XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão.
Salvador, BA, Brasil, 06 a 09 de outubro de 2009
SUSTENTABILIDADE NA
CONSTRUÇÃO CIVIL: UTILIZAÇÃO DO
RESÍDUO DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO COMO MATERIAL NÃO
CONVENCIONAL
Maria Betania Gama Santos (UFCG)
[email protected]
Ivanildo Fernandes Araujo (UFCG)
[email protected]
Mabel Simone A.B. Guardia (UFRN)
[email protected]
Sandra Sereide Ferreira da Silva (UFCG)
[email protected]
Antônio Farias Leal (UFCG)
[email protected]
O poliestireno expandido (EPS), ou isopor é um dos materiais já
utilizado na construção civil. O produto pode ser usado em concreto
leve (misturado ao cimento e areia), enchimento de lajes, calçadas,
pré-fabricados e vasos, entre outras opçções. Esta pesquisa tem como
objetivo analisar uma possível utilização do resíduo desse material
alternativo (EPS) para ser usado em blocos de concreto para alvenaria
de vedação, isolamento acústico e térmico, em substituição parcial ao
agregado natural presente nos blocos, que deverão atender às
especificações técnicas da ABNT. Nos traços para a moldagem dos
corpos de prova, o agregado miúdo foi parcialmente substituído pelo
resíduo de isopor com porcentagens variando entre 18, 28 e 44 %, em
massa. Os blocos foram submetidos ao ensaio de resistência, a fim de
se verificar suas propriedades mecânicas, nos quais se obteve como
resultado uma maior resistência à compressão, a mistura que
apresentou 18% de resíduo de EPS.
Palavras-chaves: EPS, isopor, poliestireno expandido, resíduo.
XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão
Salvador, BA, Brasil, 06 a 09 de outubro de 2009
1. Introdução
A busca do desenvolvimento sustentável tem sido tema de diversas pesquisas e estudos, para
Beni (2006) o desenvolvimento sustentável está relacionado ao comprometimento com a
continuidade dos processos naturais para as próximas gerações. Para Hall (2001) existem
quatro características de uma comunidade sustentável, a segurança econômica, que está
relacionada a variedade de empresas, treinamento e organizações socialmente responsáveis, a
integridade ecológica, que se refere a adoção de sistemas naturais, a qualidade de vida, sendo
este o senso de integração, onde o fornecimento de bens e serviços não comprometem as
gerações futuras e por fim, o poder e responsabilidade, de comunidades com oportunidades
iguais.
O reaproveitamento do poliestireno expandido, EPS, ou isopor, como material de construção
auxilia na redução de problemas causados por seu acúmulo. Grande quantidade de isopor
pode ser facilmente encontrada em aterros ou lixões. A origem do descarte é bem variada,
pois, sua utilização se aplica desde pequenos empreendimentos de festas infantis, os quais
utilizam estes materiais nas mais diversas formas, até as mais variadas aplicações em
embalagens industriais, bem como, em artigos de consumo doméstico e industrial, sendo
utilizado até mesmo na agricultura, como condicionador de solo.
A reciclagem ou reaproveitamento de materiais pode colaborar com o meio ambiente, pois
evita acúmulo de produtos em aterros sanitários, além de minimizar custos com a produção de
novos produtos.
Os resíduos e armazenamentos inadequados no meio ambiente podem acarretar graves
problemas, por ocupar muito espaço e obstruir canais dos rios, podem causar enchentes, além
disso, o período de decomposição deste produto é bem longo, cerca de 150 anos.
No Brasil o Isopor tem consumo altíssimo, de acordo com (MEDEIROS et al., 2006) esse
consumo variou de 9 mil toneladas em 1992 para 36,5 mil no ano de 2004, ocasionando um
aumento de quase 300% em sua utilização.
A construção civil passou a fazer uso do material, que por sua vez não compromete a
segurança da construção, chegando a reduzir em até 20% o custo de fundação da obra
(BURGOS, 2006).
A necessidade de uma arquitetura e construção sustentáveis tem fomentado a investigação de
produtos alternativos, baseados em materiais resultantes do aproveitamento de resíduos
industriais renováveis.
Diante deste cenário, nesta pesquisa se propõe o desenvolvimento de novos materiais e
compósitos utilizando resíduos de poliestireno expandido, EPS, ou isopor, material com
inerentes propriedades térmicas e acústicas, e sua utilização na construção civil.
2. Objetivos
Desenvolver um novo material, um compósito, utilizando resíduos de poliestireno expandido,
EPS, bem como, verificar uma possível utilização desse material alternativo para ser usado
em blocos de cimento para alvenaria de vedação, em substituição parcial ao agregado natural
presente nos blocos, que deverão atender às especificações técnicas da ABNT (Associação
Brasileira de Normas Técnicas) quando submetidos a ensaios experimentais para
determinação de resistência à compressão.
