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Mateus Justino da Silva
ELEMENTOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO PRODUZIDOS COM
AGREGADOS DE ESCÓRIA DE ACIARIA
Dissertação de Mestrado Dissertação apresentada ao Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil do CEFET-MG como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Dr. Ricardo André Fiorotti Peixoto
Co-orientador: Prof. Dr. Flávio Renato de Góes Padula
Belo Horizonte, 08 de agosto de 2011
ii
Silva, Mateus Justino da
S586e Elementos de concreto para pavimentação produzidos com agregados de escória de aciaria / Mateus Justino da Silva. – – Belo Horizonte, 2011.
105 f. : il. Dissertação (mestrado) – Centro Federal de Educação
Tecnológica de Minas Gerais . Orientador: Ricardo André Fiorotti Peixoto. Bibliografia
1. Construção civil. 2.Pavimentos de concreto. 3. Resíduos –
Siderurgia. I. Peixoto, Ricardo André Fiorotti. II. Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais. III. Título
CDD 691.3
Elaboração da ficha catalográfica pela Biblioteca-Campus II / CEFET-MG
iii
iv
Dedico este trabalho a minha
companheira, parceira, amiga
e esposa, Janaína Aparecida
Barbosa.
v
“A maior recompensa para o
trabalho do homem não é o
que se ganha, mas o que ele
nos torna”.
John Ruskin
vi
Agradecimentos
Ao nosso Senhor Jesus Cristo, por tudo que eu tenho na vida. “O Senhor é
minha luz, esperança, fé e proteção da minha vida”.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Ricardo André Fiorotti Peixoto, por suas valiosas
contribuições, pela amizade, profissionalismo que tanto contribuiu para a
minha formação.
Aos meus pais, que são meus eternos ídolos, que tanto lutaram para que eu
pudesse buscar novos horizontes, ensinando-me que na vida somos como
as águas, para todos os obstáculos existentes, sempre há um jeito de
contorná-los.
À minha esposa Janaína Aparecida Barbosa pelos 10 anos que estamos
caminhando e lutando juntos por dias melhores, a cada dia é mais um
desafio que encontramos, e graças a Deus sempre conseguimos unir forças
para nos dedicar, lutar e vencer. Esta é mais uma vitória que dedico a você
por tudo que tem feito por mim, e ter você a meu lado é meu maior orgulho e
dizer que você é minha esposa, sempre com novos olhares para o futuro,
sempre querendo dar mais um passo a frente.
Aos professores do Departamento de Engenharia Civil (DEC) e da pós-
graduação, de uma forma direta ou indiretamente, todos contribuíram para a
concretização desta pesquisa, fico muito grato de poder fazer parte deste
departamento.
Ao colega de trabalho e amigo, Técnico do laboratório do Departamento de
Engenharia Civil (DEC), Leandro da Silva de Souza pela amizade, apoio
técnico, companheirismo, profissionalismo e inestimável ajuda sem a qual
este trabalho não seria concretizado.
Aos meus colegas de trabalho, Servidores do Departamento de Engenharia
Civil (DEC), Rodrigo, Fernanda, Luciano e José Mário, por todo esse tempo
vii
de convivência e trabalho, por tudo que colaboram para a concretização
deste trabalho.
À minha amiga e colega de trabalho, professora M. Sc. Suzana Maria Zatti
Lima pelo companheirismo e amizade nesse período de longa caminhada, na
qual lutamos juntos para que chegássemos até o fim, alcançando os nossos
objetivos.
À minha amiga, Dra. Adriana Zatti Lima pelo companheirismo, amizade e
conselhos no qual contribuíram muito para a minha vida e por tudo que
conversamos minha eterna gratidão.
Ao professor M. Sc. Eduardo de Oliveira do Departamento de Engenharia
Civil (DEC), pela nossa amizade e convivência do dia a dia e contribuição
para o meu trabalho.
