Efeito da adição da casca de arroz nas propriedades físicas e mecânicas de blocos de concreto para pavimento

Effect of adding rice husk on the physical and mechanical properties of concrete paving blocks

RESUMO

O objetivo da pesquisa foi avaliar as propriedades físicas e mecânicas de blocos intertravados para pavimentos com a incorporação de casca de arroz in natura em sua composição. Foram adotadas as proporções de 0%, 5%, 10%, 15% e 20% de casca de arroz em relação à massa seca do cimento. Após a cura os blocos foram realizados: inspeção visual, avaliação dimensional, absorção de água, resistência à compressão e densidade. Os blocos produzidos com 20% apresentaram elevada fragilidade. Para os demais blocos com casca de arroz observou-se alterações das peças através do surgimento de espaços vazios e falhas nas arestas dos blocos. A incorporação da casca de arroz não modificou a resposta dimensional dos blocos, com valores de Índice de Forma compatíveis com os vigentes na norma. Considerando os tratamentos com adição da casca de arroz, o melhor desempenho para os parâmetros de absorção de água, resistência à compressão e densidade foi verificado com a incorporação de 5% de casca de arroz nas peças. Sugere-se expandir estudos para aprimorar tratamentos físicos e químicos na casca de arroz in natura, a fim de compreender melhor suas propriedades e utilização como reforço em compostos cimentícios.

Palavras-chave
Fibras naturais; Resíduos agroindustriais; Construção sustentável

ABSTRACT

The research objective was to evaluate the physical and mechanical properties of paving blocks after incorporating raw rice husks into their composition. The proportions of 0%, 5%, 10%, 15% and 20% rice husk in relation to the dry mass of the cement were adopted. After curing, the pavers were subjected to visual inspection, dimensional evaluation, water absorption, compressive strength and density. The blocks produced with 20% showed high fragility. For the other pavers with rice husk, changes in the pieces were observed through the appearance of empty spaces and flaws on the edges of the blocks. Incorporating the rice husk did not modify the dimensional response of the blocks, with Shape Index values compatible with those in force in the standard. Considering the treatments with adding rice husk, the best performance for water absorption, compressive strength, and density was verified by incorporating 5% rice husk in the pieces. It is suggested to expand studies to improve physical and chemical treatments of rice husk in nature to better understand its properties and use as reinforcement in cementitious compounds.

Keywords
Natural fibers; Agro-industrial waste; Sustainable construction

1. INTRODUÇÃO

A utilização de materiais alternativos na construção tem se consolidado como uma estratégia eficaz na busca pela promoção do desenvolvimento sustentável, reduzindo os danos causados pelo uso excessivo dos recursos naturais. Entre as soluções destacam-se os resíduos reaproveitados da fabricação de materiais cimentícios, como os blocos intertravados de concreto para pavimentação. Estes blocos, também conhecidos como pavers, são empregados em construções em que necessita de materiais com elevada resistência mecânica. Sua utilização vem sendo ampliada nos últimos anos, particularmente no Brasil. Esse crescimento é impulsionado por suas vantagens estruturais e pela capacidade de usar materiais alternativos na produção, visando equilibrar aspectos técnicos, econômicos e ambientais [¹,²,³].

No entanto, apesar desse crescimento, os blocos de concreto para pavimentação enfrentaram desafios ao longo de sua história, especialmente no Brasil. A partir dos anos 70 e intensificado nos anos 90, os blocos de concreto para pavimentação enfrentaram desafios de desempenho, prejudicando sua consolidação. No entanto, sua adoção crescente na Europa, Estados Unidos e Japão, após a Segunda Guerra Mundial evidenciou avanços significativos em tecnologia, dimensionamento, construção, formatos, resistência, durabilidade e normalização [⁴].

Atualmente, os blocos intertravados de concreto são amplamente utilizados em diversos locais devido à sua versatilidade em formatos, padrões, cores e tonalidades, permitindo diferentes estéticas conforme o tipo de pavimento necessário e as exigências do projeto. Podem ser aplicados em estacionamentos, vias urbanas, acostamentos, parques, jardins e calçadas [⁵].

Uma de suas principais vantagens é a capacidade de aumentar a absorção da água da chuva pelo solo. Esse fator favorece a redução do escoamento superficial nos sistemas de drenagem pluvial, e contribui para mitigação das ilhas de calor. Comparados aos pavimentos asfálticos, esses blocos minimizam também danos ambientais durante o processo de construção [⁶]. Associado a isso, há ausência de fabricantes que cumpram as normas estabelecidas na confecção desse tipo de bloco, resultando em produtos de baixa qualidade e incapazes de suportar as cargas estruturais exigidas, prejudicando os consumidores.

