Blocos vazados modulares de concreto inovado com adio de cinzas do bagao da cana-de-acar

Blocos vazados modulares de concreto inovado com adio de cinzas do bagao da cana-de-acarModular concrete hollow blocks innovated with addition of ash from bagasse sugar cane

Costa, F. L. (1); Silva, A. J. P.(2); Sousa, W. R. V.(3)(1) Felipe Lima da Costa, Graduando em Engenharia Civil - IFMA

(2) Prof. Dr. Adjunto Antnio Jorge Parga da Silva, Departamento de Construo Civil IFMA

(3) Wellington Ribamar Vieira de Sousa, Graduando em Engenharia Civil IFMA(1)felmcosta@gmail.com, (2) parga@ifma.edu.br, (3)engcivil.well@hotmail.comResumo

Este projeto visa a realizao do estudo de blocos vazados de concreto produzidos com adio de cinzas do bagao da cana-de-acar, tendo como base o pensamento de sustentabilidade aplicada no ramo empresarial como uma forma de preservar o meio ambiente e atrair o consumidor.

Foram determinados traos de concreto em que a areia foi substituda em parte pelas cinzas do bagao da cana.

Os corpos-de-prova foram moldados com trao de 1:1 (Areia, P de brita) com substituio de 15%, 20% e 25% do volume da areia pelas cinzas do bagao da cana.

As normas utilizadas sero as referentes elaborao de blocos vazados de concreto e Cimento Portland composto (NBR-6136,NBR-11578, respectivamente).Palavras-Chave: Bloco vazado de concreto, Cinzas do bagao da cana, Sustentabilidade.

AbstractThis project aims to develop the study of hollow blocks of concrete produced with addition of ash from bagasse sugar cane, based on the idea of applied sustainability in the business environment as a way to preserve the environment and attract the consumer.

Concrete mixtures were determined with part of the sand replaced by the ashes of bagasse from sugar cane.

The specimens used in the tests were molded with the trait 1:1, (sand, Grit) with the replacement of 15%,20% and 25% of the sand volume by the ashes of bagasse from sugar cane.

The standards used are those relating to the preparation hollow blocks of concrete and Portland cement compound (NBR-6136,NBR 11578, respectively).

Keywords:hollowConcreteblock, Ashesof bagasse, Sustainability.

1. Introduo Os resduos provenientes de obras no ramo da construo civil tm se tornado impactantes no s para o meio ambiente, mas consolidam-se tambm como uma poluio visual. Tais resduos so produzidos das sobras de materiais de construo como telhas, tijolos, cimentos, areia dentre outros. Uma ao para reduzir esse tipo de desperdcio necessria, esta que pode ocorrer substituindo-se parte dos materiais utilizados, como conseqncia teramos uma reduo nos custos da obra.H algum tempo, as indstrias do setor aucareiro queimam o bagao e a palha da cana para gerao de energia eltrica destinada ao consumo prprio e, em caso de produo excedente, venda a terceiros. As cinzas resultantes da queima so descartadas em aterros ou lanadas em plantaes de cana-de-acar como adubo, embora existam dvidas sobre sua real eficcia.

A caracterizao fsica microscpica das cinzas do bagao tem um perfil muito prximo ao da areia natural, com uma poro cristalina e um alto teor de slica. Estudos feitos pela UFSCAR em usinas de So Paulo tambm apontam a inexistncia de elementos prprios para adubo no resduo.

Uma vez que a queima da cana-de-acar ainda muito utilizada no processamento da mesma, a utilizao das sobras resultantes do processo uma maneira de compensar o impacto biolgico causado pela liberao de CO2 no processo de manufatura do acar e do etanol, no entanto, a forma como ocorre o processo de reutilizao no aproveita totalmente o potencial do produto, ocasionando um desperdcio no aproveitamento das cinzas.2. Estudo prvioPartindo da primeira etapa do cronograma estabelecido, foram analisados artigos de outros pesquisadores envolvendo o mesmo material utilizado neste projeto, com base nas pesquisas pde-se estabelecer uma estratgia para a obteno e tratamento das cinzas do bagao da cana-de-acar.

Durante a busca de artigos cientficos relacionados ao tema da pesquisa, foi possvel obter trabalhos acadmicos de rigor cientfico avanado, executados por autores que constam nas referencias bibliogrficas deste.A partir da anlise de outros trabalhos, pde-se concluir que de um modo geral a adio de cinzas do bagao da cana-de-acar interfere de forma positiva no que diz respeito resistncia a compresso e na reduo da massa total do concreto.

