cap6 coletanea habitare

168

Coletnea Habitare - vol. 7 - Construo e Meio Ambiente

1686.Vanderley M. John engenheiro civil pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos UNISINOS(1982). Mestre em Engenharia Civil (1987) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRGS. doutor em Engenharia (1995) e livre-docente (2000) pela Escola Politcnica daUniversidade de So Paulo USP. Fez ps-doutorado no Royal Institute of Technology na Sucia

(2000-2001). professor associado do Departamento de Engenharia de Construo Civil daEscola Politcnica da USP. Diretor do CB 02 da ABNT desde 1995, representa esta organizao

no conselho tcnico do PBQP-H. Participou diversas vezes da diretoria executiva da ANTAC,tendo sido seu presidente entre 1993 e 1995. Foi pesquisador do IPT no perodo de 1988 a

1995 e professor da UNISINOS (1986-1988). Atua nas reas de Cincia de Materiais paraConstruo e Infra-estrutura, com nfase em Reciclagem de Resduos e Aspectos Ambientais.

E-mail: [email protected]

Srgio Cirelli Angulo engenheiro civil pela Universidade de Londrina (1998). Obteve ttulo deMestre (2000) e Doutor (2005) em Engenharia de Construo Civil e Urbana pela Escola

Politcnica da Universidade de So Paulo. Foi Professor do Departamento de Engenharia Civil daUniversidade Estadual de Londrina em 2001. Ministrou palestras em instituies como

Petrobrs, Universidade Estadual de Campinas, Associao Brasileira de Limpeza Pblica, Institutode Pesquisa Tecnolgicas do Estado de So Paulo. Atualmente, ps-doutorando em Engenharia

de Minas e de Petrleo na Escola Politcnica da Universidade de So Paulo, atuando na rea deReciclagem de Resduos para a Construo.


Henrique Kahn gelogo (1977) pelo Instituto de Geocincias da Universidade de So Paulo - USP.Mestre em Mineralogia e Petrologia pelo Instituto de Geocincias da USP (1988). Doutor (1991) emEngenharia Mineral pelo Departamento de Engenharia de Minas e de Petrleo da Escola Politcnica

da USP. Professor (livre-docente) de graduao e ps-graduao do Departamento de Engenharia deMinas e de Petrleo da Escola Politcnica da USP atuando na rea de caracterizao tecnolgica de

matrias-primas minerais. Atualmente coordenador do Laboratrio de Caracterizao Tecnolgicada Escola Politcnica da USP e presidente do International Council for Applied Mineralogy (ICAM).



169

Controle da qualidade dos agregados de resduos de construo e demolio reciclados para concretosa partir de uma ferramenta de caracterizao

6.Controle da qualidade dos agregados

de resduos de construo e demolioreciclados para concretos a partir de

uma ferramenta de caracterizao

Vanderley M. John, Srgio C. Angulo e Henrique Kahn

1 Introduo

Este captulo tem por objetivo apresentar um mtodo de controle dequalidade para emprego dos agregados grados reciclados, provenien-tes da frao mineral dos resduos de construo e demolio (RCD)em concretos, a partir de uma ferramenta de caracterizao.

Ele resultado de um projeto que teve por objetivo o aperfeioamento da

normalizao para emprego dos agregados de RCD reciclados em concretos, con-

vnio n 23.01.0673.00. Esse projeto foi financiado pela Financiadora de Estudos e

Projetos (Finep, Programa Habitare) e executado pelo Departamento de Engenha-

ria de Construo Civil e Urbana da Escola Politcnica da Universidade de So

Paulo, com a participao do Sindicato da Indstria da Construo do Estado de

So Paulo (Sinduscon-SP). Ele ainda contou com recursos complementares de insti-

tuies como o Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento (CNPq) e a

Fundao de Amparo Pesquisa do Estado de So Paulo (Fapesp).

170


O projeto foi composto de equipe multidisciplinar, envolvendo especialistasde reas como Construo Civil (especialidade em Materiais de Construo), Mine-ralogia, Tratamento de Minrios e Qumica, alm de dois estagirios, trs alunas deIniciao Cientfica, duas alunas de Mestrado e um aluno de Doutorado.

Foram produzidas, nesse perodo, uma monografia de concluso de curso,duas dissertaes de Mestrado e uma tese de Doutorado, incluindo um captulo delivro, um artigo em revista cientfica nacional, trs artigos de peridicos de difusotecnolgica (um deles internacional), 15 artigos de congressos (nacionais e internacio-nais) e quatro resumos de Iniciao Cientfica. Ainda nesse perodo, a equipe colaborouintensamente na elaborao das normas tcnicas de uso de agregados de RCD reciclados,particularmente em concretos sem funo estrutural, NBR 15116, da Associao Bra-sileira de Normas Tcnicas (ABNT), publicada oficialmente no ano de 2004.

Uma contextualizao do tema apresentada no item 2, para destacar a impor-tncia da reciclagem intensiva da frao mineral do RCD, a fim de minimizar os impac-tos ambientais e econmicos desse resduo em cidades, assim como as potencialidadesdo emprego de agregados de RCD reciclados nos setores de argamassas e concretos. Oitem 3 discute as dificuldades do emprego dos agregados de RCD reciclados em con-cretos, em razo da: a) pouca eficincia na triagem da frao mineral do RCD; b) varia-bilidade intrnseca desses agregados; c) insuficincia dos mtodos de controle de qualida-de; e d) necessidade de controle no processamento do RCD mineral. No item 4, apre-senta-se o mtodo de controle de qualidade dos agregados de RCD reciclados paraemprego em concretos, considerando os seguintes itens: a) obteno de amostras mdiasrepresentativas, por mtodo de homogeneizao; b) mtodo de separao por densida-de e influncia nas caractersticas e propriedades fsicas desses agregados; e c) parmetrosde controle de qualidade desses agregados, para emprego em concretos.

