Anlise da Influncia do Tempo de Cura sobre o Comportamento Mecnico de um Agregado Reciclado de Concreto Compactado nas Energias Intermediria e Modificada David Christian Regis Pereira Grubba USP EESC, So Carlos, Brasil, davidgrubbajf@yahoo.com.br Alexandre Benetti Parreira USP EESC, So Carlos, Brasil, parreira@usp.br RESUMO: Os agregados reciclados de concreto (ARC), produzidos a partir do beneficiamento dos resduos de construo e demolio (RCD), so constitudos por mais de 90% de resduos de concreto, argamassa e materiais ptreos. Pesquisas recentes relatam que esses agregados, quando utilizados na construo de camadas granulares de pavimentos, desenvolvem uma cimentao prpria, cujo efeito cresce com o decorrer do tempo. Contudo, esse aspecto ainda requer maiores estudos para que seja melhor entendido. O objetivo deste trabalho avaliar a influncia do tempo de cura sobre o comportamento mecnico do ARC proveniente de So Carlos-SP, visando seu emprego em camadas de base e sub-base de pavimentos. Para tanto, foram realizados ensaios de compresso simples e ensaios triaxiais cclicos em corpos de prova compactados nas energias intermediria e modificada. Foram considerados tempos de cura de 0, 3, 7, 28 e 90 dias para os ensaios de compresso simples e 0 e 90 dias para os ensaios triaxiais cclicos. Destaca-se que o ARC mostrou, para ambas as energias, um ganho expressivo de resistncia e rigidez ao longo do tempo, apresentando comportamento comparvel a de agregados naturais estabilizados com pequena porcentagem de cimento, a exemplo da brita graduada tratada com cimento (BGTC). PALAVRAS-CHAVE: Agregados Reciclados de Concreto, ARC, Cimentao Prpria, Pavimentao, Comportamento Mecnico 1 INTRODUO Os resduos de construo e demolio (RCD), geralmente denominados entulhos ou calia, constituem a maior poro, em massa, dos resduos slidos urbanos gerados no mundo (RAO et al., 2007). Somente no Brasil, estima-se que sejam produzidas mais de 68 milhes de toneladas de RCD anualmente (ANGULO, 2005). A deposio dessa imensa quantidade de material no ambiente urbano tem causado diversos transtornos. Os impactos acarretados pelos RCD ainda so agravados pelo alto ndice de descarte irregular. De acordo com o SINDUSCON-SP (2005), essa forma de disposio provoca a degradao das reas de mananciais e de preservao permanente; o assoreamento de rios e crregos; a eroso de encostas; a proliferao de agentes transmissores de doenas; e a ocupao de vias, terrenos e praas por

entulhos, com prejuzo circulao de pessoas e veculos. Uma forma de mitigar os problemas causados pelo acmulo desses resduos sobre o meio ambiente a sua reciclagem, transformando um produto antes descartado, em uma matria prima de alta qualidade. De acordo com sua constituio predominante, os agregados obtidos a partir da reciclagem dos RCD podem ser classificados em dois grupos: agregados reciclados mistos e agregados reciclados de concreto (ARC). O estudo desta ltima categoria constitue o tema deste trabalho. Os agregados reciclados de concreto, considerados mais nobres e homogneos do que os mistos, so constitudos por mais de 90% de resduos de concreto, argamassa e materiais ptreos e podem apresentar, segundo Bennert et al. (2000) e Saeed et al. (2007), um comportamento mecnico comparvel ou

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superior ao de agregados naturais quando utilizados na construo de camadas de base e sub-base de pavimentos. Pesquisas realizadas por Arm (2001), Blanknagel et al. (2006) e Poon et al. (2006) relatam que esses agregados desenvolvem uma cimentao prpria ao longo do tempo, que proporciona uma melhoria do seu desempenho mecnico. Contudo, os mecanismos envolvidos nesse fenmeno ainda no esto completamente elucidados, exigindo novos estudos para o seu melhor entendimento. Assim, o objetivo deste trabalho avaliar a influncia do tempo de cura sobre o comportamento mecnico de um agregado reciclado de concreto coletado no interior paulista por meio da anlise de resultados de ensaios de compresso simples e de ensaios triaxiais cclicos. 2 MATERIAIS E MTODOS 2.1 Material O agregado reciclado de concreto estudado na pesquisa foi disponibilizado pela Usina de Reciclagem de Resduos da Construo Civil de So Carlos, localizada no Estado de So Paulo. Os ensaios de caracterizao e mecnicos foram realizados no Laboratrio de Estradas da Escola de Engenharia de So Carlos - USP, e os ensaios de lixiviao e solubilizao foram realizados no Laboratrio de Saneamento da mesma instituio.