Aos meus amigos Ronaldo, Tatá, Reinaldo, Carlos Augusto, Eduardo
Nakaniski, Denise Urashima, Suelly Helena, Ana Lucia, Ivan, Alfredo e
Geraldo, que mesmo distante contribuíram para a minha pesquisa.
Ao professor Augusto Cesar da Silva Bezerra do CEFET-MG - Campus
Araxá, que mesmo distante sempre deu as suas valiosas contribuições, pelo
apoio companheirismo, profissionalismo, que tanto contribuiu para a minha
pesquisa.
Ao Grupo de Pesquisa Reciclos/CNPQ, especialmente aos integrantes,
Kerry, Thiago, Douglas e Igor, as suas importantes contribuições, apoio
técnico, companheirismo e profissionalismo.
Aos colegas de mestrado Júnia, Dayse, João Maurício, Mariana, Hugo,
Viviane, Tatiana, Luiz Delgado, Gelmo, Sandro, Samir e Vidigal.
Ao professor Joel Romano e toda a sua equipe técnica do Departamento de
Engenharia de Materiais (DEM) do CEFET-MG, que se dedicaram na
viii
fabricação de alguns acessórios para a realização dos experimentos.
Ao Engenheiro Sandro Almada da empresa Arcelor Mittal, pelo fornecimento
das escórias de aciaria para realização da minha pesquisa.
Aos Engenheiros Bráulio e Cláudio da empresa Ciclometal da cidade de
Itaúna, pelo apoio no processamento dos agregados que foram utilizados na
produção dos elementos para realização de toda a pesquisa.
Ao Engenheiro José Eli e toda a sua equipe, da empresa Unistein da cidade
de Pedro Leopoldo, pelo apoio técnico na produção dos elementos para
realização dos meus experimentos.
ix
Resumo
Neste trabalho foi estudado o uso de escória de aciaria como agregado para
a produção de elementos de concreto para pavimentação. Para isso, foram
coletadas quatro amostras de escória de aciaria em quatro usinas
siderúrgicas situadas na região sudeste do Brasil. As escórias foram
processadas através de separação magnética, estabilizadas e inertização em
pátio de estocagem. Após a estabilização e inertização das escórias, estas
foram separadas e classificadas por peneiramento. Após a separação em
faixas granulométricas, as escórias foram caracterizadas por determinação
da umidade, do teor de material ferroso, da granulométrica, da massa
específica, da massa unitária e do teor de material pulverulento. Com a
escória caracterizada foram fabricados elementos de concreto para
pavimentação (EPC) com a substituição total dos agregados graúdos
convencionais por agregados graúdos produzidos com a escória de aciaria,
com dosagem para obter a resistência à compressão de 35 MPa. Os
elementos moldados foram ensaiados a resistência à compressão e à tração
na flexão e os resultados encontrados foram compatíveis e superiores aos
resultados dos elementos de referência e mostram a viabilidade de utilização
de escória de aciaria como agregados graúdos. Os elementos também foram
caracterizados físico-químico e ambientalmente pelos ensaios de absorção
de água, índice de vazios, massa específica, lixiviação e solubilização. Os
resultados encontrados da análise física, química e ambiental foram
satisfatórios e quando comparados com os resultados obtidos para os
elementos produzidos com agregados naturais foram equivalentes ou
superiores. O presente trabalho concluiu que a utilização de escória de
aciaria para a produção de agregado para elementos de concreto para
pavimentação é viável e de interesse técnico e ambiental.
