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Using RCD in practice: An experience ofsocial production of concrete elementswith recycled aggregates
P R O F. LU I Z C A R LOS P I N TO D A S I LVA F I L H O
P R O F. Â N G E L A G R A E F F
P R O F. G E I L M A L I M A V I E I R A ( U F E S )
E N G . LU C I A N E C A E TA N O
E N G . M O R G A N E B I G O L I N
Dean of Engineering – School of Engineering (EE) – Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS)Director of the University Center for Disaster Study and Research (CEPED/RS)Coordinator of the Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) Research GroupCoordinator of the Advanced Composite Materials (NEMC) Research GroupCoordinator of the MORAR.TS FINEP Research Network
P R O F. WA S H I N G TO N N U Ñ E Z ( L A PAV )
P R O F. Â N G E L A D A N I L E V I C Z ( P P G E P
E N G . LU C A S D E LO N G U I
E N G . J O I C E K R A S B O R G E S
C E P E D / G R I D T E A M ( J O C E , A N D R E A , C R I S T I A N E , E TC )
2
• One of the top 3 Brazilian Universities
• Ranked by Ministry of Education for the 3rd consecutive year as the best
university in Brazil in the general education assessment
• Among the top 10 universities in Latin America and among the top 500 in
the world, according to QS University Rankings 2014;
• Ranked 8th/10th in Latin America and between 401st/500th according to
the survey of the Academic Ranking of World Universities (ARWR)
• Best (most accessed) digital repository (LUME) of articles and dissertations
is Latin America.
3
~ 4000 UG
~ 2000 Graduate Students
~ 240 Teaching Staff
~ 120 Support Staff
~ 600 eng/year
~ 300 MsC and PhD/year
13 UG Courses
Eng. CivilEng.
Mecânica
Eng. Elétrica
Eng. de Minas
Eng. Metalúrgica
Eng. Química
Eng. de Materiais
Eng. de Computação
Eng. de Produção
Eng. Ambiental
Eng. Controle e Automação
Eng. de Energia
Eng. Física
120 ANOS
Fundada em 1896
4
PPG3M
PPGEC
Ranked among the top 5% in Brazil
CAPES GRADE 7
LEME RESEARCH GROUP
• Experimental Structural Analysis
• Inspection and Maintenance
• Concrete Technology
• Special Concretes
• Structural Health Monitoring
• Building Pathology
• New and Innovative Construction Materials(specially green Technologies)
• Non Destructive Testing
• Fire Safety Engineering
• Performance of Construction Systems and Elements
• Advanced Fiber Reinforced Materials
The challenge of CDW
Natural aggregates will become evermore scarce or protected
< 1 month
Prohibitionof river sandextraction
15/05/2013
11/06/2013
Lots of Research
HOW TO FOSTER THE INCREASE OF CDW UTILIZATION (Safely and Economically)???
LEME RESEARCH LINE ON CDW
Survey of good practices andguidelines for CDW Management
in Brazilian Cities
Maria da Paz Medeiros
CDW Management¨supply chain¨
Application of CDW RecycledAggregrates in Pavements
Lucas Delongui (PhD Thesis)
Application of CDW Recycled Aggregrates in Pervious Concrete
Pervious Concrete Research Group/LEMEGabriel Galvan
CDW RecycledAgg. Aplications
CDW RecycledAgg. Production
andCharacterization
CDW Requirements for Use in Concrete Elements
Morgane Bigolin(MSC Diss.)
CDW Requirements for Use in Concrete Elements
Morgane Bigolin(MSC Diss.)
Social Production of CDW RecycledAggregates
Special Concretes ResearchGroup/LEME
UTILIZATION OF CONSTRUCTION AND DEMOLITION WASTE (CDW)IN PAVING (Lucas Delongui & Prof. Washington Nuñez)
Research: utilization, in a sustainable and effective way, of the CDWproduced in urban areas.
Premise: pavement structures, due to consumption of high amounts ofmaterials, may use up significant quantities of CDW.
Objective: evaluation of the mechanical behavior, comparing frequentlyused (easy) tests, versus more refined tests, performed on CDW in it’snatural condition and mixed with bonding agents.
Implications: test results that are more specific, due to the type of test done and results representing more precisely the behavior of CDW, as these tests are performed with real sized particles.