A distribuio granulomtrica do ARC ilustrada na Figura 1 e suas caractersticas fsicas so mostradas na Tabela 1.

Figura 1. Distribuio granulomtrica do ARC.

Tabela 1. Caractersticas fsicas. Caracterstica Norma DNER Resultado

Abraso Los Angeles ME-35/98 34% Absoro ME-81/98 4,6%

Densidade Aparente ME-81/98 2,403 Conforme mostrado na Tabela 2, observa-se que o material atende a todos os requisitos no tocante granulometria especificados pela norma NBR 15115 (ABNT, 2004b) para a utilizao de agregados reciclados na construo de camada de pavimentos. Tabela 2. Parmetros de distribuio granulomtrica.

Parmetro NBR 15115 ARC Dimenso Mxima Caracterstica (mm) 63,5 25

Porcentagem Passante na Peneira 0,42 mm (%) 10 a 40 18

Coeficiente de Uniformidade 10 33

Quanto s caractersticas ambientais, o material foi classificado de acordo com a norma NBR 10004 (ABNT, 2004a), como pertencente Classe II-A, ou seja, um resduo no perigoso e no inerte. Resultados detalhados da caracterizao fsica e da classificao ambiental do resduo so apresentados por Grubba (2009). 2.2 Compactao Os ensaios de compactao foram conduzidos de acordo com a norma NBR 7182 (ABNT, 1984), sendo avaliadas amostras compactadas nas energias intermediria e modificada. A Figura 2 ilustra os resultados obtidos.

Figura 2. Curvas de compactaco.

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Na Figura 2, analisando-se os valores de pico para as duas energias de compactao, observa-se, conforme o esperado, que a utilizao da energia modificada conduz a um maior valor de massa especfica seca mxima quando comparada energia intermediria, 1,928 g/cm3 e 1,870 g/cm3, respectivamente. No tocante umidade tima, ocorre uma inverso, e a umidade tima para a energia modificada inferior da energia intermediria, 11% e 12%, respectivamente.

2.3 Ensaios Mecnicos Para a anlise do comportamento mecnico do material, foram realizados ensaios de compresso simples e ensaios triaxiais cclicos para corpos de prova de dimenses 10x20cm moldados estaticamente nas condies timas correspondentes s duas energias de compactao. Para os ensaios de compresso simples, observou-se a norma NBR 12770 (ABNT, 1992) e para os ensaios triaxiais cclicos, a norma Standart Method of Test for Determining the Resilient Modulus of Soils and Aggregate Materials (AASHTO Designation: T 307-99). Aps a moldagem, os corpos de prova eram embalados em filme plstico, identificados e mantidos em cmara mida at o momento dos ensaios mecnicos. Os tempos de cura avaliados foram 0, 3, 7, 28 e 90 dias para o ensaio de compresso simples e 0 e 90 dias para o ensaio triaxial cclico. Foram ensaiados, no mnimo, trs e um corpos de prova, para os ensaios de compresso simples e triaxiais cclicos, respectivamente. 3 ANLISE DOS RESULTADOS 3.1 Ensaios de Compresso Simples Os resultados mdios de resistncia compresso simples (RCS), obtidos aps a eliminao dos valores discrepantes (outliers) por meio do teste estatstico de Grubbs (1969), so ilustrados na Figura 3 para as duas energias de compactao e os tempos de cura considerados.

Figura 3. Resistncia compresso simples do ARC. Analisando-se a Figura 3, observa-se que o agregado reciclado de concreto apresenta um aumento expressivo de resistncia ao longo do tempo de cura para ambas as energias pesquisadas. Comparando-se os valores de RCS das amostras ensaiadas sem cura com as das curadas por 90 dias, os ganhos de resistncia so de 363% e 197% para as energias intermediria e modificada, respectivamente. Acredita-se que o aumento de resistncia deva-se ao desenvolvimento da cimentao prpria do material. Sabe-se que elementos de concreto e argamassa, mesmo aqueles que possuem certa idade, apresentam em seu interior partculas de cimento no hidratadas. Quando esses materiais so britados e compactados, parte dessas partculas entram em contato com a gua. Com o decorrer do tempo, a hidratao conduz a uma cimentao de gros. O efeito poderia ser comparado ao decorrente da cimentao que ocorre na estabilizao qumica de agregados naturais com pequena porcentagem de cimento ou cal, a exemplo de britas graduadas tratadas com cimento (BGTC). Ainda na Figura 3, quando se comparam os ganhos de RCS com o decorrer do tempo de cura para as diferentes energias de compactao, observa-se que at 7 dias, os gradientes de aumento de resistncia so muito prximos para as duas energias. Entretanto, para perodos de cura maiores, o gradiente para as amostras compactadas na energia intermediria maior que o das amostras compactadas na energia modificada. Assim, ao final de 90 dias, a RCS de amostras