Palavras Chave
Construção civil, pavimentos de concreto, escória de aciaria, construção de
estradas, reciclagem, sustentabilidade.
x
Abstract
This study investigated the use of steel slag as aggregate for the production
of parts for concrete paving. For this, four samples were collected from steel
slag in four steel mills located in southeastern Brazil. The steel slag were
processed through magnetic separation, stabilization and inertization in
storage yard. After stabilization and inertization, the steel slag were separated
and classified by sieving. After the separation by particle sizes, the slag was
characterized by determining the moisture content of ferrous material, the
particle size, the density, the content of powdery material. The slag pieces
were made of concrete paving (CFP) with the partial replacement of fine
aggregates and coarse aggregates produced by conventional with steel slag,
a dosage to obtain the compressive strength of 35 MPa. The molded parts
were tested at compressive strength and tensile strength in bending and the
results were consistent and superior results to the reference blocks and show
the feasibility of using steel slag as aggregates. The pieces were also
characterized physical-chemical and environmentally for the tests of water
absorption, void ratio, density, solubility and leaching. The results of physical
analysis, chemical and environmental safety were satisfactory and compared
the results obtained for the parts produced with natural aggregates were
equivalent or higher. This study concluded that the use of steel slag for
production of aggregate for concrete paving parts is feasible and interesting
technical, financial, economic and environmental.
Keywords
Construction, concrete pavement, steel slag, road construction, recycling,
sustainability.
xi
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ...................................................................................... xv
LISTA DE TABELAS ...................................................................................... xix
LISTA DE SÍMBOLOS .................................................................................... xxi
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ........................................................ xxiv
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 1
1.1. Objetivo ................................................................................................. 3
1.1.1. Objetivo geral ................................................................................. 3
1.1.3. Objetivos específicos ...................................................................... 3
1.1.3. Justificativa ..................................................................................... 5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 6
2.1 Pavimentos ................................................................................................ 6
2.1.1. Pavimentos flexíveis .......................................................................... 8
2.1.2. Pavimentos rígidos ............................................................................. 8
2.1.3. Pavimentos semi-rígidos ou semi-flexíveis ....................................... 10
2.2. Elementos de concreto para pavimentação ......................................... 10
2.2.1. Propriedades dos elementos de concreto para pavimentação ......... 14
xii
2.3. Escória de Aciaria ................................................................................ 15
2.3.1. Expansibilidade da escória de aciaria .............................................. 20
2.3.2. Aplicações em engenharia ............................................................... 23
2.3.2.1. Agregados de escória de aciaria .................................................. 26
2.4. Classificação de resíduos sólidos ........................................................ 29
3. MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................... 31
3.1. Aquisição dos materiais ....................................................................... 32
3.2. Métodos............................................................................................... 35
3.2.1. Caracterização da escória ............................................................ 36
3.2.1.1. Determinação do teor de constituintes metálicos ferrosos ........ 36
3.2.1.2. Determinação do teor de umidade ............................................ 37
3.2.1.3. Análise granulométrica .............................................................. 38
3.2.1.4. Determinação da massa unitária ............................................... 39
3.2.1.5. Determinação de massa especifica ........................................... 40
3.2.1.6. Determinação do teor de material pulverulento ......................... 41
3.2.2. Dosagem do traço dos elementos para pavimentação ................. 42
3.2.3. Moldagem e cura dos elementos para pavimentação ................... 43