Almir Sales relata um aumento na resistncia do concreto em corpos-de-prova cilndricos confeccionados substituindo-se entre 30% e 50% da areia pela cinza do bagao da cana-de-acar, utilizando o cimento CPII.No entanto, tais pesquisas no fazem referncia aplicao deste material no uso especfico ao bloco de concreto. Este, por sua vez, possui mais espaos vazios do que o concreto utilizado normalmente na construo civil. Assim, a cinza tem como funo preencher estes espaos vazios.2.1 Materiais e MtodosAntes de qualquer estudo sobre o material, necessria uma anlise do material do ponto de vista granulomtrico, o teste foi feito de acordo com a norma NBR-248:2003 da ABNT, adaptando-a para o uso das cinzas. Devido semelhana com a areia as peneiras utilizadas na anlise granulomtrica das cinzas so as mesmas utilizadas na anlise granulomtrica da areia. Os valores da tabela 1 so referentes massa que ficou retida em cada peneira.Tab. 1 Tabela granulomtrica para anlise de gros e homogeneidade das amostras.AMOSTRASPENEIRAS

48163050100FUNDOTOTAL

Amostra 19,0 28,040,023,038,029,031,0198

Amostra 211,026,040,022,040,028,033,0200

Amostra 310,032,038,022,036,028,032,0198

Amostra 411,030,041,024,033,034,025,0198

Amostra 512,030,042,022,040,027,028,0196

Amostra 611,029,038,022,040,027,030,0197

Amostra 79,026,040,026,042,027,033,0203

Amostra 810,025,038,023,039,036,026,0197

Amostra 98,028,036,023,041,027,033,0196

Amostra 1011,028,043,025,036,029,032,0204

Amostra 1111,031,040,019,035,030,029,0195

Amostra 1212,030,039,022,035,028,031,0197

Amostra 1310,029,036,024,036,035,026,0196

Amostra 147,032,037,021,038,036,033,0204

Amostra 1510,033,040,021,039,029,032,0204

Mdia10,1329,1339,2022,6037,8630,0030,26198,87

Foram excludos os materiais retidos na peneira de 6,3 mm por se tratarem de resduos provenientes da queima incompleta do material. A anlise do mdulo de finura da cinza teve como resultado o valor de 3,66, no entanto, a cinza utilizada na confeco dos blocos de concreto foi previamente peneirada na peneira N16 (1,18 mm), portanto o mdulo de finura da cinza utilizada de 3,43.Segue abaixo, a tabela 2 com as massas substitudas pelos seus respectivos percentuais a fim de se elaborar o grfico.

Tab. 2 Tabela de anlise percentual, destinada para confeco do grfico e para anlise do mdulo de finura.AMOSTRASPENEIRAS

48163050100FUNDOTOTAL

Amostra 14,5514,1420,211,6219,1914,6515,66100

Amostra 25,5613,1320,211,1120,2014,1416,67100

Amostra 35,0516,1619,1911,1118,1814,1416,16100

Amostra 45,5615,1520,712,1216,6717,1712,63100

Amostra 56,0615,1521,2111,1120,2013,6414,14100

Amostra 65,5614,6519,1911,1120,2013,6415,15100

Amostra 74,5513,1320,213,1321,2113,6416,67100

Amostra 85,0512,6319,1911,6219,7018,1813,13100

Amostra 94,0414,1418,1811,6220,7013,6416,67100

Amostra 105,5614,1421,7212,6318,1814,6516,16100

Amostra 115,5615,6620,29,617,6815,1514,65100

Amostra 126,0615,1519,711,1117,6814,1415,66100

Amostra 135,0514,6518,1812,1218,1817,6813,13100

Amostra 143,5416,1618,6910,6019,1918,1816,67100

Amostra 155,0516,6720,210,6019,7014,6516,16100

Mdia5,0914,6519,8011,3619,0415,0915,22100

No grfico 1 podemos observar com mais clareza o comportamento granulomtrico do material em questo.

Grfico 1 total acumulado de cada peneira representado em porcentagem.Dando continuidade etapa de controle de qualidade, partimos para a determinao da qualidade do concreto, onde nos baseamos na norma da ABNT - NBR 11579:1991 - Determinao dafinurapor meio da peneira 75 m (n 200) de onde obtemos, de uma massa de 50g, a massa retida na peneira n. 200 por processo de peneiramento pelo tempo de 15 minutos, com utilizao de tampa e fundo, pesando-se o que ficou retido no fundo, subtraindo do total da amostra, obtendo o peso retido na peneira determinada, tabelando-se os resultados (Tab. 3).

