Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP Departamento ... · A NM 53 baseia-seno princípio...
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Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia de Construção Civil ISSN 0103-9830 BT/PCC/484 Desenvolvimento de método rápido para determinação de propriedades físicas de agregados graúdos de RCD reciclados. Bruno Luís Damineli Vanderley Moacyr John São Paulo - 2008
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Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP
Departamento de Engenharia de Construção Civil
ISSN 0103-9830
BT/PCC/484
Desenvolvimento de método rápido paradeterminação de propriedades físicas de
agregados graúdos de RCD reciclados.
Bruno Luís DamineliVanderley Moacyr John
São Paulo - 2008
Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia de Construção CivilBoletim Técnico - Série BT/PCC
Diretor: Prof. Dr. Ivan Gilberto Sandoval FalleirosVice-Diretor: Prof. Dr. José Roberto Cardoso
Chefe do Departamento: Prof. Dr. Orestes Marracini GonçalvesSuplente do Chefe do Departamento: Prof. Dr. Alex Kenya Abiko
Conselho EditorialProf. Dr. Alex AbikoProf. Dr. Francisco Ferreira CardosoProf. Dr. João da Rocha Lima Jr.Prof. Dr. Orestes Marraccini GonçalvesProf. Dr. Paulo HeleneProf. Dr. Cheng Liang Yee
Coordenador TécnicoProf. Dr. Alex Kenya Abiko
O Boletim Técnico é uma publicação da Escola Politécnica da USP/ Departamento de Engenharia deConstrução Civil, fruto de pesquisas realizadas por docentes e pesquisadores desta Universidade.
Este texto faz parte da dissertação de mestrado de título "Desenvolvimento de método rápido paradeterminação de propriedades físicas de agregados graúdos de RCD reciclados", que se encontra àdisposição com os autores ou na biblioteca da Engenharia Civil.
FICHA CATALOGRÁFICA
DAMINELI, Bruno LuísDesenvolvimento de método rápido para determinação de
propriedades físicas de agregados graúdos de RCD reciclados. - São Paulo:EPUSP, 2008.
23 p. - (Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP,Departamento de Engenharia de Construção Civil, BT/PCC/484)
1. Resíduos de construção 2. Agregados 3. Reciclagem 4. Controle dequalidade 5. Concreto
I. JOHN, Vanderley Moacyr 11. Universidade de São Paulo. EscolaPolitécnica. Departamento de Engenharia de 'Construção Civil 111. Título IV.Série
ISSN 0103-9830
DESENVOLVIMENTO DE MÉTODO RÁPIDO PARA DETERMINAÇÃODE PROPRIEDADES FíSICAS DE AGREGADOS GRAÚDOS DE RCD
RECICLADOS
DEVELOPMENT OF A QUICK METHOD TO DETERMINATE THE
PHYSICAL PROPERTlES OF CDW COARSE RECICLED
AGGREGATES
RESUMO
o baixo consumo de agregados de Resíduos de Construção e Demolição (RCD)reciclados deve-se à sua variabilidade natural e à falta de controle de sua qualidade, quelimitam sua utilização em aplicações de maiores demandas, como concretos. O objetivodeste trabalho é desenvolver método rápido e preciso para controle de qualidade etriagem de agregados reciclados em usinas de reciclagem.
Uma maneira de controle de agregados para concretos se dá por meio da determinaçãode sua porosidade. Assim, este trabalho estudou dois métodos - NM 53 e secagem para determinação das propriedades físicas absorção e massa especifica aparente, queexpressam a porosidade dos agregados. Os planejamentos experimentais basearam-seem modelos estatísticos fatoriais completos, para se estudar meios de: I) aumentar asaturação dos poros das amostras; 2) diminuir a perda de massa; e 3) aumentar a rapidezdas determinações. Como resultado propôs-se novo método para determinação depropriedades físicas de agregados graúdos reciclados, que aumenta os valores deabsorção medidos, diminui a perda de massa das amostras e reduz o tempo decaracterização de 48 horas (dispensado pela NM 53) para 4 horas.
Palavras-chave: resíduos de construção, agregados (reciclagem), absorção, controle daqualidade, usinas de reciclagem de resíduos urbanos, concreto.
ABSTRACT
The low comsumption of Construction and Demolition Waste (CDW) recycledaggregates happens because its natural variability and quality control absence that limittheir use in applications with larger demands, such as concretes. The purpose of thiswork is to develop a quick and accurate method for quality control and selection ofrecycled aggregates in recycling plants.
One way of concrete aggregates contrai is done by determining its porosity. Thus, thiswork studied two distinct methods - ASTM C127 and drying - for determining physicalproperties absorption and relative density, which express the porasity of aggregates.The experimental plannings were based on statistical models Design of Experiments(DOE), to study ways on: I) increase of sample pores saturation; 2) decrease of massloss; and 3) increase of determination speed. A new method for determining CDWcoarse recycled aggregates physical praperties could be proposed, which increases themeasured absorption values, decreases mass loss during tests executions and reduces thecharacterization time from 48 hours (minimum used by ASTM C127) to 4 hours.
Keywords: construction waste, aggregates (recycling), absorption, quality control, urbanwaste recycling plants, concrete.
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1 INTRODUÇÃO
Estudos mostram que a fração mineral dos RCD compõe, em média, até 90% da massatotal dos mesmos. Isto demonstra que estratégias de gerenciamento destes resíduosdevem ser focadas na reciclagem massiva desta fração mineral, sob a forma deagregados reciclados, para que possam surtir efeitos benéficos ao meio ambiente.
Porém, um dos entraves para a reciclagem intensiva da fração mineral dos RCD é omercado escasso para assimilação dos agregados de RCD reciclados provenientes desua reciclagem. A variabilidade natural destes agregados e a sua grande porosidade emrelação a agregados naturais faz com que eles atualmente sejam usados principalmenteem obras de pavimentação - incapazes de apresentar demanda suficiente ao totalaproveitamento do material -, sendo sua utilização em concretos limitada por normasrestritivas, quando não vetada. Para que os agregados de RCD reciclados possam seradequados a alguns tipos de concretos, é necessário que passem por um processo decontrole de qualidade mais rigoroso do que os agregados naturais, mais homogêneos.Este controle baseia-se na medição de sua porosidade, propriedade física inversamenteproporcional à resistência mecânica e à durabilidade dos materiais, a qual pode serdeterminada através das medidas físicas absorção e massa especifica aparente (MEA).Mas os métodos atuais para caracterização da absorção e massa específica de agregados,como a NM 53 (Mercosul) e a ASTM 127 (EUA) foram desenvolvidos para agregadosnaturais, e apresentam erros experimentais quando aplicados a agregados reciclados,como desagregação da amostra e saturação incompleta de poros sob condições normais.
Assim, este trabalho busca estudar métodos de controle da porosidade dos agregados deRCD reciclados provenientes da fração mineral, para propor novo procedimento deensaio rápido e preciso, através do qual pode-se identificar lotes de agregados de melhorqualidade na usina de reciclagem. Seu mercado seria expandido, a reciclagem seriarealizada em maior escala, e problemas ambientais seriam minimizados.
Dois métodos serão analisados: a NM 53, atual método de determinação da absorção emassa específica aparente de agregados graúdos; e a secagem ao longo do tempo,baseado em propriedades conhecidas de secagem de sólidos porosos. Para aumentar aquantidade e rapidez de saturação dos poros das amostras será estudada a aplicação depressão de vácuo.