3.2.3.1. Determinação das propriedades físicas e mecânicas dos
xiii
elementos de concreto para pavimentação ................................................ 45
3.2.3.2. Determinação da absorção de água ......................................... 45
3.2.3.3. Determinação dos índices de vazios ......................................... 46
3.2.3.4. Determinação das massas especificas ..................................... 47
3.2.3.5. Determinação da expansibilidade ............................................. 48
3.2.3.6. Determinação da uniformidade ................................................. 50
3.2.3.7. Determinação da resistência à compressão .............................. 50
3.2.3.8. Determinação da resistência à tração na flexão ........................ 53
3.2.3.9. Determinação da lixiviação e solubilização ............................... 55
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................... 58
4.1. Caracterização dos materiais .............................................................. 58
4.2. Caracterização dos elementos de concreto para pavimentação .......... 65
5 CONCLUSÃO ............................................................................................ 77
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................... 81
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 82
8 ANEXOS .................................................................................................... 89
8.1 Relatórios dos ensaios de lixiviação e de solubilização dos elementos
de concreto para pavimentação. .................................................................... 89
xiv
9 APÊNDICE ................................................................................................. 98
9.1 Caracterização das amostras e resultados dos elementos de concreto
para pavimentação. ........................................................................................ 98
xv
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Cargas aplicadas em um pavimento (SANTANA, 1993) ................... 7
Figura 2.2 - Seção transversal típica de um pavimento flexível (Adaptado de
MARQUES, 2002) ............................................................................................... 8
Figura 2.3 - Seção transversal típica de um pavimento rígido (Adaptado de
MARQUES, 2002) ............................................................................................... 9
Figura 2.4 - Elementos de concreto para pavimentação (MAKIS, 2010) ............ 11
Figura 2.5 - Estruturas típicas de um pavimento de ECP (HALLACK, 1998) ...... 12
Figura 2.6 - Pavimento pré-moldado de concreto, em São José dos Campos -
SP. .................................................................................................................... 14
Figura 2.7 - Esquema da produção de ferro-gusa e processos de produção
do aço, com suas respectivas etapas de geração de escória (Adaptado de
MASUERO, 2001) ............................................................................................. 18
Figura 3.1 - Fluxograma do programa experimental .......................................... 31
Figura 3.2 - Armazenagem das amostras de escória de aciaria. ........................ 33
Figura 3.3 - Ensaio de Teor de metais da escória de aciaria.............................. 37
Figura 3.4 - Ensaio de massa unitária da escória de aciaria. ............................. 40
Figura 3.5 - Ensaio de massa específica de escória de aciaria .......................... 41
Figura 3.6 - Ensaio de material pulverulento da escória de aciaria. ................... 42
xvi
Figura 3.7 - Limites ideais para fabricação de elementos de concreto para
pavimentação. ................................................................................................... 43
Figura 3.8 - Abastecimento de materiais na vibroprensa utilizada na
fabricação de elementos para pavimentação, Pedro Leopoldo (MG). ................ 44
Figura 3.9 - Vibroprensa utilizada na fabricação de elementos para
pavimentação, Pedro Leopoldo (MG) ................................................................ 44
Figura 3.10 - Elementos de concreto para pavimentação com idade zero foi
acondicionados sobre paletes no pátio da empresa Unistein Pedro Leopoldo
(MG). ................................................................................................................. 45
Figura 3.11 - Aparato de pesagem hidrostática ................................................. 48
Figura 3.12 - Elementos preparada para o ensaio de expansibilidade ............... 49
Figura 3.13 - Realização das medidas de expansibilidade ................................. 50
Figura 3.14 - Ensaio de resistência à compressão das elementos de concreto
para pavimentação ............................................................................................ 52
Figura 3.15 - Equipamento e dispositivo de ensaio de resistência à tração na
flexão ................................................................................................................. 55