A norma determina uma mdia mxima que aponta o limiar de qualidade granulomtrica do cimento utilizado. Segue em tabela.Tab. 3 Tabela de determinao de mdulo de finura do cimento portland.ENSAIOS DE MDULO DE FINURA NBR-11579 ABNT

Caractersticas dos Ensaios

Tipo e marca do cimento: Cimento Poty CP II Z 32 RS

Quantidade de cimento: 50 g

Peneira: n. 200

Complementos - peneira com fundo e tampa

Tempo de peneiramento: 15 minutos

Peso/retido(g)Peso/fundo(g)

1 ensaio1040

2 ensaio941

3 ensaio1337

4 ensaio1733

5 ensaio1139

6 ensaio1139

7 ensaio1931

Mdia encontrada12,857

Exigido 15

A norma determina um mximo de 15 g de mdia de peso retido na peneira citada, obtivemos uma mdia de 12,857 g, o que qualifica o cimento para a utilizao nos traos.Passando ento anlise da areia, para conhecimento prvio, foram feitos ensaios de equivalente de areia, que consistem em causar eroso nas amostras por via qumica medindo em momentos determinados em norma (DNER ME 054/97 Equivalente de areia) a altura de cada amostra para a determinao do equivalente de areia (Tab. 4) do agregado mido a ser utilizado no concreto que se d pela mdia de trs ensaios.Tab. 4 Tabela do ensaio de determinao de equivalente de areiaEnsaio de determinao de Equivalente de areia DNER-ME 054/97

Tipo de agregado: Areia Mdia

Data: 27/03/2011

Medida antes (cm)Medida Depois (cm)Equivalente de areia (%)

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 364,00

68,00

71,0062,00

66,00

69,0096,88

97,06

97,18

Mdia67,6765,6797,04

Analisando o equivalente de areia encontrado na mdia dos ensaios, mostra-se que se trata de um material de alta qualidade possuindo 97,04% de seu volume total em material arenoso. Assim, est qualificado para uso em concreto.

2.2 Blocos de concreto com a adio da cinza da cana-de-acar: Moldagem, cura e rompimento.A cana-de-acar obtida foi queimada em um forno a cerca de 400C, a cinza resultante do processo possui uma textura arenosa, uma densidade aparente de 0,2Kg/l e um brilho semelhante ao da slica.A figura 1 mostra processo de queima e cinzas em estufa temperatura de 400C com tempo de queima de doze horas.

Figura 1: bagao de cana-de-acar em estufa.

A cinza resultante do processo de queima foi peneirada na peneira N16 (abertura de 1,18 mm) a fim de se adequar faixa granulomtrica da areia e garantir um mdulo de finura adequado.Os corpos-de-prova utilizados para averiguao da qualidade do concreto com a adio das cinzas possuem trao 1:1 (Areia, P de brita). O somatrio das massas dividido por uma constante resultar na massa do cimento:

O trao acima utilizado por empresas que atuam na construo civil, na rea de fabricao de blocos vazados modulares de concreto em So Lus. Nesta primeira abordagem, realizamos testes em blocos de concreto substituindo parte da areia pela cinza da cana-de-acar na proporo de 0%,15%, 20% e 25% do volume. Para cada porcentagem foi feito um nmero de seis blocos de concreto de acordo com a norma NBR 12118.Na etapa de pr-moldagem os materiais foram separados conforme a tabela 5.Tab. 5 Tabela de quantidade de materiais.TraosCimento (kg)Areia (l)P de pedra (l)gua (l)Cinza (l)

0%4,05131320

15%4,0511,05132,51,95

20%4,0510,40132,82,60

25%4,059,75133,23,25

Em ensaios j realizados por outros autores pode-se observar que a substituio de parte da areia por cinza do bagao da cana-de-acar, exige uma maior quantidade de gua na mistura, tornando necessria uma modificao no trao padro estabelecido para cada porcentagem. Tal comportamento j fora previsto em outros artigos envolvendo o mesmo material.Segue abaixo um grfico 2 com a porcentagem de gua adicionada em relao aos exemplares de referncia (0% da areia substituda).

Grfico 2 - Quantidade de gua adicionada em cada misturaCom os materiais separados iniciou-se a moldagem, O processo de cura foi do tipo cura mida, realizada duas vezes por dia durante os trs primeiros dias aps a moldagem. A figura 2 mostra o processo de mistura do concreto com as cinzas do bagao de cana-de-acar para confeco dos blocos em betoneira.

