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Um estudo sobre as propriedades físico-mecânicas de traços de argamassas mistas produzidas com filito, comparadas com as de argamassas mistas com cal e blenda. O trabalho aborda a substituição de materiais na construção civil, a produção de cal e suas implicações ambientais, e avalia as propriedades dos traços em questão para caracterizar seu comportamento físico e verificar a possibilidade de seu uso em obras, tanto em termos de desempenho quanto econômicos.
Tipologia: Notas de aula
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INSTITUTO LATINO-AMERICANO DE TECNOLOGIA, INFRAESTRUTURA E TERRITÓRIO (ILATIT) ENGENHARIA CIVIL DE INFRAESTRUTURA AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS DE ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO COM DIFERENTES TEORES DE FILITO ANDREY LUCAS MANARIN PACO Foz do Iguaçu 2021
INSTITUTO LATINO-AMERICANO DE TECNOLOGIA, INFRAESTRUTURA E TERRITÓRIO (ILATIT) ENGENHARIA CIVIL DE INFRAESTRUTURA AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS DE ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO COM DIFERENTES TEORES DE FILITO ANDREY LUCAS MANARIN PACO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Território da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito à aprovação do componente curricular de Trabalho de Conclusão de Curso II do curso de Bacharelado em Engenharia Civil de Infraestrutura. Orientadora: Profª. Drª. Ana Carolina Parapinski dos Santos Coorientador: MSc. Eduardo Rigo Foz do Iguaçu 2021
TERMO DE SUBMISSÃO DE TRABALHOS ACADÊMICOS Nome completo do autor(a): Andrey Lucas Manarin Paco Curso: Engenharia Civil de Infraestrutura Tipo de Documento (X) graduação (…..) artigo (…..) especialização (…..) trabalho de conclusão de curso (…..) mestrado (X) monografia (…..) doutorado (…..) dissertação (…..) tese (…..) CD/DVD – obras audiovisuais (…..) ________________________________________________________________ Título do trabalho acadêmico: AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS DE ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO COM DIFERENTES TEORES DE FILITO Nome do orientador(a): Profª. Drª. Ana Carolina Parapinski dos Santos Data da Defesa: 04 / 06 / 2021 Licença não-exclusiva de Distribuição O referido autor(a): a) Declara que o documento entregue é seu trabalho original, e que o detém o direito de conceder os direitos contidos nesta licença. Declara também que a entrega do documento não infringe, tanto quanto lhe é possível saber, os direitos de qualquer outra pessoa ou entidade. b) Se o documento entregue contém material do qual não detém os direitos de autor, declara que obteve autorização do detentor dos direitos de autor para conceder à UNILA – Universidade Federal da Integração Latino- Americana os direitos requeridos por esta licença, e que esse material cujos direitos são de terceiros está claramente identificado e reconhecido no texto ou conteúdo do documento entregue. Se o documento entregue é baseado em trabalho financiado ou apoiado por outra instituição que não a Universidade Federal da Integração Latino-Americana, declara que cumpriu quaisquer obrigações exigidas pelo respectivo contrato ou acordo. Na qualidade de titular dos direitos do conteúdo supracitado, o autor autoriza a Biblioteca Latino- Americana – BIUNILA a disponibilizar a obra, gratuitamente e de acordo com a licença pública Creative Commons Licença 3.0 Unported. Foz do Iguaçu, 04 de Junho de 2021.
Assinatura do Responsável
Dedico este trabalho aos que me são mais importantes, minha família. Sem eles nada seria possível.
