areia de fundição em concreto - artigo

Artigo submetido ao Curso de Engenharia Civil da UNESC - como requisito parcial para obteno do Ttulo de Engenheiro Civil

UNESC- Universidade do Extremo Sul Catarinense 2011/02

EFEITO DA AREIA DE FUNDIO EM CONCRETO

Rafael Martins da Silva (1); Fernando Pelisser (2)

UNESC Universidade do Extremo Sul Catarinense

(1) [email protected]; (2) [email protected]

RESUMO

A areia de fundio um resduo slido oriundo da etapa de desmoldagem de peas metlicas na indstria metalrgica. Por ser um resduo ainda no reutilizvel em sua totalidade, gera um grande problema ambiental ao setor metalrgico. Parte desse resduo vem sendo estocado nas prprias empresas, ou enviado a aterros industriais, gerando custos as empresas para o descarte do material bem como a contaminao do meio ambiente. Neste contexto, a indstria da construo civil tem apresentado grande potencial no que diz respeito utilizao deste resduo na produo dos mais variados produtos dentro do setor, tendo em vista a grande quantidade de matria-prima utilizada pela indstria da construo. Este fato pode ser comprovado pelos vrios trabalhos j publicados que estudaram a viabilidade tcnica e ambiental da areia de fundio como matria-prima na fabricao de argamassas e concretos. Este trabalho teve como objetivo principal estudar o comportamento de concreto feito com areia de fundio residual (AFR). Para tal foi avaliado a trabalhabilidade no estado fresco conforme NBR NM 67 e no estado endurecido foram realizados ensaios mecnicos de resistncia a compresso e determinao de mdulo de elasticidade segundo NBR 5739 e NBR 8522, respectivamente. No que se refere plasticidade, foi observado que a substituio de 20% de areia fina pela areia de fundio manteve a mesma classe de trabalhabilidade do concreto, evitando o acrscimo de gua e o prejuzo na resistncia. Quanto ao comportamento mecnico, foram verificados resultados equivalentes na idade de 7 dias, porm, aos 28 dias, um decrscimo de resistncia com a utilizao da AFR. Esse comportamento decorrente de dois efeitos principais, partculas contaminantes de baixa resistncia presente na areia, como o carvo, e, devido a algum processo de degradao atravs da interao AFR/compostos hidratados do cimento Portland.

Palavras-Chave: Areia de fundio residual; Concreto; Resduos slidos

1. INTRODUO

A areia de fundio residual (AFR) uma mistura em sua maioria composta de areia base, bentonita, p-de-carvo, areia de retorno e gua, proporcionando caractersticas de perfeita coeso, compactabilidade, maleabilidade, trabalhabilidade, refratariedade, e resistncia a esforos mecnicos de compresso e trao, expansividade volumtrica, permeabilidade e perfeita desmoldagem, so requisitos dessa areia para o processo de moldagem e fundio [1]. Em contra partida esta areia perde suas caractersticas e propriedades aps vrias utilizaes, sendo descartada posteriormente como resduo slido em um nmero bem expressivo de ton/ano.

2 Artigo submetido ao Curso de Engenharia Civil da UNESC - como requisito parcial para obteno do Ttulo de Engenheiro Civil