In conjuction with:
Use in Paving
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
% P
assi
ng
Diameter (mm)
Antes da Compactação
Após a Compactação
Faixa B - Limites
10
100
1000
10000
0,1 1 10
Re
silie
nt
Mo
du
le (
MP
a)
θ (MPa)
RCD com adição de Cal Hidráulica - 56 dias de curaRCD com adição de CP-V - 14 dias de curaRCD in natura
Improvement in the mechanical behavior
The material fits DNIT’s “B” band
Promising Results.....
Large Scale Tests
EXPERIMENTAL 100m LANES IN CONJUNCTION WITH UFRGS ADMINISTRATION AND/OR POA CITY COUNCIL
Normal Agg.Recycled CDW
Use in Pervious Concrete
New dimension
SOURCE OF THE CDW AGGREGATES
CommercialEnterprises
Social Enterprise
Worker´s Cooperativewith NGO Support
Key Project: Social Production of Concrete Elements Using CDW Rec. Agg.
F. 2001World Social FórumParticipatory Budget
1st Interaction: CDW AggregateProduction Qualification
Local Supply
Crushingand Sieving
Coarse Agg.
Fine Agg.
Powder
GEILMA LIMA VIEIRA / LUCIANE CAETANO
NM 248 – Agregados –Determinação Granulométrica (NM, 2003)
Morgane BigolinCDW Agg. Characterization
Fines <20,0%
(OK)
(OK)
NM 46 – Agregados – Determinação do material fino que passa através da peneira de
75 µm, por lavagem (NM, 2003)
Water AbsorptionNM 53 - Agregado graúdo - Determinação de massa específica, massa específica aparente
e absorção de água (NM, 2009)
Miúdo < 17,0%
CDW Agg. Characterization
Amostra Teor de cloretos (%)
Limite especificado na
ABNT NBR 15116:2004
(%)
1 0,0010
1
2 0,0010
3 0,0010
4 0,0010
5 0,0015
6 0,0010
7 0,0010
8 0,0010
Amostra Teor de sulfatos (%)
Limite especificado na
ABNT NBR 15116:2004
(%)
1 0,0034
1
2 0,0011
3 0,0016
4 0,0017
5 0,0007
6 0,0010
7 0,0008
8 0,0014
NBR 9917– Agregados para concreto –Determinação de sais, cloretos e sulfatos
solúveis (ABNT, 2009).
Contamination (Chlorides and Sulphates)
(OK)
(OK)
(OK)
Non Mineral Contaminants
NBR 15116, Anexo B _ “Determinação do percentual de materiais não minerais dos
agregados reciclados por líquidos densos”
Miúdo < 2,0%
CDW Agg. Characterization
Miúdo < 2,0%
Clay Content
NBR 7218 – Agregados –Determinação do teor de argila em torrões e materiais friáveis
(ABNT, 2010)
Conclusions
Requisites for use as aggregate in concrete
production
(OK)
SOLIDARIEDADE CDW Recycled Aggregates
Performance Requisites for diferente concrete elements
(pavers, blocks, etc)
(?)
↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↑↓ ↓ ↓ ↑↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓
Qualidade Demandada Res
istê
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com
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(M
pa)
Res
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maç
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Prof
undi
dade
de
carb
onat
ação
(m
m)
Resistência a compressão mínima 9 9 3 1 3 1 3 1 1 1 1
Maior resistência à tração 9 9 3 1 3 1 3 1 1 1 1
Maior rigidez 3 1 1
Menor retração 1 3 9 3 1 3 1 1
Maior compacidade 9 9 3 9 9 9 9 9
Maior variedade de texturas 9
Maior variedade de cores 9
Menor variação dimensional (largura, altura) 9 3
Boa aparência (mais densa e homogênea) 1 1 9 3 1 3
Bom assentamento 9 3 3 1
Menor peso 9
Bom acondicionamento dos blocos 9 3
Boa absorção e aderência da argamassa 3 9
Fácil modularidade 9
Maior rastreabilidade dos lotes 9 9
Boa estanqueidade 3 1 9 3 9 1 1 3
Menor necessidade de acabamentos para a parede 1 9 9 1 3 3 3 9 1
Baixa incidência de blocos com quebras 3 1 1 1 3 9
Boa segurança contra incêndio 3 1 3 9 9 1
Menor taxa de carbonatação 1 1 1 1 3 1 1 9
BOA
DURABILIDADE
FÁCIL
APLICAÇÃO E
USO
MA
TRIZ
DO
CLI
ENTE
BOM
DESEMPENHO
MECÂNICO
BOA
APARÊNCIA
SE A CARACTERÍSTICA DE QUALIDADE 'X' FOR EXCELENTE, ESTARÁ ASSEGURADO O ATENDIMENTO DA DEMANDA 'Y'?