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compactadas na energia intermediria supera, mesmo que por pequena margem, a RCS de amostras compactadas na energia modificada.

Para os perodos iniciais de cura, acredita-se que a RCS mais elevada obtida quando empregada a energia modificada se deve maior densidade do material, pois o maior entrosamento entre gros mobilizaria uma parcela maior da resisistncia decorrente do atrito interno entre partculas. Com o aumento do tempo de cura, esse efeito encoberto pelo efeito da cimentao promovida pela hidratao das partculas de cimento, sendo que a maior umidade de compactao das amostras compactadas na energia intermediria poderia ampliar este efeito quando comparado com o que ocorre com as amostras compactadas na energia modificada. Tal fenmeno freqentemente observado em misturas de solo-cimento ou em britas graduadas tratadas com cimento (BGTC), para as quais se verifica que o incremento de energia de compactao no produz uma melhora expressiva do comportamento mecnico. 3.2 Ensaios Triaxiais Cclicos A anlise do mdulo de resilincia (MR), determinado por meio do ensaio triaxial cclico, considerada como uma das formas mais adequadas de se avaliar o comportamento mecnico de um material visando o seu emprego em camadas de base e sub-base de pavimentos. No ensaio, o corpo de prova submetido a cargas repetidas, que procuram simular as condies de carregamento impostas pelo trfego na estrutura do pavimento. O MR definido como a relao entre a tenso desvio (d) pela deformao resiliente axial (r), conforme a Equao 1.

r

dRM

=

(1)

Uma vez que a maioria dos materiais empregados em pavimentao no apresentam comportamento elstico linear, vrios modelos matemticos, a exemplo dos descritos pelas Equaes 2 a 5, tm sido utilizados na representao da variao do MR com o estado de tenso.

21

KcKMR =

(2)

21

KdKMR = (3)

32

1K

cK

dKMR =

(4)

32

11K

a

octK

aa pp

pKMR

+

=

(5)

onde: MR: mdulo de resilincia (MPa); d: tenso desvio (kPa); c: tenso de confinamento (kPa); : primeiro invariante de tenso (kPa); oct: tenso cisalhante octadrica (kPa); Pa: presso atmosfrica (kPa); K1, K2, K3: parmetros de regresso. As Tabelas 3, 4, 5 e 6 apresentam para os modelos descritos pelas Equaes 2, 3, 4 e 5, respectivamente, os valores dos parmetros de regresso e coeficientes de determinao (R2) obtidos a partir dos resultados dos ensaios triaxiais cclicos a que foram submetidos amostras do agregado reciclado de concreto compactadas nas energias intermediria e modificada sem cura e curadas por 90 dias. Tabela 3. Constantes de calibrao e R da Equao 2.

Energia Tempo (Dias) K1 K2 K3 R

0 4,3 0,84 - 0,98 Intermediria 90 8,6 0,75 - 0,99 0 20,1 0,75 - 0,99 Modificada 90 10,4 0,90 - 0,87

Tabela 4. Constantes de calibrao e R da Equao 3.

Energia Tempo (Dias) K1 K2 K3 R

0 7,5 0,64 - 0,64 Intermediria 90 14,1 0,59 - 0,54 0 76,4 0,43 - 0,30

Modificada 90 130 0,31 - 0,10

Tabela 5. Constantes de calibrao e R da Equao 4.

Energia Tempo (Dias) K1 K2 K3 R

0 4,4 -0,01 0,85 0,98 Intermediria 90 8,5 0,01 0,74 0,99 0 18 0,04 0,73 0,99

Modificada 90 14 -0,12 0,96 0,88

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Tabela 6. Constantes de calibrao e R da Equao 5.