O descarte inadequado da areia usada pode causar vrios problemas. Um dos problemas decorrentes quando esta submetida a intempries e seus contaminantes mais provveis como resinas fenlicas, metais e no metais, dissolvendo-se, podendo contaminar os solos e o lenol fretico. Esta contaminao tende a ocorrer mesmo em aterros legalizados, pois muitos no foram devidamente preparados para receber este material, alm do que o descarte em aterros consiste em um elevado custo [13]. Segundo dados da Associao Brasileira de Fundio [11], o Brasil o 7 maior produtor mundial de fundidos, produzindo em torno de 3.241,000 ton/ano (base 2010), gerando somente no Brasil, em mdia cerca de 3,5 milhes de ton/ano de resduos. Considerada como resduo slido, a areia de fundio classificada como resduo no perigoso classe II, conforme ABNT NBR 10004 [10]. Vrios estudos e pesquisas vm sendo realizadas para buscar uma soluo para sua utilizao como matria-prima com sua utilizao parcial ou total com outros materiais. Umas das solues que vem apresentando resultados satisfatrios a utilizao da areia de fundio residual pela indstria da construo civil. Dos estudos j realizados sobre a utilizao da areia de fundio em concreto, em destaque temos os realizados por Khatib e Ellis (2001); Naik et al. (2003, 2004), Siddique et al. apud Silva et al. (2011) [15]. Outra aplicao que se destaca a utilizao da areia de fundio em concreto asfltico apresentado por Javed et al, apud Silva et al. (2011) [15]. Os mais recentes estudos vem de Silva et al. (2010) [14], que estudou a influncia do emprego de areia de fundio nas propriedades de argamassas e concretos e o estudo realizado por Rocha et al. (2011) [13], sobre a utilizao da areia de fundio em concreto auto-adensvel. Conforme estudos realizados por Silva et al. (2010) [14], a areia de fundio demonstra efeitos expansivos com a ocorrncia de fissurao e queda de resistncia do material, j para Rocha et al. (2011) [13] a areia de fundio em concretos do tipo auto-adensveis contribuem para um controle de exsudao, no tendo sido observados evidncias de degradao. No entanto essa imparcialidade entre resultados que favorecem e desfavorecem sua utilizao nos mais variados produtos do setor da construo civil, esto acondicionadas ao grau de elementos fsico-qumicos presentes na areia de fundio, que depende muito de sua origem e composio, como por exemplo, a variao dos teores de aglomerante, tais como, argila montmorilonticas, bentonita, p de carvo e resqucios metlicos.

2. MATERIAIS E MTODOS

2.1 MATERIAIS 2.1.2 Aditivo e cimento O aditivo utilizado na produo das misturas de concreto ao longo deste estudo foi do tipo polifuncional (redutor de gua), suas caractersticas so apresentadas na tabela 1 e o cimento utilizado como aglomerante foi o cimento CPV ARI RS de massa especfica 3,00 kg/dm.



Tabela 1 - Caractersticas Aditivo Polifuncional

Funo Principal Redutor de gua

Aspecto Lquido

Cor Castanho Escuro

Densidade 1,160 - 1,210 kg/m Fonte: Dpto. de tecnologia do concreto Engemix Florianpolis SC, 2011

2.1.3 Agregados grados e midos Como agregado grado fez-se a combinao de duas britas de origem basltica, brita 1 e brita 0, utilizadas nas propores em massa, conforme tabela 2. Como agregado mido empregou-se a combinao de areia grossa, areia fina e areia de fundio nas propores conforme mostradas na tabela 2. Por classificao granulomtrica, segundo tabela 3, a areia de fundio substituir a areia fina nas composies desse estudo. A tabela 3 mostra as caractersticas e a curva granulomtrica dos agregados citados na tabela 2.

Tabela 2 Composio em massa dos agregados

Ref. T1 Ref. T2 Ref. T3

Brita 1 Kg 11,25 11,25 10,2 10,2 10,8 10,8

Brita 0 Kg 11,25 11,25 10,2 10,2 10,8 10,8

Areia Mdia Kg 14 - 14,48 - 16,32 -

Areia Fina Kg - 14 - 14,48 - 16,32

Areia de fundio Kg 3,5 3,5 3,62 3,62 4,08 4,08

1:a:p 1 : 1,75 : 2,25 1 : 2,58 : 2,92 1 : 3,40 : 3,60

Trao unitrio:

cimento, areia e

pedra

Trao em Massa 1:7,0 1:5,5 1:4,0

1 : m

Fonte: Da pesquisa, 2011



Tabela 3 - Caractersticas Granulomtricas dos agregados


2.2 MTODOS 2.2.1 ENSAIOS NO CONCRETO EM ESTADO FRESCO O presente estudo, conforme a tabela 4, mostra 3 dosagens distintas, nas propores 1:4,0 , 1:5,5 e 1:7,0 (referncia). Para cada composio, foi realizada uma mistura com a substituio de areia fina pela AFR (20%).

