COMPARAÇÃO ENTRE A UTILIZAÇÃO DO BIOCONCRETO COM CONCRETO CONVENCIONAL E COM O CONCRETO COM FIBRA

Engenharia Civil, Volume 27 - Edição 127/OUT 2023 / 27/10/2023

COMPARISON WITH THE UTILIZATION OF BIOCONCRETE WITH CONVENTIONAL CONCRETE AND FIBER CONCRETE

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10049183

Ventura.J.V
Claudino.I.S
Ferreira.S.M
Veiga.J.E
Rossi.G.G
Orientador: Noriega.C.L

Resumo

A seleção correta dos materiais de construção desempenha um papel importante na concepção de um edifício que se enquadre na definição de desenvolvimento sustentável. Um dos materiais de construção mais utilizados é o concreto. Sua produção causa uma alta carga energética ao meio ambiente. O concreto é suscetível a fatores externos. Como resultado, ocorrem rachaduras no material. Alcançar a sua durabilidade juntamente com os pressupostos da construção sustentável significa que existe a necessidade de utilizar uma técnica alternativa amiga do ambiente e eficaz de remoção de fissuras no material danificado. O bioconcreto reduz custos em termos de detecção de danos e manutenção de estruturas de concreto, garantindo assim uma vida útil segura da estrutura. O bioconcreto pode melhorar sua durabilidade. No entanto, atualmente não é utilizado em escala industrial. O alto custo dos substratos utilizados faz com que eles não sejam utilizados em escala industrial. Muitas unidades de investigação tentam reduzir os custos de produção através de vários métodos; no entanto, o bioconcreto pode ser uma resposta eficaz à sustentabilidade. Ao compará-lo com o concreto convencional que é composto por cimento, água, agregados de diferentes tamanhos além de outros aditivos, podendo ser moldado e utilizado da forma necessária, ganhasse em um dos maiores problemas mais encontrados no concreto convencional que são as manifestações patológicas presentes no material que ocorrem no decorrer da vida útil, entre elas podemos citar as fissuras, trincas e rachaduras.

Palavras-chave: concreto convencional, bioconcreto, concreto com fibra, sustentabilidade.

Abstract

The correct selection of building materials plays an important role in designing a building that fits the definition of sustainable development. One of the most used construction materials is concrete. Its production causes a high energy burden on the environment. Concrete is susceptible to external factors. As a result, cracks occur in the material. Achieving its durability together with the assumptions of sustainable construction means that there is a need to use an alternative environmentally friendly and effective technique for removing cracks in the damaged material. Bioconcrete reduces costs in terms of damage detection and maintenance of concrete structures, thus ensuring a safe service life of the structure. Bioconcrete can improve its durability. However, it is currently not used on an industrial scale. The high cost of the substrates used means that they are not used on an industrial scale. Many research units attempt to reduce production costs through various methods; however, bioconcrete can be an effective answer to sustainability. When comparing it with conventional concrete, which is composed of cement, water, aggregates of different sizes and other additives, which can be molded and used as necessary, it would benefit from one of the biggest problems most commonly found in conventional concrete, which are pathological manifestations. present in the material that occur during its useful life, among which we can mention fissures, cracks and cracks.

Keywords: conventional concrete, bioconcrete, fiber concrete, sustainable.