Energia Tempo (Dias) K1 K2 K3 R

0 646 1,08 -0,90 0,96 Intermediria 90 956 0,99 -0,91 0,99 0 2179 0,99 -0,81 0,98

Modificada 90 1824 1,40 -1,56 0,89

Analisando-se as Tabelas 3 a 6, observa-se, conforme o esperado para materiais granulares, que os valores de mdulo de resilincia do ARC apresentam boa correlao com a variao da tenso de confinamento (Eq. 2) e baixa correlao com a variao da tenso desvio (Eq. 3) para as condies consideradas. Alm disso, verifica-se que o modelo composto (Eq. 4) e o modelo da AASHTO (Eq. 5) descritos a partir de funes que consideram a variao do estado de tenso de forma mais ampla que os anteriores, tambm apresentam valores de R altos, e comparveis aos da Equao 2. Para ilustrar as influncias elevada e baixa das tenses de confinamento e desvio, respectivamente, no mdulo de resilincia, a Figura 4 apresenta as representaes tridimensionais do modelo composto (Eq. 4) para as amostras de ARC moldadas na energia modificada, ensaiadas sem cura (A) e aps noventa dias de cura (B). Com o objetivo de facilitar a anlise do efeito do tempo de cura no mdulo de resilincia do ARC, sups-se uma estrutura de pavimento hipottica compatvel com um volume de trfego de baixo a mdio, condio recomendada pela norma NBR 15115 (ABNT, 2004b) para a aplicao deste material na construo rodoviria (vide Figura 5). A Tabela 7 apresenta as espessuras e os valores dos parmetros elsticos adotados para as camadas que compem a estrutura considerada. Tabela 7. Caractersticas do pavimento hipottico.

Camada Espessura Coeficiente de Poisson MR

(MPa) Tratamento Superficial 2,5 cm 0,4 1500

Base (ARC) 15,0 cm 0,35 varivel

Sub-base 15,0 cm 0,35 90

Subleito Semi-infinito 0,35 45

Figura 4. Representaes 3D do modelo composto para o ARC ensaiado sem cura (A) e com 90 dias de cura (B). Considerando-se o pavimento hipottico e para o carregamento de duas rodas do eixo padro do DNER, foram calculados os valores do mdulo de resilincia a partir de tenses determinadas no centro da camada de base de ARC utilizando-se o programa computacional ELSYM5, conforme ilustra a Figura 5.

Figura 5. Esquema da estrutura do pavimento hipottico.

Ponto de Anlise

Sub-base

Base de ARC

Subleito

40kN

Tratamento Superficial

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Destaca-se que se empregou o modelo composto (Eq. 4) para a determinao do mdulo de resilincia a partir das tenses calculadas no centro da base de ARC, e que a utilizao de um processo interativo permitiu que se considerasse o efeito das tenses desvio e confinante, apesar do programa ELSYM5 ser elstico linear. A Figura 6 ilustra os valores de MR determinados para as energias e tempos de cura considerados no estudo.

Figura 6. MR no centro da camada de base (ARC) do pavimento hipottico. Analisando-se a Figura 6, observa-se que o agregado reciclado de concreto apresenta um ganho expressivo de rigidez com a cura do material por um perodo de 90 dias para ambas energias empregadas. Os incrementos nos valores de mdulo de resilincia so de 96% e 138% para as energias modificada e intermediria, respectivamente. Como observado anteriormente para a resistncia compresso simples, acredita-se que a melhoria no comportamento mecnico do ARC com o decorrer do tempo deva-se ao desenvolvimento da cimentao prpria do material. Destaca-se que os resultados determinados nesta pesquisa confirmam os obtidos por Arm (2001) em pesquisa desenvolvida na Sucia, onde amostras de ARC compactadas na energia modificada tambm apresentam valores crescentes de mdulo de resilincia com o decorrer do tempo de cura. No tocante influncia da energia de compactao sobre a rigidez do agregado reciclado de concreto, ainda observando-se a Figura 6, verifica-se que na condio sem cura,