Se sim:
9 = muito forte3= Moderado forte1= fraco
USER REQUIREMENTDeploymentFunction
In partnership with Prof. Ângela Danilevicz, from the GraduateProgram on Industrial/ProductionEngineering (PPGEP)
Morgane Bigolin
QUALITYDeploymentFunction
StandardsUser
ENVIRONMENTAL
REQUIREMENTSMATRIX
Cliente: preocupação com o atendimento às normas
Ambiental: obtenção de matéria-prima
Requisitos do cliente e normativos: de
maneira geral os requisitos das duas abordagens não entraram em conflito
Reciclagem do RCD, cimento e sustentabilidade: a questão que se destacou no desenvolvimento
do método foi o trade-off necessário para o controle das características de qualidade de ‘resistência à compressão’, ‘menor consumo de cimento’ e ‘maior proporção de agregados reciclados utilizados’.
General Trends
Granulometria: adicionar a etapa de
retirada de materiais mais finos que 0,15mm dos agregados miúdos.
Condições de estocagem: as condições de estocagem não pareceram
ser limitadoras para o uso do agregado.
Tempo de estocagem: o tempo de estocagem demonstrou alterar
negativamente as características do agregado, embora não inviabilizando o uso.
Processo de britagem e peneiramento: a britagem e
peneiramento do agregado em estado úmido facilita que uma maior quantidade de material fino fique incorporado ao grão.
Resultados dentro dos parâmetros normativos: em uma primeira análise com relação à caracterização dos agregados os resultados satisfazem os limites especificados na norma NBR 15116.
Torrões de argila e materiais friáveis: constatou-se que
o ensaio indicado para a verificação deste parâmetro não se adequa aos agregados reciclados.
POTENCIALLY VIABLE / NEED TECHNICAL IMPROVEMENT /
BEST USE IN BLOCKS
Opportunity for Improvement
RESEARCHNETWORK ON
SOCIAL TECHNOLOGIES
APPLIED TO CONSTRUCTION
Equipment Improvement
Block/Paver Machine
Carrier Belt
Crusher
Vibrating Sieve
Initial Block Production
Betonada
Tempo
(min) RCD (AGME) (kg)
RCD (AGMA)
(kg) Água (kg)
Cimento
(kg) a/c
1 8,25 68,16 36,19 17,19 22,2 0,77
2 8,11 68,12 36,24 17,96 22,3 0,81
3 6,12 67,97 36,22 16,79 22,3 0,75
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Re
sis
tên
cia
(M
Pa
)
BETONADA 1
BETONADA 2
BETONADA 3
14 Dias7 Dias 28 DiasDias
Betoneira* Bloco Absorção de água (%)
Limite especificado na NBR
15116, (ABNT, 2004) (%)
1 1 15,2
<17,00
2 2 13,9
3 3 12,7
CP Cilíndrico
1 1 15,7
2 2 17,5
3 3 17,9
Fb
JOICE KRAS BORGES
Need for capacitation/training actions
Admin. and Logistics
1st Social Enterprise acceptedat EE/UFRGS incubator
PROCESSO OBSERVADO TEMPO COLETADO
Britagem 90s por lata de 18 litros
Peneiragem 80s por lata de 18 litros
Separação do agregado miúdo 25s a cada 3 latas de 18 litros
Separação do cascalho 15s a cada 2 latas de 18 litros
Separação do cimento 35s por lata de 18 litros
Mistura na betoneira 285s por ciclo (6 latas)
Betoneira -> Gaveta 35s por meio ciclo (3 latas)
Vibração e Prensa 15s a cada 3 blocos produzidos
Estocagem dos blocos 235s a cada 9 blocos produzidos
Technical Qualification Course
Support Material
Teaching Booklet
Multiplication
Autonomous Social Production
Testing the new abilities...
Next Steps
- Qualification of Autonomous Social Production (1000 blocks)
- Development of a commercial production chain◦ Local laws enforce % of destination to small social producers
- Adjustments in standards (pavers, blocks) to enable recycledconcrete elements to be used in most common non criticalsituations
Vision
Scie
nti
fic
Dev
elo
pm
ents
Techn
olo
gicalDevelo
pm
en
ts
Technical Viability
Environmental Benefits
EconomicalViability
Social Benefits
Social Technologies
LEME´sCDW RECYCLING
RESEARCH STRATEGY