Figura 2: processo de mistura em betoneira.

A figura 3 mostra a cura dos blocos de concreto com cinzas de bagao de cana-de-acar nos sete, catorze, vinte e um e vinte e oito dias.

Figura 3: cura de blocos de concreto.

Moldados e rompidos, trao-a-trao, em cada porcentagem determinada e quantidade de sries estabelecidas, tomando nota dos procedimentos e mtodos, foi obtida a tabela 6 como tabela de mdias de resistncia de cada trao.Tab. 6 Tabela de resistncias dos traos de concreto.PorcentagemDiasResistncia compresso (Mpa)

0%285,38

214,34

143,39

072,32

15%

284,08

213,19

142,69

071,61

20%

284,95

213,83

142,40

071,16

282,96

25%212,42

142,03

071,66

3. Anlise dos resultadosAps o procedimento de cura, os blocos foram submetidos a ensaio de compresso conforme mostra figura 4 de acordo com norma NBR 12118.

Figura 4: ensaio de compresso em blocos de concreto.

Observando a tabela 6, de resistncia compresso, percebe-se claramente que a adio de cinzas do bagao da cana-de-acar diminui a resistncia do concreto. O grfico 3, refere-se ao quesito rompimento.

Grfico 3- Resistncia compresso dos blocos de concreto adicionados com cinza do bagao da cana-de-acarO trao em que se substituiu 20% da areia por cinza foi o que obteve valores de resistncia mais prximos aos valores de referncia.Aliado anlise de resistncia, para avaliar o consumo e a diminuio de carga que o concreto vem a possibilitar, torna-se necessria a comparao do peso do concreto adicionado de cinza com o peso do concreto comum. Isto vem a ser uma propriedade desejvel aos concretos, pois boa resistncia, peso reduzido e diminuio de consumo de agregados refletem-se na obra em forma de reduo de gastos de material. As tabelas 7 e 8, e o grfico 4 a seguir demonstram a perda de massa do concreto ao adicionarmos a cinza.Tab. 7 Tabela de Pesos mdios dos corpos de prova.TraoPeso Mdio (kg)

0%16,36

15%15,58

20%15,37

25%15,18

Tab. 8 Tabela de comparao dos pesos dos blocos adicionados com cinza em relao ao bloco de referncia.TraoPeso em relao ao bloco de referncia (%)

0%0

15%95,23

20%93,95

25%92,79

O grfico 4 demonstra o fenmeno de maneira mais simples. Grfico 4 Grfico de Peso em funo do acrscimo de cinza por trao4. ConclusesEste trabalho deu-se em introduzir o estudo das cinzas da cana de acar na fabricao de blocos de concreto.

O acrscimo de cinzas da cana-de-acar altera em larga escala as propriedades do concreto. No entanto, mesmo com a queda da resistncia compresso, o baixo custo do material e o fato de que a cinza do bagao da cana-de-acar tratada como um expurgo da indstria aucareira, torna vivel sua utilizao em funo da economia do uso de areia, um material relativamente caro e cada vez mais de difcil acesso. Somado a isso, a reduo da massa total do bloco de concreto traz benefcios estruturais que, em certos casos, podem vir a compensar a queda de resistncia compresso.As propriedades mecnicas foram satisfatrias com o acrscimo de cinzas. Este fato est diretamente relacionado com a temperatura de queima e o processo de aquisio das cinzas visto que outros trabalhos, em que se utilizou diferentes mtodos, obtiveram xito. Ser necessria, em trabalhos futuros, uma anlise mais detalhada do material em questo, a fim de que sejam determinadas outras propriedades e fixados possveis usos.

5. Referncias

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SALES, A.; LIMA, S.A. Use of Brazilian sugarcane bagasse ash in concrete as sand replacement.Waste Management. 2010. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM (DNER) DNER ME 054/97 Equivalente de areia. Rio de Janeiro, 1997.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (ABNT). NBR 11579:1991 - Determinao dafinurapor meio da peneira 75 m (n 200)ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (ABNT). NBR 11578:1997 - Cimento Portland composto EspecificaoASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (ABNT). NBR 6136:2007 - Bloco Vazado de Concreto Simples para AlvenariaASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (ABNT). NBR 12118:2011 - Bloco Vazado de Concreto Simples para Alvenaria Mtodo de ensaio

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (ABNT). NBR 248:2003 Agregados Determinao da composio granulomtrica13ANAIS DO 53 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2011 53CBC