Estamos sendo lembrados de que somos tão vulneráveis que, se cortarem nosso ar por alguns minutos, a gente morre. - Ailton Krenak
ISSN 1678-0701 · Volume XXI, Número 86 · Março-Maio/2024
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11/09/2016 (Nº 57) ENSINO DE TÉCNICAS DE REUTILIZAÇÃO E APLICAÇÃO DE RESÍDUOS DE CELULOSE (PAPELÃO E JORNAL) COMO AGREGADOS DE ARGAMASSA DA CONSTRUÇÃO CIVIL
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Ensino de técnicas de reutilização e aplicação de resíduos de celulose (papelão e jornal) como agregados de argamassa da construção civil

 

MSc. Robson Fleming; Docente/Pesquisador: Departamento de Engenharia Civil, Universidade Anhanguera-Uniderp, Rua Ceará, 333 - Bairro Miguel Couto, 79003-010, Campo Grande-MS, telefone: (067) 3211 3985, robsonfleming@gmail.com.

 

MSc. Elieverson G. Gonzales; Docente/Pesquisador: Departamento de Engenharia Civil, Universidade Anhanguera-Uniderp, elieverson@uniderp.edu.br.

 

Dra. Luciana Paes de Andrade; Docente/Pesquisador: Departamento de Ciências Biológicas, Universidade Anhanguera-Uniderp, luciana.andrade@anhanguera.com.

 

 

 

Resumo

 

O desenvolvimento de materiais mais sustentáveis, com propriedades mecânicas adequadas e de menor custo tem sido alvo de muitos estudos atualmente. No presente trabalho, resíduos provenientes da celulose como papelão e jornal, foram aplicados na composição de uma argamassa. Diferentes traços foram obtidos e comparados com uma argamassa convencional. Os resultados mostraram que as resistências à compressão axial e diametral apresentaram redução em seus valores com o aumento da fração volumétrica das fibras de celulose.  Entretanto, tanto os corpos de prova de papelão quanto os de jornal apresentaram redução em massa na argamassa. As argamassas com 16,67% de fibras apresentaram uma redução entre 10 a 15% em massa e atingiram valores de resistência a compressão axial de aproximadamente 8,5 MPa.

 

 

Palavras-chave: agregados recicláveis, argamassa celulósica; argamassa leve.

 

 

1.    Introdução

 

Argamassas a base de cimento Portland tem sido pesquisadas e estudadas há mais de cem anos. No Brasil pesquisas nessa área ainda estão sendo bastante intensas. Sobretudo, com relação aos métodos e materiais de construção mais sustentáveis que estão cada vez mais em evidência frente à situação ambiental global.

A tecnologia da construção civil tem buscado cada vez mais a utilização de materiais mais sustentáveis, leves e com maiores resistências. Assim, uma alternativa encontrada é a substituição de alguns dos agregados convencionais por agregados renováveis que seriam descartados em lixo comum e aumentaria o volume dos aterros sanitários. De acordo com GEUS (2014), aproximadamente 75% das cidades brasileiras dispõem seus resíduos sólidos em lixões, o que compromete o meio ambiente e a saúde da população.   

A reutilização de resíduos sólidos é uma alternativa para uma construção mais econômica e principalmente sustentável, visando diminuir o impacto causado pelas atividades humanas. O setor da construção civil é responsável pelo consumo de mais de um terço dos recursos do planeta e gera aproximadamente 40% dos resíduos sólidos mundiais (PNUMA-2011, GEUS-2014).

Uma solução para a utilização de resíduos na construção civil é na obtenção de argamassas ambientalmente amigáveis e com boas propriedades mecânicas. Segundo estimativas sobre reciclagem de papelão, na cidade de Campo Grande-MS, são consumidas por volta de 2.808 toneladas/mês de papel e papelão com um índice de reciclagem de 66,7% do total consumidos (PEIXOTO FILHO-2007). Assim, uma alternativa almejada pela construção civil é a reutilização desses rejeitos em argamassas e concretos com o objetivo de reduzir custos e incentivar a construção de artefatos para a construção civil.

A argamassa celulósica é um material compósito composto da matriz de cimento, areia e reforçada com fibra de celulose oriundas da reciclagem de papelão e jornal. Segundo SANTOS (2012) as fibras de celulose podem ser incorporadas à argamassa, obtendo resultados iguais ou superiores aos das argamassas convencionais. Este material com adição de celulose é mais uma opção de reciclagem para renovar o método construtivo e assim, produzir argamassas ecologicamente corretas. Tendo em vista que o contexto social atual exige esta contrapartida por parte do setor de engenharia, principalmente devido aos recursos não renováveis cada vez mais escassos e também ao elevado número de obras que tem ocorrido em todo o Brasil (SILVA-2013).