Tabela 4. Composies dos traos a serem ensaiados


Brita 1 Kg 11,25 11,25 10,2 10,2 10,8 10,8

Brita 0 Kg 11,25 11,25 10,2 10,2 10,8 10,8

Areia Mdia Kg 14 - 14,48 - 16,32 -

Areia Fina Kg - 14 - 14,48 - 16,32

Areia de fundio Kg 3,5 3,5 3,62 3,62 4,08 4,08

Cimento Kg 10 10 7 7 6 6

Aditivo g 70 70 50 50 42 42

Trao em Massa 1:7,0 1:5,5 1:4,0

1 : m


valor referente a 0,7% do peso do cimento utilizado no trao.



Os concretos foram avaliados, no estado fresco, pelo ensaio de abatimento do tronco de cone (slump-test), conforme NBR NM 67 [3]. Os ndices de plasticidade (tabela 5), nos mostra, que a troca da areia fina pela areia de fundio no levou a alteraes na consistncia do concreto, sendo mantida a relao gua/cimento, obtendo-se a mesma trabalhabilidade em relao ao trao de referncia. Tabela 5. Caractersticas e valores de trabalhabilidade obtidos nos traos ensaiados


Relao a/c 0,47 0,47 0,58 0,58 0,75 0,75

Abatimento (cm) 10,5 10,5 10,5 10,5 7 7

1 : 3,40 : 3,60

Trao unitrio:

cimento, areia e

pedra

1 : 1,75 : 2,25 1 : 2,58 : 2,92

01:04,0 01:05,5 01:07,0Relao

cimento/agregado


Depois de realizados os ensaios de consistncia pelo mtodo de abatimento de tronco de cone, foi realizado o preenchimento dos moldes com adensamento mecnico, sendo moldados 3 corpos-de-prova de 10,0 x 20,0cm (dimetro x altura) de cada trao totalizando 18 amostras. 2.2.2 ENSAIOS DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO

Por questes ambientais e baseadas no fato de que a areia de fundio elencada como resduo slido e para que possa ser gerenciada adequadamente, a mesma passou pelo processo de classificao da NBR 10004 [10], para determinar os riscos potenciais ao meio ambiente e sade pblica que a mesma possa apresentar. Os concretos foram produzidos e o procedimento de moldagem, desmoldagem e cura seguiram s recomendaes da NBR 5738 [7]. Nos concretos foi determinada a resistncia compresso axial conforme NBR 5739 [5] e de mdulo de elasticidade NBR 8522 [4], nas idades de 7 e 28 dias. Para garantir o nivelamento e aplicao homognea de carga, as faces dos corpos-de-prova, tiveram seus topos cobertos por anis de neoprene confinados em anel metlico, no momento do ensaio de compresso axial.

3. RESULTADOS E DISCUSSES

3.1 ANLISE DE TOXIDADE DA AREIA DE FUNDIO RESIDUAL



A areia de fundio foi analisada conforme os procedimentos recomendados pelas normas NBR 10005 [8] e NBR 10006 [9], para classificao em conformidade com a NBR 10004 [10]. Essa classificao permite concluir que o resduo apresenta caractersticas fsico-qumicas CLASSE II (no inerte). Aps a classificao analisou-se a composio qumica por FRX, onde se pode observar um elevado teor de carbono (tabela 6).