2 Contextualizao

2.1 Gerenciamento dos resduos de construo e demolio

Os resduos de construo e demolio (RCD) representam de 13% a 67%,

em massa, dos resduos slidos urbanos, tanto no Brasil como no exterior; e cerca

171


de duas a trs vezes a massa de resduos domiciliares (JOHN, 2000). No Brasil,considerando-se um ndice mdio de gerao per capita de 500 kg/habitante por ano,estima-se uma gerao na ordem de 68,5 milhes de toneladas/ano para uma po-pulao urbana de 137 milhes de pessoas, segundo censo do IBGE1 de 2002(ANGULO et al., 2002).

As experincias nacionais e internacionais indicam que, quando ignorados pe-las administraes pblicas, os RCD acabam sendo depositados ilegalmente na ma-lha urbana (EC, 2000) e so responsveis pela degradao urbana, pelo assoreamentode crregos e rios, pelo entupimento de galerias e bueiros, degradao de reasurbanas e proliferao de escorpies, aranhas e roedores que afetam a sade pblica(PINTO, 1999). Na cidade de So Paulo, por exemplo, mais de 20% dos RCD sodepositados ilegalmente dentro da cidade e em cidades vizinhas, o que gera para omunicpio uma despesa anual de R$ 45 milhes/ano para coleta, transporte e depo-sio correta desse resduo (SCHNEIDER, 2003). O ciclo deposio ilegal privadae limpeza pelo rgo pblico repetido indefinidamente (Figura 1). O RCD, dadaa sua elevada massa, tambm contribui para o esgotamento dos aterros em cidadesde mdio e grande portes (SYMONDS, 1999; EC, 2000).

(a) (b)

Figura 1 Deposio ilegal na cidade de So Paulo. (a) Rua utilizada como depsito clandestino limpa pelaprefeitura em 30/08/2002. (b) A mesma rua depois de dois meses.

1 Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica http://www.ibge.gov.br.


172


Muitos pases, e at cidades brasileiras, como Belo Horizonte, investem num

sistema formal de gesto dos resduos urbanos, que inclui mecanismos especficos

para os RCD. A literatura apresenta a experincia de pases como a Holanda

(HENDRIKS, 2000), Reino Unido (HOBBS; HURLEY, 2001), Brasil (PINTO, 1999)

e outros. Esse sistema geralmente contempla os seguintes pontos (JOHN et al., 2004):

a) incentivo deposio regular dos resduos, atravs de uma rede de pontos de

coleta desses resduos, que evita as deposies irregulares, pois reduz os custos de

transporte, combinada com regulamentao e fiscalizao da atividade de transpor-

te; b) promoo da segregao na fonte dos diferentes materiais presentes no RCD,

reduzindo a contaminao e o volume dos aterros de inertes e facilitando a reciclagem;

e c) estmulo da reciclagem por meio de proibio ou imposio de impostos para

a deposio do RCD em aterros, e por meio do estabelecimento de marco legislativo

e de normas tcnicas que permitam as utilizaes dos materiais reciclados, particu-

larmente da frao mineral do RCD.

No Brasil, essa viso foi parcialmente adotada pelas Resolues n 307/2002 e

n 348/2004, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama). A Resoluo n

307 atribui responsabilidades aos geradores, transportadores e gestores municipais.

Aos municpios cabe a definio de uma poltica municipal para RCD, incluindo siste-

mas de pontos de coleta. Dos construtores, exige a definio de planos de gesto de

resduos para cada empreendimento. Ela estabelece que o RCD deve ser selecionado

em quatro diferentes classes, sendo as classes A e B reciclveis. A classe A, objeto do

presente estudo, a de origem mineral (rochas, solos, cermicas, concretos, argamas-

sas, etc.), que deve ser reciclada como agregados para construo civil ou destinada a

aterros especficos, onde possa ser, inclusive, minerada futuramente. A classe B com-

posta de plsticos, papel, metais, vidros, madeiras, asfaltos e outros. A classe C com-

posta dos resduos do gesso, e a D composta dos resduos perigosos.

Os benefcios da reciclagem so (JOHN, 2000; EC, 2000): a) reduo da

utilizao de aterros; (b) menor ocorrncia de deposies irregulares; (c) reduo no

consumo de recursos naturais no-renovveis; e (d) reduo dos impactos ambientais

173


das atividades de minerao. Esses benefcios s podero ser atingidos por meio da

reciclagem intensiva (ANGULO et al., 2002).

2.2 Reciclagem e mercados potenciais do RCD

Os resduos classe B, plsticos, papis e metais, j possuem mercados de

reciclagem consolidados em boa parte das grandes cidades brasileiras. A insero de

toda e qualquer madeira nessa categoria talvez deva ser revista, uma vez que o principal

mercado dessa frao hoje a queima, que pode ser ambientalmente problemtica

para produtos contendo colas, tintas e biocidas. A reciclagem dessas fraes, embora

importante, est fora do escopo deste trabalho, assim como as fraes C e D.

A frao de origem mineral, que inclui o resduo classe A mais o gesso, repre-

senta em torno de 90% da massa do RCD no Brasil (BRITO, 1998; CARNEIRO et

al., 2000), na Europa (EC, 2000; HENDRIKS, 2000) e em alguns pases asiticos

(HUANG et al., 2002). A Figura 2 mostra uma usina de reciclagem dessa frao

tpica no Brasil e seu produto principal, o agregado reciclado, que destinado para

usos como correo de relevos, concretos magros de fundaes, base de pavimen-

tao, entre outros. Essa realidade observada at mesmo em pases mais desenvol-

vidos (COLLINS, 1997; ANCIA et al., 1999; HENDRIKS, 2000; MULLER, 2003).

