Estudo de Pavimentos de Concreto com a Inserção de ... · mais de 8 mil km de estradas pavimentadas com asfalto-borracha no Brasil. O primeiro impacto positivo no uso de borracha

Departamento de Engenharia Civil e Ambiental

Estudo de Pavimentos de Concreto com a Inserção de Borracha de Pneus

Aluno: Hugo Vieira Sampaio

Orientadora: Profa Michéle Dal Toé Casagrande

Co-Orientador: José Adriano Cardoso Malko

1. Introdução

Nos tempos atuais é de grande importância se preocupar com os efeitos de um

projeto sobre o meio ambiente. Os materiais utilizados, procedimentos executados e

metodologias adotadas podem ter grande influência sobre o futuro de um ecossistema.

Foi pensando neste tema que se propôs um projeto que arranjasse um destino sustentável

para um material extremamente nocivo e presente, devido ao imenso descarte, no meio

ambiente, o pneu.

Métodos sustentáveis têm sido cada vez mais visados na Engenharia Civil. Estes

usufruem de tecnologias ecológicas na finalidade de preservar o meio ambiente e

consequentemente despertando uma união entre desenvolvimento e sustentabilidade. O

asfalto-borracha ou asfalto-ecológico pode até parecer uma novidade em pavimentação,

mas não é. Usado nos Estados Unidos há mais de 40 anos, ele só começou a ser visto no

Brasil por volta do ano 2000, depois que a patente que protegia a tecnologia venceu. Foi

o começo para que a adição do pó extraído de pneus usados ao ligante asfáltico se tornasse

praticável. Os números são incertos, mas pesquisadores chegam a dizer que há atualmente

mais de 8 mil km de estradas pavimentadas com asfalto-borracha no Brasil.

O primeiro impacto positivo no uso de borracha em misturas asfálticas está no

ambiente, pois a restauração de pavimento com esse tipo de asfalto pode usar até mil

pneus por quilômetro, o que reduz o depósito desse material em aterros ou fora deles. No

entanto, outras vantagens ainda superam o ganho ambiental: aumento da vida útil do

pavimento, maior retorno elástico, maior resistência ao envelhecimento precoce por

oxidação do cimento asfáltico de petróleo e às intempéries e, ainda, maior resistência às

deformações plásticas, evitando, assim, trilhas de rodas indesejáveis. Entre outras

vantagens, por ser mais claro, o pavimento de concreto proporciona maior visibilidade ao

motorista.

Este projeto buscou estudar os efeitos da utilização de borracha proveniente de

pneus inservíveis na preparação do concreto. Para isso, serão feitos corpos de prova de

acordo com as regras ABNT NBR 5738 – MOLDAGEM E CURA DE CORPOS-DE-

PROVA CILÍNDRICOS OU PRISMÁTICOS DE CONCRETO, que são ensaiados de

acordo com a ABNT NBR 5739 – CONCRETO – ENSAIO DE COMPRESSÃO DE

CORPOS-DE-PROVA CILÍNDRICOS.


2. Objetivo

O projeto teve como objetivo estudar e analisar os efeitos da inserção de borracha

de pneu sobre a resistência máxima atingida pelo corpo de prova (com e sem

superplastificante) submetido ao ensaio de compressão simples na máquina da marca

Controls.

3. Materiais Utilizados

Cimento (CP-II-E 32MPa);

Areia;

Brita 0;

Agua;

Borracha de pneu triturada (0,8mm – 2mm);

Espátula de pedreiro;

Bacias para misturar os materiais;

Moldes de corpo de prova (10cm de base x 20cm de altura);

Bastonetes;

Máquina para alisamento superficial;

Máquina de compressão simples marca Controls;

Equipamentos LVDT para monitoramento da deformação do corpo de prova

quando submetido ao ensaio de compressão simples;

Aditivo superplastificante.