Dois materiais serão utilizados: agregado de RCD reciclado de densidade menor do que1,9kg/dm3 e de densidade 1,9<d<2,2kg/dm3
- sólido poroso com grande desagregaçãono manuseio, correspondente às faixas densitárias de maior porosidade dentre osagregados provenientes da reciclagem da fração mineral dos RCD.
As análises estatísticas serão realizadas sob planejamentos experimentais fatoriaiscompletos, que permitem melhorias do processo selecionado, de acordo comnecessidades estabelecidas, através de análises de variáveis de possível significância àsrespostas. A melhoria do desempenho da caracterização física de agregados recicladosdepende de: 1) aumento da saturação dos poros das amostras; 2) diminuição da perda demassa durante os ensaios; e 3) aumento da rapidez das determinações.
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2 MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES FíSICAS DEAGREGADOS GRAÚDOS
Os métodos estudados neste trabalho para determinação das propriedades de absorção eMEA de agregados reciclados são a NM 53 (norma atual) e a secagem.
2.1 NM53
A NM 53 baseia-se no princípio de Arquimedes para determinar a absorção e massasespecíficas aparente e real, a partir da medida de três parâmetros da amostra: massa seca(Ms), massa saturada com superfície seca (Msss) e massa submersa (Msllb).
A massa seca (Ms) é a massa excluindo-se qualquer água livre, e, pela NM 53, é medidaapós secagem da amostra em estufa a temperatura de 105°C por 24 horas.
A massa no estado saturado superfície seca (MsSS> do material é a massa na qual todos osporos do sólido estão totalmente preenchidos com água, sem que haja água na superfíciedo mesmo. Configura a soma da massa seca do sólido mais a massa da água dentro deseus poros permeáveis, sendo determinada, pela NM 53, após imersão da amostra emágua por 24 horas e secagem por pano até que sua superfície apresente-se seca.
A massa submersa (Msllb) é a massa da amostra imersa em água, logo após sua saturaçãopor 24 horas. Esta medição é realizada com a amostra imersa em água, pendurada porcesto metálico vazado acoplado à balança.
Com as medidas de Ms, Msss e Msub calcula-se, de acordo com as equações da norma:
MER = M seca
M seca -M"""
MEA = M seca
M",sS - M,l'Ub
A(%) = M""S -Mseca xIOOM seca
(1)
(2)
(3)
2.2 SECAGEM NO TEMPO
Dias; Agopyan (2005) e Kropp (2005) propõem método de ensaio para determinação daabsorção de agregados de RCD reciclados. Este se baseia em propriedades de secagemconhecidas de corpos sólidos porosos (BROWN et ai, 1965; STRUMILLO; KUDRA,1986; NONHEBEL; MOSS, 1971; McCABE et ai, 1987). Brown et ai (1965)caracteriza a secagem de um material poroso em um ambiente controlado e estávelcomo um processo dividido em 4 etapas, de acordo com a Figura 1:
1) Inicial (lo): a velocidade de secagem aumenta ou diminui com rapidez, com duraçãocurta. É instável e depende da temperatura inicial do material, sendo o tempo deadequação entre temperaturas e pressões de vapor do sólido e do meio secante.
2) Primeira etapa de secagem (I): a velocidade de secagem é constante, assim como atemperatura na superfície e no interior do sólido. Este período é denominado deestacionário e se prolonga enquanto a umidade perdida para o meio é a umidade livre eque não está no interior dos poros do material, daí a taxa constante de secagem.
3) Segunda etapa de secagem (11): a taxa de secagem passa a ser decrescente, comdiminuição da quantidade de água evaporada por unidade de tempo, pois a superfície de
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evaporação desloca-se para as camadas interiores do sólido. A umidade livre contidadentro dos poros do material começa a ser retirada.
4) Terceira etapa de secagem (III): a velocidade de secagem é decrescente mas diferentedo período 11, pois diminui proporcionalmente à diminuição da umidade. A evaporaçãoé exclusivamente subsuperficial, estando cada vez mais longe da superfície. O calornecessário à evaporação penetra no interior do material parcialmente seco, o que setorna gradativamente mais difícil e explica a redução da velocidade da secagem.
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Teor umidade (Ofa)
Figura I - Etapas de secagem.
(4)
5) Finalmente, após a terceira etapa de secagem, a velocidade da secagem chega a zero,indicando que o ponto de umidade de equilíbrio foi atingido.
Experimentalmente, imerge-se a amostra em água até saturação total. A seguir procedese à secagem do conjunto amostra/água em ambiente constante. Durante esta secagem,são monitorados os valores de massa até se atingir massa constante (amostra seca), emintervalos de tempo definidos. O teor de umidade a cada instante (t), em porcentagem, éobtido pela subtração entre a massa do conjunto agregado/água no instante (t) e a Msinicial, dividido pelo valor da Ms inicial, conforme equação 4:
M - /' (/)-MTeorUmidade(t)(%) = cO/y.agr"g agua seca X 100M seclI
A taxa de secagem pode ser calculada, em cada instante t, pela subtração da massa doconjunto agregado/água do instante (t) em relação ao instante (t-l) anterior, divididapelo próprio intervalo de tempo, conforme a equação 5.
'T' S (t)( / ') [Mconj.agr"g / água(I-I)] - [Mconi.a~r"g / âg/la(l)]1. axa ecagem g mm = - .
(t)-(t-l)(5), onde
Mcoqj. agreg/água é a massa total do conjunto, formada pelo agregado em ensaio mais a umidade total contida nomesmo recipiente (livre e de equilíbrio) no instante t.
Com os valores de teor de umidade e taxa de secagem de cada instante t, faz-se umgráfico de secagem, e nele são identificadas as fases de secagem. Determina-se o pontode mudança entre as fases 1 (taxa de secagem constante, onde a umidade retirada éexterna aos poros) e 2 (taxa de secagem decrescente, quando a evaporação passa aointerior dos poros). Este ponto indica a condição saturada superfície seca do agregado,sendo exatamente o ponto em que o agregado está sob absorção máxima e sem umidadelivre excedente aos seu poros permeáveis. Graficamente, é possível determinar aabsorção do material, configurada pela projeção deste ponto de transição sobre o eixo x,que contém o teor de umidade. No exemplo da Figura 2, a absorção medida seria A.
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5
A Teor umidade ('lo)
Figura 2 - Detenninação da absorção no ponto de intersecção entre fases de secagem I e 11.
Este valor de teor de secagem corresponde a um valor de massa que o originou, que é aMsss. Medindo a Msub após a saturação e antes do início da secagem, tem-se a Ms, Msss eMsub, o que permite o cálculo da MER, MEA e absorção pelas equações 1, 2 e 3.
3 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL, MATERIAIS E MÉTODOS
Os possíveis problemas da aplicação da NM 53 sobre agregados de alta porosidadedetectados em bibliografia foram: a) desagregação da amostra; b) saturação incompletade poros por aprisionamento de ar nos poros; e c) altos tempos totais para execução dosensaios. Assim, foram realizados planejamentos experimentais que permitissem aabordagem de variáveis possíveis de utilização para correção destes erros. A NM 53serviu, nos planejamentos, como base para análises comparativas.
3.1 MATERIAIS
Foram utilizados dois materiais: argila expandida ou agregados de RCD reciclados.
A argila expandida é um agregado de alta porosidade mas com baixos níveis dedesagregação superficial, o que traz a possibilidade de análise das diferenças de perdade massa das amostras em relação aos agregados de RCD. Os agregados de argila daamostra utilizada foram separados por densidade, pois muitos flutuavam na água(densidade <lkg/dm\ o que dificultava a medição de sua Msllb. Para isso, foram secosem estufa e jogados na água. A amostra, visualizada na Figura 3(aj, foi feita a partir dosque afundaram imediatamente, com densidade, portanto, >1kg/dm .
