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Comportamento térmico e acústico de placas pré-moldadas com borracha de pneu

Acoustic and thermal behaviour of premolded panels with tyre rubber

Macedo, Deyse Crhistina Barbosa(1); Tubino, Rejane Maria Candiota(2).

(1) Mestre em engenharia civil, Universidade Federal de Goiás. email : [email protected]

(2) Professora Doutora da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás.

email: [email protected]

Praça Universitária, s/n, Goiânia-GO.

Resumo

A possibilidade de transformar a borracha de pneu descartada, de resíduo em subproduto, é um dos principais enfoques dentro dos estudos já desenvolvidos com o material no Brasil. Foram examinadas placas pré-moldadas com diferentes teores de borracha. Inovar e aperfeiçoar características de produtos já existentes possibilitará a obtenção de um material mais deformável possibilitando um maior conforto térmico e acústico. Uma série de problemas relativos aos ruídos indesejáveis pode ser solucionada. Neste trabalho, analisaram-se as placas pré-moldadas (referência e com três diferentes teores – 5%, 10% e 15% de borracha em substituição à parte do agregado miúdo em volume) quanto a possível melhora do isolamento acústico e o comportamento das mesmas após a submissão a elevadas temperaturas quanto à profundidade de carbonatação e a freqüência ultra-sônica, estas placas foram ensaiadas na câmara de reverberação e no forno horizontal localizado no Laboratório de Desenvolvimento de Sistemas Construtivos de FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A., atendendo à regulamentação da norma ISO 140-3, ISO 717-1 e NBR 10636. Analisando os resultados dos painéis com borracha pode-se perceber uma substancial melhora do isolamento acústico, à medida que as porcentagens de borracha foram aumentadas, o que pode ser visualizado através do Índice de Redução Sonora (R). Dentre os resultados apresentados com elevadas temperaturas pode-se dizer que não houve diferença substancial da área carbonatada antes e após a ação do fogo, o que não aconteceu no caso do ensaio de ultra-som, já que a área degradada apresentou aumento da velocidade de ultra-som representando a degradação da matriz após o ataque do fogo.

Palavras-Chave: pré-moldado, borracha de pneu, acústico, térmico. Abstract

The possibility to transform used tyre rubber from residue to a by-product is the main approach in these studies developed with this material so far in Brazil. It was examined premolded panels with different percentage of rubber. Improving characteristics of existent products will be possible to obtain more deformability making possible a larger thermal and acoustic isolation. A series of relative problems to the undesirable noises can be solved. This paper analysed the possibility to improve the acoustic isolation of premolded panels (reference and three different percentages of rubber 5%, 10% and 15% in substitution of fine aggregate, in volume) and the behavior of panels before and after submission to hish temperature. It was analysed carbonatation depth and the ultrasonic wave frequency of the panels. These panels were tested in reverberation room and horizontal kiln located in Furnas Centrais Elétricas S.A. Laboratory according to standards ISO 140-3, ISO 717-1 and NBR 10636-89. Analysing the results it was per noticed that the premolded panels with rubber improved noise attenuation while as rubber percentages increase, analysed through the Sound Reduction Index (R). Among results after high temperature presented there were no significant difference between carbonatation depth before and after fire action, but it not happened with test of ultrasonic wave. In this test the damaged presented by the increase of the ultrasonic speed, wich represents the matrix damaged after the fire action.

Keywords: premolded, tyre rubber, acoustic, thermal.

1o. Encontro Nacional de Pesquisa-Projeto-Produção em Concreto pré-moldado. 1

1 Introdução

Na busca da prerrogativa da Constituição Federal que todo o cidadão possua condições adequadas de habitação, buscando diminuir o problema relativo ao excedente de pneumáticos sem utilização, e ainda colocar em prática o desenvolvimento sustentável, neste artigo será abordado o comportamento de placas pré-moldadas compostas por uma matriz de concreto com e sem adição de borracha de pneu, analisando o desempenho das mesmas sob ação do fogo e quanto ao comportamento acústico.