Assim sendo, o objetivo do presente trabalho foi obter composições diferentes de argamassa com substituição do agregado miúdo (areia) por resíduos de celulose (papelão e jornal). Além disso, comparar as resistências à compressão axial, compressão diametral e a relação de massas entre uma argamassa convencional.

 

2.    Materiais e Métodos

 

2.1 Materiais

Foi utilizado como material aglomerante o cimento Portland CP II-F 32, produzido pela indústria Votorantim. Para manter a homogeneidade da argamassa produzida no experimento, todo cimento utilizado pra realização do experimento foi do mesmo lote de fabricação.

O agregado miúdo utilizado foi areia fina proveniente da cidade Campo Grande-MS, extraída através da mineradora Igram. O agregado foi seco em estufa para retirar toda a umidade e assim, auxiliar no controle da relação água cimento.

As duas fibras de celulose utilizadas para a substituição do agregado miúdo, foram derivadas do papelão e do jornal que seriam descartados no lixo comum. O processo para obtenção das fibras está mostrado na Figura 1. A primeira etapa foi a sua submersão na água para facilitar o seu desfibramento, segunda etapa foi a trituração da celulose úmida em liquidificador industrial e a terceira etapa a secagem em estufa a 80 °C. Após essas etapas, as fibras secas foram trituradas em moinho de bolas com a finalidade de atingir uma granulometria similar a de uma areia fina (que tem entre 0,06 mm a 0,2 mm de diâmetro).

 

Figura 1. Estágios para obtenção das fibras de celulose: (a) papelão ou jornal úmido, (b) no liquidificador industrial, (c) fibras após serem trituradas e secas e (d) fibras após passarem pelo moinho de bolas.

 

2.2  Formulação do traço

O traço de argamassa utilizado como padrão foi de 1 : 3 : 1,2 (cimento, areia grossa, água). A partir deste traço foram formulados mais 6 traços, sendo 3 com adição de fibras de papelão e 3 com adição de fibras de jornal. A única diferença entre os traços foi a substituição do agregado miúdo (areia) pelas fibras de celulose (papelão ou jornal) em proporções volumétricas. Dessa forma, foram executados os traços: 1 : 1 : 2 ; 1 : 2 : 1 ; 1 : 2,5 : 0,5 (cimento:areia:celulose).

Para a formulação do traço da argamassa com celulose primeiramente foi encontrada a massa unitária dos componentes da argamassa por meio de um recipiente de forma cilíndrica de aço inox nas dimensões de 8 cm de  diâmetro , 8 cm de altura e volume de 402,12 cm³, conforme mostra a Figura 2. A massa unitária foi obtida de acordo com a Norma NBR 45 (2005).

 Após a obtenção das massas unitárias, foram realizadas as substituições em porcentagem da areia por fibra de celulose. Os traços do presente trabalho foram formulados e apresentados na Tabela 1.

 

Ensaio de Massa unitaria

 

Figura 2: Imagens do cilindro preenchido para achar a massa unitária, (a) papelão, (b) jornal, (c) cimento e (d) areia.

 

Tabela 1: Traços unitários realizados.

 

Traço

Cimento

Areia

Água

Fibra de Jornal

Fibra de Papelão

Padrão

1,0

3,0

1,2

0,0

0,0

J- 66,67

1,0

1,0

1,2

2,0

0,0

J- 33,33

1,0

2,0

1,2

1,0

0,0

J- 16,67

1,0

2,5

1,2

0,5

0,0

P- 66,67

1,0

1,0

1,2

0,0

2,0

P- 33,33

1,0

2,0

1,2

0,0

1,0

P- 16,67

1,0

2,5

1,2

0,0

0,5

J- jornal; P- papelão.

 

 

2.3 Caracterização

2.3.1    Ensaio de Compressão Axial

 

Análise da resistência à compressão axial foi realizada utilizando corpos de prova cilíndricos com dimensão de 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura. A norma empregada foi a NBR 5739 (2007). Foram confeccionados para os ensaios 4 corpos de prova, sendo que 2 corpos de prova para rompimento em 7 dias de idade e 2 corpos de prova para 28 dias de idade.

 

 

2.3.2    Ensaio de Tração por Compressão Diametral

 

Análise da resistência à tração por compressão diametral foi realizada de acordo com a norma NBR 7222 (2011). Para cada traço produzido neste trabalho foram moldados 4 corpos de prova para este ensaio, sendo 2 corpos de prova pra utilizar em 7 dias de idade e 2 corpos de prova para 28 dias de idade.

