REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.8393522
José Gustavo Oliveira De Andrade1
Evandro de Souza Queiroz2
INTRODUÇÃO
O concreto se tornou um dos materiais mais utilizações nos setores da construção civil, principalmente devido a sua versatilidade, fácil acesso, custo acessível e também devido ao fato de ser maleável para moldagem em diversos formatos (PEDROSO, 2009; SANTOS, 2013). Após o processo de endurecimento, o concreto apresenta importantes características mecânicas que incluem alta resistência à compressão e tração (PEDROSO, 2009; TAVARES; KAZMIERCZAK, 2016).
No cenário mundial, a construção civil se encontra em um processo de expansão que começou historicamente com a revolução industrial. No Brasil, este setor apresenta grande movimentação financeira e vem passando por diversas mudanças ao longo dos anos que culminam em avanços relacionados a otimização de materiais e execução das obras mais rápidas e sustentáveis (SILVA et al., 2011; MEDEIROS, 2019). Guiado por tantas transformações, estes fenômenos impulsionaram novas formas de utilização do concreto com base na aplicação de agregados leves, tendo em vista os benefícios no tocante ao desempenho mecânico, capacidade de melhor isolamento térmico e redução de massa específica (ANGELIN, 2014).
Impulsionado pelo crescimento urbano, os setores ligados a Construção civil, como por exemplo o comércio de materiais e insumos, tornou-se um setor em expansão e de grande importância econômica para as diversas regiões brasileiras. Com alta capacidade de empregabilidade este setor precisa de constante transformação para se adequar as necessidades sociais e ambientais que acompanham o crescimento populacional (MEDEIROS, 2019).
O problema ambiental é exacerbado pela extração de recursos naturais para produção de concreto a serem usados na construção civil, sem falar que o setor gera grande quantidade de resíduos provenientes da construção e demolição, sendo que muitas vezes o descarte do material ocorrido em locais impróprios. Urge novos estudos foquem na viabilidade e testes de resistência dos agregados do concreto convencional através da utilização do poliestireno expandido (EPS) que é um material reciclável e pode ser usado de diversas maneiras (SCHUH, 2017; PIMENTEL et al., 2018).
O advento da utilização de EPS na composição do concreto dentro da construção civil brasileira é recente, os estudos datam registros inicias a partir de 1990 tendo uma aplicabilidade baixa, contudo com os avanços e desenvolvimentos de métodos construtivos mais modernos fizeram com que tal material tivesse mais relevância (PAIVA, 2011). Mesmo sendo o seu uso “recente”, a Literatura científica demonstra que é viável a utilização do EPS em pérolas ou EPS reciclado, devido às proximidades nos resultados encontrados e benefícios do uso (OLIVEIRA; GONZAGA; RIBEIRO, 2018; CARVALHO; MOTA, 2019).
Está problemática fomenta novas pesquisas científicas e sérias mudanças na indústria da construção civil visando sustentabilidade e menor impacto ambiental. Uma dessas mudanças poderia ser o aumento do uso de resíduos da construção na fabricação de novos concretos.
No que se refere a produção do concreto são utilizadas matérias primas como areia, brita, além do consumo de cimento e de água. Sendo assim, a depender da necessidade mecânica a produção do concreto, sua mistura pode ocorrer com substituição do agregado graúdo por pérolas de EPS para se obter um concreto leve (TAVARES; KAZMIERCZAK, 2016).
A adição de EPS ao concreto gera um melhor preenchimento de vazios no produto final, com uma distribuição mais uniforme e estável na composição do material, gerando como benefício melhorias no processo de pega do cimento. Uma forma para se obter e utilizar tipos de concreto leve é adicionando pérolas de EPS em sua composição, e assim, conseguir uma baixa densidade aparente. Diante disso, surgiu a necessidade de estudar a adição de EPS para tornar o concreto leve (OSORIO, 2016).