(a) (b)

Figura 2 Usina de reciclagem da frao mineral do RCD de Vinhedo, estado de So Paulo (a) e detalhe doagregado de RCD empregado nas atividades de pavimentao (b)

174


No Brasil, existiam, em 2002, 11 usinas de reciclagem municipais (LEVY, 2002).

Esse nmero cresceu e hoje existem at mesmo algumas privadas. As escalas de produ-

o das usinas nacionais so pequenas, tipicamente menos que 100 toneladas de RCD

processado/dia (ANGULO, 2005). Assim, a reciclagem do RCD ainda quase insigni-

ficante diante do montante gerado. J na Unio Europia existem pases com ndices de

reciclagem entre 50% e 90%, como a Holanda, Dinamarca e Alemanha, assim como

pases com ndices menores que 50%, como Portugal e Espanha (EC, 2000).

Uma discusso sobre os diferentes mercados de agregados potencialmente in-

teressantes para a reciclagem da frao mineral de classe A do RCD apresentada em

Angulo et al. (2002, 2003), a partir de dados disponveis na bibliografia, como Kulaif

(2001), Whitaker (2001) e Tanno e Mota (2000), entre outros. A Figura 3 mostra o

consumo brasileiro de alguns materiais de construo de origem mineral, com desta-

que para o mercado de agregados naturais, dividido por setor. A massa total de agre-

gados consumida anualmente estimada em aproximadamente 380 milhes de tone-

ladas. A gerao de RCD classe A estimada em 61,6 milhes de toneladas por ano2.

O setor pblico o grande consumidor de agregados para pavimentao, com

um consumo de cerca de 50 milhes de toneladas por ano. Nesse total se incluem os

agregados utilizados para pr-moldados de concreto, utilizados na infra-estrutura ur-

bana. Esse setor, no entanto, no pode consumir toda a produo potencial de agrega-

dos de RCD reciclados, tanto no Brasil quanto na Europa, onde se estima que a

pavimentao capaz de absorver em torno de 50% da massa total do RCD

(COLLINS, 1997; BREUER et al., 1997; HENDRIKS, 2000).

O restante, cerca de 330 milhes de toneladas de agregados, consumido pelo

setor privado, sendo majoritariamente empregado em concretos e argamassas. Se todo

o RCD classe A for reciclado como agregados e destinado a esse mercado, apenas

20% dos agregados naturais sero substitudos por reciclados.

2 A frao mineral do RCD corresponde a 90% da massa total do resduo, que estimada em 68,5 milhes detoneladas/ano.


175


Figura 3 Consumo brasileiro de agregados por setor e de matrias-primas para a indstria do cimento e cermica.A seta vertical indica a estimativa de gerao de RCD no Brasil (a partir de dados de KULAIF, 2001; WHITAKER,2001; TANNO; MOTA, 2000)

3 Dificuldades no emprego dos agregados de RCD recicladosem concretos

Apesar da existncia de normas tcnicas na Dinamarca, Holanda (HENDRIKS,

2000; HENDRIKS; JANSSEN, 2001), Alemanha (DIN, 2002), Inglaterra (REID, 2003)

e no Brasil (ABNT, 2004) que regulamentam o emprego dos agregados de RCD reciclados

em concretos, existem diversas especificidades que tornam difcil essa utilizao, tais como:

a) pouca eficincia na triagem da frao mineral do RCD; b) variabilidade intrnseca dos

agregados de RCD reciclados; c) insuficincia dos mtodos de controle de qualidade

desses agregados; e d) deficincia de controle de processamento.

3.1 Pouca eficincia na triagem da frao mineral do RCD

As normas tcnicas que discutem o emprego de agregados de RCD reciclados

em concretos estruturais exigem que estes sejam constitudos quase que exclusiva-

mente do resduo de concreto. Na prtica s possvel a obteno de agregados de

176


RCD reciclados constitudos de concreto com o uso de demolio seletiva que

separa, na origem, o concreto dos demais resduos minerais de classe A das demais

classes. Essa prtica dificilmente ocorre, exceto quando so demolidas obras consti-

tudas quase que exclusivamente de concreto, o que no Brasil so raras. Mesmo a

Holanda, que um pas que recicla em torno de 90% do RCD (SYMONDS, 1999),

somente 1% das empresas de demolio do pas utilizam a tcnica de demolio

seletiva (KOWALCZYK et al., 2002). Neste pas, o resduo oriundo da demolio

corresponde a grande parte dos resduos de construo e demolio (ANGULO,

2000). Conseqentemente, mesmo na Holanda, os agregados de RCD reciclados

so pouco utilizados em concretos estruturais com resistncia mecnica superior a

20 MPa (HENDRIKS, 2000). O mesmo deve ocorrer em outros pases que possu-

em mercados de reciclagem menos consolidados.

No Brasil, mesmo com a aplicao integral da resoluo 307 do Conama,

ser difcil a obteno de agregados reciclados que atendam a essa exigncia, uma

vez que essa resoluo no prev a segregao entre as diferentes fraes dos resdu-

os minerais da classe A, misturando os resduos de concreto e de alvenaria.