4. Procedimento Experimental

- Pesagem

O primeiro passo para se iniciar a confecção dos corpos de prova utilizados para

os ensaios de compressão simples foi a pesagem dos materiais utilizados no processo. O

traço dos corpos de prova foi o mesmo do BRT da Av. Transbrasil (1,0:1,8:3,1:0,44).

Na Tabela 1 pode-se ver as quantidades de agua, cimento, areia e brita inicial em

quilogramas de cada material utilizado para confeccionar todos os corpos de prova. Na

Tabela 2 pode-se ver a quantidade de borracha em quilogramas utilizada nos corpos de

prova de acordo com o percentual (%) em cada um.

Os fatores água-cimento variaram de 0,44 a 0,52 pois quando a borracha foi

adicionada a mistura ela aumentou também a superfície especifica e, por conseguinte, a

área para ser molhada.


Tabela 1 – Traço dos Corpos de Prova

Tabela 2 – Peso em quilos de Borracha inserido no CP de acordo com percentual

Na Figura 1 é possível ver como se procedeu a pesagem dos materiais.

Figura 1 – Pesagem da areia, da brita e do cimento utilizados

- Preparo do Concreto

A mistura de todos materiais foi feita em uma bacia com ajuda de uma espátula

como se pode ver na (Figura 2). Primeiramente os agregados brita, areia e eventualmente

a borracha foram misturados com o cimento. Por ultimo a água era inserida na mistura

para que não se iniciasse cedo de mais a reação de hidratação do cimento, fazendo assim

com que os agregados não estivessem bem homogeneizados e os resultados ficassem

comprometidos.


Figura 2 – Mistura dos materiais

Na preparação da primeira bateria de corpos de prova houve necessidade da

correção da quantidade de água que seria inserida na mistura pois a areia utilizada já se

apresentava visualmente bastante úmida. Um ensaio de umidade foi realizado com 3

capsulas e os resultados podem ser vistos na Tabela 3. Constatou-se então que a umidade

média da areia já era de 9% e, por isso, diminuiu-se a quantidade de água inserida na

mistura dos corpos de prova que esta areia foi utilizada.

Tabela 3 – Resultados do teste de umidade da areia utilizada na primeira bateria de CPs

Todas as outras misturas foram realizadas com o mesmo traço que pode ser visto

na Tabela 1 com eventuais variações por conta de motivos já citados.

- Inserção da Mistura no Molde

Moldes de ferro de dimensão 10cm de base x 20cm de altura foram preparados

para receber as misturas de concreto. Primeiramente o equipamento era lixado (Figura 3)

para tirar eventuais resquícios de outros ensaios e depois era revestido com um liquido

lubrificante que ajudava no momento do desmolde (Figura 4).


Figura 3 – Molde sendo lixado

Figura 4 – Molde recebendo liquido lubrificante

Depois de preparada a mistura inseriu-se a mesma em moldes de ferro, como pode

ser visto na Figura 5. No processo utilizou-se bastonetes e a espátula para auxiliar no

adensamento do material. Os corpos de prova foram deixados durante 24 horas dentro

dos moldes para depois serem desmoldados e inseridos em bacias de água para iniciar o

processo de cura, o mesmo se encontra explicado no próximo tópico. Caso eles não

fossem desmoldados após esse intervalo de tempo o desmolde ficaria mais difícil e o

corpo de prova começaria a perder umidade para o meio ambiente.


Figura 5 – Inserção da mistura de concreto nos moldes

- Cura do Corpo de Prova

O corpo de prova quando em contato com a atmosfera pode perder agua por

evaporação. Em caso de o processo ser realizado de forma errônea pode-se provocar a

redução da resistência e da durabilidade do concreto, provocando fissura e deixando a

camada superficial fraca, porosa e permeável, vulnerável à entrada de substâncias

agressivas provenientes do meio-ambiente.

Existe mais de um processo de cura, dentre eles é possível citar a molhagem

frequente do concreto, aplicação de folhas/mantas sobre o concreto as quais são mantidas

úmidas durante o processo, aplicação de lonas/lençóis plásticos impermeáveis que evitam

o aquecimento excessivo do concreto, cura química (com auxílio de substancias. O

método escolhido vai ser escolhido de acordo com as condições de aplicação na obra e as

condições financeiras.