Haja vista as mudanças constitutivas para elaboração de um “novo tipo” de concreto, torna importante destacar que são necessários testes de desempenho de tais matérias. Vale salientar que a utilização de incrementos na mistura ou agregados reciclados podem gerar mudanças negativas no resultado final, alterando suas propriedades como aumento da capacidade de absorção de água, redução da massa específica ou redução do módulo de elasticidade e resistência (MOREIRA, 2010).
Nestas perspectivas, o objetivo deste estudo foi desempenho mecânico de concretos produzidos com a substituição do agregado por pérolas de EPS por meio da produção de concretos tendo um traço como referência e reproduzindo para os demais com respectivas adições de EPS em substituição do agregado graúdo.
METODOLOGIA
Os ensaios para a presente pesquisa se deram por meio da produção de concretos tendo um traço como referência e reproduzindo para os demais com respectivas adições de EPS em substituição de 25% 35% e 45% do agregado graúdo. A fabricação do concreto ocorreu utilizando o cimento Portland seguindo as diretrizes da NBR 5738 (2015), com uso de CP´s cilíndricos em dimensões 10x20cm. Na figura 1, pode-se verificar a constituição dos traços de concretos.
Figura 1. Constituição dos Traços de concreto. Fonte: Do Autor (2023)
As análises dos concretos foram feitas em seu estado fresco e endurecido, com a finalidade de analisar as características do traço de referência e dos traços contendo adição de poliestireno (T2, T3 e T4). Para o ensaio de módulo de elasticidade foi utilizado o método estatístico espúrio, excluindo os valores mais distantes da realidade da amostra.
Para tal, seguindo a NBR 5738 (2015), foram confeccionados 60 CP´s com o propósito de mostrar a eficiência do concreto leve verificando através das análises mecânicas a possibilidade de aplicação estrutural. A quantidade de EPS definida em cada traço foi feita através da multiplicação de seu volume utilizado pela sua massa especifica, sendo posteriormente empregado em gramas.
Durante p estudo dos concretos em seu estado endurecido foram realizadas análises mecânicas de compressão e tração, bem como a avaliação do módulo de elasticidade e absorção de água por capilaridade.
MATERIAIS
Quadro 1. Demonstrativo dos materiais utilizados para confecção dos concretos tendo um traço como referência adições de EPS em substituição do agregado graúdo.
| MATERIAL | ESPECIFICAÇÃO |
| Cimento Portland CP ll – F – 32 | foi adquirido no comércio da cidade de Caruaru/PE. |
| Agregado graúdo | O agregado graúdo usado foi a brita na granulometria de 19mm, comprada na cidade de Caruaru/PE. Nessa pesquisa ela foi utilizada em todos os traços tendo o T1 como referência, sofrendo redução de sua quantidade nos traços T2, T3 e T4. |
| agregado miúdo | areia lavada, adquirido no município de Caruaru/PE |
| Poliestireno expandido (EPS) | adquirido no centro da cidade de Caruaru/PE. São pérolas que possuem diâmetros médios em torno de 3mm e substituíram a brita em quantidades respectivas de 25%, 35% e 45%. |
| Cola branca | Aditivo para que a absorção de água e trabalhabilidade do polímero EPS com o cimento seja feita. |
Fonte: Do autor (2023)
FABRICAÇÃO E ENSAIO DOS CORPOS DE PROVA
A produção dos concretos seguiu o método IPT/USP com um traço definido de 1:2:3. Com isso foi adotado o teor de argamassa como sendo 50% no traço de 1:5 nas proporções de cimento Portland com relação aos agregados. O traço T1 foi definido como referência, tendo os traços T2, T3 e T4 com substituição do agregado graúdo por EPS em percentuais de 25%, 35% e 45%.
Foram executados 60CP´s com o traço de referência T1 pré-estabelecido anteriormente, seguido dos traços T2, T3 e T4 e suas respectivas substituições do agregado graúdo por EPS. Os ensaios foram feitos no laboratório da faculdade Unifavip Wyden na cidade de Caruaru/PE. Para os ensaios mecânicos seguiu-se as recomendações da norma para o processo de cura com 7 e 28 dias.