Figura 4.1 - Resultado do teor de umidade dos agregados naturais e
reciclados da escória de aciaria. ........................................................................ 59
Figura 4.2 - Resultados do teor de materiais metálicos ferrosos dos
agregados reciclados escória de aciaria. ........................................................... 60
Figura 4.3 - Análise granulométrica dos agregados utilizadas. .......................... 60
Figura 4.4 - Resultado da massa unitária dos agregados naturais e reciclados
xvii
da escória de aciaria. ......................................................................................... 61
Figura 4.5 - Variação da massa unitária dos agregados de aciaria em relação
aos agregados naturais ..................................................................................... 62
Figura 4.6 - Resultado da massa específica do agregado natural e reciclado
de escória de aciaria. ......................................................................................... 63
Figura 4.7 - Variação da massa específica dos agregados de aciaria em
relação aos agregados naturais ......................................................................... 63
Figura 4.8 - Resultado do material pulverulento do agregado natural e
reciclado de escória de aciaria. .......................................................................... 64
Figura 4.9 - Percentual do material pulverulento dos agregados de aciaria em
relação aos agregados naturais ......................................................................... 65
Figura 4.10 - Absorção de água dos elementos de concreto para
pavimentação .................................................................................................... 66
Figura 4.11 - Absorção da água dos ECP com agregados de aciaria em
relação aos EPC com agregados naturais ......................................................... 66
Figura 4.12 - Índices de vazios dos elementos de concreto para
pavimentação .................................................................................................... 67
Figura 4.13 - Índices de vazios dos ECP com agregados de aciaria em
relação aos ECP com agregados naturais ......................................................... 68
Figura 4.14 - Massa especifica seca dos elementos de concreto para
pavimentação .................................................................................................... 68
Figura 4.15 - Massas especificas secas dos ECP com agregados de aciaria
em relação às ECP com agregados naturais ..................................................... 69
xviii
Figura 4.16 - Massa especifica saturada das elementos de concreto para
pavimentação .................................................................................................... 70
Figura 4.17 - Massas especificas saturadas das EPC com agregados de
aciaria em relação às EPC com agregados naturais .......................................... 70
Figura 4.18 - Resultado da expansibilidade dos elementos de concreto para
pavimentação .................................................................................................... 71
Figura 4.19 - Resultados de resistência à compressão dos elementos de
concreto para pavimentação .............................................................................. 72
Figura 4.20 - Resultados da resistência à flexão dos elementos de concreto
para pavimentação ............................................................................................ 73
Figura 4.21 - Resultados da resistência à tração x compressão simples dos
elementos de concreto para pavimentação........................................................ 74
xix
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Composição química das escórias de aciaria de conversores LD
no Brasil (CASTELO BRANCO, 2004). .............................................................. 16
Tabela 2.2 - Composição química das escórias de aciaria elétrica (GEYER et
al., 1994). .......................................................................................................... 17
Tabela 2.3 - Produção de aço bruto por processo de refino, no Brasil (IBS,
2009 apud DINIZ 2009). .................................................................................... 17
Tabela 2.4 - Características dos elementos e compostos químicos das
escórias de aciaria antes e após a hidratação (WEAST, 1971). ......................... 21
Tabela 2.5 - Parâmetros que influenciam na expansão das escórias de
aciaria (MACHADO, 2000). ................................................................................ 22
Tabela 2.6 - Composição química do cimento portland e de agregados
convencionais (TASONG et al., 1998) ............................................................... 26
Tabela 2.7 - Composição química de três amostras de calcário (TSIVILIS et
al., 1999) ........................................................................................................... 27