Diante desse cenário e considerando a perspectiva do desenvolvimento sustentável, diversas pesquisas buscaram alternativas para melhorar o desempenho desses blocos por meio da incorporação de diferentes resíduos. Essa abordagem permite substituir parcialmente agregados, cimento ou ambos, promovendo não apenas uma destinação adequada a esses resíduos, mais também avanços tecnológicos na produção de materiais de qualidade.

Trabalhos que exploram o uso cinza da casca de arroz substituindo parcialmente o cimento em blocos de concreto [⁷]; pó de mármore no lugar da areia natural em pavimento intertravados [⁸]; cinza do bagaço da cana-de-açúcar por areia natural [⁹]; cinza da casca de arroz em substituição à areia média blocos intertravados [¹⁰]; têm demonstrado propriedades físico-mecânicas eficientes semelhantes aos dos blocos intertravados convencionais e de outros materiais compósitos utilizando-se fibras naturais como reforço.

Avanços científicos atrelado ao desenvolvimento de materiais voltados à área da construção civil refletem uma preocupação crescente com aspectos que envolve a preservação ambiental [¹¹, ¹²]. Nos últimos anos, a legislação brasileira tem avançado na adoção de medidas para incentivar a reciclagem e punir práticas que degradam o meio ambiente, a exemplo da Lei n.° 12.305/2010, que estabelece a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS). Esta lei visa reduzir e controlar o descarte inadequado de resíduos gerados por setores produtivos, residenciais e governamentais, estimulando pesquisas para o uso sustentável desses materiais. Nessa linha diversos trabalhos vêm propondo o aproveitamento da casca de arroz na manufatura de novos produtos [⁷, ¹⁰, ¹³, ¹⁴, ¹⁵, ¹⁶].

O Brasil está situado entre os maiores produtores mundiais de arroz com uma produção de aproximadamente 10,8 milhões de toneladas colhidas na safra de 2021/2022 [¹⁷]. Esse alto volume de produção gera anualmente mais de 2 milhões de toneladas de casca de arroz, um subproduto significativo após a colheita. No entanto, a baixa demanda comercial e o desinteresse na agricultura têm levado os produtores a buscar alternativas para o manejo desse resíduo que é dificultada em virtude da alta resistência, baixo valor nutricional e elevado teor de cinzas [¹⁸]. Desta forma, a casca de arroz, caracteriza-se por ser um subproduto agrícola abundante e de baixo valor comercial, apresenta-se como uma alternativa promissora para a incorporação de compostos cimentícios, contribuindo na redução de passivos ambientais e no custo do produto final.

Assim, o desenvolvimento de materiais compósitos sustentáveis reforçados com resíduos naturais, vem sendo objeto de muitos estudos na atualidade. O objetivo desta pesquisa foi a fabricação de compósitos cimentícios com diferentes proporções dos resíduos de casca de arroz in natura, avaliando suas características visuais e suas propriedades físicas e mecânicas a partir de ensaios normatizados. O trabalho também avaliou o potencial do material em aplicações como blocos para pavimentos asfálticos.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1. Materiais para a produção dos blocos

Para a manufatura dos blocos intertravados, foram utilizados 35 kg de casca de arroz in natura adquirida na cidade de Morada Nova, no estado do Ceará em uma empresa especializada no beneficiamento do arroz. Inicialmente, realizou-se o beneficiamento do material com o intuito de retirar qualquer corpo estranho. Posteriormente, foi realizado a separação e pesagem do material nas diferentes proporções estabelecidas para cada tratamento.

O cimento empregado na fabricação dos blocos pré-moldados, foi o Cimento Portland CP V – ARI-RS (Alta Resistência Inicial - Resistente ao ataque de Sulfatos). O cimento CP V – ARI contém em sua composição clínquer, gesso e até 5% material carbonático finamente moídos. A caracterização física, química e mecânica do cimento usado nessa pesquisa atendeu as especificações estabelecidas pela Norma Brasileira 16697 [¹⁹], podendo ser citado as características físicas de fineness (finura), tempo de pega, expansibilidade e resistência à compressão.

O agregado graúdo utilizado foi a brita granítica Tipo I conforme critérios de classificação contidos na NBR 7225 [²⁰] com dimensões máximas características de 12,5 mm e módulo de finura de 5,53. Realizou-se o processo de lavagem e secagem ao ar livre para retirar qualquer poeira ou elemento orgânico que estivesse misturado a brita. O agregado miúdo empregado na fabricação dos concretos foi areia natural lavada. Após a lavagem, o material foi passado em uma peneira com abertura de 5,75 mm. Desprezou-se o material retido, visando retirar qualquer corpo estranho. O material foi pesado de acordo com as proporções estabelecidas. A água utilizada no processo de fabricação dos blocos foi coletada da rede de abastecimento do município, dispensando quaisquer procedimentos analíticos.