Os corpos de prova foram mantidos por 28 dias submersos em bacias com água

para o passarem pelo processo de cura. Com isso sua resistência foi acrescida pois a

reação de hidratação do cimento pôde ser continua e sem perdas.

Ao fim dos 28 dias os corpos foram retirados das bacias. Os 13 corpos

confeccionados sem adição de borracha na primeira bateria estavam comprometidos pois

apresentavam visualmente com muitos vazios, e devido a isso eles tiveram de ser

descartados e mais 13 corpos de prova foram feitos para substitui-los. Os demais corpos

de prova foram submetidos ao próximo processo, o alisamento da face superior.

- Alisamento da face superior

Depois de submetidos a cura os corpos foram retirados e alisou-se a face superior

de cada um deles com auxílio de um equipamento (Figura 6). Esse processo é realizado

para diminuir a irregularidade das mesmas. Essas falhas poderiam gerar esforços

diferentes sobre as áreas dos corpos de prova que comprometeriam os resultados.


Figura 6 – Processo de alisamento da face superior

- Ensaio de Compressão Simples

Por último foi realizado o ensaio para determinar o esforço máximo de

compressão que o corpo de prova conseguia suportar ate iniciar a fissuração.

O corpo de prova foi preparado com dois instrumentos LVDT (Linear Vertical

Displacement Transducer), transdutores de deslocamento linear (Figura 7), que

indicavam a variação de comprimento do corpo. Depois de preparado o equipamento o

corpo era posto dentro do equipamento de marca Controls (Figura 8) sobre o centro da

plataforma como previsto pela NBR 5739, e assim o ensaio poderia ser iniciado.

Figura 7 – Equipamento LVDT posicionado no corpo de prova

O ensaio de compressão simples produz dois valores como resultado, o valor da

tensão que esta sendo aplicada e o valor da variação de comprimento do corpo de prova


(com auxílio do equipamento LVDT). Esses dois valores foram recolhidos e se tornou

possível traçar gráficos de tensão em função da deformação para cada ensaio realizado.

Figura 8 – Corpo de prova dentro do equipamento de ensaio de compressão

5. Resultados e Análises

Tendo realizado os ensaios de compressão simples com os corpos de prova foi

possível recolher valores de variação de comprimento e tensão da maquina. Esses valores

de variação de comprimento foram divididos pelo comprimento total do corpo e os

valores de deformação foram determinados. Gráficos de tensão em função da deformação

foram traçados para que o valor máximo de tensão suportado para cada objeto pudesse

ser identificado. Esses gráficos podem ser vistos nos tópicos a seguir. É importante

ressaltar que cada curva diz respeito a um corpo de prova.

Ao estudar o gráfico torna-se interessante perceber a declividade inicial com que

ocorre a deformação pois ela caracteriza o modulo de elasticidade inicial do corpo. Além

disso é importante notar a ductilidade do material, ou seja, a capacidade do mesmo de se

deformar antes de fissurar. Ela pode ser identificada notando o ultimo ponto de cada

curva, que é o momento em que o corpo se fissura e não oferece mais resistência

significativa ao movimento de compressão da maquina.

Como determinado pela NBR 5739, o valor registrado para tensão máxima é o

maior valor encontrado entre todos os corpos de prova.

Todos os gráficos a seguir possuem 3 curvas e cada curva diz respeito a um corpo

de prova diferente. Os 3 corpos de prova de gráfico foram preparados com a mesma

mistura.


- Resultados Obtidos nas Amostras sem Superplastificante

Corpos de prova sem inserção de borracha

Figura 9 – Resultados de ruptura de corpos de prova sem borracha – Tensão máxima atingida de 38MPa.

Corpos de prova com inserção de 1% de borracha

Figura 10 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 1% de borracha – Tensão máxima

atingida de 31MPa.




atingida de 30MPa.



atingida de 30MPa.



atingida de 28MPa.