Angulo e John (2002) compararam as caractersticas fsicas e a composio

por fases dos agregados grados de RCD reciclados produzidos na usina de reciclagem

de Santo Andr (SP) com as recomendaes japonesa e holandesa para uso desses

agregados em concretos. Nenhuma das 36 amostras analisadas de agregados aten-

deu aos requisitos dessas normas para uso em concretos com resistncia superior a

25 MPa. Isso ocorreu, principalmente, em funo da presena de materiais no-

minerais e de argamassas e cermicas, fases minerais classe A que prejudicam a clas-

sificao de acordo com as normas existentes. Porm, aproximadamente 50% das

amostras analisadas desses agregados poderiam ser utilizadas em concretos sem fun-

o estrutural e com resistncia mecnica inferior a 25 MPa.

Na prtica, nas usinas de reciclagem a triagem feita por inspeo visual das

cargas que chegam, sendo as cargas aparentemente muito contaminadas desviadas.

No entanto, caambas com aparncia superficial de natureza mineral podem apre-

177


sentar quantidades elevadas de frao no mineral, conforme exemplificado na Fi-

gura 4a. Podem ainda existir nas usinas nacionais fraes indesejveis para a reciclagem,

como gesso de construo (Figura 4b). A separao, na usina, das diferentes fases

tarefa difcil e cara.

O amianto tambm misturado com a frao mineral do RCD em algumas

usinas de reciclagem nacionais (Figura 5), embora sua segregao seja exigida na

fonte de gerao, segundo as Resolues Conama n 307 e 456.

(a) (b)

Figura 4 Contaminao excessiva por madeira, em uma caamba de RCD, com aparncia mineral, nasuperfcie na usina de reciclagem de So Paulo (Itaquera) (a) e presena de gesso de construo na fraomineral do RCD na usina de reciclagem de Campinas (b)

Figura 5 Telhas de amianto misturadas na fraomineral do RCD, em usina de reciclagem nacional

178


3.2 Variabilidade intrnseca dos agregados de RCD reciclados

As normas de agregados reciclados propem a classificao dos agregados

gerados nos seguintes tipos: agregados de concreto, alvenaria e misto (HENDRIKS,

2000; DIN, 2002; MULLER, 2004; ABNT, 2004), com o objetivo de reduzir a

variabilidade das propriedades, entre os diferentes lotes, facilitando o emprego dos

agregados de concreto na produo de novos concretos.

No entanto, embora exista uma melhora na homogeneidade dos agregados,

ela no suficiente, uma vez que existem concretos com propriedades muito distin-

tas que, processados, vo gerar agregados reciclados bastante diferentes. Alaejos e

Snchez (2004) estudaram diferentes lotes de resduos de concreto que chegavam a

uma usina de reciclagem da Espanha, bem como os agregados com eles produzi-

dos. A resistncia compresso de corpos-de-prova extrados dos lotes de resduos

de concreto variou de 10,2 MPa a 53,3 MPa. Os agregados resultantes tiveram

absoro de gua uma estimativa da porosidade variando entre 4,9% e 9,7%, e

massa especfica aparente entre 2,09 kg/dm e 2,40 kg/dm, o que teve grande

impacto no desempenho mecnico dos concretos com eles produzidos. Alm disso,

os teores de outras fases presentes nesses agregados reciclados resultantes variaram

de 0,4% a 17% da massa. Ou seja, agregados reciclados classificados como concreto

apresentam propriedades muito variveis.

Na Alemanha, Muller (2003) investigou a composio e as propriedades fsi-

cas dos agregados reciclados, classificados como alvenaria, provenientes de dez usi-

nas de reciclagem. Os teores de concreto desses agregados variaram de 0% a 60% e

os teores de argamassa e de cermica porosa de 0% a 50%, resultando numa varia-

o nos valores de massa especfica aparente de 1,49 kg/dm a 2,22 kg/dm.

Se, para pases europeus, em que obras costumam ser compostas predomi-

nantemente de concretos, a normalizao existente deficiente, a situao fica mais

complexa no Brasil, em que, tipicamente, a obra costuma ser uma combinao de

concreto e alvenaria, e a demolio seletiva feita somente em obras histricas,

visando remoo de peas de valor, como esquadrias, componentes de madeira e,

179


eventualmente, tijolos macios. Como conseqncia, os agregados produzidos so e

sero, na maioria dos casos, mistos (ANGULO, 2000) e tero suas propriedades

bastante variveis ao longo do tempo, dificultando o desenvolvimento de mercado.

Algumas usinas nacionais, como a de Itaquera, So Paulo (SP), Vinhedo (SP)

e Maca (RJ), classificam os agregados reciclados em dois diferentes tipos: cinza

(visualmente com predominncia de componentes de construo de natureza

cimentcia); e vermelho (visualmente com predominncia de componentes de cons-

truo de natureza cermica, especialmente do tipo vermelha). A Tabela 1, elabora-

da a partir de trs amostras representativas de cerca de 20 dias de produo, mostra

que as propriedades dos agregados grados dos dois tipos no so muito diferen-

tes, exceto pela colorao, e que os agregados gerados tm propriedades muito

variveis. A absoro de gua desses agregados variou de 0% a 30% e a massa

especfica aparente de 1,50 kg/dm a 2,67 kg/dm, observando-se um teor mxi-

mo de 72% de cermica vermelha.

Tabela 1 Variabilidade na composio e propriedades fsicas dos agregados reciclados obtidos do RCD mineral cinzae vermelho

180


Como a resistncia mecnica de um material diminui exponencialmente com

o aumento da porosidade (MEHTA; MONTEIRO, 1994; CALLISTER, 2000),

de se esperar que diferentes lotes desses agregados resultem em concretos com

grande variao de propriedades mecnicas, o que reduz a atratividade desses agre-

gados e implica aumento da resistncia de dosagem e consumo de cimento do

concreto. A variao da porosidade tambm vai afetar o comportamento, no esta-

do fresco, do concreto confeccionado com esses agregados (ANGULO, 2005).