2.2. Composição do traço e cálculo do volume de concreto produzido

O traço utilizado foi baseado na pesquisa de BARBOZA e BASTOS [²¹] para resistências de dosagem à compressão, compreendidas entre 15 e 50 MPa. Os traços utilizados para os blocos com diferentes percentuais de incorporação da casca de arroz podem ser observados na Tabela 1. A fim de comparar resultados obtidos, foi adicionado um tratamento com 0% de casca de arroz. Os blocos foram produzidos considerando a resistência de dosagem esperada aos 28 dias (35 MPa), e não conta com a adição de aditivo.

Tabela 1
Quantidade de materias usados nos traços para a produção dos blocos de concreto com adição de casca de arroz in natura.

TRAÇO	CIMENTO (kg)	AREIA (kg)	BRITA (kg)	ÁGUA (kg)	CASCA DE ARROZ (kg)
0%	8,90	20,57	22,18	4,80	0
5%	5,92	14,40	15,52	3,36	0,31
10%	5,61	14,40	15,52	3,36	0,62
15%	5,27	14,40	15,52	3,36	0,93
20%	4,99	14,40	15,52	3,36	1,25

2.3. Teor de Umidade do agregado miúdo (areia)

Para a utilização da proporção ideal de agregado miúdo (areia), foi realizada a medição do teor de umidade conforme a NBR 6457 [²²]. No procedimento, foi realizado a pesagem de 4 amostras do agregado e coletado os valores de massa úmida. O material foi inserido em uma estufa com circulação e renovação de ar (SL-102-Solab®) a uma temperatura de 105 ± 2 °C por de 24 h. Após o tempo estabelecido, pesou-se as amostras e registrou-se os valores de massa seca. A partir dos parâmetros estabelecidos pela a Equação 1, calculou-se os valores para o teor de umidade do material.

(1)$$\text{U}\text{=}\frac{M_u-M_s}{M_s}\times 100$$

Em que: U = Umidade do agregado miúdo (%); M_u = Massa do agregado miúdo úmido (g); M_s = Massa do agregado miúdo seco (g).

O teor de umidade médio observado para o agregado miúdo foi de 2,02 ± 1,03%. Foram corrigidas as quantidades de água de amassamento e agregado miúdo de acordo com o teor de umidade médio presente na areia anteriormente para que em sequência se realizasse o processo de produção dos blocos.

2.4. Produção dos blocos intertravados

Para o processo de fabricação dos blocos utilizou-se um molde com capacidade para produzir dois blocos nas dimensões nominais de 6 × 10 × 20 cm (Espessura × Largura × Comprimento). Com o intuito de minimizar o surgimento de bolhas de ar e impedir à aderência entre o concreto e o molde, foi utilizado como desmoldante uma mistura composta por 90% de óleo diesel (450 ml) e 10% de óleo queimado (50 ml). Antes da fabricação o material foi aplicado na parte interna do molde com a utilização de um borrifador (500 ml) e posteriormente foi espalhado com um pincel convencional.

Após a etapa de preparação do molde, calculou-se os percentuais dos constituintes a serem utilizados na confecção dos blocos. Foi estabelecido os percentuais de 5, 10, 15 e 20% em reforço da casca de arroz (in natura). Em seguida, os componentes do concreto e da casca de arroz foram inseridos dentro de uma betoneira (MotoMil® MB-150 L). Foi estabelecido um tempo de 5 minutos para a mistura, conforme recomendações da NBR 6118 [²³]. Após o término do tempo recomendado, a betoneira foi desligada, e com o auxílio de uma colher de pedreiro, o concreto foi despejado nos moldes. Foram produzidos 14 blocos para cada tratamento.

Realizou-se o processo de vibração de 45 segundos para cada molde, com a finalidade de eliminar as bolhas contidas na mistura do concreto, através de um agitador de peneiras (Lucadema®, modelo Luca 04/01). Após o término do processo de vibração, os moldes com os blocos foram posicionados ao ar livre durante 24 h para realizar o processo de secagem.

Os blocos foram retirados do molde e submetidos ao processo de cura. Para evitar a perda precoce da água na mistura (concreto), garantir a hidratação do cimento, evitar trincas, fissuras e baixa resistência, os blocos foram mantidos submersos em água durantes 7 dias. Após esse período, os blocos foram devidamente separados, identificados e, após 28 dias, submetidos aos ensaios físicos e mecânicos.