As amostras de agregados de RCD reciclados estudadas são as mesmas utilizadas porAngulo (2005) e Carrijo (2005). São resultado de coleta, no aterro de Itaquera, deagregados de RCD reciclados graúdos. Foram divididas em quatro faixas de densidadeaparente: < 1,9 Kg/dm3
, 1,9 a 2,2 Kg/dm3, 2,2 a 2,5 Kg/dm3 e> 2,5 Kg/dm3
, através deseparação por líquidos densos, segundo metodologia de Angulo (2005). Nos ensaiosforam usadas amostras de densidade <1,9 kg/dm3 (Figura 3(b» e 1,9 a 2,2 Kg/dm3
, poisapresentam maior porosidade em relação às outras faixas.
Todos os agregados foram caracterizados dentro da faixa granulométrica de 9,5 a19mm, de acordo com a NBR 7211/83, que é a granulometria considerada como B I.
6
8,5
j
7,0 ---.-------- .""--- ..--..----------:
Figura 3 - a) Agregados de argila expandida; b) Agregados densidade <1,9kgldmJ
3.2 SATURAÇÃO DOS POROS
Foram estudados dois métodos de saturação das amostras: saturação à pressão ambiente(atmosférica) e sob pressão de vácuo.
A norma NM 53 impõe saturação da amostra por 24 horas, sob pressão atmosférica.Porém, estudos apontaram que este método é impróprio sobre agregados reciclados,pois o ensaio torna-se longo e não proporciona saturação completa dos poros. (LEITE,2001; SCHOUENBORG et aI, 2003). A saturação à pressão atmosférica por 24h seráutilizada para comparação em relação à pressão de vácuo.
Os mesmos autores apontaram a pressão de vácuo como forma alternativa para saturarporos de agregados em maior velocidade e quantidade. Estudo preliminar apontou oaumento da absorção conforme o aumento da pressão de vácuo, conforme a figura 4:
9,0 ...."••.•.•..."..." """ .."",,""......."'"A Dados absolutos
ElMêdias
~~ 8,0 -----._O'IV~O~ 7,5 -.-.-.--.---------..-.-..~----.----------!
c(
6,5 -l-,-_-_-~--~-_ _.;
O 100 200 300 400 500 600
Pressão (mmHg)
Figura 4 -Variável pressão x respostas absorção,
O tempo de aplicação da pressão de vácuo sobre a amostra não precisa ser de 24h, poishá correlação linear de grande precisão entre os valores de absorção medidos após 30minutos de ensaio em relação às absorções determinadas às 24 e 72 horas, conformepode ser visto na Figuras 5(a). Em especial, o aumento da pressão aumenta o percentualde saturação de poros aos 30 minutos em relação à saturação a 24 ou 72 horas,conforme a Figura 5(b). Chega-se a atingir, em 30 minutos de ensaio sob pressão 500mmHg, valores da ordem de 88 a 90% da saturação após 72h. Assim, este trabalhofixou pressão de vácuo de -500mmHg por 30 minutos para saturação das amostras, parase estudar a possibilidade de economia de tempo de ensaio com ganhos na quantidadede poros saturados.
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94,.----·--------·------IM
200 400 600
Pressão (mmHg)
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~ 86s::::C1l~ 84C1la.
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i__o --.-------------- ..------i
iI
6 7 8 9Absorção 30 min ("lo)
5
9··-····-·············
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8 ------
Figura 5 - a) Correlação entre absorção aos 30 mill e absorções medidas a 24h e 72h de ensaio; b) Percentual deabsorção atingido em 30 minutos em relação a: I) 24 horas; e 2) 72 horas de ensaio, sob diferentes pressões.
3.3 SECAGEM PARA DETERMINAÇÃO DA Msss
Foram estudados dois métodos de secagem da amostra para determinação da Msss: porpano ou por microondas.
A norma NM 53 padroniza a medição da Msss por secagem manual da amostra compano até constatação de que esteja com sua superfície seca. Estudos também apontaramproblemas para a aplicação deste método sobre agregados reciclados, pois hádesagregação da amostra (LEITE, 2001). A secagem por pano será utilizada paracomparação à secagem por microondas.
O método da secagem de sólidos descrito no item 2.2 pode ser usado para determinaçãoda Msss (BROWN et aI, 1965; McCABE, 1987). Naik; Ramme (1987), por sua vez,determinaram de forma rápida e precisa relações alc de misturas de argamassas atravésde secagem em microondas, o que mostrou que este equipamento possui potencial paraser utilizado na determinação da absorção de agregados. Assim, o microondas foiutilizado neste estudo, com potência 20% (baixa), pois altas potências imporiam altastaxas de secagem aos agregados, que poderiam ser prejudiciais aos ensaios.
3.4 DETERMINAÇÃO DA Ms
Foram estudados dois meios para a determinação da Ms das amostras: por secagem emestufa ou por secagem em microondas.
O procedimento de determinação da Ms da amostra pela NM 53 requer secagem emestufa por no mínimo 24 horas, tempo inadequado à caracterização de lotes deagregados reciclados. A secagem por estufa será usada para comparação em relação àsecagem por microondas para a realização desta tarefa.
Como a secagem em microondas, descrita no item 3.3, é muito rápida para a retirada daumidade livre das amostras, é possível que o ensaio de secagem em microondas possadeterminar a Ms da amostra em tempo muito inferior às 24 horas da estufa.
3.5 EQUIPAMENTOS
Os ensaios realizados neste estudo utilizaram-se de:=> Estufa para secagem das amostras, marca FANEM, modelo 320-SE;=> Balança digital Mettler Toledo PB 8001-S, capacidade 8.100g e precisão de O,lg;=> Recipientes para estocagem, secagem, saturação e medição da Msub dos agregados;
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=> Central de vácuo Prismatec, modelo 162-10V, deslocamento de 235 litros/min;=> Cilindro de acrílico com tampa de acrílico, calculado para suportar pressão interna;=> Mangueiras 0 = 5/16" e conexões para gases de diâmetros compatíveis;=> Manômetro com intervalo de Oa -700 mmHg;=> Panos para secagem dos agregados;=> Forno microondas Panasonic, modelo NN 65-S, 35 litros, com furo na face superior;=> Microcomputador terminal para aquisição de dados de massa da balança Mettler;=> Software WinWedge32, especializado em captação de dados de periféricos.
3.6 PROCEDIMENTOS DE ENSAIO E CÁLCULOS
Os ensaios foram realizados de acordo com os passos da Figura 6.
Mseca inicia I
Msub pano
Se leção amostra
ecagem em estufa por 24h aIOS"
-SOOmmHg, 30mi
Seleção método de secagem
Pré-aquecimento em microondas dosagregados imen;os em água, em
potência baixa (2), por tempo necessárioà estabilização da te mperatura do conj unto
Retirada de toda a água, coleta de pequenaquantidade desta água e devolução damesma ao recipiente com os agregados
Secagem em microondas com mediçãoda massa do conjunto agregado/águaem intervalos de tempo periódicos até
fim do segundo periodo de secagema taxa decrescente mente linear (quando
taxa não decresce mais linearmente)
Medidaecagem em estufa por 24h aIOS" Mseca final
'------, Cálculo
Msss mic roo ndas
Figura 6 - Fluxograma de ensaio do planejamento experimental dos agregados de alta porosidade.