Tabela 6 - Composio qumica areia de fundio residual

CHUMBO (Pb) < 0,05%

ZINCO (Zn) < 0,01%

MAGNSIO (Mg) 0,23

POTSSIO (K) 0,50%

SDIO (Na) 0,30%

CLCIO (Ca) 0,20%

CARBONO (C) 4,50%

ENXOFRE (E) 0,03% Fonte: Da pesquisa, 2011

Tambm foram realizados testes de toxicidade aguda, conforme a portaria N 017-FATMA (Metodologia de anlise ABNT NBR 12713 [6]). Para essa anlise foi utilizada uma composio de argamassa, com proporo similar a praticada no concreto (1:3), e, utilizando areia padro brasileira como agregado mido, a fim de reduzir s variaes dos resultados. Tambm foi aumentada a concentrao de areia, para 50% e 100% de substituio. A tabela 7, mostra os resultados para a idade de 7 dias, onde foram verificados ndices acima do permitido, inclusive para o concreto de referncia. Isso pode ter ocorrido, devido alcalinidade do concreto, pela presena de hidrxido de clcio, solvel em gua, principalmente quando a resistncia baixa. No entanto, a substituio de 100% de areia convencional pela areia de fundio, mostra resultados mais elevados em relao ao concreto de referncia e tambm para 50% de substituio.

Tabela 7. Resultado de toxidade aguda

AmostraFator de

ToxidadeLimite Concluso

Trao referncia 8 4 Txico

50% de areia de fundio 8 4 Txico

100% de areia de fundio 24 4 Txico

FATOR DE TOXIDADE AGUDA


- Espectrometria de Fluorescncia de raios x



3.2 MDULO DE ELASTICIDADE Na figura 1 e na tabela 8 podem ser observados os resultados de mdulo de elasticidade para as 3 classes de concreto, com e sem adio da AFR, para as idades de 7 e 28 dias. Pode ser verificado um efeito normal da composio, influenciada pela relao a/c ou pelo consumo de cimento, e, para idade de 7 dias, um comportamento equivalente para os dois tipos de areia. No entanto, na idade de 28 dias, observada uma queda no mdulo de elasticidade com a utilizao da AFR, causado pela existncia de pontos de fragilidade na matriz de cimento hidratado. Esses resultados tornam-se mais acentuados ao avaliar a resistncia compresso, devido tenso reduzida utilizada para determinao do mdulo de elasticidade.

Figura 1 Evoluo do mdulo de elasticidade 7 e 28 dias

Vertical bars denote 0.95 confidence intervals

Idade: 7 dias

T(1:m) 4 5,5 728

30

32

34

36

38

40

42

44

M

du

lo d

e E

lasticid

ad

e (

GP

a)

Idade: 28 dias

T(1:m) 4 5,5 7

Areia referncia

Areia de fundio




Tabela 8 - Resultados do mdulo de elasticidade do concreto no estado endurecido

RefernciaAreia de

FundioReferncia

Areia de

FundioReferncia

Areia de

Fundio

35,50 35,32 34,15 34,79 29,45 30,90

36,57 35,85 34,22 34,79 30,67 30,90

37,08 36,40 36,28 35,45 32,48 31,76

40,1 36,7 37,8 33,4 36 34,8

40,9 37,3 39,2 35,1 37,3 35,2

42,6 38,2 40,9 35,7 38,7 35,6

Dados

Mdulo de

Elasticidade (Gpa)