Outra concluso deste estudo que as propriedades e a composio dos

agregados foram bastante influenciadas pela origem do RCD. O teor de cermica

vermelha foi mais influenciado pela origem do agregado (Itaquera ou Vinhedo) do

que pela classificao. Nesses agregados, os teores mdios de materiais no-minerais

foram baixos.

3.3 Insuficincia dos mtodos de controle de qualidade

As normas para uso de agregados grados de RCD reciclados em concretos

impem limites mximos de presena de outras fases minerais que no o concreto, tais

como argamassa, cermica vermelha, etc., e controlam valores mnimos da massa

especfica aparente mdia ou mximos de absoro de gua (RILEM

RECOMMENDATION, 1994; HENDRIKS, 2000; DIN, 2002; ABNT, 2004). Es-

ses valores no permitem estabelecer uma relao clara entre as propriedades dos

agregados de RCD reciclados e as propriedades mecnicas dos concretos produzidos.

A determinao do teor das diferentes fases minerais presentes nos agrega-

dos, prevista nas normas, realizada por catao manual, baseada em inspeo

visual. Esse mtodo trabalhoso, demorado, caro (ANGULO, 2000), subjetivo

(HENDRIKS, 2000; SANTAGOSTINO; KAHN, 1997) e sujeito a erro por

desateno ou fadiga. Sua principal virtude a simplicidade.

Por outro lado, a porosidade, que uma propriedade que est intimamente

relacionada com as propriedades fsicas dos agregados, um critrio mais interes-

181


sante, por influenciar a resistncia mecnica e a durabilidade dos concretos

(CALLISTER, 2000; MEHTA; MONTEIRO, 1994; LIMBACHYIA et al., 2000;

WIRQUIN et al., 2000). A quase totalidade das normas especifica valores mdios

mnimos para a massa especfica aparente do gro e/ou mximos para a absoro

de gua, propriedades relacionadas porosidade. No entanto, quando se trabalha

com valores mdios, no se controla a disperso do parmetro, que pode ser im-

portante no desempenho do produto. A nica recomendao a adotar um controle

de teor mximo de porosidade elevada a RILEM, que controla os teores de massa

abaixo de uma densidade de 2,0 g/cm, medida pela separao por lquidos densos.

3.4 Necessidade de controle no processamento do RCD mineral

A reciclagem da frao mineral do RCD um processo de tratamento de

minrios constitudo pela seqncia de operaes unitrias, com o objetivo de, a

partir de uma matria-prima de composio varivel, produzir um concentrado

com qualidade fsica e qumica adequada sua utilizao pela indstria de transfor-

mao (metalrgica, qumica, cermica, vidreira, concreto, pavimentao, etc.) (JONES,

1987; SANTAGOSTINO; KAHN, 1997; LUZ et al., 1998; CHAVES, 1996).

As variaes na forma de processamento influenciam no somente a remo-

o de fraes indesejveis no processo como frao no-mineral, gesso, vidro e

outros mas tambm em aspectos crticos, como teor de finos (menor que 0,15

mm) e at a proporo entre as fraes grada e mida.

A Tabela 2 mostra as operaes unitrias bem como os equipamentos encon-

trados nas usinas de reciclagem nacionais e internacionais. Com exceo da usina de

Socorro, todas as usinas nacionais so via seca e compostas de alimentao, catao,

cominuio e, em alguns casos, separao granulomtrica, separao magntica de

metais ferrosos e abatedores de poeira. Essa configurao tambm encontrada em

usinas europias, que, no entanto, contam com operaes de concentrao e de

separao da frao no-mineral mais eficientes (JUNGMANN et al., 1997;

HANISCH, 1998; KOHLER; KURKOWSKI, 2000).

182


Tabela 2 Operaes unitrias e equipamentos encontrados em algumas usinas fixas nacionais e internacionais dereciclagem da frao mineral do RCD

183


A Figura 6 apresenta a seqncia de operaes unitrias, tpica de unidades de

processamento da frao mineral de RCD, no Brasil. Essa seqncia de processamento

bastante simples e muito diferente de uma alem, apresentada por Muller (2003)

(Figura 7).

Figura 6 Fluxograma da usina de reciclagem da frao mineral do RCD de Itaquera So Paulo (SP)

184


Figura 7 Fluxograma de uma usina de reciclagem da frao mineral do RCD, na Alemanha (MULLER, 2003,adaptado)

185


No Brasil, um estudo de Angulo (2000), realizado na usina piloto de Santo

Andr, a qual removia a frao no-mineral por catao manual antes e aps a cominuio,

verificou que o teor de contaminantes nos agregados produzidos variou de 0% a 3,5%.

Internacionalmente, aceita-se que o teor de contaminantes deve ser inferior a 1,5% para

agregados destinados produo de concretos estruturais, com resistncia mecnica

superior a 25 MPa (RILEM RECOMMENDATION, 1994; MULLER, 2004). As-

sim, esses procedimentos de remoo por catao manual dos contaminantes,

comumente adotados no Brasil, podem inviabilizar o emprego de uma parcela dos

agregados de RCD reciclados em concretos, pois padecem dos mesmos problemas

descritos quando se discutiu a catao como controle de qualidade dos lotes.

No exterior, para executar essa tarefa, so utilizados classificadores mecnicos,

que geram uma corrente de ar e separam, com mais eficincia, partculas leves de papel,

plsticos, madeiras, etc., dos agregados de RCD reciclados (HANISCH, 1998; KOHLER;

KURKOWSKI, 2002), alm de outros mtodos, como a concentrao gravtica.