Segundo CIRMA 2004 (Centro de informações sobre reciclagem e meio ambiente), no Brasil são descartados aproximadamente 18 milhões de pneus por ano.

Hoje, além do aspecto ecológico, segundo o MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE (2004), em 1999, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) editou a Resolução 258-99 e no ano de 2003 editou a Resolução 301-03, nas quais os importadores e produtores de pneumáticos têm até o ano de 2005 para destinar adequadamente todo o descarte produzido.

O desempenho acústico em uma habitação é uma característica importante, pois afeta de maneira considerável a qualidade de vida das pessoas.

É compreensiva a busca de vários autores por materiais que possuam um isolamento acústico adequado. Segundo MORAIS (2001) do ponto de vista do tratamento acústico das edificações, os efeitos do ruído sobre o homem são muito variados e vão desde simples moléstias até enfermidades e lesões traumáticas passando por fadiga. Assim sendo, se compreende facilmente a necessidade de desenvolver meios para a eliminação ou a máxima redução desses efeitos e pôr em prática estratégias mais convenientes na busca do conforto ambiental. O que implica numa conscientização do indivíduo no sentido de que o ruído não é um mal que se tem que agüentar passivamente, mas sim que se dispõe de conhecimento e soluções construtivas para minimizar seus efeitos sem grandes prejuízos ao condicionamento térmico no interior dos edifícios.

Segundo LIMA (2000), as placas produzidas com o compósito da argamassa de cimento e borracha podem atingir níveis de isolação de 26 a 39 dB (A).

No estudo comparativo realizado por Olivares e Barluenga (2004), entre concreto com e sem fibra de borracha de pneu, a presença das fibras junto à matriz cimentícia, quando submetida a altas temperaturas aliviaram as pressões internas geradas pelo vapor d’água que foi liberado pelos canalículos abertos onde estava a borracha, o que é dificultado na peça sem a fibra. Desta forma, observou-se a ocorrência do fenômeno do spalling, ou seja, desplacamento e lascamento da superfície da matriz cimentícia, apenas nas dosagens de referência, o que não aconteceu nas dosagens que utilizaram alguma porcentagem de borracha.

Quanto à carbonatação pode-se perceber uma diminuição da área carbonatada na matriz cimentícia utilizando a borracha de pneu segundo BONNET (2004). 2 Materiais e métodos

2.1 Materiais utilizados

A caracterização do material utilizado na composição da matriz de concreto encontra-se na Tabela 1. O consumo por metro cúbico das dosagens, utilizadas para moldar as placas, encontra-se na Tabela 2.


Tabela 1 – Caracterização do material utilizado

Método utilizado Ensaios realizados Brita 0 Areia natural

Areia artificial

Fibra de borracha

NBR NM 53/03 Absorção(%) 0,5 0,6 0,3 - NBR NM 248/03 Granulometria (MF) 5,97 2,12 2,86 2,87

NBR NM 53/03 Massa específica S.S.S (g/cm3) 2,74 - - -

NBR NM 52/03 M. específica – Chapman (g/cm3) - 2,64 2,64 1,11

Tabela 2 – Consumo das dosagens

Dosagens (kg/m3)

Cimento Areia natural

Areia artificial

Borracha Brita 0 Água

Referência 274 288 674 - 820 214 5% de

borracha 271 271 630 20 808 210,9

10% de borracha 269 256 595 40,4 804,3 209,8

15% de borracha 262 234 551 58 788 205

A fibra de borracha utilizada era proveniente do processo de recapagem, assim como foi recolhida da empresa, apresentava um pouco de poeira, fibras de aço e de nylon, então a borracha passou por um processo de peneiramento e o passante na peneira 4,8 mm foi à parcela do material utilizada. Após o processo de peneiramento a borracha foi lavada com água por 10 minutos em betoneira, a água escoada na peneira 200 mm e então a mesma foi seca ao ar livre espalhada sobre uma lona, conforme pode ser visualizado na Figura 1.