1: 4,0 1: 5,5 1: 7,0

7 dias

28 dias

I

d

a

d

e

Trao


3.3 RESISTNCIA COMPRESSO Na figura 2, tabela 9, e figura 3 podem ser observados os resultados de resistncia compresso para as 3 composies do concreto, com e sem adio da AFR para as idades de 7 e 28 dias. observado um efeito normal da composio dos concretos, e, para idade de 7 dias constatado um efeito no significativo do tipo de areia na resistncia do concreto. No entanto, para idade de 28 dias, nota-se uma reduo significativa da resistncia, com emprego da AFR, ou um prejuzo no ganho de resistncia pela hidratao do cimento. Esse comportamento pode ter sido ocasionado devido a pontos de fragilidade causados pelos componentes da areia, juntamente com alterao da cintica de hidratao do cimento em presena de compostos cidos presentes no carvo. Outra causa de influncia na resistncia de concretos com AFR, segundo Silva et al. (2011) [15], o aumento de ar incorporado nos concretos, o mesmo tambm observou queda significativa da resistncia compresso, ocasionada pelos elementos presentes na areia de fundio, tais como: p de carvo, bentonita e resqucios de metais provenientes do processo de fundio. Tais materiais indicam uma considervel contribuio na ocorrncia de reaes expansivas, levando a uma reduo acentuada da resistncia mecnica. Apesar dos concretos terem alcanado uma resistncia elevada, atingindo a classe de resistncia de concreto de auto desempenho, inclusive com a utilizao de AFR, somado-se ao fato de que a resistncia compresso no ser um fator limitante difcil de ser resolvido nesse caso. Porm, deve-se chamar ateno para dois aspectos: I) a viabilidade econmica, pois invivel corrigir a perda de resistncia com o aumento do consumo de cimento, para resolver uma caracterstica de um produto de baixo valor agregado, como a areia; II) uma das propriedades tcnicas que a base para o desenvolvimento sustentvel, a durabilidade, precisa ser garantida, pois os custos com manuteno e recuperao, sempre superam, em escala exponencial os custos de implantao. Assim sendo, preciso investigar, se o mecanismo de perda de resistncia do concreto com AFR, no afeta sua durabilidade, inviabilizando assim sua utilizao racional e eficiente.



Figura 2 - Evoluo da resistncia a compresso aos 7 e 28 dias

Vertical bars denote 0.95 confidence intervals

Idade: 7 dias

T (1:m) 4 5,5 710

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Re

sis

tn

cia

C

om

pre

ss

o (

MP

a)

Idade: 28 dias

T (1:m) 4 5,5 7

Areia referncia

Areia de fundio


Tabela 9 - Resultados de resistncia do concreto no estado endurecido

RefernciaAreia de

FundioReferncia

Areia de

FundioReferncia

Areia de

Fundio

41,9 35,1 30,2 23,5 17,7 17,1

42,3 38,6 33,3 23,6 18,6 18,1

42,4 39,6 33,6 25,1 20,3 18,2

57,1 35,8 46,7 29,3 43,4 25,9

59,5 37,3 50,6 29,9 44,5 26,9

60,2 38,1 54,2 31,5 45,9 27,9

Dados

Resistncia a

compresso (Mpa)

1: 4,0 1: 5,5 1: 7,0

7 dias

28 dias

I

d

a

d

e

Trao




Figura 3 - Diagrama de dosagem

0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75

(Relao a/c)20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Re

sis

t.

Co

mp

ress

o (

MP

a)

7.5

7

6.5

6

5.5

5

4.5

4

3.5

Trao (1:m)

460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260

Consumo (Kg/m)32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

M

du

lo d

e E

lasticid

ad

e (

GP

a)

Legenda

Resistncia - Areia Ref.

Md. Elasticidade - Areia Ref.

Resistncia - Areia Fundio

Md. Elast. - Areia Fundio


4. CONCLUSES

Com base nos resultados obtidos neste estudo, fica evidente que areia de fundio influencia diretamente no desempenho dos concretos quanto a sua resistncia, quando comparados a um trao de referncia. Embora mantenha caractersticas de