Com exceção do bloco com 20% de adição de fibra em relação à massa do cimento, todos os outros percentuais foram produzidos e avaliados sob os aspectos das normas. A partir da adição de 20% de casca de arroz, os blocos se mostraram frágeis e quebradiços, impossibilitando a realização dos ensaios e avaliação de suas propriedades.

2.5. Amostragem

A NBR 9781 [²⁴] define que a amostragem para os ensaios de aceitação deve considerar o lote de fabricação. De cada lote, devem ser retiradas, aleatoriamente, peças inteiras que constituam a amostra representativa, conforme especificado na Tabela 2.

Tabela 2
Amostragem para ensaio de blocos de concreto.

PROPRIEDADE	AMOSTRA
Inspeção Visual	6*
Avaliação Dimensional	6*
Absorção de água	3
Resistência à compressão	6
Resistência à abrasão	3**

• *As peças de concreto podem ser utilizadas também para os ensaios de resistência à compressão ou abrasão;
• **Ensaio facultativo.
• Fonte: Adaptado da NBR 9781 (ABNT, 2013).

2.6. Inspeção visual

As peças intertravadas de concreto foram inspecionadas visualmente, objetivando a identificação de peças com defeitos que possam vir a prejudicar o assentamento, desempenho estrutural ou a estética do pavimento. As exigências avaliadas na inspeção foram: aspecto homogêneo, arestas regulares, ângulos retos, ausência de rebarbas, defeitos de laminação e descamação.

Os dispositivos espaçador de juntas, chanfro, arestas e ângulo de inclinação foram avaliados conforme a NBR 15953 [²⁵] (Figura 1). Para a realização das medidas dos chanfros nas duas projeções, foram utilizados um esquadro profissional da marca Max Ferragens® e uma régua metálica da marca Kingtools®. O ângulo das peças foi avaliado com esquadro metálico, sendo a peça apoiada em uma superfície plana.

Figure 1
Bloco de concreto nas projeções horizontal e vertical com seus (a) respectivos chanfros e arestas e, (b) ângulo de inclinação igual a 90º.

2.7. Avaliação dimensional

A tolerância para as medidas dimensionais é definida pela NBR 9781 [²⁴] como a diferença admissível entre uma medida real e a medida nominal correspondente. As dimensões e tolerâncias das peças de concreto devem atender aos requisitos propostos abaixo:

a) Medida nominal do comprimento de no máximo 250 mm;

b) Medida real da largura de no mínimo 97 mm na área da peça destinada à aplicação de carga no ensaio de resistência à compressão;

c) Medida nominal da espessura de no mínimo 60 mm, especificada em múltiplos de 20 mm;

d) Tolerâncias dimensionais, em mm, conforme especificado na Tabela 3;

Tabela 3
Tolerâncias dimensionais das peças de concreto.

COMPRIMENTO (mm)	LARGURA (mm)	ESPESSURA (mm)
± 3,0	± 3,0	± 3,0

• Fonte: NBR 9781 (ABNT, 2013).

e) O índice de forma (IF), definido como a relação entre o comprimento e a espessura da peça de concreto, para peças de concreto utilizadas em vias com tráfego de veículos ou áreas de armazenamento deve ser menor ou igual a 4.

De acordo com a NBR 9781 [²⁴], as medidas reais da largura (L), do comprimento (C) e da espessura (E) das peças devem ser tomadas conforme a tipologia de cada peça, utilizando-se um paquímetro com resolução de 0,1 mm. Para a realização das medidas dimensionais dos blocos produzidos, foi utilizado o paquímetro digital 300 mm (resolução de 0,01 mm).

2.8. Absorção de água

A absorção de água, expressa em porcentagem, representa o incremento de massa de um corpo sólido poroso devido à penetração de água em seus poros permeáveis, em relação à sua massa em estado seco. A avaliação desse parâmetro seguiu as recomendações propostas pela NBR 9781 [²⁴] e utilizou a seguinte equação para comparação com os valores de referência definidos pela norma.

(2)$$\text{A}\text{=}\frac{m_2-m_1}{m_1}\times 100$$

Em que: A = Absorção do corpo de prova (%); m₁ = Massa do corpo de prova seco (g); m₂ = Massa do corpo de prova saturado (g).

2.9. Resistência característica à compressão

A resistência característica à compressão foi determinada conforme parâmetros definidos pela norma NBR 9781 em vigor, como mostra as especificações apresentadas na Tabela 4 [²⁴].

Tabela 4
Resistência característica à compressão.

SOLICITAÇÃO	fpk (MPa)
Tráfego de pedestres, veículos leves e veículos comerciais	≥ 35,0
Tráfego de veículos especiais e solicitações capazes de produzir efeitos de abrasão acentuados	≥ 50,0

• f_pk = Resistência característica à compressão aos 28 dias. Fonte: NBR 9781 [²⁴].