2
XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão
Salvador, BA, Brasil, 06 a 09 de outubro de 2009
3 . O Uso do EPS na Construção Civil
Grandes esforços têm sido empreendidos na tentativa de preservar o meio ambiente, nos
quais, a construção civil tem colaborado com o desenvolvimento e crescimento sustentável
buscando trabalhar com materiais de construção não convencionais. Na tentativa de continuar
provendo a evolução das cidades com construções seguras e gerando o mínimo de resíduos, é
importante incentivar estudos nesta linha de sustentabilidade, pois os mesmos objetivam
contribuir fortemente para o sucesso dos projetos da engenharia civil.
O EPS, segundo Burgos (2006) é um produto ecológico, não contamina o solo, nem a água,
nem o ar, além de ser 100% reciclável e reaproveitável. No seu processo produtivo, não se usa
o CFC ou qualquer um de seus substitutos, como já foi especulado.
Os resíduos de polímeros sintéticos, já vêm sendo usados na construção civil como produtos
alternativos. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver elementos alternativos de alvenaria
utilizando concreto leve de poliestireno expandido (EPS) para aumentar o rendimento da
argamassa e diminuir substancialmente o peso da estrutura. Estes materiais, segundo Aguiar
(2006) apresentam grandes vantagens na execução de um projeto construtivo, pela sua leveza,
facilidade no manuseio dos elementos, pelas melhorias no aspecto termo-acústico e pelo baixo
custo final da construção. Portanto, este projeto busca investigar o peso mais leve para os
blocos, pela adição de EPS, e resistente o suficiente para transporte e manipulação durante o
processo construtivo. Obtendo-se assim novos materiais para a construção civil em condições
ecologicamente sustentáveis (ALVIM, 2006).
O reaproveitamento de materiais que ainda possuem potencial de aplicabilidade são vistos
como as soluções mais evidentes para a problemática dos resíduos sólidos como contribuição
em direção ao desenvolvimento sustentável, para Alvim (2006 apud Nunes et al. 2007) sugere
que novos materiais devem, ser estudados e inseridos na construção civil em condições
ecologicamente sustentáveis.
O poliestireno expandido, o isopor é conhecido pela sua reduzida densidade, elasticidade,
compressibilidade, impermeabilidade e eficiência como isolante térmico, acústico e vibrátil.
Neste trabalho é investigada a aplicação do EPS, como sendo um dos materiais alternativos
utilizados na construção civil. A indicação é para concreto leve (misturado ao cimento e
areia), pensando em minimizar custos para as construções, proporcionando acústica adequada
e condições térmicas.
Como possibilidade de reutilização os produtos finais de EPS podem ser reciclados e
novamente transformados em matéria-prima, depois de moído, é utilizado para favorecer a
aeração do solo para plantio, além de facilitar a compostagem e também misturados com
cimento/areia para a produção de concreto leve, que podem ser aplicados na regularização de
lajes, em painéis para fechamento de alvenarias de prédios, casas pré-fabricadas, galpões;
como elemento componente de pré-fabricados a exemplo de lajotas, blocos vazados, pilares e
peças decorativas; além de bancos para ambientes externos, base para montagens entre outros
usos.
4. Materiais e Métodos
Para a execução desta análise inicialmente se realizou um estudo sobre a quantidade de
resíduo de isopor gerado, suas propriedades e impactos no meio ambiente. Em seguida, foi
feita uma pesquisa bibliográfica sobre a reutilização do poliestireno expandido de maneira
geral bem como agregado leve na produção de concreto de baixa densidade.
3
XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão
Salvador, BA, Brasil, 06 a 09 de outubro de 2009
A etapa inicial do experimento foi iniciado em agosto de 2008, no LaCRA – Laboratório de
Construções Rurais e Ambiência, na UFCG - Universidade Federal de Campina Grande,
onde foram produzidos 10 corpos de prova cilíndricos, com dimensões de 5 cm de diâmetro
por 10 cm de altura, conforme recomendações da ABNT. O material usado como resíduo de
EPS foi “pérolas de isopor”, comercializado para diversas práticas artesanais e outros fins,
uma vez que existiu a limitação da ausência de um equipamento triturador adequado para este
material. Os agregados naturais utilizados foram encontrados na região de Campina Grande.
O cimento utilizado foi o CP II – Z 32.
4.1. Caracterização dos materiais
O agregado natural e as pérolas de isopor foram caracterizados, com relação a sua
granulometria, baseando-se na NBR-7219:1987, que preconiza a utilização das peneiras da
série normal e intermediária, sendo utilizados os agregados passantes na peneira 4,8mm e
descartados os materiais com granulometria superior. O ensaio de granulometria foi feito
mediante um peneiramento manual, com uma amostra colhida de forma aleatória, de 10 g
deste material. Os valores percentuais aproximados de retenção na peneiras de 2,8 mm foi de
30%, na peneira de 2,3 mm foi de 34% e na peneira de 1,3 mm foi de 32 %.