Para os ensaios em microondas, foi realizado pré-aquecimento dos agregados imersosem água, até se atingir temperatura constante (taxa de secagem constante). Chegada atemperatura, foi retirada a água em excesso. Deixou-se aproximadamente 120g de águaquente para configurar um período de secagem constante, necessário à determinação daabsorção, e os dados passaram a ser coletados em intervalos de 20 segundos.
Com os dados coletados em cada ensaio, formulou-se tabela contendo: I) tempo t(período de leitura); 2) massa medida neste tempo t; 3) teor de umidade relativo a estetempo t (equação 4); e 4) taxa de secagem relativa ao tempo t (equação 5). A partir destatabela construiu-se gráfico do teor de umidade x taxa de secagem do agregado.Identificadas as fases de secagem no gráfico, foi feito cálculo por regressão linear do
(6)
9
ponto de intersecção entre as fases de secagem 1 (constante) e 2 (decrescente linear),cuja projeção vertical no eixo x indica a absorção do agregado, conforme Figura 2.
A determinação da Msss por pano foi realizada de acordo com a norma NM 53.
Com Mso (inicial), Msf (final), Msss e Msub, calcula-se as propriedades MER (equação 1),MEA (equação 2), absorção (equação 3) e perda de massa (equação 6):
(M,o -MI'fJPerdaMassa(%) = . . xIOO
M.,·o
Os ensaios foram realizados sob umidade relativa do ar padronizada em 50+-4%, poiscada material possui curvas isotermas (uma para cada temperatura), relacionando aumidade relativa do ar ao conteúdo de água total. O gráfico de cada curva isotermaaponta, para a dada temperatura e sob determinada umidade relativa do ar, a umidade deequilíbrio do material. Esta é a umidade que, apesar de não estar combinada, não podeser retirada por evaporação devido ao equilíbrio da umidade do conjunto com a umidaderelativa do ar. Assim, a umidade retirada pelos ensaios de secagem é apenas a umidadelivre, equivalente à umidade total do conjunto subtraída da umidade de equilíbrioconfigurada para a temperatura e a umidade relativa do ar correspondentes às condiçõesde realização do processo de secagem (McCABE, 1987). Assim, a padronização dascondições de umidade relativa do ar evita que ocorra retirada de teores distintos deumidade em ensaios diferentes, o que poderia incutir em erro experimental.
4 RESULTADOS E DISCUSÔES
4.1 VARIAÇÃO DAS RESPOSTAS DE ABSORÇÃO E PERDA DE MASSA EM FUNÇÃO
DO MÉTODO DE SATURAÇÃO E DO MÉTODO DE SECAGEM PARA MEDiÇÃO DA Msss
Para análise dos resultados com base em modelos estatísticos DOE fatorial, a disposiçãodos resultados do primeiro planejamento experimental foi realizada na Tabela 1,conforme Box; Hunter; Hunter (1978). As variáveis de ensaio apresentadas são: 1)agregado - argila expandida (ponto -) ou reciclados densidade <I,9kg/dm3 (ponto +); 2)saturação - em água à pressão ambiente por 24h (ponto -) ou em água à pressão devácuo -500mmHg por 30m (ponto +); e 3) secagem para determinação da Msss - porpano (ponto -) ou por microondas (ponto +).
Tabela I - Resultados dos ensaios do planejamento experimental 23 realizado sobre os agregados porosos.
VARIAVEIS INTERAÇÔES RESPOSTASENSAIO AGREGAOO SATURAÇÃO SECAGEM AGR X SAT AGRXSEC SATXSEC AXSTXSC ABS MEA MER Perda massa
('lo) (kg/dm') (kg/dm') ('lo)2.2.1 - - - + + + 10,53 1,19 1,36 0,042.2.2 + - - + + 13,47 1,82 2,40 0,292.2.3 - + - + - + 14,47 1,16 1,40 0,012.2.4 + + - + - - 14,94 1,81 2,49 0,202.2.5 + + - - + 10,35 1,19 1,36 0,002.2.6 + + - + - - 13,27 1,83 2,41 0,092.2.7 + + - + - 14,61 1,15 1,39 0,01:,L. + + + + + + + '14,"~ ,"" L,~L ~
2.2.9 - - + + + - 10.21 1,19 1,35 0,022.2.10 + - - + + 13.39 1,82 2,41 0,242.2.11 + - + - + 12,77 1,19 1,40 0,002.2.12 + + + - 14,85 1,82 2,49 0,302.2.13 - + + + 10,93 1,18 1,36 0,012.2.14 + - + + - 14,09 1,80 2,41 0,192.2.15 - + + - + 13,80 1,16 1,38 0,01L.L.lb + + + + + + + 'I~,UI ,b~ L,~~ ~
O método utilizado no planejamento deste estudo produziu resultados consistentes paraa MER dos agregados reciclados, obtendo respostas de MER de 2,40 a 2,41 kg/dm3 com
10
saturação à pressão ambiente, e de 2,49 a 2,53kg/dm3 com saturação à pressão de vácuo(ver Tabela 2), todas próximas ao valor de 2,6kg/dm3 obtido por Angulo (2005) compicnometria de Hélio. Assim, conclui-se: 1) saturação com água é adequada à mediçãoda porosidade de agregados reciclados; e 2) o uso do vácuo sobre agregados recicladosaproxima as respostas de MER às obtidas com ensaios de picnometria. No entanto,mesmo com o vácuo, a argila expandida não satura todos os poros, pois os valores deMER obtidos variaram entre 1,35 e 1,40kg/dm3
, valores bem inferiores aos 2,48kg/dm3
obtidos em ensaio realizado por picnometria de Hélio.
As respostas de MEA foram alteradas apenas pela variação do agregado, atingindo entre1,15 e 1,19k9/dm3 para a argila expandida, e entre 1,80 e 1,83kg/dm3 para os agregadosde RCD reciclados, o que demonstra grande precisão independentemente de alteraçõesnas variáveis pressão de saturação e método de secagem. Assim, se pode afirmar quetodas as variações propostas com relação ao meio de saturação e ao método de secagemdas amostras são válidas para a medição da MEA de agregados de alta porosidade.
A Figura 7 realiza a análise da influência da variável método de saturação, sobre asrespostas de absorção e perda de massa.
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0,35 ---- .- ..~ Iil Médias repetições i· .- ..·..-·1~ ~ ~Médias totaisê 0,30 ----;~ ---f:,,\---
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cu i i \.;"E 0,15 - ---:EJT--iend§nclã-média----- --~ 0,10 __ +~! _. __ O -.
0,05 .... ·;4--Argilã expanrnaa---/\-----!•.__ _ ..••- _ _ _-j •
0,00 +--tlll-f-----,---,-----,.--\E\-I-I----i-100 100 200 300 400 506 600
Pressão (mmHg)500 600100 200 300 400
Pressão (mmHg)O
I a -expandidã--------I
11 -t---h<'r--r----i A Dados absolutos i[] Médias repetições I
--0- Médias totais 'I'
10 +----''T'--.,.---.,..--l-,:.-c.:..:..;;,:.:.;.;...'''-=r----.
-100
Figura 7 - Correlação da variável pressão de saturação com as respostas de: a) absorção; e b) perda de massa.