 

3.    Resultados e Discussão

3.1  Análise visual

A Figura 3 mostra imagens das matrizes cimentícias com as devidas frações de papelão utilizadas na composição dos traços. Observa-se que a amostra sem resíduos de papelão (Figura 3(a)) apresenta maior homogeneidade e melhor interação física entre os componentes da mistura do traço. Por outro lado, conforme aumenta à fração volumétrica de papelão na mistura essas amostras apresentam maiores irregularidades em suas superfícies. Provavelmente uma alta concentração de papelão prejudicou a cura da argamassa, conforme pode ser observado na Figura 3 (d).

 

 

Visual Papelão

Figura 3: Imagens das amostras de argamassa com papelão nas proporções (a) 0%, (b) 16,67%, (c) 33,33% e (d) 66,67%, aos 28 dias.

 

As imagens visuais das amostras de argamassa com jornal nas diferentes proporções volumétricas estão mostradas na Figura 4. Observa-se que as amostras com jornal também apresentam comportamento similar ao de papelão, ou seja, a superfície se torna mais heterogênea com o aumento da proporção de resíduos ao longo da argamassa. No entanto, é importante observar que tanto os resíduos de papelão quanto os de jornal adicionados, nas devidas proporções, estão uniformemente distribuídos ao longo da matriz cimentícia.

 

 Visual Jornal

Figura 4: Imagens das amostras de argamassa com jornal nas proporções (a) 0%, (b) 16,67%, (c) 33,33% e (d) 66,67%, aos 28 dias.

 

3.2 Resistência à compressão axial

 

Os resultados de resistência à compressão axial para as amostras de argamassa misturadas com resíduos de papelão estão mostradas na Figura 5. Observa-se que a resistência à compressão axial das argamassas com o resíduo de papelão apresenta uma redução de resistência conforme aumenta a fração de resíduos na mistura. A argamassa padrão (sem resíduos de celulose) apresenta o maior valor, por volta de 6,5 e 8,75 MPa para os 7 dias e 28 dias, respectivamente.

Essa redução na resistência das amostras com resíduos é devido à substituição da areia pelo papelão, pois aumentam significativamente a porosidade do material, que, consequentemente, reduz sua resistência mecânica, conforme se observa na Figura 5. O traço com 66,67% de papelão não atingiu resistência aos 7 dias pois além de apresentar grande umidade, os seus agregados não apresentam boa ligação física entre eles. Esse resultado pode ser verificado pela imagem da Figura 3 (d), que mostra uma amostra com superfície bastante heterogênea e com pouca coesão em seus agregados. De fato, o papelão é um material muito higroscópico e provavelmente absorveu muita umidade na mistura, evitando uma adequada cura da argamassa. Além disso, pode ser observado que até a cura aos 28 dias também não apresentou um ganho expressivo de resistência.

Por outro lado, as amostras com frações menores de papelão apresentam certa resistência aos 7 dias, com valores mais satisfatórios aos 28 dias. Verifica-se que a mistura com 33,33% de papelão, aos 28 dias, apresenta uma resistência em torno de 4,3 MPa e a mistura com 16,67% apresenta valores próximos à argamassa padrão (sem resíduos), por volta de 8,5 MPa, enquanto que a argamassa padrão apresenta valores de aproximadamente 8,7 MPa.

Figura 5: Resistência à compressão axial das amostras com diferentes frações volumétricas de papelão.

 

A Figura 6 mostra os resultados de resistência à compressão axial para as amostras de argamassa misturadas com resíduos de jornal. As amostras de jornal apresentam comportamento similar às amostras com papelão. Ou seja, a resistência à compressão axial também reduz com o aumento da fração volumétrica de resíduos. Entretanto, diferentemente das amostras com papelão, as amostras com 66,67% de resíduo de jornal apresentam resistência tanto aos 7 dias de cura quanto aos 28 dias de cura. Esses valores são de aproximadamente 3,0 MPa e 5,0 MPa, respectivamente.

Vale ressaltar, que de acordo com a norma NBR 13438 (2013), blocos de concreto do tipo A apresentam valores de 6 MPa, do tipo B maior ou igual a 4 MPa, do tipo C maior ou igual a 3 MPa e do tipo D maior ou igual a 2 MPa.

Dessa forma, torna-se interessante observar que utilizando amostras com 66,67% de resíduo na composição do traço da argamassa, essas amostras podem ser utilizadas como matéria prima para blocos do tipo D (7 dias) e do tipo B (28 dias). Além disso, as amostras com até aproximadamente 50% de resíduo de jornal, aos 28 dias, provavelmente podem ser aplicadas em blocos estruturais do tipo A, pois apresentam valores acima de 6 MPa.

Figura 6: Resistência à compressão axial das amostras com diferentes frações volumétricas de jornal.