“Procure ser um homem de valor, em vez de ser um homem de sucesso.”. Albert Einstein
PACO, Andrey Lucas Manarin. Avaliação das Propriedades Físico-Mecânicas de Argamassas Produzidas com Filito em Foz do Iguaçu. 2021. 75 pp. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Civil de Infraestrutura) – Universidade Federal da Integração Latino-Americana, Foz do Iguaçu, 2021. RESUMO O ciclo de produção da cal é um conhecido problema ambiental devido à extração do calcário e processo de calcinação. Com vistas à sustentabilidade, busca-se implementar novos materiais menos emissivos, de modo a substituir totalmente ou parcialmente a utilização de cal em argamassas, visando reduzir sua produção e seus impactos. O filito, material oriundo da moagem de rochas sedimentares e de beneficiamento menos emissivo que a cal, apresenta-se como um material alternativo de menor impacto ambiental e já existente no mercado, porém com poucos estudos sobre desempenho em argamassas. Assim, o presente trabalho tem como objetivo avaliar os efeitos da substituição da cal pelo filito em argamassas de revestimento. Logo, foram avaliadas as propriedades físico- mecânicas de traços de argamassas mistas produzidas com filito, de modo a comparar com as propriedades fisico-mecânicas de argamassas mistas com cal e blenda. Na definição de traços com filito, foram propostas frações reduzidas de 25% 50% 75% além de fração total de 100% em substituição a fração de cal. Para as blendas, adotou-se uma proporção de 25% de filito e 75% de cal. Para determinação das propriedades físico-mecânicas, os traços foram ensaiados conforme requisitos de classificação de argamassas da NBR 13281 (ABNT, 2005), em função do índice de consistência, retenção de água e densidade de massa aparente no estado fresco, resistência à tração na flexão e compressão em corpos de prova prismáticos, densidade de massa aparente, resistência potencial de aderência à tração e absorção por capilaridade no estado endurecido. Como resultado, verificou-se que a utilização do filito em argamassas é viável, tanto em substituição total quanto parcial da cal, ocorrendo melhora nas propriedades físico-mecânicas e desempenho. Com relação a blenda, ela se apresenta como uma ótima alternativa de uso, conservando a trabalhabilidade e capacidade de aderência conferida pela cal juntamente com a melhora nas propriedades físico-mecânicas conferidas pela adição parcial de filito na mistura. Logo, a utilização do filito corrobora para que haja a produção de argamassas mantendo-se um nível aceitável de desempenho do sistema construtivo. Palavras-chave: Argamassa; filito; desempenho; físico-mecânicas.
PACO, Andrey Lucas Manarin. Evaluación de las propiedades físicas y mecánicas de los morteros producidos con Filito en Foz do Iguaçu. 2021. 7 5 pp. Trabajo Final (Ingeniería Civil de Infraestructura) – Universidade Federal da Integração Latino- Americana, Foz do Iguaçu, 2021. RESUMEN El ciclo de producción de la cal es un problema ambiental bien conocido debido al proceso de extracción y calcinación de la piedra caliza. Con vistas a la sostenibilidad, se buscan nuevos materiales menos emisivos para sustituir total o parcialmente el uso de la cal en los morteros, buscando reducir su producción y sus impactos. La filita, material procedente de la molienda de rocas sedimentarias y de procesamiento menos emisivo que la cal, se presenta como un material alternativo de menor impacto ambiental y ya existente en el mercado, pero con pocos estudios sobre el rendimiento en morteros. Así, el presente estudio pretende evaluar los efectos de la sustitución de la cal por la filita en los morteros de revestimiento. Por lo tanto, se evaluaron las propiedades físico-mecánicas de las mezclas de morteros producidas con filita para compararlas con las propiedades físico- mecánicas de los morteros con cal y blendas. En la definición de las mixturas con filita, se propusieron fracciones reducidas, 25%, 50% y 75%, así como una fracción total de 100% en sustitución a la fracción de cal. Para las blendas, se ha adoptado una proporción de 25% de filita y 75% de cal. Para determinar las propiedades físico-mecánicas, se ensayaron los morteros según los requisitos de clasificación de morteros de la NBR 13281 (ABNT, 2005), en función del índice de consistencia, retención de agua y densidad de masa aparente en estado fresco, la resistencia a la tracción en flexión y compresión en cuerpos de prueba prismáticos, la densidad de masa aparente, la resistencia potencial de aderencia a la tracción y absorción por capilaridad en estado endurecido. Como resultado, se verificó que la utilización de la filita en morteros es viable, tanto en sustitución total como parcial de la cal, observándose una mejora en las propiedades físico-mecánicas y en el desempeño. En relación a la blenda, se presenta como una excelente alternativa de uso, conservando la trabajabilidad y capacidad de aderencia conferida por la cal junto con la mejora en las propiedades físico-mecánicas conferida por la adición parcial de filita en la mixtura. Por lo tanto, el uso de filita permite la producción de morteros que mantienen un nivel aceptable de desempeño del sistema constructivo. Palabras llave : Mortero; filita ; desempeño ; físico-mecánico