Há grande tendência de aumento da resposta de absorção com a aplicação da pressão devácuo, independentemente das demais variáveis, conforme a Figura 7(a). A tendência émuito maior do que o erro experimental (dispersão dos resultados), o que prova que aaplicação da pressão realmente aumenta a saturação dos poros de agregados de altaporosidade em relação à saturação da NM 53. Mais ainda, com vácuo -500mmHg, alémde respostas mais precisas quanto à saturação de poros, obtém-se redução do tempo deensaio, pois não são utilizadas 24 horas para saturação mas apenas 30 minutos.
Já a Figura 7(b) demonstra que a saturação por vácuo não aumenta a desagregação(perda de massa) da amostra durante o ensaio. Esta saturação é, portanto, mais eficientee mais rápida do que a da norma, e sua aplicação não apresenta outros problemas.
A Figura 8 analisa a significância do método de secagem para obtenção da Msss sobre asrespostas de absorção e perda de massa.
11
0,40 r---------r==c::-=;"~~~==,I[;. Dados absolutos
0,35 lEI Médias repetições
!~:i~ •. ~~=:~,c~~~~:a.. 0,10 ---------+~---- --I
0,05 ------!Al--------------------~--- I0,00 - - p~;=~:ila-~~~~~:~6t~~---J
Secagem
MicroondasSecagem
Pa o
/'. -4P,-\---1t~rRCÕ<1,9 -500~mH,&
[;.
~~__...__~ ~ .-L_
I Tendência média ~-------e----------- .-~-----
[;.
15
I [;. Dados absolutos----I a Médias repetições -----
! -()-- Médias totais
11 ------- (i\:-~~~~.~:~~~~~-----10 ' I
l~ 13 -(,»..o~ 12«
Figura 8 - Correlação da variável método de secagem com as respostas de: a) absorção; e b) perda de massa.
Quanto à resposta de absorção, pode-se comprovar que a secagem por pano (NM 53) oupor microondas obtêm resultados estatisticamente iguais, conforme a Figura 8(a),Assim, a secagem por pano pode ser substituída com sucesso pela secagem pormicroondas. O microondas tem a vantagem de determinar a Msss matematicamente esem manuseio da amostra. Resta saber se este método também diminui os níveis deperda de massa (desagregação) dos agregados, já que o meio de secagem por pano temsido objeto de críticas quanto à sua aplicação sobre agregados porosos com grandestaxas de desagregação superficial por este motivo.
Conforme a Figura 8(b), há uma real tendência de diminuição da perda de massa dasamostras de agregados de RCD reciclados com a utilização do microondas em relaçãoao pano. Mas este ganho foi relativamente pequeno, pois todos os ensaios apresentarambaixas perdas: com o pano estas variaram entre 0,20 e 0,30%, e com o microondas seusvalores oscilaram entre 0,09 aO, 19%.
Para comprovar estatisticamente estas análises, calcula-se o erro experimental pelosdesvios entre as duplicatas dos ensaios, que é comparado aos efeitos das variáveis sobreas respostas, de acordo com Box; Hunter; Hunter (1978). Na Tabela 2 tem-se a análisesobre as respostas de absorção, e na Tabela 3, sobre as respostas de perda de massa. Oscálculos dos efeitos das variáveis foram feitos pelas médias dos ensaios duplicados.
Tabela 2 - Estudo de significância das variáveis do planejamento de agregados porosos para respostas de absorção.
'Absorção (%) Efeito IErro padrão
Imédia 13,230 + - 0,135
EFEITOS PRINCIPAISefeito agregado 2,046 +- 0,271efeito saturação 2,402 +- 0,271efeito secagem 0,307 +- 0,271
INTERAÇÓES DOIS FATORES
INTERAÇAO TRES FATORES
efeito agr x sat -1,002 +- 0,271efeito ag r x see -0,123 +- 0,271efeito sat x see 0,042 +- 0,271
- -lefeito a x sI x se -0,111 +- 0,271
12
Tabela 3 - Estudo de signifieâneia das variáveis do planejamento de agregados para respostas de perda de massa.
!perda massa (%) I Efeito IErro padrão
Imédia 0,111 + - 0,009EFEITOS PRINCIPAISefeito agregado 0,198 +- 0,019 Iefeito saturação 0,002 +- 0,019 Iefeito secagem -0,051 +- 0,019 IINI ·UUI::>e eno agr x sal U,Ul<! +- U,UH! Ie eno agr x see -U,Ujll +- U,UHl Ie elto sal x see u,ua +- U,Ul\l IINI I Kt:::> t-A I UKt:::>
e elto a x SI x se U,UU\l + - U,Ul\l I
A Tabela 2 mostra que a variável método de saturação apresenta significância sobre asrespostas de absorção, comprovando o aumento da saturação de poros com o uso dapressão de vácuo -500mmHg por 30 minutos em relação à saturação ambiente por 24horas, o que possibilita a execução do ensaio com maior precisão e economia de 23,5horas. Na mesma Tabela se verifica também que o método de secagem não apresentasignificância sobre as respostas de absorção (resultados do pano são iguais aos domicroondas), o que possibilita a utilização de ambos para a determinação da absorção.
Ainda é possível observar, na Tabela 3, que o método de saturação não influencia asmedidas de perda de massa, de forma que a saturação com pressão não destrói aamostra. Também nesta Tabela verifica-se que o método de secagem apresentasignificância sobre a perda de massa, de forma que o uso do microondas melhora oensaio em relação ao uso do pano, mas em nível baixo, próximo aos limites de dúvidada significância de variáveis - o efeito atingiu valor pouco maior do que o dobro doerro. O uso do microondas parece não apresentar melhora muito significativa emrelação à menor desagregação da amostra, visto as pequenas dimensões destas perdas.
4.2 VARIAÇÃO DAS RESPOSTAS ABSORÇÃO E PERDA DE MASSA EM FUNÇÃO DO
MÉTODO DE SECAGEM PARA MEDIÇÃO DA Msss E DO NÚMERO DO ENSAIO
Para se averiguar melhor a última conclusão do item anterior, realizou-se um segundoplanejamento experimental, pois os ensaios do primeiro planejamento foram executadoscom a mesma amostra de agregados reciclados, ou de argila expandida. A adoção deuma única amostra de cada agregado teve importância para as medições de absorção eMEA, pois pequenas variações de amostras distintas, se fossem adotadas, indicariamsignificâncias estatísticas erradas para as variáveis estudadas, visto os pequenos desviosencontrados entre as respostas. Porém, para a determinação da perda de massa, a adoçãode amostra única pode resultar em erro, especialmente no caso dos agregados de RCDreciclados. As partículas destes agregados apresentam, em sua camada exterior, baixosníveis iniciais de atração atômica, o que se deve em parte ao processo de britagemsofrido na usina de reciclagem. Assim, nos primeiros ensaios realizados com umaamostra de agregados reciclados, esta camada externa desprende-se com relativafacilidade, o que gera altos índices de perda de massa ou desagregação. Os próximosensaios podem ser marcados por gradual diminuição das perdas de massa medidas.
A disposição dos resultados do segundo planejamento foi realizada na Tabela 4,conforme Box; Hunter; Hunter (1978). As variáveis de ensaio são: 1) ensaio - primeiroensaio realizado sobre uma amostra (ponto -) ou segundo ensaio (ponto +); e 2)secagem para determinação da Msss - por pano (ponto -) ou microondas (ponto +). Éimportante perceber que, para avaliar a real perda ocorrida no primeiro ensaio sobre aamostra, e a diminuição desta perda quando da execução de um segundo ensaio sobre a
13
mesma, utilizou-se 6 amostras distintas, sendo três para ensaios com pano (PI, P2 e P3)e três para ensaios com microondas (MI, M2 e M3). Estas amostras possibilitaram aconfiguração da primeira variável citada.
