a consistência e a fluidez do material. O procedimento se resume ao preenchimento de um cone padrão em três camadas com a mesma altura. A cada camada golpeia-se vinte e cinco vezes com uma haste padrão. O valor do abatimento é a medida vertical em mm que o material adensou logo após a retirada do molde cônico. O concreto em que o Slumptest resulta entre 5 e 10 mm é considerado com muito baixa trabalhabilidade, entre 15 e 30, baixa, entre 35 e 70, média, e entre 80 e 155, alta trabalhabilidade. Figura 6- Slumptest com adição de 35% de EVA Figura 7- Slumptest com adição de 70% de EVA APS – Atividade Prática Supervisionada, 2013/2 9 O Slumptest do corpo de prova com adição de 35% de EVA resultou em 80mm de abatimento, o que significa alta trabalhabilidade vide Figura 7. Com adição de 70% de EVA, o resultado foi de 10 mm, ou seja, a trabalhabilidade ficou muito baixa vide Figura 8. 2.1.8 MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA A moldagem dos corpos de prova com adição de 35% de EVA ocorreu de forma semelhante à do concreto convencional. O volume de concreto dos corpos de prova foi adicionado à fôrma em duas etapas, sendo golpeado axialmente 12 vezes a cada adição para eliminar o ar aprisionado. Foi possível observar um pequeno deslocamento de EVA para a superfície devido a sua densidade ser inferior ao restante dos agregados, como pode ser observado na figura 8. Na moldagem dos corpos de prova com adição de 70% de EVA, efetuou-se o mesmo processo anterior. O deslocamento de EVA para a superfície, porém, foi muito significativo, não sendo possível atingir o acabamento liso no topo, conforme pode ser visto na figura 9. Figura 8 – Corpo de prova moldado com adição de 35% de EVA Figura 9 – Corpo de prova moldado com adição de 70% de EVA 10 2.1.9 RESULTADOS OBTIDOS Sete dias após a produção do concreto, um corpo de prova de cada traço produzido foi observado, pesado e submetido ao ensaio de compressão. Inicialmente, percebeu-se similaridades entre a aparência dos corpos de prova com traço padrão e com adição de 35% de EVA. O corpo com adição de 70% de EVA apresentou superfície rugosa e disforme (Figura 11). Depois, através da pesagem, percebeu-se que a adição de EVA ao concreto nas proporções supracitadas proporcionou a característica de concreto leve, pois a densidade constatada foi de 1.795,98 Kg/m³ para o de 35% e de 1.694,68 Kg/m³ para o de 70%, ficando conforme o especificado na norma (entre 800 e 2000kg/m³). Em seguida procedeu-se à realização do ensaio de compressão, que apontou resistência de 5,45MPa para o corpo de prova de 35% de EVA e 3,05 MPa para o de 70%. Isto significa que, em comparação com o traço padrão, cuja resistência após sete dias é 28,97MPa, a adição de EVA resulta em uma perda significativa dessa propriedade. Após os vinte e oito dias necessários para a cura do concreto, os demais corpos de prova foram também pesados e, mais uma vez, procedeu-se à realização do ensaio de compressão. O corpo de prova com adição de 35% de EVA apresentou resistência de 6,95 MPa e o com 70% atingiu 3,75 MPa, ficando muito aquém do concreto com traço padrão. O comparativo entre os corpos com diferentes traços pode ser observado na tabela 5. Tabela 5 – Comparativo de trabalhabilidade, massa, resistência à compressão e densidade. COMPARATIVO Traço Trabalhabilidade Massa (Kg) Resistência aos 7 dias (MPa) Padrão média 3,152 35% de EVA 70% de EVA alta muito baixa Ganho de resistência (%) 19,5% Densidade (Kg/m³) 31,00 Resistência aos 28 dias (MPa) 38,50 2,774 5,45 6,95 36% 1765,983 2,662 3,05 3,75 18,66% 1694,682 2006,626 APS – Atividade Prática Supervisionada, 2013/2 11 Tabela 6 – Comparativo de custos por metro cúbico de concreto. COMPARATIVO DE CUSTOS Traço Custo por m³ Padrão R$ 191,70 35% de EVA R$ 158,29 70% de EVA R$ 148,98 