16 1 INTRODUÇÃO A indústria da construção civil gera muitos resíduos que são despejados ao meio ambiente, desde a extração e processamento de minérios e matéria prima até os resíduos gerados após a finalização de obras e empreitadas. Tais impactos ambientais gerados por estes tipos de resíduos depositados no meio ambiente poderiam ser reduzidos, caso novas tecnologias sustentáveis e com melhor rendimento fossem implementadas, além de reaproveitamento dos resíduos gerados na produção e beneficiamento de materiais (PESSOA et.al ., 2020). Porém, enquanto tal implementação não ocorre, um caminho viável para amenizar o problema é a procura por materiais ecológicos de forma a substituir os já existentes e consolidados na construção civil. A substituição de materiais na construção civil já ocorre de certos ramos de produção, como por exemplo o caso a ser estudado neste trabalho, a utilização do filito em argamassas em substituição total a cal ou mesmo sua utilização conjunta com cal em argamassas, de forma a reduzir seu volume de utilização, essa mistura de cal e filito é chamada comercialmente de blenda (ROMANO et.al .,2014). Porém, a substituição da cal por outros materiais ocorre de forma lenta e geralmente empírica nos canteiros de obra, geralmente utilizando-se de traços idênticos aos de argamassas de cal ou apenas traços de recomendação de fabricante, o que não garante a qualidade da argamassa com a mudança de material. Em relação ao filito, trata-se de um mineral muito abundante na crosta terrestre, que apresenta um baixo custo agregado (MELO; THAUMATURGO, 2012), sendo muito utilizado na indústria cerâmica, porém, por ser um material barato e de fácil beneficiamento apresenta variados usos, inclusive em argamassas de revestimento (MORETO, 2006). No que diz respeito a sua aplicação em argamassas de revestimento, o filito trata-se de um material que não apresenta características ligantes, diferente das cales de construção, ficando a consolidação e o endurecimento de argamassas mistas somente a cargo da ação do cimento (QUARCIONI; CINCOTTO, 2008). Em relação a produção de cal, as indústrias caieiras são grandes geradoras de resíduos e poluentes, apesar de não terem parques industriais de tamanho volume quanto à indústria cimenteira e tendo ocorrido a diminuição do seu uso em decorrência da incorporação do cimento em argamassas, ainda sim, a indústria caieira está entre
17 uma das mais poluidoras do meio ambiente, desde a fase de extração do calcário até a fase da cal beneficiada, e mesmo com a relativa diminuição de volume de uso atualmente, a previsão é de um aumento de produção em cada ano até 2030 (BRASIL, 2009 ). Diante disso, torna-se viável um estudo da utilização de outros materiais para uso em argamassas, em especial o filito, material já comercializado e facilmente acessível no mercado da construção civil. O filito é um produto ecológico, de fácil extração e utilizado em sua forma natural, não necessita passar pelos processos de queima como ocorre na produção da cal, e com isso a emissão de gases de efeito estufa é reduzido. 1.1 OBJETIVOS O trabalho em questão tem como objetivo geral avaliar as propriedades no estado fresco e endurecido de argamassas produzidas com diferentes teores de filito. de forma a caracterizar e observar o comportamento físico de traços com diferentes teores de filito, assim como verificar a possibilidade de seu uso em obras, tanto em questões de desempenho quanto econômicas, em função da utilização de filito em substituição a cal. Com isso em mente, tem-se os seguintes objetivos específicos: ● Avaliar e classificar os traços de argamassa de acordo com as diretrizes estabelecidas pela NBR 13281 (ABNT, 2005), referente à requisitos de argamassas de assentamento e revestimento. ● Comparar os traços quanto às suas propriedades físico- mecânicas. ● Avaliar o rendimento e efeitos da incorporação do filito em argamassas de assentamento e revestimento.