Tabela 4 - Resultados do planejamento 22 realizado sobre agregados reciclados 1,9<d<2,2kgldm3.
VARIÁVEIS INTERAÇÃO RESPOSTASENSAIO ENSAIO SECAGEM ENS X SEC ABS MEA MER Perda massa AMOSTRA
("!o) (k~/dm3) (k~/dm3) ("!o)2.3.1 - - + 8,28 2,11 2,55 0,25 Pano 12.3.2 + - - 8,45 2,11 2,56 0,12 P12.3.3 - + - 7,97 2.13 2.56 0,13 Micro 12.3.4 + + + 8,05 2,12 2,56 0,03 M12.3.5 - - + 8,30 2,11 2,55 0,21 Pano 22.3.6 + - - 8,33 2,11 2,55 0,16 P22.3.7 - + - 8,30 2.10 2.55 0.17 Micro 22.3.8 + + + 8,05 2,12 2.56 0.07 M22.3.9 - - + 8,33 2,09 2,53 0,27 Pano 3
2.3.10 + - - 8,49 2,09 2,54 0.18 P32.3.11 - + - 8.50 2.10 2.55 0.17 Micro 32.3.12 + + + 8,48 2,10 2,55 0,07 M3
As resposta de MEA atingiram valores muito próximos em todos os ensaios, variandoentre 2,09 e 2, 13kg/dm3
, independentemente de alterações das variáveis. Assim, se podeafirmar que todas as variações propostas são válidas para a medição da MEA deagregados de RCD reciclados. O mesmo pode-se dizer sobre as respostas de MER, quevariaram muito pouco - de 2,53 a 2,56kg/dm3
.
As Figuras 9(a) e 9(b) apresentam a correlação entre as respostas de absorção obtidas eas variáveis ensaio e método de secagem, respectivamente.
9,09,0 --- ----.--.--~-- -.-..- -- - ,
7,5 f----~----'r=====r====!.;
Amostra M3 iI-·--Ef-----------~---i
O Tendência média ~ II!l '
Microondas
Amostra M3
-~---@,-_ ..
\VAmostra M1" Dados absol~os !
111 Médias repetições I-0- Médias totais I
7,5 _ .Pano
-~8,5O'lll(,)o...OI/l
~ 8.0
2° ensaio1° ensaio
~ 8,5o'lll(,)o...OI/l ----=._.-.--.-.--...--.~~ 8.01----;;C"....,,=--.__---=~:=-=----
Amostra M1 ,.----,,--,---,--,-----," Dados absolutosIB Médias repetições
-0- Médias totais
Ensaio Secagem
Figura 9 - Correlação das respostas de absorção com as variáveis: a) repetição do ensaio; e b) meio secante.
A Figura 9(b) comprova novamente que a secagem por pano e por microondas resultamem resultados estatisticamente iguais de absorção. A maior dispersão dos resultados demicroondas em relação ao pano, visualizada nesta Figura, deve-se à utilização deamostras distintas, que não possuem os mesmos valores de absorção.
A Figura 9(a) demonstra que as respostas de absorção medidas não sofrem alteraçõesquando da aplicação de ensaios sucessivos sobre uma mesma amostra,independentemente do método de secagem.
A Figura 10 realiza a análise da influência das variáveis: a) repetição do ensaio; e b)método de secagem, sobre as respostas de perda de massa.
14
MicroondasPano
" r~cíád~s absolutos( 6\ ' G Wédias repetições
---+~~--- -i O Wédias totais
___.__\~/~(~~~~ 1°e~io ._. .1
FI '''',. ,~, -i-~~;~_·~r .J_...--_...--2" ensaio--~r-' .....-.. 1
0,00 L.......__~ ---'
0,05 ..
0,30
_ 0,25
~
-; 0,2011l11lnlE 0,15nl
"'O~ 0,10"
D.
2° ensaio1° ensaio
0,00. --, .._.., .... ~-- ..---...J
Ensaio Secagem
Figura 10 - Correlação das respostas de perda de massa com as variáveis: a) repetição do ensaio; e b) meio secante.
Analisando-se a Figura lO(a), percebe-se que há tendências bem definidas dediminuição da perda de massa entre o primeiro e o segundo ensaios realizados sobreuma mesma amostra com mesmo método de secagem. Esta tendência de decréscimo foiencontrada em proporções semelhantes (inclinações de reta parecidas), tanto para osensaios com secagem por pano como por microondas, para todas as amostras. Por outrolado, na Figura IO(b) também se verificou tendência definida de diminuição da perda demassa quando da comparação dos resultados obtidos com o pano em relação aos obtidoscom o microondas, também em proporções (inclinação de reta) semelhantes, tanto paraos primeiros ensaios realizados sobre as amostras como para os segundos.
Assim, conclui-se que há maior desagregação da amostra nos primeiros ensaiosrealizados sobre a mesma, e também há diminuição da desagregação das amostrasquando da substituição da secagem com pano por secagem em microondas.
Para comprovar estatisticamente estas análises, calcula-se o erro experimental pelosdesvios encontrados entre as triplicatas dos ensaios. É importante notar que as trêsrepetições idênticas das combinações de variáveis foram realizadas sobre amostrasdistintas, de forma que o erro também inclui as diferenças entre as amostras. Este erro éentão comparado aos efeitos das variáveis sobre as respostas, de acordo com Box;Hunter; Hunter (1978). Na Tabela 5 tem-se a análise sobre as respostas de absorção. Oscálculos dos efeitos das variáveis foram feitos pelas médias dos ensaios duplicados.
Efeito
8,294 +- 0,055
0,026 +- 0,110
-0,140 +- 0,110
-0,092 +- 0,110
A Tabela 5 comprova a análise de que nenhuma variável considerada é significante àsrespostas de absorção. Desta forma, fica estatisticamente provado que a secagem porpano ou microondas são iguais quanto à obtenção da resposta de absorção de amostrasde agregados de RCD reciclados de alta porosidade.
Na Tabela 6 são realizados os mesmos cálculos, sobre as respostas de perda de massa.
15
Tabela 6 - Estudo de significância das variáveis do planejamento para as respostas de perda de massa.
Efeito IErro padrão
0,151 + - 0,008
-0,101 +- 0,015-0,093 +- 0,015
-0,003 + - 0,015
Observa-se, na Tabela 6, que se comprova estatisticamente a significância das variáveisa) repetição do ensaio e b) meio secante sobre as respostas de perda de massa, em níveisbem superiores ao erro experimental. Assim, o uso do microondas melhora o ensaio emrelação ao uso do pano para esta resposta, principalmente no primeiro ensaio executadosobre uma amostra. Isto comprova a hipótese levantada de que as partículas dosagregados apresentam, em sua camada exterior, altos níveis iniciais de desagregação.
O fato dos ensaios do presente planejamento terem apresentado menor perda de massado que os resultados do item 4.1 explica-se porque naquele foi utilizada amostra deagregados reciclados densidade <1,9kg/dm3
, enquanto agora as amostras eram da faixa1,9<d<2,2kg/dm3
- menos porosas. Assim, pode se concluir que a desagregação diminuiconforme o aumento da densidade, e vice-versa.
4.3 VARIAÇÃO DA RESPOSTA DE Ms EM FUNÇÃO DO MÉTODO DE SECAGEM
USADO PARA SUA DETERMINAÇÃO
A determinação da Ms da amostra pela NM 53 requer secagem em estufa por no mínimo24 horas, tempo inadequado à caracterização de lotes de agregados reciclados. Como asecagem em microondas apresentou-se útil em substituição à secagem por pano etambém rápida para a retirada da umidade livre das amostras, é possível que omicroondas possa determinar a Ms da amostra em tempo inferior.