Figura 14 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 10% de borracha – Tensão

máxima atingida de 26MPa.


Figura 15 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 15% de borracha – Tensão

máxima atingida de 22,5MPa.

- Resultados Obtidos nas Amostras com Superplastificante

Corpos de prova sem inserção de borracha

Figura 16 – Resultados de ruptura de corpos de prova sem borracha com superplastificante – Tensão

máxima atingida de 30MPa.


Corpos de prova com inserção de 1% de borracha com superplastificante

Figura 17 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 1% de borracha com

superplastificante – Tensão máxima atingida de 31MPa.














6. Conclusões

Após realizar todos os procedimentos, os ensaios e confeccionar os gráficos

apresentados no relatório foi possível analisar os resultados de forma geral.

Concluiu-se que o acréscimo de borracha nos corpos de prova diminuiu a

resistência máxima suportada até o rompimento, como se era esperado, pois o mesmo

resultado foi obtido por Moustafa & ElGawady (2015). Esse fato pode ser explicado pois

a borracha triturada cria poros na matriz de concreto já que ela não reage na reação de

hidratação e não consegue se misturar com os materiais. Como detectado por Silva et al

(2015) espaços microscópicos podem ser identificados entre a matriz e a borracha,

gerando instabilidades.


Figura 22 – Visão microscópica da borracha inserida no concreto (Silva, 2015)

Além disso, foi possível perceber que o superplastificante tornou mais fácil o

procedimento experimental de mistura e moldagem nos corpos de prova. Este material

aumenta a trabalhabilidade da mistura antes dela se enrijecer. Os resultados em corpos de

prova com esse aditivo não variaram muito nos valores de compressão máxima, e o

aumento da quantidade de borracha mostrou o mesmo efeito dos corpos de prova sem

superplastificante. Quanto maior a quantidade de borracha menor a resistência máxima

suportada pelo corpo de prova antes do rompimento.

Com as informações obtidas foi possível traçar o gráfico da tensão máxima

atingida em função da quantidade de borracha presente na mistura para um corpo de prova

feito com e sem plastificante e equação da reta que indica um valor próximo de tensão

máxima obtida de acordo com a quantidade percentual de borracha inserida na mistura

de concreto.

Figura 23 – Tensão máxima obtida de acordo com a porcentagem de borracha inserida na mistura


7. Referências

Meddah A., Beddar M., Bali A. (2014) Use of shredded rubber tire aggregates for

roller compacted concrete pavement. Civil Engineering Department, Bordj Bou-

Arréridj University, Algeria. LMMS Laboratory, M’sila University, Algeria. URIE,

Ecole Nationale Polytechnique d’Alger, Algeria

Moustafa A., ElGawady M. A. (2015) Mechanical properties of high strength concrete

with scrap tire rubber Dept. of Civil Engineering. Missouri University of Science and

Technology, Rolla, MO 65401, United States.

Shu X., Huang B. (2014) Recycling of waste tire rubber in asphalt and portland

cement concrete: An overview. Dept. of Civil and Environmental Engineering, Univ. of

Tennessee, Knoxville, TN 37996-2313, USA

Silva F. M., Barbosa L. A. G., Lintz R. C. C., Jacintho A. E. P. G. A. (2015) Investigation

on the properties of concrete tactile paving blocks made with recycled tire rubber.

Faculty of Technology, State University of Campinas.

Thomas B. S., Gupta R. C. (2015) Long term behaviour of cement concrete containing

discarded tire rubber. Malaviya National Institute of Technology, Jaipur, Índia.

Thomas B. S., Gupta R. C. (2016) Properties of high strength concrete containing

scrap tire rubber. Malaviya National Institute of Technology, Jaipur, Rajasthan, Índia.

Youssf O., Mills J. E., Hassanli R. (2016) Assessment of the mechanical performance

of crumb rubber concrete. University of South Austrália, Adelaide, Austrália.

Mansoura University, Mansoura, Egypt.

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