INTRODUÇÃO

O rápido desenvolvimento da construção, especialmente nos países em desenvolvimento, contribui para a poluição ambiental, o elevado consumo de energia e os recursos naturais. Essas ações têm impacto direto no conforto e na saúde dos moradores dos edifícios (Franzoni, 2011). Já na década de 1970, foi iniciada a investigação sobre os efeitos nocivos dos materiais de construção   na    saúde    dos utilizadores. Como resultado da investigação, foram introduzidos materiais ecológicos, por exemplo, blocos de silicato, materiais à base de ligantes de gesso, tintas, madeira, etc. Estes materiais destinam-se a promover a saúde humana. Além disso, eles deveriam representar apenas um fardo mínimo para o meio ambiente. A sua carga e o seu ciclo de vida consistem em várias fases. Tudo começa com a obtenção de matérias-primas para sua produção. A próxima etapa é a operação, durante a qual podem ser renovados ou preservados. A etapa final é o descarte e reciclagem dos materiais. Portanto, verde (sustentável) (Häkkinen & Belloni, 2011) os materiais de construção devem ser concebidos e utilizados de forma a minimizar as fontes de poluição. Ao longo do ciclo de vida dos edifícios e construções (Chen et al., 2019), estes devem poupar energia e ser seguros para a saúde humana. A energia dos materiais de construção é um fator importante para o novo sistema de construção energeticamente eficiente (Invidiata et al., 2018).

Na indústria da construção européia, a escolha certa dos materiais de construção é um fator importante para alcançar o desenvolvimento sustentável (Franzoni, 2011). A União Européia promove ações que visam o desenvolvimento sustentável. A prioridade é reduzir o consumo de energia e de recursos naturais, bem como reduzir a produção de resíduos e a poluição que pode ser causada pelo transporte de materiais. Estão a ser introduzidos princípios de desenvolvimento sustentável para todo o ciclo de vida dos edifícios. Isso pode garantir um compromisso entre desempenho econômico, bem como ambiental e social (Stanaszek-Tomal & Kozak, 2017). Todos os projetos de construção que estão sendo implementados devem ser funcionais no que diz respeito ao aumento da durabilidade, desempenho técnico e de materiais, e à redução do custo do ciclo de vida do edifício (Akadiri et al., 2012).

Materiais de construção sustentáveis são materiais que:

  • reduzir o consumo de recursos;
  • minimizar o impacto no meio ambiente;
  • não representam uma ameaça à saúde humana.

São materiais que auxiliam nas estratégias de projeto paisagístico sustentável, bem como materiais de empresas que buscam políticas sociais, ambientais e corporativas sustentáveis.

Os materiais de construção devem ser investigados porque desempenham um papel importante desde o momento da concepção do conceito de construção de um edifício até ao final do edifício, quando este será desmontado, para que os    materiais     possam     ser reciclados. Planejadores e arquitetos, bem como engenheiros e construtores, estão em busca de novos materiais e tecnologias para serem usados em estruturas novas ou futuras que tragam benefícios como eficiência energética, recursos hídricos e proteção, melhoria da qualidade do ar em ambientes fechados, redução dos custos do ciclo de vida e durabilidade. Para alcançar estes efeitos, é importante aplicar os mais recentes desenvolvimentos a diversas tecnologias, incluindo o desenvolvimento de estudos de materiais e materiais de construção ecológicos, e alcançar a eficiência energética durante a produção de tais materiais. Além disso, a inclusão de materiais de construção sustentáveis nos projetos de construção reduzirá o impacto ambiental dos materiais de construção. O impacto associado à mineração, transporte, processamento, fabricação, bem como instalação, reutilização e descarte (Roodman & Lenssen, 1995).

JUSTIFICATIVA

Com o crescimento das tecnologias e também da engenharia civil o concreto torna-se um dos materiais mais utilizados no mundo, nesse sentido se faz necessária uma revisão bibliográfica dos potencias tipos de concreto que podem vir a substituir o concreto convencional.

OBJETIVOS

Objetivo Geral

Realizar uma revisão bibliográfica para comparar o bioconcreto, o concreto convencional e o concreto com fibra e apresentá-lo como uma alternativa tecnológica sustentável, que permite prover a sustentabilidade e problemas ambientais. Além disso investigar se a sua utilização tem impacto na minimização de fissuras presentes em estruturas de concreto convencional e com fibra. A pesquisa foi desenvolvida a partir de uma revisão bibliográfica a respeito do tema, fazendo uma abordagem geral, investigando as origens, os estatísticos, as aplicabilidades e as características tecnológicas empregados na construção civil sobre a temática com a finalidade de reduzir os custos de manutenção empregados na construção civil.