19 processo de produção da cal, segundo Brasil (2009), libera-se 1.131 kg CO 2 /ton de cal virgem na atmosfera. Adicionalmente, as pequenas indústrias caieiras utilizam pequenos fornos, geralmente sem registros legais, e utilizam a lenha como combustível, oriunda de desmatamentos das redondezas. Mesmo com avanço em ciência e tecnologia ao longo dos anos, a indústria da cal continua gerando grandes impactos, e de acordo com Reis et.al (2018), as altas emissões de ( CO 2 ) ocasionadas pela indústria se deve ao fato de atuarem com tecnologias ultrapassadas, resultando em alto consumo de combustíveis e baixa eficiência energética. O consumo de água nessa indústria é bastante condicionado a demanda de cal hidratada no mercado, pois a água é utilizada para o processo de hidratação da cal viva, segundo Americano, Paciornik e Santos (2006) “cada tonelada de cal virgem dá origem a 1,27 toneladas de cal hidratada, o que equivale a dizer que 21,3% do peso da cal hidratada é constituído de água”. Em estudo realizado por Brasil (2009), concluiu-se por meio de cálculos que são necessários 240 litros de água para produzir cerca de 1 tonelada de cal hidratada. Mesmo com a existência de materiais alternativos ao uso da cal, estudos realizados por Brasil (2009) afirmam que haverá um crescimento na produção e uso da cal até 2030, e com a indústria operando de forma ultrapassada, é possível que ocorra um aumento no consumo de água e na emissão de CO 2. Por isso torna-se necessário a pesquisa e utilização de outros materiais menos impactantes ao meio ambiente. A Figura 1 apresenta as curvas de projeção da cal até 2030 com valores em mil toneladas, considerando três cenários (frágil, vigoroso e inovador) de acordo com as projeções futuras do PIB. Figura 1 – Projeção da produção da cal até 2030 Fonte: Adaptado de Brasil (2009).
20 De acordo com a Figura 1, é perceptível um aumento considerável da produção da cal em todos os cenários econômicos e de desenvolvimentos tecnológicos durante o período de 2010 a 2030. O cenário frágil considera uma possível regressão no processo de estabilização da economia brasileira, prevendo um crescimento de 2,3% ao ano do PIB. O cenário vigoroso prevê a manutenção e aperfeiçoamento das condições da época, considerando também reformas administrativas, previdenciárias e tributárias. Neste cenário, o crescimento do PIB previsto é de 4,6% ao ano. Já o cenário inovador, além de considerar o as ocorrências no cenário vigoroso, considera também uma busca e mobilização nacional pela inovação tecnológica e científica, geração e difusão de informação, conhecimento e aprendizado, tanto do estado quanto das empresas e instituições no país, prevendo um crescimento de 6,9% ao ano do PIB. Além da previsão feita por Brasil (2009), em mesmo documento é citado que pela multiplicidade de suas aplicações, a cal virgem ou hidratada está entre os dez produtos de origem mineral de maior consumo mundial. O produto ganha maior expressão quando se conhece o amplo leque de setores industriais e sociais em que se utiliza cal, graças à sua dupla capacidade de agir como reagente químico e aglomerante ou ligante. E historicamente, a cal tem sido utilizada em larga escala pela humanidade desde os primórdios das civilizações até os dias atuais por ser um dos aglomerantes mais baratos, apesar da tentativa de substitui-la por sais e resinas (ANDRADE, 2012). 2.2 FILITO Filitos são rochas metamórficas compostas majoritariamente por alumínio e silício, e seus componentes essenciais são os filossilicatos de pequeno tamanho de grão, como a mica/muscovita finamente dividida, sericita, caulinita, e quartzo. Possui colorações variadas, distinguindo-se entre três tonalidades: branca, rósea e preta (SILVA, RABELO, NETO, 2014). O filito, como um material utilizado na indústria, possui um baixo valor agregado pelo motivo de seu beneficiamento exigir apenas a moagem. Ou seja, a rocha é retirada da jazida, passa pelo processo de moagem, e então é beneficiada de acordo com a aplicação, ensacada e distribuída. A facilidade do beneficiamento do filito é devido a textura da rocha, que permite fácil pulverização, fornecendo um pó muito fino