Figura 1 – Processo de lavagem (a) e secagem sobre a lona em temperatura ambiente (b)

A análise das propriedades mecânicas nas matrizes cimentícias foram realizadas para 4 idades: 3, 7, 28 e 91 dias. A partir desta análise foi escolhida a matriz e tratamento superficial adequado da fibra de borracha de pneu para confecção das placas pré-moldadas. As placas não foram avaliadas quanto às propriedades mecânicas apenas a matriz constituinte. O cobrimento das placas obedeceu ao que estava estipulado pela NBR 9062 (ABNT, 1985), que considera um mínimo de 1,5 cm e fixa as condições exigíveis no projeto, na execução e no controle de estruturas pré-moldadas de concreto armado ou protendido. As dimensões das placas pré-moldadas que foram ensaiadas na câmara de reverberação e à

ba


resistência ao fogo, era 1,10 m x 0,5m x 0,05m. As placas possuíam um encaixe tipo macho-fêmea, conforme observa-se na Figura 2.

Figura 2 – Encaixe tipo macho-fêmea

2.2 Programa experimental desenvolvido Neste trabalho, analisou-se a possível melhora do isolamento acústico e

comportamento quanto à resistência ao fogo de placas pré-moldadas (referência e com três diferentes teores – 5%,10% e 15% de borracha em substituição à parte do agregado miúdo em volume). Estas placas foram ensaiadas na câmara reverberante localizada no Laboratório de Desenvolvimento de Sistemas Construtivos de FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A, atendendo à regulamentação das normas ISO140-3 e ISO 717-1.

O ensaio de isolação sonora em elementos e sistemas construtivos em câmara reverberante determina o desempenho acústico de uma peça em função do isolamento sonoro a ruídos externos ou laterais, no caso de casas geminadas. Através das Figuras 3 e 4 pode-se visualizar, respectivamente, o analisador e a vista da câmara de reverberação acústica. Serão apresentadas algumas definições importantes na compreensão do ensaio e, a seguir, a Tabela 3 para exemplificar como os parâmetros são medidos: Nível de pressão sonora (L1 e L2): é o valor instantâneo da pressão atmosférica

devido a qualquer vibração que ocasione esta variação, medido em decibéis (dB); Índice de Redução Sonora: é dado pela expressão (1) a seguir;

( )ASLLR log1021 +−= (1)

Tempo de reverberação (T2): é o tempo que o nível de pressão sonora leva para decair em 60 dB, após cessar o ruído da fonte sonora, também dada pela expressão (2) a seguir;

( )AVxT 163,0= (2) Câmara da fonte: câmara menor onde é colocada a fonte sonora e um microfone que

medirá L1; Câmara receptora: câmara reverberante, onde são medidos os níveis de pressão

sonora após a passagem pelo corpo-de-prova (L2); L1: nível de pressão sonora, em dB, na câmara da fonte; L2: nível de pressão sonora, em dB, na câmara receptora; B2: ruído de fundo na câmara receptora; T2: tempo de reverberação na câmara receptora; S: área do corpo-de-prova, em m2; A: área equivalente de absorção, m2.


Tabela 3 – Parâmetros medidos Sala da Fonte Sala Receptora Tipo de ruído

L1 – Nível de pressão sonora L 2 - Nível de pressão sonora branco - B 2 – Ruído de fundo - - T – Tempo de reverberação rosa

Figura 3 – Analisador de dados Figura 4 – Vista geral das câmaras

No ensaio o gerador de ruído ficou ligado a um amplificador e o analisador que

permaneceu do lado de fora das câmaras (Figura 1) ligado por fios inicialmente à câmara de emissão e em seguida à câmara de recepção.