A Ms determinada pela secagem em microondas poderia, a princípio, ser realizada deduas formas: 1) levando o ensaio de secagem até a estabilização da massa (retirada detoda a umidade livre), e adotando este valor como o da Ms; ou 2) por cálculo deregressão linear. Optou-se por utilizar a segunda forma, pois nos ensaios exploratórios aprimeira - secagem até estabilização da massa - demorou e as massas estabilizadas, porsua vez, apresentaram valores da ordem de 2% inferiores às Ms obtidas na estufa, para amesma amostra. O fato comprova que a secagem em microondas, levada ao extremo,aumenta a perda de massa de agregados de RCD reciclados.
Assim, para a determinação da Ms através dos dados de secagem em microondas,plotou-se um gráfico do tempo de ensaio (eixo x) x taxa de secagem (eixo y). Ummodelo esquemático dos gráficos obtidos nos ensaios realizados está apresentado naFigura 11. Observou-se em todos os resultados obtidos experimentalmente que, nasecagem em microondas levada ao extremo, ocorrem dois períodos de secagem a taxadecrescentemente linear: um primeiro (lI), logo após o final da taxa de secagemconstante (I); e um segundo (III), de maior inclinação.
Foram então detectados os períodos numerados no gráfico: lo) inicial; I) taxa desecagem constante; lI) primeiro trecho de taxa decrescente linear; III) segundo trecho detaxa decrescente linear; e IV) diminuição não mais linear da queda da taxa de secagem,até estabilização em zero. Estes períodos eram esperados de acordo com a teoria desecagem de sólidos descrita no item 2.2.
II
16
o segundo período de secagem (III), em taxa decrescentemente linear de maiorinclinação, começou a ocorrer quando a taxa de secagem chegava a patamares próximosa zero, de forma que a amostra chegava à sua Ms. Em determinado momento desteperíodo, porém, esta taxa de secagem começou a apresentar tendência a diminuir emmenor velocidade, o que foi expresso no gráfico por uma curva (período IV). Pode-seentão considerar que a Ms do material está muito próxima, pois a taxa de secagem tornase quase constante sob valores próximos a zero. Assim, para a determinação da Ms nomicroondas calculou-se a equação da reta do segundo período de secagemdecrescentemente linear (III), e, por regressão, esta foi extrapolada matematicamente aoponto em que y=O (taxa de secagem = O), obtendo-se, no eixo x, o tempo t em que a Msocorreu, conforme representado graficamente pela linha verde da Figura 6.2. A massamedida no instante t foi considerada a Ms da amostra determinada pelo microondas.
ô' ,E" : ------~-;-:~------_..-.-
~ j: :li} ~ I I~. ~ .. 1..• __ _,_._0"•._.
.§. " ,E': 1~: I ;
17
determinação da Ms em estufa como no microondas são válidas para a medição da MEAe MER de agregados de RCD reciclados.
As Figuras 12(a) e 12(b) apresentam a correlação entre a variável meio de obtenção damassa seca (Ms) com as respostas de absorção e Ms, respectivamente.
{; Tendência média{;
._._._.----,--~ .--------------
o o
2004,0
2003,5---------~-------------·------i
§ 2003,0 -----~=--------------------{;----'
~ 2002,5 ~---~o======~o---Ql ~: 2002,0 ----.-.----- -------{;-----~---:
UIgJ 2001,5 ----------------L;---~'
::i 2001,0 . ~ _{; Dados absolutos li
2000,5 -1---------- O Médias II
2000,0 +-----=E~st-uf:-a------h~~=M~ic'Tro=on=d=as~di
Meio determinação massa seca
9,0
é 8,5
O111l
~OUI~ 8,0 .,-------------------
16DadOSabsOJuiOSi
I o Médias ii ~ !
7,5 +----~---'=o==="'F===='_!Estufa Microondas
Meio determinação massa seca
Figura 12 - Correlação da variável meio de obtenção da massa seca com as respostas: a) massa seca; e b) absorção.
A Figura 12(a) demonstra que não há tendência de aumento ou diminuição das massassecas das amostras em função da variação do meio de obtenção da massa seca - estufaou microondas. Este fato traz, como conseqüência, também uma falta de tendência dealteração das respostas de absorção em função da variação do meio de obtenção da Ms,como expressa o gráfico da Figura l2(b), uma vez que as respostas de absorçãodependem diretamente das respostas de massa seca. Assim, constatou-se que,utilizando-se secagem de agregados reciclados em estufa por 24 horas ou emmicroondas por 2,5 horas em média, obtém-se medidas de Ms (e conseqüentementeabsorção) estatisticamente iguais, fato importante pela possibilidade de economia médiade tempo de 21,5 horas no ensaio.
Para comprovar estatisticamente estas análises, calcula-se o erro experimental pelosdesvios encontrados entre as quadruplicatas dos ensaios. Importa notar que as quatrorepetições dos ensaios foram realizadas sobre amostras distintas, de forma que o errotambém inclui as diferenças entre as amostras. O erro é então comparado aos efeitos dasvariáveis sobre as respostas, de acordo com Box; Hunter; Hunter (1978). Na Tabela 8tem-se a análise sobre as respostas de massa seca. Os cálculos dos efeitos das variáveisforam feitos pelas médias dos ensaios duplicados.
Tabela 8 - Estudo de significância das variáveis do planejamento para as respostas de massa seca.
IMassa seca (g) Efeito IErro padrao
Imedla 2002,63 +- 0,389EFEITO PRINCIPAL
lefelto metodo obtençao Ms 0,06000 + - 0,777
A Tabela 8 comprova a análise de que a variável considerada não é significante àsrespostas de massa seca. Desta forma, fica estatisticamente provado que a determinaçãoda massa seca por estufa ou microondas não são diferentes para amostras de agregadosde RCD reciclados de alta porosidade. Deve-se contudo sugerir que, para aplicaçãoprática do método de determinação da Ms através do microondas, seja realizadacalibração periódica, confrontando valores de Ms obtidos pela secagem de amostrasneste equipamento com resultados de Ms obtidos em estufa.
18
Na Tabela 9 são realizados os mesmos cálculos, sobre as respostas de absorção.
Tabela 9 - Estudo de significância das variáveis do planejamento para as respostas de absorção.
'Absorção (%) Efeito IErro padrão
Imédia 8,43 + - 0,124EFEITO PRINCIPAL
lefeito método obtenção Ms -0,00038 + - 0,248
De acordo com a Tabela 9, também fica estatisticamente comprovado que adeterminação da massa seca por estufa ou microondas são iguais para os cálculos deabsorção de amostras de agregados de RCD reciclados de alta porosidade.