Para a realização do ensaio de compressão, foi utilizada uma prensa de compressão (EMIC®, modelo PC 200 C, Classe 1 segundo a NM ISO 7500-1) com capacidade máxima de carga de 2 mN (Mega Newton). O corpo de prova foi posicionado e centralizado no equipamento de modo que seu eixo coincidisse com o da máquina, fazendo com que a resultante das forças passasse pelo centro do material. O deslocamento do prato móvel ocorre na direção vertical, no sentido de baixo para cima.

Após a realização dos ensaios, os dados de carga máxima foram organizados em planilhas de software, e posteriomente calculou-se os valores de resistência à compressão da peça (f_pk) a partir do produto da carga de ruptura pela área de carregamento, multiplicado pelo fator p apresentado na Tabela 5. Esse valor é expresso em função da altura da peça.

Tabela 5
Fator multiplicador p em função da altura da peça.

ESPESSURA NOMINAL DA PEÇA (mm)	p
60	0,95
80	1,00
100	1,05

• Fonte: NBR 9781 [²⁴].

Considerando que as resistências à compressão obedecem à distribuição normal, foi calculado o valor da resistência à compressão estimada (f_pk,est), expressa em MPa (Equação 3).

(3)$$f_{pk,est}=f_p-t\times S$$

Em que: f_p = Resistência média das peças (MPa); s = Desvio padrão; t = Coeficiente de Student, em função do tamanho da amostra. Para o presente estudo foi utilizado o valor de t = 0,920, visto que o número amostras (n) avaliadas é igual a 6.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Inspeção visual

Os blocos com a introdução da casca de arroz em sua composição apresentaram espaços vazios em sua estrutura e pequenas alterações em sua superfície (Figura 2). Esses espaços vazios são considerados concentradores de tensão, ou seja, surgem quando se amplifica a tensão aplicada no material, reduzindo a sua resistência mecânica, o que pode provocar o aparecimento de fissuras, defeitos internos e fragilidade nos blocos destinados a pavimentação [²⁶]. As variações de coloração foram verificadas nas peças em virtude da matéria-prima utilizada. Os moldes utilizados para fabricação dos blocos não apresentaram espaçadores de juntas em seu modelo.

Figure 2
Espaços vazios em blocos intertravados produzidos com casca de arroz in natura.

Todas as amostras apresentaram chanfros com medidas dentro do intervalo proposto pela norma (entre 3 e 6 mm), sem a presença de franjas (Tabela 6). De acordo com a NBR 15953, a franja é um aspecto opcional no processo produtivo, e não influência no desempenho do produto final [²⁵].

Tabela 6
Valores médios para os chanfros vertical e horizontal das diferentes amostras de blocos para pavimento intertravado com casca de arroz em sua composição.

CASCA DE ARROZ (%)	CHANFRO VERTICAL (mm)	CHANFRO HORIZONTAL (mm)	FRANJA
0	3,0 ± 0,0	3,0 ± 0,0	Não
5	3,0 ± 0,0	3,0 ± 0,0	Não
10	3,0 ± 0,0	3,0 ± 0,0	Não
15	3,0 ± 0,0	3,0 ± 0,0	Não

3.1.1. Arestas

Observou-se pequenas falhas nas arestas dos blocos produzidos com a incorporação da fibra de arroz, especialmente no encontro entre as arestas (Figura 3). Constatou-se que o aparecimento dos espaços vazios foi ocasionado pela má distribuição da fibra de casca de arroz no processo de fabricação dos corpos de prova, sendo esse um dos fatores responsáveis por comprometer as propriedades físicas e mecânicas do material.

Figure 3
Arestas com falhas em blocos intertravados produzidos com casca de arroz in natura.>

A introdução de resíduos na composição do concreto deve ser conduzida com um maior controle no processo produtivo, especialmente na preparação e mistura do traço para que não ocorra uma distribuição não uniforme nos moldes evitando áreas superficiais quebradiças [²⁷]. Além disso, a ausência de um tratamento prévio das fibras, utilizadas em estado não saturado, como no estudo em questão, pode resultar em maior absorção de água da mistura pelas fibras. Isso torna a massa menos fluida, dificultando o procedimento de compactação e comprometendo o acabamento do bloco [²⁸].

Pode-se constatar que a presença do resíduo da casca de arroz influenciou diretamente o fenômeno físico de aparecimento de espaços vazios e fissuras. GUIROUS et al. [²⁹] estudou a variável de resistência à fratura de pavimentos reforçados com fibra de carbono e obteve resultados satisfatórios quanto a análise visual. Para isso, [²⁹] implementou o material de fibra de carbono utilizando uma técnica de camadas, do qual foram adicionadas as fibras com método de sobreposição.