22 que queima do filito, obtendo uma melhora nas propriedades físicas do material quando aplicado, tais como aumento da resistência mecânica - em especial com filito de fácie branca, após queima em temperaturas próximas às praticadas no processo de calcinação da cal - e também um aumento na plasticidade, esse processo de queima pode também ser utilizado para alterar a cor do material (MELO; THAUMATURGO, 2012). Mesmo assim o processo de queima em filitos para utilização em argamassas não é muito utilizado, pois encarece o produto, por adicionar mais uma etapa para o beneficiamento, o que torna menos atrativo sua implementação no mercado. Inclusive, seria contraditório ao objetivo de implementar materiais mais baratos e sustentáveis em substituição aos materiais atuais. Segundo Pessoa et.al. (2020), os resíduos gerados no processo de calcinação do calcário formam pilhas que se constituem em fonte de degradação do meio ambiente, e o mesmo pode ocorrer na produção de filito, caso adote-se o mesmo processo de beneficiamento utilizado para a cal. Conforme Moura et.al. (2002), atualmente, grande parte da atividade de extração mineral é fonte geradora de resíduos, na forma de gases, líquidos e sólidos, causando degradação ambiental e dificultando um desenvolvimento sustentável. Como tanto a exploração do filito quanto da cal são atividades de mineração, em ambos os casos tem-se impactos ambientais similares, porém no processo de calcinação da cal, como já citado, ocorre emissão de gás carbônico ( CO 2 ) na atmosfera, tal impacto podendo ser evitado durante o beneficiamento do filito sem processos de queima. O elevado teor de quartzo, juntamente com uma concentração de até 40% de filossilicatos (muscovita e caulinita), fazem do filito um material estratégico para a fabricação de cimento geopolimérico (MELO; THAUMATURGO, 2012). O cimento geopolimérico é um ligante hidráulico, que funciona como aglomerante, porém sem a presença de CaO (óxido de cálcio) em sua composição, o que reduz a emissão de CO 2 em relação a produção do cimento portland (SANTA, 2012). Segundo Silva, Rabelo, Neto (2014), nesse tipo de aplicação, o filito puro se mostrou um ótimo precursor para geopolímeros, devido aos bons resultados de resistência mecânica, foi observado que quanto maior a idade da cura do filito após a aplicação de um agente de cura, maior a resistência mecânica. Além disso, o filito é um material inerte perante materiais metálicos, não atacando armaduras e estruturas metálicas. O filito pode ser utilizado também como agregado graúdo em concretos.
23 Segundo trabalho feito por Afrifa e Adom-Asamoah (2010), as propriedades físicas e mecânicas dos agregados graúdos de filito satisfazem os requisitos mínimos para agregados adequados para concreto, as resistências à compressão e tração na flexão do concreto com agregados de filito seguiram as tendências esperadas de concretos convencionais, porém seu uso acarreta queda da resistência mecânica quando comparado com concreto convencional, e ocasiona uma redução da relação água/cimento, afetando a trabalhabilidade do concreto. 2.2.2 Produção e Impactos Ambientais A produção do filito ocorre em processos de mineração. A extração do filito da jazida ocorre por escavação ou escarificação, a lavra ocorre a céu aberto, sendo precedida pelo decapeamento da cobertura de solo. São lavradas bancadas que podem variar de 4 a 15 m de altura, onde o material é desagregado com o emprego de escavadeiras e retroescavadeiras, utilizando explosivos apenas as porções muito compactas do minério ou em locais onde a escavação e escarificação mecânica torna- se pouco produtiva (MORETO, 2006; MINERAÇÃO ITAPEVA, 2019). Após a extração do filito na jazida, o material lavrado, destinado aos pólos cerâmicos, é acondicionado em pilhas devidamente homogeneizadas e identificadas para seus compradores. O filito destinado a outras áreas de aplicação (argamassas, fillers, rações animais, etc) é transportado até os barracões de beneficiamento, onde são realizadas as operações de homogeneização, britagem, moagem, secagem e ensacamento para então ser distribuído (MORETO, 2006; MINERAÇÃO ITAPEVA, 2019). Segundo Moreto (2006), que acompanhou o processo de trabalho de campo do processo de lavra do filito, têm-se como principal impacto ambiental a ocorrência de processos erosivos no solo. Estes processos são influenciados pela grande presença de argila na composição do solo do local de mineração, e também pelos métodos de desagregação utilizados na exploração do bem mineral. Neste caso, as principais medidas de controle e prevenção que devem ser empregadas são o gerenciamento de drenagens de água e de águas pluviais, para que não ocorra o transporte e sedimentação de material para outros locais próximos e o planejamento das lavras. Outros problemas ambientais observados referem-se ao impacto visual após o decapeamento do terreno a ser lavrado e da utilização de áreas já exploradas para o