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS A idéia de unir EVA ao concreto inicialmente pareceu uma solução adequada para a criação de um tipo de concreto leve com características acústicas e térmicas desejáveis e uma relação custo-benefício atraente, ao mesmo tempo em que se demonstra preocupação com a natureza, já que se utiliza um material de difícil decomposição. Ao longo da pesquisa, entretanto, foi possível perceber que, apesar de atingir densidade adequada para ser enquadrado como concreto leve, o resultado final ficou longe do imaginado, especialmente no ensaio de compressão. O primeiro corpo de prova, ao qual foi adicionado EVA na proporção de 35% do volume dos agregados, apresentou forma similar à do concreto com traço padrão, entretanto o ensaio de compressão apontou um valor de resistência muito baixo. O corpo de prova construído com adição de EVA na proporção de 70% dos agregados também ficou aquém do esperado. E pior: além da baixa resistência à compressão, não foi possível deixá-lo com a superfície lisa devido ao deslocamento do EVA em direção ao topo, por causa da sua baixa densidade. Em relação aos custos, o valor médio para a produção desse concreto não é substancialmente menor do que o concreto com traço padrão. Dessa maneira, a relação custobenefício da adição do EVA ao concreto não demonstra ser positiva, a não ser que se deseje utilizar esse concreto pelas questões ambientais, em situações que não necessitem resistência mecânica como, por exemplo, berço para instalação de piso térmico e isolamento embaixo de telhados, devido às propriedades térmica e acústica do EVA. O resultado negativo no ensaio de compressão pode ter ocorrido devido ao EVA absorver bastante água. Após a moldagem do corpo de provas, ele pode ter absorvido mais água, comprometendo, dessa forma, a hidratação correta do cimento. Possivelmente, se o EVA tivesse sido hidratado antes de ser incorporado ao concreto, o resultado da resistência à compressão pudesse ter sido mais positivo. Pesquisas futuras poderão apontar o uso mais eficiente do EVA na fabricação do concreto leve. 12 4. REFERÊNCIAS ANDRADE, LUCIMARA APARECIDA Schambeck et al. Reaproveitamento de rejeitos de E.V.A. para a produção de placas utilizáveis na construção civil. Revista Científica Indexada Linkania Master - ISSN: 2236-6660. Ano 2 - Nº 03 – Abril/Julho de 2012. BRITALEVE. Disponível em: Acesso em: 01 set.2013. CIMENTO ITAMBÉ. Itambé – Cimento para . Acesso em: 02 set.2013. toda obra. Disponível em: EUREKA E.V.A. Sobre o E.V.A. Expandido. Disponível em: . Acesso em: 01 set.2013. GARLET, G. & GREVEN, H. Concreto leve usando resíduos de EVA da indústria calçadista, I encontro nacional sobre edificações e comunidades sustentáveis, 1997. Canela , Rio Grande do Sul, p. 93. NBR 12655:2006 - Concreto de cimento Portland – Preparo, controle e recebimento – Procedimento. NBRNM53:2003- Agregado graúdo - determinação de massa especifica massa específica aparente e absorção de água. NBR NM 67:1998 - Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. NBR 5738:2003- Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. PAULA, LEONARDO SOUZA. Utilização De Resíduos De Eva Como Agregado Graúdo Em Concretos. Fortaleza 2011. ROLIM, ALINE MARQUES. A reciclagem de resíduos de EVA da indústria calçadista. In: V Encontro Nacional sobre Gestão Empresarial e Meio Ambiente. São Paulo: Plêiade, 1999. SILVA, ANDRÉ LUÍS DOS SANTOS DA, et al.Reciclagem e Reaproveitamento de Resíduos Industriais de EVA. Cricte 2006. ZATTERA, ADEMIR J. et al. Caracterização de Resíduos de Copolímeros de EtilenoAcetato de Vinila – EVA. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 15, n° 1, 2005. LIMA, ROBERTO L.& LEITE, MÔNICA B & SANTIAGO, EDIELA Q. R.Recycled light weight concrete made from footwear industry waste and CDW. Elsevier Journal (2010)