3.1.2. Ângulo de inclinação

Estão apresentados na Tabela 7 os valores referentes ao ângulo de inclinação para os blocos intertravados utilizando a casca de arroz in natura em sua composição.

Tabela 7
Número de blocos com inclinação igual e diferentes de 90º para as diferentes amostras de blocos para pavimento intertravado.

CASCA DE ARROZ (%)	INCLINAÇÃO IGUAL A 90º	INCLINAÇÃO DIFERENTE DE 90º
0	4	2
5	3	3
10	4	2
15	4	2

O número de blocos intertravados com ângulo de inclinação igual a 90º foi superior nos produzidos com 0%, 10% e 15% de casca de arroz em sua composição. Essa variação pode ser influenciada pelos moldes utilizados na fabricação dos blocos, em que devem dispor do ajuste de inclinação ideal. Na Figura 4 podem ser visualizados os blocos de concreto com incorporação de casca de arroz apresentando ângulos de inclinação diferente de 90º.

Figure 4
Irregularidades em blocos intertravados produzidos com casca de arroz in natura.

3.2. Dimensões e tolerâncias

Na Tabela 8 encontram-se as dimensões efetivas dos blocos produzidos com diferentes concentrações da casca de arroz. Com exceção da espessura encontrada nos blocos do tratamento-controle os demais apresentaram dimensões (Comprimento x Largura x Espessura) próximas ao proposto pela normativa, fazendo uso da tolerância recomendada.

Tabela 8
Parâmetros dimensionais e Índice de Forma de blocos para pavimento intertravado produzidos com diferentes concentrações de casca de arroz.

CASCA DE ARROZ (%)	COMPRIMENTO	LARGURA	ESPESSURA	ÍNDICE DE FORMA (IF)*
	—————————(mm)—————————
0	199,13 ± 0,33	98,32 ± 0,19	56,92 ± 0,90	3,50 ± 0,06 a
5	198,74 ± 0,37	98,76 ± 0,45	61,23 ± 1,20	3,25 ± 0,06 b
10	198,62 ± 0,37	98,53 ± 0,23	61,18 ± 2,29	3,25 ± 0,12 b
15	198,50 ± 0,34	97,97 ± 0,36	61,17 ± 2,04	3,25 ± 0,10 b

• *Médias seguidas pela mesma letra na vertical, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey (p > 0,05).

Para o índice de forma (IF), valores seguidos por uma mesma letra na vertical, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey (p > 0,05).

Não houve diferença estatística significativa quando se considerou as três concentrações (5%, 10% e 15%) de casca de arroz para o parâmetro de Índice de Forma (IF), com exceção do tratamento sem adição da fibra. Os valores encontrados para o Índice de Forma (< 4,00) se mostraram em conformidade com a normativa de referência (Figura 5). Esse resultado corrobora ao entendimento de que as diferentes concentrações de casca de arroz utilizadas não modificaram a resposta dimensional dos blocos intertravados.

Figure 5
Índice de Forma (IF) em blocos intertravados com diferentes concentrações de casca de arroz in natura. Valores seguidos por uma mesma letra, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey (p > 0,05).

O controle do processo produtivo dos blocos comercializados ainda é um percalço para grandes empresas desse setor e como resultado é comum a obtenção de um produto final não padronizado e que em maior parte supera os limites de tolerância estabelecidos nas normas [³⁰].

3.3. Absorção de água

Na Tabela 9 são demonstrados os dados individuais e médios de absorção de água nos blocos produzidos com casca de arroz em sua composição. Os tratamentos apresentaram diferenças estatisticamente significativas entre si. À medida que se aumentou a concentração da fibra na composição dos blocos, maior absorção de água foi constatada (Figura 6).

Tabela 9
Adequabilidade ao parâmetro absorção de água em blocos para pavimento intertravado produzidos com diferentes concentrações de casca de arroz.

CASCA DE ARROZ (%)	ABSORÇÃO DE ÁGUA (%)*	ADEQUABILIDADE**
		INDIVIDUAL	MÉDIA
0	4,69 ± 0,06 d	Sim	Sim
5	7,53 ± 0,21 c	Não	Não
10	10,65 ± 0,28 b	Não	Não
15	12,97 ± 0,30 a	Não	Não

• *Médias seguidas pela mesma letra na vertical, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey (p > 0,05).
• **Média inferior 6,0%, e amostras individualmente não superior a 7,0%, conforme exigências da NBR 9781 (ABNT, 2013).