trabalhabilidade quando equiparada ao trao de referncia. A areia de fundio por possuir materiais muito reagentes em sua composio tais como: o p de carvo e resqucios metlicos exerce reaes fsico-qumicas no material levando um aumento de ar incorporado durante os ensaios realizados no estado fresco e a possveis microfissuras na interface pasta agregado ao longo do processo de hidratao do cimento, tendo como consequncia a perda acentuada de resistncia. Os resultados deste estudo tangenciam aos apresentados por Rocha et al. (2011) [13], ele menciona que da presena de areia de fundio implicou uma reduzida queda de resistncia mecnica nas amostras, entretanto as mesmas apresentaram valores importantes, considerveis para a viabilidade da areia de fundio como material componente do concreto. Todavia, a necessidade de estudos mais aprofundados para avaliar a durabilidade do material faz-se necessrio, haja visto que em todos os estudos j realizados sobre a utilizao de areia de fundio em concreto, tenham mostrado resultados que a desfavorecem, quando a resistncia a compresso axial analisada. Em funo dos resultados apresentados, e dos estudos j realizados sobre seu emprego em concretos, a areia de fundio mostra-se como mais uma alternativa de material na rea da construo civil, porm toda amostra de areia deve ser previamente analisada atravs de ensaios, com o intuito determinar os efeitos que a mesma apresentar, validando ou no sua utilizao.

5. REFERNCIAS

[1] ARMAGE, Luciana C. Utilizao de areia de fundio residual para uso em

argamassa, [2006]. Disponvel http://www.tede.udesc.br/tdebusca/arquivo. ph

p?codArquivo=240. Acesso em 12 Jun de 2011.

[2] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Agregado para

concreto: NBR 7211. Rio de janeiro, 1983.

[3] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Concreto

Determinao da consistncia pelo abatimento do tronco de cone: NBR

NM 67. Rio de janeiro, 1998.

[4] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Concreto

Determinao dos mdulos estticos de elasticidade e de deformao e



da curva tenso deformaoda consistncia pelo abatimento do tronco

de cone: NBR 8522. Rio de janeiro, 2003.

[5] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Concreto Ensaio

de compresso de corpos-de-prova cilndricos: NBR 5739. Rio de janeiro,

1994.

[6] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Ecotoxicologia

aqutica Toxicidade aguda Mtodo de ensaio com Daphnia ssp

(Cladocera, Crustacea): NBR 12713, 2004 .

[7] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Moldagem e cura de

corpos-de-prova cilndricos ou prismticos de concreto: NBR 5738. Rio

de janeiro, 1994.

[8] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Procedimento para

obteno de extrato lixiviado de resduos slidos: NBR 10005. Rio de

janeiro, 2004.

[9] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Procedimento para

obteno de extrato solubilizado de resduos slidos: NBR 10006. Rio de

janeiro, 2004.

[10] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Residuos Slidos

Classificao: NBR 10004. Rio de janeiro, 2004.

[11] BRICHESI, Devanir. Indstria de Fundio no Brasil. Revista Guia ABIFA

de Fundio. Editora: Vox, So Paulo, v. 133, Anurio 2011, p.24-25.

[12] MARIOTO, C.L.; BONIN, A.L. Tratamento dos descartes de areia. Revista

Fundio e matrias-primas, Editora: Vox, So Paulo, v. 12, 1996. P.28-32.



[13] ROCHA, Joo P. de A.; LUZ,Caroline A. da; PERIUS, Gustavo; PEREIRA

FILHO, Jos I.; CAMICIA, Rodrigo. Utilizao de areia de fundio em

concreto auto-adensvel. (2011) p.13.

[14] SILVA, Wilson R. L. da; TOCHETTO, Eduardo; PRUDNCIO JR, Luiz R.;

OLIVEIRA, Alexandre L. de. Influncia do emprego de areia de fundio

residual nas propriedades no estado fresco e no endurecido de misturas

cimentcias. (2010) p.12.

[15] SILVA, Wilson R. L. da; TOCHETTO, Eduardo; PRUDNCIO JR, Luiz R.;

OLIVEIRA, Alexandre L. de. Influncia do emprego de areia de fundio

residual nas propriedades no estado fresco e no endurecido de misturas

cimentcias. Revista IBRACOM de Estrururas e Materiais. Editora: Ipsis, So

Paulo, v. 4 Outubro (2011) p.653.

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