A concentrao gravtica, por meio de jigues, tambm pode ser eficiente para

separar uma frao leve (mineral ou no-mineral) presente nos agregados de RCD

reciclados. Esse mtodo traz tambm benefcios indiretos, como a reduo do teor

de finos nos agregados e a reduo da emisso de particulados, um problema

ambiental e de sade dos trabalhadores, comum em usinas que operam por via seca.

No jigue (Figura 8), as partculas so separadas pela massa especfica aparente do

gro, atravs de um leito pulsante. Assim, as partculas so estratificadas em camadas

com densidade crescente, da parte superior em direo parte inferior do leito.

Foi observado em algumas usinas brasileiras que uma parcela significativa da

frao fina (< 75 m) pode estar misturada com a frao mineral do RCD (Figura

9). Isso pode prejudicar a qualidade dos agregados de RCD reciclados, tanto pela

presena de argilominerais como por sua quantidade, por demandar aumento de

consumo de gua em concretos. Em um estudo realizado em uma usina nacional, os

teores de finos em agregados midos atingiram at 30% da massa total (MIRANDA

et al., 2002).

186


Figura 9 Mistura de solo com afrao mineral do RCD na usina dereciclagem de Campinas

Figura 8 Desenho esquemtico sobre o funcionamento do jigue(Fonte: Allmineral Aufbereitungstechnik GmbH&Co/Alemanha)

Uma anlise do balano de massa dos agregados de RCD reciclados foi

realizada nas usinas de reciclagem de Vinhedo e de Itaquera (ANGULO et al., 2003).

Nessas usinas, as fraes granulomtricas maiores que 25,4 mm, que so inadequa-

das para o uso em concreto convencional, representaram de 20% a 45% da massa.

Embora a frao mida (menor que 4,8 mm) dos agregados de RCD reciclados

no seja normalmente utilizada em concretos, ela representa em torno de 40% da

massa total, e o seu uso fundamental para a viabilidade tcnica das usinas de

187


reciclagem. Esse arranjo de produo, portanto, limita a utilizao da maior parte

dos agregados gerados como base de pavimentao.

4 Controle da qualidade dos agregados de RCD recicladospara concreto

Ante a pouca eficincia da classificao do RCD mineral, a variabilidade in-trnseca dos agregados de RCD reciclados e das fases presentes, a baixa correlaodos resultados de controle de qualidade tradicionais desses agregados com o de-sempenho dos concretos e a possibilidade industrial de separar os produtos, deacordo com a porosidade (ou massa especfica aparente do gro), prope-se ummtodo de controle de qualidade baseado na caracterizao direta de amostras re-presentativas provenientes de lotes de agregados de RCD produzidos.

4.1 Consideraes sobre a amostragem

A eficincia de qualquer metodologia de controle de qualidade por amostragemdepende da representatividade da amostra (SANTAGOSTINO; KAHN, 1997).

John e Angulo (2003) apresentam uma forma de estimar a massa representa-tiva mdia necessria de um resduo, a partir de suas caractersticas, por meio daaplicao da Teoria de Pierre Gy, que comumente utilizada na Engenharia Mineral(PITARD, 1993; JONES, 1987).

Existem diversas formas de elaborar um plano de amostragem, compostoda coleta de alquotas, de forma aleatria ou sistemtica (LUZ et al., 1998). Pode-seobter o produto mdio representativo, atravs da construo de uma pilha alongada,composta das alquotas coletadas, sendo construda em camadas com a direo dedistribuio alternada, conforme procedimento apresentado na Figura 10. No finalda coleta, as extremidades devem ser retomadas e redistribudas, seguindo o mesmoprocedimento. Essa tcnica de pilha pode, tambm, ser empregada para a produode lotes industriais homogneos de agregados. Detalhes de um procedimento que se

revelou adequado aos agregados de RCD podem ser encontrados em Angulo (2005).

188


(a) (b)

Figura 10 Formao da pilha alongada (a) e corte e retomada dos extremos da pilha (b)

4.2 Separao densitria dos agregados de RCD reciclados

Dada a relativa homogeneidade de composio qumica das diferentes fases

presentes na frao mineral de RCD composta essencialmente de SiO2, CaO e

Al2O3, conforme detalhadamente demonstrado por Angulo (2005) , as variaes

na massa especfica aparente dos agregados de RCD reciclados so devidas s vari-

aes na porosidade, propriedade que controla a resistncia mecnica dos materiais

porosos. Assim, uma classificao por densidade , indiretamente, uma classificao

por resistncia mecnica dos gros desses agregados.

A separao por lquidos densos um mtodo de separao densitria, em

escala de laboratrio, que separa os agregados de RCD reciclados, em funo da

massa especfica aparente dos gros que os constituem. Atravs da imerso em lqui-

do de densidade definida possvel separar as partculas mais leves, que flutuam, das

mais pesadas, que afundam (JONES, 1987; BURT, 1984; SANTAGOSTINO;

KAHN, 1997; CAMPOS; LUZ, 1998).

Nessa operao de laboratrio, normalmente, utilizam-se solues orgni-

cas, tais como tetracloreto de carbono-benzeno, bromorfrmio-lcool etlico,

tetrabrometano-benzeno, e solues inorgnicas, tais como cloreto de zinco-gua

e sais de tungstnio-gua (LST). As densidades, a depender do lquido empregado,

podem atingir at 4,3 g/cm (SANTAGOSTINO; KAHN, 1997; CAMPOS;

LUZ, 1998).

189


A absoro do lquido pelas partculas porosas uma varivel interveniente a

ser considerada. Nos estudos realizados, essa varivel introduziu um erro sistemtico

(ver Figura 14), que pode ser corrigido (ANGULO, 2005).

A Figura 11 apresenta o desenho esquemtico da separao por lquidos densos.