Figure 6
Absorção de água em blocos intertravados com diferentes concentrações de casca de arroz in natura. Valores seguidos por uma mesma letra, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey (p > 0,05).

O aumento da absorção de água nos blocos com maiores concentrações de casca de arroz in natura ocorre em virtude da afinidade dessa fibra em absorver água e à porosidade presente no composto cimentício [³¹]. Valores elevados de absorção de água podem influenciar na eficiência, durabilidade e pode limitar a funcionalidade dos blocos intertravados em alguns espaços, a exemplo de áreas externas com exposição a umidade ou chuva.

O melhor desempenho para esse parâmetro ocorreu no tratamento com 0% de fibra quando comparado aos demais, com teor de 4,69%. Já a maior absorção de água ocorreu no tratamento com 15% de casca de arroz com um acúmulo de 12,97%. Com exceção dos blocos do tratamento controle, todos os outros não se adequaram ao requisito apresentado na norma, exibindo percentuais acima do limite permitido tanto nos valores individuais quanto as médias.

A absorção de água é uma propriedade importante e deve ser considerada quando se pensa na utilização de materiais na construção civil. O uso da casca de arroz em quantidades adequadas, pode proporcionar boa aderência ao cimento em virtude da interação com a celulose e lignina que constituem a fibra. SILVA et al. [³²] estudou o efeito da incorporação de cinzas pesadas provenientes de termoelétricas na fabricação de blocos intertravados de concreto para pavimentos. Para a variável de absorção de água, atingiu resultado máximo de 4,23% para blocos fabricados com a substituição do agregado graúdo pela cinza grossa ligeiramente superior à do traço de referência que atingiu resultado de 3,61%. Quanto a propriedade física de absorção de água, o bloco intertravado desenvolvido neste estudo com a incorporação do resíduo casca de arroz conseguiu ultrapassar resultados encontrados na literatura, atingindo o máximo de 12,97% para blocos fabricados com 15% de resíduo. Isso demostra que a casca de arroz possui uma porosidade maior do que os agregados convencionais, o que influência diretamente na tendencia do material em absorver água.

3.4. Resistência característica à compressão

Na Figura 7 são apresentados os valores da resistência à compressão dos blocos produzidos com fibra de arroz em diferentes proporções. Não ocorreu diferença estatística significativa entre os tratamentos com ٠ e ٥٪ de casca de arroz, e entre os tratamentos ١٠ e ١٥٪, respectivamente (Tabela 10).

Figure 7
Resistência à compressão em blocos intertravados com diferentes concentrações de casca de arroz in natura. Valores seguidos por uma mesma letra, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey (p > 0,05).

Tabela 10
Valores da resistência característica à compressão dos blocos com adição de casca de arroz in natura.

CASCA DE ARROZ (%)	fpk (MPa)*	fpk, est (MPa)*
0	10,60 ± 3,04 a	7,80 ± 3,04 a
5	8,52 ± 0,65 a	7,92 ± 0,65 a
10	3,00 ± 0,83 b	2,23 ± 0,83 b
15	2,23 ± 0,52 b	1,75 ± 0,52 b

• *Médias seguidas pela mesma letra na vertical, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey (p > 0,05).

Para os valores de resistência característica à compressão (f_pk) e resistência característica à compressão estimada (f_{pk, est}), valores seguidos por uma mesma letra na vertical, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey (p > 0,05).

A tendência de reduzir a resistência à compressão nos blocos intertravados é verificado em outros trabalhos utilizando casca de arroz em substituição parcial aos componentes dos traços convencionais. A influência da incorporação das fibras naturais nesse parâmetro pode ser compreendida pela falta de compatibilidade química e física entre o sistema solo-cimento e a casca de arroz, uma vez que a densidade e a porosidade dos agregados podem interferir na rigidez do concreto devido à sua estrutura e porosidade [³³, ³⁴].

PENNARASI et al. [³⁵], ao estudar a introdução de casca de coco no agregado para produção de blocos para pavimento, observou que a resistência a compressão reduziu com a incorporação da fibra. Contudo, os resultados ainda foram satisfatórios para recomendação de uso em locais sujeitos a condições de tráfego médio e intenso.

SCHEIFER e CALLEJAS [³⁶] desenvolveram blocos de concreto com a incorporação de resíduo de areia gerado pelo setor da construção civil, em substituição a areia artificial. Quanto a variável de resistência a compressão, o estudo não conseguiu atender as exigências mínimas de 4,0 MPa, resultando em resultados de tensão próximo de 3,0 MPa valor indicado para blocos não estruturais de Classe C. Dessa forma, foi possível concluir que os blocos intertravados confeccionados com a adição de 5 e 10% de resíduo da casca de arroz conseguiu superar os resultados observados por SCHEIFER e CALLEJAS [³⁶] quanto a resistência à compressão.