4.2. Definição dos Traços e Produção dos corpos de prova
Quanto ao traço inicial adotado, este foi de 1:2, ou seja, uma parte de cimento e duas partes de
resíduo de EPS, com um fator água cimento de 0,5. Os corpos de prova foram moldados
mediante orientação da Norma ABNT 5739, na qual se destaca a recomendação de 20 golpes
de soquete, a cada 1/3 da mistura durante a moldagem. Desta feita, o agregado miúdo foi
substituído pelo isopor com porcentagem de aproximadamente 67% de resíduo de isopor.
Portanto, apenas os seguintes materiais foram usados nesta pesquisa: água, cimento e
poliestireno expandido (EPS).
Após 72 horas, os corpos de prova foram retirados de suas formas, no entanto, como não
apresentaram uniformidade em sua estrutura, mediante a existência de alguns espaços vazios,
foram considerados defeituosos. Estes espaços vazios, que não foram preenchidos pela massa
indicaram excesso de EPS na mistura, desta forma foi sugerido que o experimento deveria ser
repetido com outros traços de resíduo de isopor em substituição parcial ao agregado miúdo.
A segunda etapa do experimento foi executada em setembro, desta vez, com os seguintes
traços, nos quais a proporção foi definida por volume de material,: traço 1 com 18% de
resíduo (2:0,5:0,5), traço 2 com 28% de resíduo (2:1:0,5) e traço 3 com 44% de resíduo
(2:2:0,5), seguindo a ordem, cimento, resíduo de EPS e areia.
Com o propósito de investigar diferentes tipos de traços, nesta etapa do experimento foram
moldados 15 corpos de provas para verificação das propriedades físicas e mecânicas do
compósito, sendo 5 de cada traço respectivamente citado, 18, 28 e 44% de resíduo de EPS. O
percentual de participação dos materiais na mistura foram definidos a partir da proximidade
dos percentis de 20, 30 e 50%. Desta vez, os seguintes materiais foram usados nesta pesquisa:
água, areia, cimento e poliestireno expandido (EPS). O concreto leve proposto, a partir da
utilização de resíduo de EPS, foi preparado da seguinte forma: iniciou-se colocando o
cimento, areia, e o resíduo de isopor em um recipiente plástico, misturando-se lentamente,
tornando o volume homogêneo, e posteriormente foi adicionando água. Em seguida, a mistura
foi colocada nas formas, sendo a produção totalmente manual. Os corpos foram preenchidos e
a mistura foi socada seguindo recomendação de norma específica da ABNT.
4
XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão
Salvador, BA, Brasil, 06 a 09 de outubro de 2009
Uma vez confeccionados, os corpos de prova foram desenformados com 72 horas. Tomando
como base o estudo de Medeiros et al. (2006), o processo de secagem foi realizado no
laboratório LaCRA em condições ambientais para os corpos e com um tempo de cura de 28
dias.
5. Resultados e Discussões
Os ensaios de resistência à compressão foram efetuados após decorrerem 28 dias da data de
moldagem. Os blocos foram submetidos ao ensaio de compressão, executado segundo NBR7184. A prensa para o rompimento dos blocos foi do tipo hidráulica da marca SOLOTEST
Indústria Brasileira, utilizando as instalações do laboratório de Engenharia Química e Civil,
do Centro de Ciência e Tecnologia da UFCG.
Com o propósito de verificar as propriedades mecânicas dos corpos, foram obtidos os
seguintes resultados para os traços 1, 2 e 3, conforme pode ser visto na tabela 01.
Pode-se observar que foi obtido um resultado mais satisfatório, ou seja, um maior valor
médio de resistência à compressão nos corpos de prova no traço 01, onde foi usado um
percentual de 18% de resíduo de EPS.
Tensão média para o Traço 1
Tensão média para o Traço 2
Tensão média para o Traço 3
(18% de resíduo de EPS)
(28% de resíduo de EPS)
(44% de resíduo de EPS)
9,15 MPa
7,78 MPa
6,41 MPa
Tabela 01 – Descrição dos valores obtidos no ensaio resistência à compressão simples média em MPa
Finalmente, os compósitos obtidos foram caracterizados mediante testes laboratoriais para
avaliação das suas propriedades físicas, bem como, foi avaliada a possibilidade de sua
conjugação como materiais e suporte leves.
O traço foi calculado utilizando-se as propriedades do material substituto. Para isso, foram
feitas algumas considerações, tais como abatimento da mistura e a densidade do agregado
miúdo (pérolas de isopor), visto que há vários tipos deste polímeros no mercado. A relação
água/cimento usada foi 1:2.