ANÁLISES PROPOSTAS
Trabalhabilidade (Slump Test)
Conforme as orientações da NBR NM 67 (1998), retirou-se uma amostra do concreto no estado fresco para fazer o Slump Test ou ensaio de abatimento de tronco de cone, sendo realizado com a finalidade de verificar a trabalhabilidade e consistência do concreto, onde foi observado se os resultados obtidos foram condizentes com o que foi planejado.
Slump fixo
Com o Slump fixo em 80 ± 20mm, o molde foi retirado cuidadosamente e foi feita a medição de abatimento do concreto diferenciando a altura do molde e a altura do eixo do corpo de prova.
Teor de ar incorporado
O ensaio de teor de ar incorporado no concreto em seu estado fresco foi feito seguindo as diretrizes da NBR 47 (2002) através do método pressométrico.
Massa específica do concreto
A realização do ensaio para determinar a massa específica do concreto foi feita de acordo com a NBR 9833 (2008), sendo colocada e adensada a pasta de concreto em um reservatório cilíndrico com massa e volume conhecidos. Por fim, foi feita a medição através de uma balança e a massa específica foi obtida através da seguinte expressão:
Onde: ρ: massa específica aparente do concreto, expressa em quilogramas por metro cúbico
(kg/m3);
m: massa do concreto, expressa em quilogramas (kg); V: volume do recipiente, expresso em decímetros cúbicos (d3).
Módulo de elasticidade
O ensaio de módulo de elasticidade foi realizado seguindo a NBR 8522 (2017), sendo utilizado 3 corpos de prova com idades de 28 dias respectivamente. Os CP´s foram posicionados verticalmente na máquina e a mesma efetuou um carregamento na velocidade de 0,45±0,15 MPa.
Absorção de água por capilaridade
A realização desse ensaio foi feita seguindo as regulamentações da NBR 9779 (2012), utilizando CP´s com idade de 28 dias com a finalidade de designar o potencial de absorção de água dos concretos. Tal ensaio consistiu em colocar os corpos de prova para secar na estufa durante um período de 24h à temperatura de (105 ± 5) ºC. Posteriormente o os CP´s foram submerso na água com 5±1mm acima da extremidade inferior e sem molhar a outra extremidade. Seguido de uma pesagem em um 41 intervalo de 3h, 6h, 24h, 48h, 72h, após isso foi possível romper o corpo de prova por compressão diametral e apontar a disseminação de água no seu interior
Resistência à tração por compressão diametral.
O posicionamento dos CP´s foi feito de maneira com que o carregamento coincidisse com o eixo de aplicação da carga, ajustando os pratos da máquina para receber a compressão de maneira longitudinal sendo utilizada a prensa hidráulica para medição da resistência a tração.
RESUTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados dos ensaios realizados estão abaixo demonstrados através de elementos textuais e gráficos. Inicialmente fez uma explanação das propriedades físicas e mecânicas dos concretos por meio da caracterização dos agregados.
Agregado Miúdo
O ensaio granulométrico do agregado miúdo foi feito através de duas amostras de 500g. O Quadro 1 mostra os resultados no que se refere onde a areia deve se enquadrar para ser utilizada na produção do concreto.