As partculas, quando imersas em bquer, na soluo com densidade conhecida, so

agitadas levemente com basto, definindo o flutuado e o afundado. Aps essa definio

visual, o flutuado retirado com um cesto e filtrado em papel-filtro com auxlio de

bomba de vcuo, para recuperao do lquido denso. Para o afundado, o lquido denso

separado em outro bquer, sendo a frao de lquido remanescente filtrada, seguindo

o mesmo procedimento. Aps a remoo do excesso de lquido denso, o flutuado e o

afundado so lavados com solventes (gua para a soluo de cloreto de zinco e gua, e

lcool etlico para soluo de bromofrmio e lcool etlico), para evitar a contaminao

das amostras pelos lquidos densos e secos em estufa a 100 C.

Figura 11 Desenho esquemtico que ilustra separao por lquidos densos

190


A Figura 12 exemplifica a prtica usual em laboratrio.

Figura 12 Separao seqencial em densidades crescentes por lquidos densos

Angulo (2005) caracterizou amostras representativas de trs diferentes tiposde agregados grados de RCD reciclados das usinas de Itaquera e de Vinhedo (SP),por separao seqencial por lquidos densos. A Figura 13 mostra a distribuio emmassa ponderada da frao grada, expressa em porcentagem, desses agregados,nos intervalos densidade. Eles so compostos de partculas de diferentes porosidades;ou seja, partculas com diferentes valores de massa especfica aparente e de absorode gua, conforme os dados apresentados na Tabela 3 e na Tabela 4.

A Figura 14 mostra a distribuio dos valores (mnimos, mdias, mximos)de massa especfica aparente desses agregados. Esses valores no coincidem com osvalores de densidade estabelecidos pelos intervalos, especialmente para os intervalosmenos densos (1,7

191


Figura 13 Distribuio em massa ponderada dos trs diferentes tipos de agregados grados de RCD reciclados, nosintervalos de densidade. IT C Itaquera cinza, IT V Itaquera vermelho, e VI V Vinhedo vermelho

Tabela 3 Valores de massa especfica aparente (kg/dm) das fraes dos agregados grados de RCD reciclados

192


Figura 14 Distribuio dos valores (mnimos, mdias, mximos) de massa especfica aparente dos agregadosgrados de RCD reciclados separados por densidade. Em verde: densidade no intervalo

Tabela 4 Valores de absoro de gua (% kg/kg) das fraes dos agregados grados de RCD reciclados

193


3 Nas amostras analisadas a presena do gesso foi quase desprezvel.

Os resultados revelam que a porosidade dos agregados tem duas origens

principais: teor de aglomerantes; e cermica vermelha (Figura 15). O teor de

aglomerantes compostos predominantemente de pasta de cimento ou de cal en-

durecida3 pode ser determinado pelo ataque com soluo de cido clordrico a

33%. Tanto o teor de aglomerantes quanto o teor de cermica vermelha diminuem

com o aumento da massa especfica aparente.

Betume, madeira, gesso, fibrocimento e outros contaminantes ficaram con-

centrados nas densidades abaixo de 1,9 g/cm. Portanto, alm de classificar confor-

me a porosidade, o mtodo permite estimar indiretamente o nvel de contaminantes.


(a) (b)

Figura 15 Teores de aglomerantes (a), de cermica vermelha (b) em funo da mediana do intervalo de separaopor densidade pelo Sink and Float e pelos lquidos densos (valores mdios)

4.3 Massa especfica aparente versus desempenho do agregado noconcreto

Visando verificar a adequao do mtodo de classificao, baseado em faixas

de massa especfica aparente do gro, foi realizado um experimento laboratorial.

194


Para a obteno de agregados reciclados classificados em diferentes faixas de

massa especfica aparente, em quantidades suficientes para estudos de dosagem de

concretos, foi utilizado um cone de separao esttica em meio denso (LUZ et al.,

1998), da Denver, denominado Sink and Float, de escala piloto (Figura 16). A Figura

17 mostra o desenho esquemtico do funcionamento desse equipamento. Assim,

foram classificadas 1 tonelada de RCD processado do tipo cinza e 1 tonelada do

tipo vermelho, coletadas na usina de reciclagem de Itaquera. Esse material foi penei-

rado entre 19,1 mm e 9,5 mm, lavado e, a seguir, separado nos seguintes intervalos

de densidade (g/cm): d

195


A operao do equipamento simples, mas deve ser feita de forma contro-

lada. Inicialmente, a gua pura adicionada no equipamento, at iniciar a circulao.

Em seguida, o ferro-silcio adicionado, progressivamente, at a polpa adquirir a

densidade desejada, com variao admissvel de 0,01 g/cm3. A densidade de

polpa determinada pela razo da massa e do volume em uma proveta graduada

de 1000 mL, coletada em intervalos regulares de 5 segundos. Ela monitorada,

periodicamente, a cada trs baldes de 8 L de agregados alimentados no equipamen-

to, e o ferro-silcio que sedimenta recirculado, a partir de uma torneira situada na

parte inferior do equipamento.

Figura 17 Desenho esquemtico sobre o funcionamento do equipamento Sink and Float

O mtodo de dosagem dos concretos adotou um volume fixo para os agre-

gados grados de RCD reciclados. No se deve usar diretamente o mtodo de

dosagem do IPT-EP USP (HELENE; TERZIAN, 1992), pois a fixao dos traos

unitrios em massa conduz a uma diferena volumtrica dos agregados grados nos

concretos, resultado da variao dos valores de massa especfica aparente mdia

(LEITE, 2001; LARRARD, 1999). A variao dos traos, prevista no diagrama de

196


dosagem de concretos, foi realizada por meio da adoo de trs diferentes consu-

mos de cimento (kg/m) para os concretos: 300, 400 e 500 (CARRIJO, 2005,

ANGULO, 2005). Nesse caso, admitiu-se, portanto, uma variao de 9% a 11% na

relao entre a gua e materiais secos, e uma variao de 0,51 a 0,61 na proporo

entre areia e os agregados grados. A consistncia do concreto foi mantida dentro

de um limite de variao plstica, empregando-se um aditivo.