Inicialmente, o corpo-de-prova de 3,37 m2 (área ocupada pelas placas) foi montado na armação específica (slide), seguindo o esquema da Figura 5. A medição do Índice de redução sonora dentro das câmaras pode ser acompanhadas através das Figuras 6 e 7.

Figura 5 - Vista frontal do slide.

Sala 1 Fonte

Sala 2 Receptora

Corpo-de-prova


Figura 6 – Sala fonte – com microfone e fonte de emissão sonora

Figura 7 – Sala receptora – com microfone e fonte de recepção de som

O ensaio de resistência ao fogo foi realizado no Laboratório de Desenvolvimento de

Sistemas Construtivos (LASC) de FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A, seguindo as considerações feitas pelo IPT conforme a NBR 10636 (ABNT,1989). O ensaio foi realizado em forno horizontal em escala reduzida, logo não foi possível a verificação da resistência a choques mecânicos na superfície não exposta. Foi verificada a integridade física do corpo-de-prova sobre o suporte. Já o isolamento térmico do elemento de vedação pode ser monitorado, através de cinco pontos onde estavam localizados os termopares na face não exposta.

Foram realizadas duas séries para o ensaio de resistência ao fogo. Na primeira série as placas foram retiradas com antecedência de uma semana da câmara úmida, ou seja, sem controle de temperatura e umidade, para serem encaixadas e permaneceram no LASC sem controle de umidade e temperatura. Já a segunda série de placas foi retirada da câmara úmida e mantida em uma sala com temperatura e umidade controladas (massa constante), respectivamente, 25º C e 50%, durante duas semanas até que conseguisse constância de massa.

Foi feito o ensaio de velocidade de propagação da onda ultra-sônica utilizando o método indireto, antes e após o ensaio de resistência ao fogo, para visualizar o comprometimento da matriz cimentícia após a submissão ao fogo. O ensaio de resistência ao fogo foi realizado para analisar o comportamento da matriz com e sem borracha, em uma situação similar a um incêndio, já que a segurança humana, na ocorrência de fogo, é uma das considerações no projeto das edificações.

As placas conectadas foram pesadas e medidas. A temperatura média da face da placa não exposta ao fogo foi medida utilizando termopares recobertos com pastilhas de papelão de amianto, em cinco pontos, dispostos da seguinte forma: um localizado aproximadamente no centro geométrico da face do corpo-de-prova e os demais no centro de cada uma das áreas resultantes da divisão da superfície em quatro partes iguais, conforme pode ser analisado na Figura 8. As placas foram transportadas para o suporte com ajuda de cantoneiras como pode ser percebido na Figura 9, para encaixá-las no apoio superior do forno (Figura 10), apoio este colocado sobre o forno (Figura 11).


Figura 8 – Instalação dos termopares nas placas.

Figura 9 – Transporte das placas até o forno.

Figura 10 – Colocação das placas no apoio superior do forno.

Figura 11 – Encaixe do apoio no forno horizontal.

Analisou-se a profundidade de carbonatação e a freqüência de onda ultra-sônica, das

placas antes e após a submissão ao ensaio de resistência ao fogo. Estes ensaios desenvolvidos foram realizados nos Laboratórios de Furnas Centrais Elétricas S.A., após o período de 91 dias da moldagem.

O ensaio de carbonatação foi realizado nas amostras submetidas à ação do fogo, antes e após o ataque do fogo. Este teste é realizado com o objetivo de verificar a qualidade da matriz cimentícia, pois através de um indicador ácido/base pode-se verificar quanto do cobrimento do material já reagiu com o gás carbônico do ar gerando carbonato de cálcio que compõe uma barreira onde a reação é contida, no entanto, outros ensaios como absorção por imersão e capilaridade também foram realizados para atestar sobre a qualidade da matriz utilizada, no entanto, não foram abordadas neste artigo.