o emprego da energia modificada conduz a um mdulo de resilincia 23% maior que o determinado quando se utiliza a energia intermediria, conforme esperado para uma situao onde a densidade do material mais elevada. Entretanto, quando se examina o ARC aos 90 dias de cura, verifica-se que a energia de compactao no apresenta mais influncia significativa sobre a rigidez do material, visto que nesta condio, o MR praticamente igual para as duas energias pesquisadas, cerca de 440 MPa. Assim, com o passar do tempo, o efeito da energia de compactao sobre o comportamento do ARC superado pelo efeito da cimentao prpria do material, conforme discutido anteriormente para a resistncia compresso simples. 4 CONCLUSES Analisando-se os resultados dos ensaios de compresso simples e triaxiais cclicos, constata-se que existe uma melhoria do comportamento mecnico do agregado reciclado de concreto ao longo do tempo de cura para ambas energias pesquisadas. Acredita-se que esse fato se deva cimentao prpria do material. O efeito da cimentao prpria poderia ser comparado ao efeito da estabilizao qumica de um agregado natural com pequena quantidade de cimento ou cal. No tocante energia de compactao, constata-se que este parmetro tem influncia expressiva sobre o desempenho do agregado reciclado de concreto ensaiado sem cura. Nesta condio, o emprego da energia modificada conduz a maiores valores de resistncia compresso simples e de mdulo de resilincia do que os alcanados quando se utiliza a energia intermediria. No entanto, com o decorrer do tempo de cura, o efeito da cimentao passa a atuar e aos 90 dias, amostras compactadas nas energias intermediria e modificada apresentam valores de resistncia e rigidez muito prximos entre si. Finalmente, os resultados da pesquisa indicam que a utilizao de agregados reciclados de concreto pode ser uma interessante alternativa ao emprego de agregados naturais na construo de camadas de base e sub-base de pavimentos.

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AGRADECIMENTOS Os autores agradecem CAPES pela bolsa de mestrado concedida ao primeiro autor. REFERNCIAS ANGULO, S. C. (2005). Caracterizao de agregados de

resduos de construo e demolio reciclados e a influncia de suas caractersticas no comportamento mecnico de concretos. 167 p. Tese (Doutorado) Universidade de So Paulo, So Paulo.

AASHTO T 307-99 (1999). Standard Method of Test for Determining the Resilient Modulus of Soils and Aggregate Materials.

ARM, M (2001). Self-cementing properties of crushed demolished concrete in unbound layers: results from triaxial tests and field tests. Waste Management and Research, v.21, p.235-239.

ABNT (1984). NBR 7182: Solo Ensaio de compactao. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, Rio de Janeiro.

ABNT (1992) NBR 12770: Solos coesivos Determinao da resistncia compresso simples. Associao Brasileira de Normas Tcnicas. Rio de Janeiro.

ABNT (2004a). NBR 10004: Resduos Slidos Classificao. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, Rio de Janeiro.

ABNT (2004b). NBR 15115: Agregados reciclados de resduos slidos da construo civil Execuo de camadas de pavimentao Procedimentos. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, Rio de Janeiro.

BENNERT, T.; PAPP JR., W. J.; MAHER, A.; GUCUNSKI, N. (2000) Utilization of construction and demolition debris under traffic-type loading in base and subbase applications. Transportation Research Record, n.1714, p.33-39.

BLANKENAGEL, B. J.; GUTHRIE, W. S. (2006) Laboratory characterization of recycled concrete for use as pavement base material. Transportation Research Record, n.1952, p.21-27.

DNER (1998a). ME 035/98: Agregados Determinao da abraso Los Angeles. Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, Rio de Janeiro.

DNER (1998b). ME 081/98: Agregados Determinao da absoro e da massa especfica de agregado grado. Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, Rio de Janeiro.

GRUBBA, D. C. R. P. (2009) Estudo do comportamento mecnico de um agregado reciclado de concreto para utilizao na construo rodoviria. 139p. Dissertao (Mestrado) Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo.

GRUBBS, F. (1969). Procedures for Detecting Outlying Observations in Samples. Technometrics, Vol. 11, p. 1-21.

POON, C. S; QIAO, X. C; CHAN, D. (2006) Feasible

use of recycled concrete aggregates and crushed clay brick as unbound road sub-base. Construction and Building Materials, no 20, p. 578585.

RAO, A.; JHA, K.; MISRA, S. (2007) Use of aggregates from recycled construction and demolition waste in concrete. Resources, Conservation and Recycling, no 50, p. 7181.

SAEED, A; HAMMONS, M. I.; REED, J. L. (2007) Comprehensive Evaluation, Design, and Construction Techniques for Airfield Recycled Concrete Aggregate as Unbound Base. In: Transportation Research Board 86th Annual Meeting, Washington DC, United States, 16p.

SINDUSCON-SP (2005) - SINDICATO DA INDSTRIA DA CONSTRUO CIVIL DO ESTADO DE SO PAULO,. Gesto Ambiental de Resduos da Construo Civil: A experincia do SindusCon-SP/ Tarcsio de Paula Pinto. So Paulo: SINDUSCON-SP. 48 p.

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