Objetivos específicos ou etapas para atingir o objetivo geral

Fazer uma revisão bibliográfica sobre as características sustentáveis do bioconcreto, do concreto convencional e do concreto com fibra.

Abordar a durabilidade dos três tipos de concreto a partir de fissuras típicas das suas utilizações.

Investigar as potenciais formas de utilização do bioconcreto no setor da construção civil.

METODOLOGIA

A pesquisa foi realizada através de um estudo teórico em relação a utilização do bioconcreto em comparação com o concreto convencional e o concreto com fibra. Foi utilizado o método de pesquisa qualitativo para a realização da pesquisa que foi desenvolvida. Entre as características que foram analisadas estão a durabilidade dos diferentes tipos de concreto com base na sua utilização ao longo do tempo e em um dado ambiente. O levantamento bibliográfico foi feito pelo site do Periódicos CAPES, acessando pelo “acesso CAFe”. As palavras-chave utilizados foram: concreto convencional, bioconcreto, concreto com fibra, sustentabilidade e utilização, e para filtrar os resultados utilizou-se trabalhos mais recentes sobre a temática.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Na engenharia civil, o concreto é normalmente utilizado para obras. Isto está associado a um baixo custo de construção e materiais de construção e também a baixos custos de manutenção. No entanto, o reforço são um enorme fardo para o ambiente, devido ao elevado consumo de energia ( Tabela 1 ) durante a produção e utilização. A Tabela 1 apresenta exemplos de materiais de construção e as quantidades de energia produzidas por eles (Achal & Mukherjee, 2015).

Tabela 1 – Energia emitida e emissões de CO 2 , por exemplo, materiais de construção

(Fonte: Achal & Mukherjee, 2015).

Por esta razão, o concreto deve ser protegido contra fatores externos, a fim de aumentar a sua durabilidade. As estruturas deterioram-se por diversos motivos, como impacto do ambiente externo, sobrecarga ou danos acidentais, e necessitam de ser reparadas para prolongar a sua vida útil. Os defeitos que ocorrem são tipicamente trincas (Roodman & Lenssen, 1995) resultantes de reações como:

  • ação congelar-descongelar;
  • encolhimento;
  • endurecimento do concreto;
  • baixa resistência à tração do concreto, etc.

Eventualmente, levam à deterioração de componentes, instalações ou edifícios. Obviamente existem vários métodos de reparo, por exemplo, resinas epóxi. Eles são, no entanto, caros e requerem manutenção constante. A possível manutenção e reparação de estruturas de concreto   é   bastante cara. Às vezes não é possível fazer isso. No entanto, raramente são incluídos na vida útil do material. Além disso, o uso de produtos químicos causa danos ao meio ambiente. Ao analisar a durabilidade juntamente com a suposição de utilização como materiais de construção e construção sustentáveis, é necessário ser capaz de aplicar uma técnica alternativa, ecológica e eficaz de remoção de fissuras.

O concreto pode ser reparado em duas direções, ou seja, através de:

  • cura autógena;
  • cura autônoma.

Na cura autógena, o processo de autocura ocorre com a utilização de produtos formados na presença de monóxido de carbono di-hidratado e água. Carbonato de cálcio (Sisonmphon et al., 2012) ou produtos de hidratação como CSH (Huang et al. 2013) são formados para causar a cicatrização de fissuras. Além disso, medidas expansivas introduzidas diretamente, como óxido de magnésio e bentonita (Qureshi et al., 2018), podem alcançar alta eficiência de

vedação de fissuras com largura inicial de cerca de 0,18 mm. O segundo tipo de tratamento curativo – autônomo – baseia- se no uso de bactérias, compostos orgânicos e materiais encapsulados com pozolana. Neste tratamento distinguem- se fatores químicos como o lactato de cálcio e fatores biológicos, ou seja, bactérias. Seu acoplamento permite obter melhores resultados finais.