Estudos já existentes incluem ensaios técnicos para verificarem dados como a resistência do
isopor ao fogo, além da avaliação quanto à compressão e à dilatação. O concreto leve pode ter
várias vantagens na construção, já que apresenta um custo mais baixo e pode funcionar como
isolante térmico e acústico.
Na região rural pode ser uma alternativa de baixo custo para o agricultor principalmente em
alvenaria de vedação e de divisões e novos espaços, uma vez que a construção com EPS pode
trazer as seguintes vantagens:
- Redução de estrutura,
- Baixa condutibilidade acústica entre pavimentos e
- Economia de energia para condicionamento de ambiente.
5
XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão
Salvador, BA, Brasil, 06 a 09 de outubro de 2009
O Estudo de Klein et al, (2004) mostrou que é ideal analisar diversos traços de concreto leve
prevalecendo o que apresentar a inclusão de esferas de isopor acompanhado de aditivos
modificadores da tensão superficial do isopor e superfluidificante, segundo os autores o fator
água/cimento abaixo de 0,5 contribui para melhorar a resistência do concreto e diminuir a sua
porosidade.
6. Conclusões
A produção de elementos construtivos confeccionados a partir de concreto leve, utilizando
resíduos de EPS, é relativamente simples, o que não trará grandes dificuldades para a
fabricação em larga escala.
Esses blocos trarão benefícios para construção civil, visto que o custo e o tempo de execução
das construções serão reduzidos, além de diminuir os problemas ambientais causados pelo
destinação final de reiduos de EPS, que sendo um material de demorado tempo de
decomposição e de alto custo de reciclagem, poderá contribuir para as ações de
desenvolvimento sustentável.
No ensaio de granulometria a retenção percentual do resíduo de EPS, utilizado neste
experimento foi de 30% na peneira de 2,8 mm, de 34% na peneira de 2,3 mm, e foi de 32% e
na peneira de 1,3 mm.
Foi obtido um resultado mais satisfatório, ou seja, um maior valor médio de resistência à
compressão nos corpos de prova no traço 01, onde foi usado um percentual de 18% de resíduo
de EPS.
A utilização dos corpos de prova, utilizando resíduos de isopor, serviu para avaliar tanto o
traço, quanto à avaliação da resistência do bloco, a ser usado em processos construtivos.
Contudo, novas proporções de EPS, e o próprio resíduo triturado e caracterizado
adequadamente, devem ser testados para diminuir ainda mais o peso do bloco e permitir a
manipulação do mesmo, como também a realização de aprofundamento no que tange ao
conforto térmico e acústico.
7. Referências
AGUIAR, E.C.C.; SILVÉRIO, C. D. V.; PEREIRA, L.A. & KANNING, R.C. A tecnologia do concreto
aliada ao meio ambiente: CEFET-PR – Disponível em: http://www.cefetpr.br/deptos/dacoc/isopet/ Acesso em:
setembro, 2008.
ALVIM, R. C. Compósitos de Cimento Leve Reforçados com Fibras Vegetais. Ilhéus – BA, Universidade
Estadual de Santa Cruz, 2006.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto – ensaio de compressão de
corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1997.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7219: Agregados – Determinação do teor
de materiais pulverulentos. Rio de Janeiro, 1987.
BENI, M. Política e planejamento sustentável. São Paulo: Aleph, 2006.
BURGOS, R. Construção civil adere ao uso do isopor. Portal do arquiteto, 2006.
HALL, C. M. Planejamento: políticas, processos e relacionamentos. São Paulo: Contexto, 2001.
KLEIN, D. L.; KLEIN, G. M. B. & LIMA, R. C. A. Sistemas construtivos inovadores: procedimentos de
avaliação. 2º Seminário de Patologia das edificações: novos materiais e tecnologias emergentes, 2004.
6
XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão
Salvador, BA, Brasil, 06 a 09 de outubro de 2009
MEDEIROS, K. F.; BORJA, E.V.; SILVA, G.G. & BEZERRA,;M.C.M. Análise das propriedades físicomecânicas em blocos de cimento, com adição de isopor, sem função estrutural. I Congresso de Pesquisa e
Inovação da Rede Norte Nordeste de Educação Tecnológica Natal-RN - 2006.
NUNES, G. F.; ALVIM, R. C. & ALVIM, R. A. A. Uso de concreto leve para a produção de elemento
estrutural na região cacaueira. XIII Seminário de Iniciação Científica e 9a Semana de Pesquisa e PósGraduação da UESC Ciências Exatas, da Terra e Engenharias, 2007.
SOUZA, L.; BERNARDES, H. & SALLES, F. Modelo físico reduzido para estudo de reação álcali-agregado
em construção de barragens. Workshop Concreto: durabilidade, qualidade e novas tecnologias. 2006.
7