Comparando os tratamentos em que se têm a concentração de 0 e 5% de fibra, é observado a diferenciação entre ambos de cerca de 2.1 MPa, ou seja, o corpo de prova fabricado sem a adição do resíduo da casca de arroz conseguiu obter maior resistência. Esse fato não discrimina o resultado encontrado com o tratamento de 5% de resíduo, visto que foi satisfatório, atingindo resultado máximo de 8,52 MPa. Dessa forma, é observado que o resíduo da casca de arroz possui viabilidade técnica quanto a sua implementação na produção de blocos intertravados do ponto de vista das propriedades físicas e mecânicas.

3.5. Densidade

Os dados da densidade média dos blocos produzidos foram calculados e apresentadas na Figura 8. Esse parâmetro não é um critério previsto pela NBR 9781 [²⁴], porém é uma propriedade importante que pode influenciar diretamente nas propriedades físicas, químicas e térmicas dos compósitos, além de interferir em seu desempenho mecânico.

Figure 8
Densidade dos blocos intertravados com diferentes concentrações de casca de arroz in natura. Valores seguidos por uma mesma letra, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey (p > 0,05).

Os resultados mostraram que houve efeito estatístico significativo entre as concentrações de casca de arroz utilizadas para o parâmetro densidade. Com o aumento da concentração da casca de arroz na mistura do concreto ocorreu um decréscimo da densidade dos blocos (Figura 8). Os maiores valores de massa especifica foram de 2,45 e 2,17 kg.m^-3 apontados pelos tratamentos 0 e 5%. Esse comportamento está relacionado à menor densidade da casca de arroz in natura em comparação com os agregados convencionais, fibras naturais de forma geral apresentam baixa densidade, quando adicionada a matrizes cimentícias possui a tendência de reduzir a densidade do material de acordo com a concentração que está sendo empregado.

O mesmo foi verificado por MILANI e FREIRE [³⁷] ao adicionarem às misturas de solo-cimento combinações que continham diferentes concentrações de casca de arroz. A densidade das partículas do material fibroso, considerando a quantidade de espaços vazios e sua área de contato, afeta o comportamento de adesão e interação dos componentes da matriz, por isso é fundamental uma caracterização prévia dos constituintes [³⁸].

Compósitos com densidades menores apresentam maior leveza e, a dependendo da finalidade do produto final, isso pode ser considerado uma vantagem em relação aos blocos constituídos com fibras naturais, especialmente quando a requisitos como transporte, manuseio e montagem [³⁹, ⁴⁰].

4. CONCLUSÕES

A incorporação de casca de arroz in natura na composição do traço dos blocos intertravados influenciou os aspectos visuais das peças, por meio do aparecimento de espaços vazios em sua estrutura. Ocorreram pequenas falhas nas arestas dos blocos em que se adicionou a fibra. A maior parte dos blocos, para todos os tratamentos, apresentou ângulo de inclinação conforme a norma estabelecida. As diferentes concentrações de casca de arroz utilizadas não modificaram a resposta dimensional dos blocos intertravados, em que todos apresentaram Índice de Forma (< 4,00) conforme estabelecido na norma.

Ocorreu um aumento da absorção de água a medida que se aumentou o percentual da casca de arroz na composição dos blocos. Os valores encontrados para a resistência característica à compressão e para a densidade decresceu com o aumento da concentração da casca de arroz na mistura do concreto. Dentre os blocos manufaturados com a incorporação da casca de arroz, os melhores desempenhos para a absorção de água e resistência à compressão foi constatado no tratamento com 5% de fibra. O tratamento que obteve menor desempenho mecânico foi o formulado pela concentração de 15% de resíduo de casca de arroz.

Com base nos resultados obtidos, a utilização da casca de arroz na construção civil representa uma alternativa viável para mitigar os problemas associados à sua elevada geração e disposição inadequada. Dependendo das aplicações específicas para as quais os compósitos serão destinados, as propriedades dos materiais podem demonstrar melhorias significativas no desempenho. Recomenda-se a expansão de estudos focados na inserção e no aprimoramento de tratamentos físicos e químicos aplicados à casca de arroz, com o objetivo de aprofundar a compreensão das características dessa fibra quando utilizada como reforço em compósitos.

5. ACKNOWLEDGMENTS

Este estudo foi financiado em parte pela Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA/Brasil). Nós somos gratos também o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código Financeiro 001.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  14 Fev 2025
• Data do Fascículo
  2025

Histórico

• Recebido
  17 Set 2024
• Aceito
  16 Dez 2024