5 PROPOSTA DE MÉTODO
Conseguiu-se comprovar, através dos planejamentos do item 4, que: 1) para aumentar asaturação dos poros e ao mesmo tempo acelerar o ensaio, a saturação à pressãoambiente por 24 horas pode ser substituída pela saturação à pressão de vácuo 500mmHg por 30 minutos; e 2) para diminuir a perda de massa durante o ensaio,acelerando-o e obtendo resultados de absorção iguais, a secagem por pano pode sersubstituída pela secagem por microondas, com eliminação da etapa inicial dedeterminação da Ms após secagem em estufa por 24 horas, pois o mesmo procedimentode secagem (microondas) pode determinar a Msss e a Ms da amostra. Pôde-se propor,assim, método de ensaio mais preciso e rápido do que a NM 53 para caracterizaragregados de RCD reciclados. O ensaio pode ser realizado de acordo com osprocedimentos apresentados no fluxograma da Figura 13:
I Seleção amostra \Agregado recicla:;falta porosidade
Saturação com água sob pressão I-500mmHg por 30 min
+ MedidaIPesagem em balança hidrostática /Msub+
Pré-aquecimento em microondas dosagregados imersos em água, em
~:bela tempo xmassa~potência baixa (2), por tempo necessárioà estabilização da temperatura do conjunto conj unto agregado/água
r+Retirada de toda aágua, coleta de pequena ICálculo taxa de secagemI / Mseca ~
quantidade desta água edevolução da acada :empo t ,imesma ao recipiente com os agregados FI .. Cálculo+ raflco tempo xtaxa secage :JSecagem em microondas com medição +da massa do conjunto agregado/água I Cálculo teor umidade Iem intervalos de tempo periódicos até acada tempo t I /
Msss /fim do segundo período de secagemataxa decrescentemente linear (quando ~
G f 'dd I~Cálclllotaxa não decresce mais linearmente) rá ICO teor uml a extaxa secagem
Figura 13 - Fluxograma do ensaio criado para caracterização de propriedades fisicas de agregados reciclados de altaporosidade.
Controlando a umidade relativa do ar em 50+-4%, os passos são:
1) seleção da amostra a ser ensaiada, que represente um montante de agregados de RCDreciclados. Em uma usina de reciclagem, pode ser uma amostra representativa de umlote de agregados reciclados que devam ser caracterizados, por exemplo;
2) saturação da amostra em água e sob pressão de vácuo -500mmHg, por 30 minutos,método que se comprovou mais eficiente e rápido para a saturação dos poros dos
19
agregados quando comparado à saturação à pressão ambiente por 24 horas(procedimento da norma NM 53). Durante esta saturação a pressão deve ser retirada ereaplicada (ciclo de pressão) após I, 3, 5, 10 e 15 minutos do início do ensaio, para queem cada um a amostra possa ser retirada e reimersa na água. Este procedimento retira asbolhas de ar que se formam na superfície do cesto metálico e dos próprios agregados;
3) pesagem da amostra recém-saturada em balança hidrostática, para determinação damassa submersa (Msub) em água;
4) pré-aquecimento no forno de microondas, sob baixas potências e em recipienteapropriado, dos agregados totalmente imersos em água, pelo tempo necessário àestabilização da temperatura em que se processará a secagem do conjuntoagregado/água (máxima temperatura atingida). Com a estabilização da temperaturaantes do início do ensaio, evita-se que os agregados sejam expostos a períodos desecagem (perdendo água por evaporação) ainda sob baixas taxas de secagem, que nãosão relevantes ao ensaio. No caso deste trabalho, o tempo necessário à realização daetapa de pré-aquecimento foi de aproximadamente 45 minutos, e a potência domicroondas utilizada, de 20%. A utilização de potência baixa deveu-se ao fato de que,conforme visto experimentalmente no capítulo 3, altas potências geram taxas desecagem muito altas, que acarretam em perda de sensibilidade dos gráficos "teor deumidade x taxa de secagem" elaborados, fundamentais às determinações daspropriedades estudadas através do método de secagem. Altas potências tambémaumentam a velocidade do ensaio, diminuindo porém a quantidade de tempo dosperíodos de secagem: I) em que a secagem se processa sob taxa constante; lI) primeiroperíodo de secagem linearmente decrescente; e I1I) segundo período de secagemlinearmente decrescente. A diminuição da duração destes períodos traz maiorimprecisão aos cálculos necessários para a determinação das propriedades do material;
5) interrupção do processo de pré-aquecimento em microondas, com retirada de toda aágua em excesso que cobre os agregados;
6) coleta de pequena quantidade desta água aquecida, que deve ser devolvida aorecipiente com os agregados para que o ensaio possa ser iniciado. Esta água éimportante para criar um breve período de taxa de secagem constante no ensaio,fundamental à determinação da absorção, que se dá na diferenciação deste período emrelação ao de taxa de secagem linearmente decrescente, conforme a teoria de secagem.Neste trabalho, a quantidade de água aquecida coletada e devolvida ao recipiente comos agregados foi de 120g, para amostras de 2000g (6% do valor em massa);
7) reinício da secagem, com medida da massa do conjunto agregado/água (pré-aquecidoe com pouca umidade livre) em intervalos de tempo definidos e constantes, até o fim dosegundo período de secagem a taxa linearmente decrescente (momentos próximos àestabilização da massa do conjunto). Estas medições geram uma tabela contendo ostempos t (período de leitura dos dados) e a massa do conjunto agregado/água relativa acada instante 1. Os intervalos usados para as medições, neste trabalho, foram de 20segundos, pois se mostraram adequados à obtenção de taxas de secagem variando de 1,6a 2g/intervalo em média, as quais permitiram boa visualização das mudanças de regimesde secagem, sem, contudo, perder muita precisão como ocorreria com taxas altas;
8) cálculo da taxa de secagem a cada instante t, de acordo com a equação:
TaxaSecagem(t)(massa / tempo) = [Mconj.agreglágua(l-l)] - [Mcon).agregláguO(l)] (5)(t)-(t-I)
(4)
20
9) plotagem de gráfico relacionando os tempos t, no eixo x, e as taxas de secagemcorrespondentes, no eixo y. Neste são identificados os períodos de secagem em taxaconstante e em taxa decrescentemente linear. Como demonstrado na figura 6.3 docapítulo 6, ocorrem dois períodos de secagem em taxa linear decrescente, e o segundo,no qual a taxa cai em maior velocidade, ocorre próximo aos valores da Ms do material,quando a massa cai com grande dificuldade. Por regressão, extrapola-se este segundoperíodo de taxa decrescentemente linear ao ponto, no eixo x (tempo), em que a taxa desecagem seria zero (y=O). Este é o instante t em que ocorre a Ms do material, sendopossível então determiná-Ia;
10) de posse da Ms, cálculo teor de umidade a cada instante t, pela equação:
M. /' ()-MTeorUmídade(t)(%) = conJ.ogreg ogua I seca X 100M seca
11) confecção de gráfico do teor de umidade (eixo x) x taxa de secagem correspondente(eixo y) do agregado durante os tempos t do ensaio, onde se identifica o período desecagem em taxa constante e o primeiro período em taxa linearmente decrescente (quese inicia logo após o final da taxa constante). Calcula-se, por regressão, o ponto onde aequação do período de secagem em taxa decrescente linear atinge, no eixo y, o valor dataxa de secagem constante média calculada, e a projeção vertical deste ponto no eixo xindica a absorção do agregado (teor de umidade quando a secagem passa a ocorrerdentro dos poros do material, conforme a teoria de secagem do capítulo 2);
12) com o valor de absorção determinado, volta-se aos dados de massa coletados nosinstantes t=1 até t=oo e verifica-se, no instante (t) em que esta absorção (teor deumidade) ocorreu, a massa do conjunto agregado/água correspondente, que é a Msss;
13) com Ms, Msss e Msub determinados, calcula-se a absorção (A), massa específicaaparente (MEA) e massa específica real (MER) através das equações da NM 53:
MER = __M--=se=cu,--_
M seco -Msub
MEA = M seco
M ss., -Msub
A(%) = M s.u -Mseco xl00M seca
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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