As fissuras (Tabela 2) podem ocorrer em diversos elementos estruturais, tais como vigas, pilares, lajes e outros elementos da construção. As causas variam e, na maioria das vezes, podem ter relação com as tensões dos materiais, que quando solicitados a uma aplicação maior que a resistente sofre uma abertura, classificada de acordo com sua espessura.

Tabela 2 – Classificação das fissuras conforme a abertura

(Fonte: Adaptado pelos autores)

Conforme Brito et al. (2018), o bioconcreto é uma mistura do concreto tradicional, bactérias e Lactato de cálcio (alimento das bactérias), uma vez que, a bactéria é ativada quando entra em contato com a água ou oxigênio. Se o concreto começa a se degradar, os Bacillus Pseudofirmus se abrem e por meio de reações químicas, as bactérias auxiliam na regeneração do concreto. Segundo a Thorus Engenharia (2019), o bioconcreto denominado como “concreto auto-curável”, consiste na mistura do concreto com bactérias produtoras de calcário. A mesma diz que, esse concreto autorregenerante é composto pelos mesmos componentes do concreto convencional, mais um elemento adicional denominado agente de cura, que por sua vez é composto por bactérias Bacillus Pseudofirmu e lactato de cálcio (C6H10CaO6).

No método externo, a biomineralização é empregada pela primeira vez quando aparecem fissuras e defeitos na superfície da estrutura. A mistura biológica é aplicada na superfície. Os cristais de carbonato de cálcio produzidos precipitam dentro das fissuras e depois as selam.

A biomineralização é a formação de minerais em um processo biológico. Pode ser dividido nos dois tipos a seguir:

  • mineralização controlada biologicamente (BCM);
  • mineralização biologicamente induzida (BIM).

O primeiro tipo é geneticamente controlado ou regulado por organismos (Sisonmphon et al., 2012). No segundo tipo, os minerais são formados como subproduto da reação entre a atividade do organismo e o meio ambiente. Por meio da atividade metabólica, as bactérias podem se adaptar às condições ambientais.

No BCM, os minerais são depositados em/ou em matrizes orgânicas ou bolhas em uma célula. Isto permite ao corpo controlar a nucleação e o crescimento dos minerais e, portanto, a composição, tamanho, hábito e localização do mineral intracelular. As partículas minerais do BCM são bem estruturadas. Eles têm uma distribuição de tamanho estreita e um hábito cristalino consistente e específico da espécie. Os processos BCM estão sujeitos a controle metabólico e genético. As condições internas da bolha, por exemplo, pH, são controladas pelo corpo. Portanto, a formação mineral não é tão sensível aos parâmetros ambientais externos como no BIM. O carbonato de cálcio BCM geralmente ocorre em eucariotos. Exemplos de estruturas de carbonato de cálcio formadas com BCM são as conchas de moluscos, espigas de urina e otólitos de peixes.

Os minerais resultantes dos processos BIM estão envolvidos no crescimento embrionário e extracelular. Isso ocorre como resultado da atividade metabólica do corpo, bem como de reações químicas subsequentes envolvendo subprodutos metabólicos. Requer controle extraordinário de tamanho, morfologia e seleção de fase, o que resulta em estruturas orgânicas- inorgânicas complexas e hierárquicas com propriedades físico-químicas extraordinárias. CaCO3 induzido biologicamentea mineralização não inclui o controle direto do processo de biomineralização pelos organismos. O BIM ocorre passivamente, devido a alterações metabólicas na química da solução a granel ou em torno de organismos vivos, ou ativamente – quando o organismo e/ou seus subprodutos metabólicos fornecem locais de nucleação para mineralização. O carbonato de cálcio BIM geralmente ocorre na presença de organismos unicelulares, como bactérias.