Quadro 2. Distribuição granulométrica da areia
| Peneira | 1º Ensaio | 2º Ensaio | Massa retida média (g) | Massa retida acumulada (g) | Massa retida acumulada (%) | passante | ||
| Malha (mm) | Massa retida (g) | % retida (%) | Massa retida (g) | % retida (%) | ||||
| 4,75 | 12,90 | 2,58 | 12,40 | 2,48 | 12,65 | 12,65 | 2,53 | 97,47 |
| 2,36 | 32,50 | 6,50 | 32,80 | 6,56 | 32,65 | 45,30 | 9,06 | 90,94 |
| 1,18 | 67,40 | 12,48 | 67,20 | 13,44 | 64,80 | 110,10 | 22,02 | 77,98 |
| 0,6 | 124,60 | 24,92 | 126,10 | 25,22 | 125,35 | 235,45 | 47,09 | 52,91 |
| 0,3 | 110,20 | 20,04 | 112,40 | 22,48 | 111,30 | 346,75 | 69,35 | 30,65 |
| 0,15 | 102,10 | 20,42 | 99,10 | 19,82 | 100,60 | 447,35 | 89,47 | 10,53 |
| Fundo | 55,30 | 11,06 | 50,00 | 10,00 | 52,65 | 500,00 | 100,00 | 0,00 |
| Total | 500,00 | 100 | 500,00 | 100 | – | – | – | – |
Fonte: Do autor (2023)
A NBR 7211 (2009) e NBR NM 248 (2003) citam que os agregados miúdos são usados através de verificação de dosagem feita seguindo os limites da distribuição granulométrica. No entanto, vale ressaltar que o poliestireno expandido não absorve água e isto justifica a necessidade de adição de 5% de cola branca sobre o volume total do EPS utilizado em cada traço (Abrapex, 2006).
Agregado Graúdo
Os resultados obtidos mostram que o agregado utilizado possui uma granulométrica descontínua onde a mudança da curva dos tamanhos superiores para os inferiores não ocorre de maneira gradual. Segundo Ribeiro (2018), a não uniformidade na graduação das peneiras favorece para a produção de um concreto com boa resistência e homogeneidade, tendo assim um melhor preenchimento de vazios.
Figura 2. Curva granulométrica da brita utilizada
Fonte: Do autor (2023)
Nessa produção de corpos de prova se faz necessário introduzir os materiais seguindo as diretrizes da NBR 5738 (2015) a qual orienta todo o processo de preparo e controle do cimento Portland. A incorporação dos elementos na betoneira se deu de maneira gradativa e dependendo do traço que ia ser executado foi feita a transição de parte do agregado graúdo pelas pérolas de EPS.
Para fabricação dos blocos com pérolas de EPS (esferas) ocorre a produção de pérolas de distintos diâmetros, os quais variam de 1 a 8 mm. As esferas de poliestireno expandido podem ser utilizadas como agregado leve, permitindo a produção do chamado Concreto Leve com EPS (CLE). Um detalhe importante diz respeito ao reaproveitamento do próprio EPS descartado como resíduo, por meio de moagem ou trituração, sedo assim, um meio ainda mais vantajoso economicamente e sustentável com menos danos ao meio ambiente (ABRAPEX, 2017; GONZAGA et al., 2018).
ANÁLISE DOS CONCRETOS NO ESTADO FRESCO
Trabalhabilidade (Slump test)
Antes da moldagem dos corpos de prova foi feito o ensaio de abatimento de tronco de cone ou Slump test para verificar a trabalhabilidade do concreto. Foi fixado que o abatimento de todos os traços teria que atender limite de 80 ± 20mm.
Nos resultados obtidos verificou-se que o abatimento se manteve constante em quase todos os concretos, apresentando um aumento de 13,33% apenas no traço com 25% de EPS pelo fato de ter consumido menos água que os demais. A relação água/cimento variou tendo o traço de referência com 5,9l de água e os demais quantidades respectivas de 5,5l, 5,9l e 6,2l. Pode-se notar que nos traços de EPS há um aumento gradativo de 6,78% e 4,84% de água, e o aumento em relação ao traço de referência só é significante a partir do traço com 45% de EPS.
Teor de ar incorporado
A medição do teor de ar incorporado se deu pelo método pressométrico através de um recipiente totalmente fechado, onde o concreto foi adensado em duas etapas como 12 golpes cada uma. Através desses resultados pode-se observar que houve um aumento de 100% no teor de ar do concreto com 25% de EPS em relação ao traço de referência do concreto. Percebe-se também que há um aumento gradativo no teor de ar incorporado à medida que se aumenta a quantidade de poliestireno expandido da composição do concreto.
Conforme as análises de Angelin (2014), o teor de ar nos concretos fabricados com agregados leves teve um crescimento médio em cada traço de até 15% devido ao aumento no índice de vazios.