O ensaio de velocidade de propagação de onda ultra-sônica foi utilizado nas placas pré-moldadas (1,10m x 0,5m x 0,05m) ensaiadas antes e após a ação do fogo, segundo método indireto de medição. Foi montado uma rede com 18 pontos, para medição da velocidade de propagação da onda ultra sônica, distantes um do outro cerca de 15 cm, o esquema de pontos marcados nas placas segue na Figura 12. Na Figura 13 tem-se a realização do ensaio de freqüência ultra-sônica na placa após ação do fogo.


1 3

7

16 5 4 3 2

1 8 1 7 1 6

1 2 1 1 1 0

1 5 1 4

9 8

Figura 12 – Rede pontos para medição da freqüência ultra-sônica nas placas

Figura 13 – Realização do ensaio de freqüência ultra-sônica

3 Resultados Foram analisados, quanto à isolação e os níveis de pressão sonora, quatro corpos-

de-prova, conforme descrito na metodologia. Analisando a Figura 14 percebe-se que, nas placas que utilizaram a matriz cimentícia

e a borracha, à medida que o teor de borracha aumenta, tem-se o acréscimo do índice de redução sonora, nas freqüências inferiores a 150 dB e superior a 1250 dB.

Nas freqüências graves (125Hz a 250Hz) e médias (500Hz a 1000Hz), o isolamento acústico da referência e com teor de 15% de borracha, apresentaram valores muito próximos (Figura 14).


2025303540455055

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

Freqüência (Hz)

Indi

ce d

e re

duçã

o so

nora

(d

B)

Referência 5% 10% 15%

Figura 14 – Índice de redução sonora x Freqüência

Foram ensaiadas oito amostras, quanto à resistência ao fogo, representando um total

de 16 placas pré-moldadas, já que cada amostra era composta por duas placas. Para junção das placas foi utilizada argamassa colante.

Analisando as temperaturas do ensaio de resistência ao fogo no início e final e os valores do tempo que cada amostra resistiu sob a ação do fogo (Tabela 4), foi possível verificar que as amostras com constância de massa apresentaram-se mais resistentes à ação do fogo, suportando praticamente o dobro do tempo em comparação às amostras sem controle de temperatura e umidade.

Tabela 4 – Temperatura das placas no forno horizontal Temperatura

Interna Temperatura

Externa Placas Inicial °C Final °C Inicial °C Final °C Tempo (mim) SCR 30,4 729,6 26,8 85,2 20 SC5% 28,6 799,6 24,4 101,4 27 SC10% 25,2 795,2 20,8 86,4 25 SC15% 31,2 826,8 31,6 98,2 28 MCR 27,2 830,4 26,4 113,4 30 MC5% 36,2 816,4 26,0 126,8 44 MC10% 29,2 858,2 29,6 125,4 38 MC15% 29,4 900 29,4 159,6 52

Legenda das placas: SCR: Referência sem controle de temperatura e umidade; SCX%: Concreto com X% de borracha sem controle de temperatura e umidade; MCR: Referência com massa constante; MCX%: Concreto com X% de borracha com massa constante.

A profundidade de carbonatação das amostras antes e após a ação do fogo pode ser visualizada na Tabela 5. Após a ação do fogo foi retirada uma amostra de cada placa ensaiada ao fogo, já que para cada ensaio de resistência ao fogo foram utilizadas duas placas conectadas (Figuras 15 e 16). Antes da submissão ao fogo foi retirada apenas uma amostra para ensaio.


Tabela 5 – Profundidade de carbonatação

Após o fogo Dosagem Antes do fogo (mm) Placa A (mm) Placa B (mm) Referência 1,20 4,0 3,0

5% de borracha 1,06 3,5 4,0 10% de borracha 1,05 2,0 3,0 15% de borracha 1,08 3,0 5,0

Figura 15 – Colocação de argamassa na junção fêmea da placa

Figura 16 – Junção das placas com argamassa: no encaixe macho – fêmea

Após a realização do ensaio de propagação da freqüência ultra-sônica pode-se

observar que o tempo aumentou nas áreas atingidas pelo fogo, principalmente, na região central das placas onde o ataque pelo fogo foi mais severo, logo o tempo que a onda ultra-sônica gastou para percorrer a matriz no centro das amostras, após a ação do fogo, foi superior à obtida antes da ação das altas temperaturas, provavelmente em virtude da degradação da matriz cimentícia (Figura 17).