O bioconcreto é uma tecnologia relativamente novo no brasil e no mundo, por esse motivo ela ainda está em fase de estudos para ser comprovada a sua sustentabilidade, pois mesmo o material evitado futuras manutenções ainda tem um custo muito alto a se pagar pela nova tecnologia. Segundo Silva (2018) enquanto o concreto convencional tem um custo de R$260,00m³ o bioconcreto tem um aumento no seu custo de 40% a mais do que o concreto convencional chegando ao custo de R$360,00m³. Pode-se analisar que o concreto auto regenerativo denominado bioconcreto se sobressai em muitos aspectos em relação ao concreto convencional, entre elas temos a durabilidade, resistência e custos ao longo dos anos, pois o mesmo se auto repara. A tabela 3 apresenta algumas de suas aplicações.

Tabela 3 – Aplicação de diferentes organismos em áreas da construção (Fonte: Adaptado pelos autores)


O concreto convencional não tem sido tão eficaz, pois os novos métodos construtivos que estão sendo utilizados estão cada vez mais aprimorados. Os profissionais da área da construção civil devem sempre estar um passo à frente, se adaptando a novas tecnologias e consequentemente inovando a maneira de elaborarem seus projetos, atentando- se a materiais de excelente qualidade e sustentabilidade, uma vez que é de suma importância buscar o desenvolvimento sustentável.

Outro tipo de concreto que também vem sendo utilizado é o concreto com fibra, estas são estimuladoras de autocura e são aplicadas, muitas vezes, como métodos de contenção do tamanho da fissura por meio da incorporação de fibras através da exposição do material a água ou a ciclos seco-úmido. A água estimula o fenômeno de hidratação contínua e o ar aumenta a possibilidade das reações de produção do carbonato de cálcio, (De Belie et al., 2018). A adição de fibra como parâmetros como aditivos cristalizantes, tipo de cimento, relação água/cimento, exposição ao meio, tempos de cura, totalmente diferentes, porém para este tipo de concreto foram apresentados resultados de cicatrização de fissuras relativamente próximos. Para os parâmetros citados, atenta-se para o de tempo de cura, que mostra uma diferença bem notória. Isso ocorre pelo fato de a relação água/ cimento ser menor. Tendo em vista que para que ocorra a cicatrização da fissura a presença de água é fundamental.

Do ponto de vista econômico, o concreto com fibra ainda apresenta menor vantagem para o mercado. Eles apresentam cicatrização das fissuras em menor período em relação aos demais, desta forma quando analisados os prazos de cumprimento de execução nas obras, estes tipos de concreto não atendem bem as expectativas das empresas de construção civil.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Após o estudo da literatura, as seguintes conclusões podem ser tiradas:

  • A maioria das bactérias Bacillus tem um efeito positivo na resistência à compressão do concreto e na resistência à flexão em comparação com amostras convencionais.
  • Materiais inorgânicos porosos como ceramite, zeólitas e outros são usados para proteger as bactérias do pH elevado.
  • O uso de diversas substâncias, por exemplo, sílica gel, protege as bactérias das reações alcalinas.
  • A fibra PP e PVA utilizada causou diminuição na concentração bacteriana. O nível de reparo superficial para amostras com bactérias e fibras foi ligeiramente inferior ao das próprias bactérias.

Nos próximos anos, e com um maior número de ensaios à escala real, as propriedades do bioconcreto serão mais conhecidas e os métodos de produção menos dispendiosos. A partir de hoje, promete ser uma solução duradoura para os problemas atuais enfrentados pela indústria do concreto. Tanto o mundo industrial como a população civil aguardam materiais que utilizem pouca energia e produzam pouco dióxido de carbono desde o momento da sua produção até ao momento da degradação natural. Espera-se também que tais materiais e estruturas sejam duráveis e sobrevivam pelo menos 50 anos (de acordo com a norma) e que a sua reparação seja eficaz, economicamente viável e até mesmo isenta de manutenção. O composto descrito acima é uma das respostas às expectativas da indústria e do mercado.

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