Massa específica
No que se refere às análises de massa específica no estado fresco, percebeu-se que quanto maior foi a porcentagem de substituição da brita por EPS menor foi a massa específica do concreto, fazendo com que traga leveza para estrutura. O gráfico abaixo (figura 3) demonstra estes valores.
Um estudo conduzido por Gonzaga et al. (2018) mostrou que uma das maiores vantagens da substituição com poliestireno expandido no concreto é a redução de sua massa específica. A mudança promove maior leveza do material, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido, sendo assim, gera maior economia de agregado convencional, bem como facilita o preparo e utilização na prática de construção.
Figura 3. Variação da massa específica dos concretos no estado fresco
Fonte: Do autor (2023)
ANÁLISE DOS CONCRETOS NO ESTADO ENDURECIDO
Resistência à compressão
A resistência à compressão dos concretos foi obtida nas idades de 7 e 28 dias para todos os traços.
Quadro 3. Resultados do ensaio de resistência à compressão
| Resistência a compressão (Mpa) | |||
| Identificação dos traços | idades | Média (Mpa) | Desvio Padrão |
| Referência | 7 dias | 19,00 | 2,09 |
| 28 dias | 22,97 | 1,23 | |
| 25% de EPS | 7 dias | 12,19 | 0,17 |
| 28 dias | 15,72 | 0,28 | |
| 35% de EPS | 7 dias | 6,20 | 0,52 |
| 28 dias | 8,61 | 0,40 | |
| 45% de EPS | 7 dias | 3,68 | 0,60 |
| 28 dias | 4,70 | 0,28 | |
Fonte: Do autor (2023).
Módulo de Elasticidade
Os resultados do módulo de elasticidade foram obtidos com tempo de cura de 28 dias. Foi verificado a capacidade de deformação dos concretos de cada traço. Observando os resultados obtidos percebe-se que a média do módulo de elasticidade na maioria dos concretos se manteve constante, havendo apenas uma pequena variação no traço com 35% de EPS e um desvio considerável no traço com 45% de EPS devido a possibilidade de um mal adensamento do concreto. Com isso, pode-se notar que mesmo com a introdução do agregado leve na produção do concreto e consequentemente a diminuição de sua resistência, a capacidade de deformação dos CP´s não sofreu grandes alterações.
Absorção de água por capilaridade
Analisando os resultados pode-se observar que o traço de referência apresentou um teor de absorção de água maior que os traços com EPS. Visto isso, com relação a este último observa-se um aumento gradativo na absorção, ou seja, fica notório que o aumento da porcentagem de EPS influencia em uma maior absorção de água por capilaridade quando comparado ao traço de referência.
Resistência à tração por compressão diametral
Quadro 4. Resultados do ensaio de tração por compressão diametral.
| Identificação os traços | Média (MPa) | Desvio Padrão |
| Referência | 3,39 | 0,77 |
| 25% de EPS | 2,49 | 0,52 |
| 35% de EPS | 1,56 | 0,26 |
| 45% de EPS | 1,07 | 0,07 |
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O presente estudo experimental extra-laboratorial com substituição de o poliestireno expandido na fabricação do concreto partiu da premissa que tal mudança poderia diminuir o custo e garantir leveza estrutural através de substituições parciais do agregado graúdo em percentuais de 25%, 35% e de 45%.
Durante os ensaios pude comparar as propriedades dos concretos convencionais com os concretos com EPS, a trabalhabilidade desejada foi atingida e o teste de abatimento na maioria dos traços apresentou resultados iguais de 6,5cm. O teor de adição de água no traço com 25% de EPS foi menor que o traço referência, porém notei que ao elevar a adição de poliestireno expandido, a quantidade de água necessária para atingir a trabalhabilidade também aumentou.
Nos ensaios de densidade e teor de ar incorporado, demonstraram resultados já esperados devido a porosidade que o agregado proporciona e sua massa específica unitária muito baixa. Com isso, no traço com 45% de EPS chegou a dobrar o valor de incorporação de ar com relação ao concreto convencional. Já a massa específica mostrou dados satisfatório com relação a leveza estrutural, onde verifiquei uma redução de cerca de 25% na massa dos concretos.