 

3.3 Resistência à tração por compressão diametral

 

Análise de tração por compressão diametral é uma técnica que pode auxiliar a verificar o comportamento de fibras inseridas na mistura da argamassa, pois avalia o comportamento mecânico com relação aos esforços de tração dos corpos de prova. A Figura 7 mostra os resultados de resistência a tração por compressão diametral das amostras de argamassa com os resíduos de fibras de papelão. Observa-se que as amostras com 66,67% de papelão não apresentam resistência tanto aos 7 dias quanto aos 28 dias. Esses resultados são coerentes com os resultados dos ensaios de compressão axial. As amostras com frações de 33,33% e 16,67%, aos 7 dias, apresentam valores de 0,33 MPa e 0,4 MPa, respectivamente.

Como é esperado, as amostras aos 28 dias apresentam resistência mais significativa, com valores de 0,05 MPa, 0,9 MPa e 1,3 MPa para as frações de papelão de 66,67%, 33,33%, 16,67%, respectivamente. A argamassa padrão apresenta valores de 1,5 MPa.

Figura 7: Resistência à compressão diametral das amostras com diferentes frações volumétricas de papelão.

 

A Figura 8 mostra os resultados da análise de compressão diametral das amostras com frações de jornal nas mesmas proporções de papelão. Observa-se que as amostras com jornal apresentam um comportamento diferente das amostras com papelão. Enquanto as amostras com papelão apresentam um comportamento decrescente de resistência à compressão diametral com o aumento da fração de resíduo, as amostras com jornal apresentam valores mais elevados para as frações de 66,67% do que para as frações de 33,33%.

Figura 8: Resistência à compressão diametral das amostras com diferentes frações volumétricas de jornal.

 

3.4 Relação das massas dos traços de argamassa

 

O peso de um material estrutural tem grande influência na execução de uma obra. Dessa forma, também foi realizado um estudo das massas dos corpos de prova com idades aos 28 dias. Ao medir a massa das amostras tanto com resíduo de papelão quanto com resíduo de jornal, verifica-se que as massas reduzem com o aumento da fração volumétrica de celulose (papelão e jornal), conforme pode ser observado na Figura 9. De fato, papelão e jornal apresentam massa unitária menor do que a areia, conforme análise realizada no item 2.2.

É importante observar que as amostras com papelão com menos fibras (16,67%) apresentam maior massa do que as amostras com jornal e quando aumenta o teor de fibras, as amostras com papelão perdem uma massa mais expressiva do que as amostras de jornal. Os valores para as amostras com 66,67% de papelão e de jornal ficam em torno de 235 g e 265 g, respectivamente.

Provavelmente essa redução mais brusca na massa das amostras com papelão é devido à maior retenção de líquidos durante a cura da argamassa, gerando assim, maiores poros (vazios) no interior da matriz cimentícia.

 

Figura 9: Massas das amostras em diferentes proporções de fibras de celulose.

 

 

4.    Conclusão

Amostras de argamassa com resíduos de fibras de celulose em substituição ao agregado miúdo (areia) foram confeccionadas e analisadas. As análises de compressão axial mostraram que as amostras com 16,67% de jornal apresentaram valores maiores do que as amostras com papelão. Além disso, apresentaram valores próximos ao das amostras de argamassa convencional, que foi por volta de 8,7 MPa.

As análises de tração por compressão diametral mostraram valores bem inferiores às análises de compressão axial. De acordo com a literatura, a relação entre resistência a compressão axial e diametral se encontra entre 8 e 10. No presente trabalho, a relação para a argamassa convencional foi de 5,8, e que com aumento de fibras de celulose na composição do traço essa relação chegou a valores em torno de 3,6 para a composição com jornal.

A argamassa com 16,67% de substituição volumétrica de areia por celulose ficou em cerca de 8 a 15% mais leve em relação à mistura de cimento e areia. Assim, esta argamassa sendo aplicada em assentamentos de bloco e capas de laje, ocasionaria uma menor aplicação de carga nas peças estruturais, permitindo em sua utilização uma peça estrutural com menores dimensões.

 

 

Referências

 

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto – Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos.2007

 

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GEUS, L. M.; GARCIAS, C. M. Gestão de resíduos de construção em edificações de grande porte na cidade de Ponta Grossa. Revista de Engenharia e Tecnologia, v. 6, n. 2, p.124-139, 2014.

 

MARQUES, L. M, et al. Potencialidades do uso de resíduos de celulose (dregs/grids) como agregado em argamassas. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v. 16, n. 4, p.423-431, 2014.

 

Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA). Rumo a uma economia verde. Caminhos para o desenvolvimento sustentável e a erradicação da pobreza. UNEP, 2011. Disponível em < http://www.unep.org/greeneconomy/Portals/88/documents/ger/Green_Economy_Full_report_pt.pdf>. Acesso em 23 de abril de 2016.

 

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Ilustrações: Silvana Santos