Os resultados experimentais demonstraram que a massa especfica aparente

dos agregados controlou a resistncia mecnica de concretos, confeccionados com

mesmo consumo de cimento ou relao entre gua e cimento (Figura 18). A soma

dos teores de aglomerantes e de cermica vermelha tambm se revelou um indica-

dor eficiente do desempenho mecnico. As mesmas concluses foram obtidas para

o mdulo de elasticidade e absoro de gua dos concretos.

(a) (b)

Figura 18 Resistncia mdia compresso dos concretos, em funo dos valores de massa especfica aparente (a) e asoma dos teores de aglomerantes e da fase cermica vermelha (b) dos agregados grados de RCD reciclados contidosnos diversos intervalos de densidade, para as diferentes relaes entre gua e cimento ou consumos de cimento

O consumo de cimento pode variar significativamente com esses agregados,

em funo do valor de resistncia compresso que se pretende atingir. Conforme

a Figura 19, no economicamente vivel e ambientalmente eficiente a produo de

197


concretos com resistncia acima de 20 MPa, com agregados contidos nos intervalos

d

198


A qualidade potencial de um lote de agregado de RCD reciclado, para usoem concretos, deve ser avaliada diretamente a partir de uma amostra representativa,empregando um mtodo de caracterizao que correlacione as caractersticas dessesagregados com as propriedades mecnicas do concreto.

A separao por lquidos densos uma tcnica eficiente para separar os agrega-dos grados de RCD reciclados em faixas de massa especfica aparente e, indireta-mente, determinar o teor de alguns contaminantes de baixa massa especfica presentes.

Os agregados grados de RCD reciclados so compostos de contedos dis-tintos de massa, dentro dos intervalos de densidade, sendo, portanto, uma misturade subgrupos de agregados separados em faixas de massa especfica aparente. Osteores dos aglomerantes e da cermica vermelha nesses agregados reduzem com oaumento da massa especfica aparente.

Quando o agregado reciclado separado em faixas de diferentes densidades,a resistncia compresso, o mdulo de elasticidade e a absoro de gua dosconcretos so influenciados pela massa especfica aparente do gro (ou porosidade)do agregado. Assim, a massa especfica aparente um parmetro de controle dequalidade que pode ser facilmente empregado em usinas de reciclagem, para carac-terizar os lotes de agregados de RCD reciclados, direcionando-os para os mercadosem que sero mais competitivos.

O conceito de separao dos agregados em diferentes faixas de densidadepode, tambm, ser implementado nas usinas de reciclagem, pois existem equipa-mentos de concentrao gravtica, tais como o jigue, capazes de segregar os produ-tos de acordo com a densidade. Nesse cenrio, os agregados com massa especficaaparente do gro maior que 2,2 kg/dm poderiam ser destinados ao mercado deconcretos estruturais convencionais, onde sero competitivos econmica eambientalmente, e os produtos menos densos, para outros mercados menos exigen-tes, como pavimentao. Na usina de Itaquera, os agregados mais densos represen-taram mais de 50% da massa total. A viabilidade econmica dessa abordagem deve-r ser decidida em funo de caractersticas e escala do mercado local e da qualidadedos resduos disponveis.

199


Como a massa especfica aparente desses agregados est correlacionada com

a soma dos teores de aglomerantes e de cermica vermelha materiais responsveis

pela porosidade no agregado de RCD reciclado , as propriedades dos concretos

tambm podem ser controladas por meio dessa soma, podendo substituir a separa-

o por densidade no controle de qualidade atravs do laboratrio. Essa correlao,

no entanto, deve ser estabelecida em cada usina de reciclagem, considerando as dife-

renas da indstria de materiais e das prticas construtivas entre regies brasileiras.

Finalmente, o uso de agregados reciclados afeta outros parmetros relevantes

no desempenho dos concretos, tais como retrao e fluncia. A influncia da massa

especfica aparente dos agregados nesses parmetros deve ser tambm investigada.

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7 Equipe

Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo PCC/USP

Prof. Dr. Arthur Pinto Chaves PMI/USP

Carina Ulsen (bolsista de IC) PMI/USP

Engracia Bartuciotti PCC/USP

Prof. Dr. Henrique Kahn PMI/USP

Hilton Mariano (estagirio) PCC/USP

Ivie F. Pietra (M. Eng.) PCC/USP

207


Prof. Dra. Maria Alba Cincotto PCC/USP

Paula Ciminelli Ramalho (bolsista de IC) PCC/USP

Priscila Meireles Carrijo (M. Eng.) PCC/USP

Raquel Massami Silva (bolsista de IC) PCC/USP

Srgio C. ngulo (Dr. Eng.) PCC/USP

Prof. Dr. Vanderley M. John PCC/USP

8 Agradecimentos

Os autores agradecem Financiadora de Estudos e Projetos (Finep/Habitare,

Fundo Verde e Amarelo), ao SIDUSCON-SP, ao CNPq, Fapesp, Prefeitura de

So Paulo (Sr. Dan Schneider e funcionrios), empresa Nortec (Sr. Artur Granato

e funcionrios), Prefeitura de Vinhedo (Sr. Geraldo, Sr. Henrique e demais funcio-

nrios), a todos os membros da equipe e Fusp pelo apoio na gesto dos recursos.

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