Os traços produzidos com poliestireno expandido resultaram em grandes diferenças na resistência a compressão com relação aos traços convencionais, onde este último apresentou resistência superior a 20MPa sendo passível de utilização com função estrutural. Visto isso, os traços com substituição do agregado graúdo por EPS apresentaram resistências abaixo de 10MPa e com isso não podem ser aplicados em pilares ou vigas por exemplo. Dessa forma, com a resistência a tração não foi diferente, ou seja, quanto maior a substituição de brita por pérolas de EPS menor foram os resultados obtidos.
A capacidade de deformação dos concretos estudados mostrou resultados regulares, onde o módulo de elasticidade ficou entre 9,7GPa e 11,35GPa validando que a atuação de EPS em substituição do agregado graúdo foi favorável. A absorção de água teve uma redução significativa no traço com 25% de EPS, porém ao ser aumentada a porcentagem de EPS o concreto leve demonstrou maior poder de absorção e ascensão capilar. Portando, a produção do concreto leve utilizando o poliestireno expandido apresenta resultados interessantes tendo uma aplicabilidade para várias situações na construção civil, como revestimento, nivelamentos e até mesmo preenchimento de blocos de alvenaria. Visto isso, o EPS é um material reciclável que se for estudado de maneira adequada pode trazer muitos benefícios e aplicações em obras públicas e privadas.
REFERÊNCIAS
PEDROSO, F.L., “Concreto: as origens e a evolução do material construtivo mais usado pelo homem”, Revista Concreto & Construções, n. 53, pp. 14–19, 2009.
TAVARES, L.M., KAZMIERCZAK, C.S., “The influence of recycled concrete
aggregates in pervious concrete”, Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, v. 9, n.
1, pp. 75–89, 2016.
PIMENTEL, L.L., PISSOLATO JUNIOR, O., JACINTHO, A.E.P.G., et al., “Argamassa com areia proveniente da britagem de resíduo de construção civil—Avaliação de características físicas e mecânicas”, Matéria (Rio J.), v. 23, n. 1, e-11969, 2018.
https://doi.org/10.1590/S1517-707620170001.0305
MOREIRA, L.H.H., FIGUEIREDO, A.D., “Avaliação da influência da origem e do tratamento dos agregados de resíduos de construção e demolição no desempenho mecânico e estrutural”. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP, Departamento de Engenharia de Construção Civil, PCC/563, 2010.
CARVALHO, C. H. R.; MOTTA, L. A. C.. Study about concrete with recycled expanded polystyrene. Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, v. 12, n. Rev. IBRACON Estrut. Mater., 2019 12(6), p. 1390–1407, nov. 2019.
OLIVEIRA, A. M.; GONZAGA, L. G.; RIBEIRO, D. Uso do poliestireno expandido como agregado em concreto leve: conceituação, aplicações e estado da arte. Vértices (Campos dos Goitacazes), v.20, n.3, p.1-14, 2018.
SANTOS, A. Pesquisa ressalta presente e futuro do concreto. Cimento Itambé, 2013. Disponível em: http://www.ci mentoitambe.com.br/pesquisa-ressalta-presente-e-futurodo-concreto/.
OZÓRIO, B. P. M. Concreto leve com pérolas de EPS: estudo de dosagens e de características mecânicas. 2016, 156f. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
GONZAGA, . Vértices (Campos dos Goitacazes), 2018, vol. 20, núm. 3, Septiembre-Diciembre,
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO POLIESTIRENO EXPANDIDO. ABRAPEX. O que é EPS? Disponível em: h ttp://www.abrapex.com.br/01OqueeEPS.html. Acesso em: 04 jun. 2017
1Graduando de Engenharia Civil – UNIFAVIP | Wyden
2Professor Msc, Departamento de Engenharia de Civil – UNIFAVIP | Wyden