0,0000,0500,1000,1500,2000,2500,300

Centro Borda Centro Borda

Antes do fogo Após o fogo

Tem

po (s

)

SCRSC5%SC10%SC15%MCRMC5%MC10%MC15%

Figura 17 – Comportamento da onda ultra-sônica nas áreas atingidas. A ocorrência do spalling, ou desplacamento, está associada a uma série de fatores

referentes a macroestrutura e microestrutura das matrizes cimentícias. As placas analisadas possuíam dois fatores que favoreceram o lascamento explosivo das peças, primeiro tratava-se de peças delgadas (5cm de espessura) e o agregado graúdo utilizado


foi o micaxisto um agregado friável e que sofre transformações a altas temperaturas, contribuindo assim nos pipocamentos e lascamentos ocorridos. Apesar da ocorrência do spalling, em todas as placas ensaiadas na primeira série, comparando as Figura 18 e 19, que são respectivamente, concreto de referência e concreto com 5% de borracha, observa-se que o teor de borracha ajudou no alívio das pressões internas, já que não houve o lascamento explosivo nas placas com borracha.

Figura 18 – Lascamento explosivo das placas de referência sem controle de umidade e temperatura.

Figura 19 – Desplacamento nas placas com 5% de borracha sem controle de umidade e temperatura.

O ensaio de carbonatação foi realizado em duas situações: antes e após o fogo. As amostras analisadas após o fogo eram placas pré-moldadas que permaneceram em um recinto com temperatura e umidade controladas, respectivamente, 25°C e 60%, antes da submissão ao fogo. De acordo com a Tabela 4 pode-se verificar o tempo e a temperatura a que as placas foram submetidas no ensaio de resistência ao fogo. Foram ensaiadas oito amostras, quanto à resistência ao fogo, representando um total de 16 placas pré-moldadas, já que cada amostra era composta por duas placas.

4 Considerações finais Quanto ao comportamento acústico das placas:

• Observou-se melhora do isolamento acústico entre os corpos-de-prova com borracha à medida que o teor de borracha aumentava na mistura (Figura 14).

• Desta forma, a utilização da fibra de borracha junto às matrizes cimentícias demonstra um futuro promissor quanto ao isolamento acústico, já que se utilizou uma placa de espessura de 5cm, inferior ao padrão normalmente utilizado em alvenaria para vedação, alcançando com as placas com 15% de borracha o índice de redução sonora, obtido segundo a norma ISO 717-1, de 35 dB.

Quanto à durabilidade: • O tempo de freqüência ultra-sônica, após a ação do fogo, foi superior ao

apresentado antes a submissão ao fogo, o que indicou a degradação da matriz, principalmente, do centro das placas em detrimento as bordas.

• A espessura carbonatada após ataque pelo fogo não ultrapassou 5 mm (Tabela 5).

Quanto à situação de incêndio das placas: • O tempo de permanência das placas sob a ação do fogo aumentou, com a

constância de massa, conforme Tabela 4.


• As fibras de borracha contribuíram para diminuição das pressões atuantes na face interna das placas, conforme pode ser visualizado comparando a referência e as placas com o teor de 5% de borracha (Figuras 18 e 19).

• O desplacamento ocorrido em todas as dosagens, não se observou na dosagem com 5% de borracha com constância de massa, houve apenas o aparecimento de uma fissura, o que provavelmente diminuiu pressões internas e evitou que ocorresse o desplacamento.

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