Tabela 2.8 - Composição química de escória de aciaria (WANG e YAN,
2010) ................................................................................................................. 27
Tabela 2.9 - Composição química de escória de aciaria (QUARAWI et al.,
2009) ................................................................................................................. 28
Tabela 2.10 - Propriedades físicas e químicas da brita calcária e da escoria
de aciaria ........................................................................................................... 28
Tabela 2.11 - Propriedades físicas de agregados graúdos e miúdos de
escória de aciaria (MANSO et al., 2006) ............................................................ 29
xx
Tabela 2.12 - Propriedades físicas de agregados graúdos e miúdos de
escória de aciaria (MANSO et al., 2006) ............................................................ 29
Tabela 2.13 - Codificação de alguns resíduos classificados como não
perigosos (ABNT, 2004) .................................................................................... 30
Tabela 3.1 - Origem e tipos de escórias utilizadas no estudo ............................ 32
Tabela 3.2 - Proporções de materiais utilizados para a moldagem de EPC ....... 34
Tabela 3.3 - Peneiras utilizadas no ensaio de granulometria. ............................ 38
Tabela 3.4 - Fator multiplicativo “p” (ABNT, 1987). ............................................ 51
Tabela 3.5 - Coeficiente de Student: intervalo de confiança i=95% (ABNT,
1987). ................................................................................................................ 53
Tabela 4.1 - Caracterização do cimento portland ARI (CPV) utilizado ............... 58
Tabela 4.2 - Resultados da analise química para as amostras brutas ............... 74
Tabela 4.3 - Resultados da analise química para as amostras lixiviadas ........... 75
Tabela 4.4 - Resultados da analise química para as amostras solubilizadas ..... 76
xxi
LISTA DE SÍMBOLOS
% Percentual
” Polegadas
σ0 Tensão inicial
AI2O3 Óxido de alumínio
°C Graus Celsius
C Carbono
CaO Óxido de cálcio
CO2 Dióxido de carbono
e Espaçamento entre os pinos de expansibilidade
e0 Espaçamento inicial entre os pinos de expansibilidade
e3 Espaçamento entre os pinos de expansibilidade com 3 dias de
idade
e7 Espaçamento entre os pinos de expansibilidade com 7 dias de
idade
e14 Espaçamento entre os pinos de expansibilidade com 14 dias
de idade
e56 Espaçamento entre os pinos de expansibilidade com 56 dias
de idade
xxii
FeO Óxido de ferro
FeO3 Tri-óxido de ferro
fp Resistência média dos elementos ensaiados à Ruptura
fpi Resistência individual dos elementos ensaiados à Ruptura
fpk Resistência característica à compressão
g Grama
km Quilômetros
kg Quilograma
m2 Metros quadrados
m3 Metros cúbicos
MgO Óxido de magnésio
MnO Óxido de manganês
mm Milímetro
MPa Megapascal
n Número de elementos da amostra
Pa/s Pascal por segundo
s Desvio padrão da amostra
S Enxofre
xxiii
SiO2 Dióxido de silício
t Coeficiente de Student em função do tamanho da amostra
xxiv
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland
AC Acre
BOF Blast Oxygen Furnace
CBR California Bearing Ratio
CEFET-MG Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
COPASA Companhia de Saneamento de Minas Gerais S.A.
CP Corpo de prova
CRCP Continuous Reinforced Concrete Pavement
EAF Eletric Arc Furnace
EAPP Escória de Aciaria Pós-processada
ES Espírito Santo
EUA Estados Unidos da América
FunTAC Fundação de Tecnologia do Estado do Acre
IAB Instituto Aço Brasil
IBS Instituto Brasileiro de Siderurgia
xxv
IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias
JEPC Jointed Plain Concrete Pavement
LD Linz-Donawitz
MG Minas Gerais
NBR Norma Brasileira de Regulamentação
nd Não determinado
OH Open Heart
Pn Peso natural
Ps Peso Seco
Paver Pavimento intertravado
EPC Elementos de concreto para pavimentação
PPC Peças Pré-moldadas de Concreto
PVC Polyvinyl Chloride
RJ Rio de Janeiro
S Sul
SE Sudeste
SP São Paulo
1
1 INTRODUÇÃO
A indústria da construção civil é responsável por 50% do consumo dos recursos
naturais do planeta (JOHN, 2000). A aplicação de resíduos na construção civil é
um fato consagrado, tendo em vista as tendências de sustentabilidade idealizada
mundialmente (HENDRIKS et al., 2000).
Conforme NETINGER et al. (2011) por séculos escórias de alto forno e de
aciaria foram usados para as mais variadas finalidades. Os primeiros relatos
referem-se a Aristóteles, que notou que escórias tinha sido usado como um
medicamento em 350 aC (GEISELER e VAITTINEN, 2002). Hoje em dia, no
entanto, elas são na sua maioria usadas na construção; como agente aglutinante
(MOTZ, 2002; HRN EN 197-1, 2005), como um ligante independente (COLLINS
e SANJAYAN, 1998; COLLINS e SANJAYAN, 1999; LECOMTE et al., 2006;
MELO NETO et al., 2008; BAKHAREV et al., 2002), como material de construção
para estruturas hidráulicas (JOOST, 2002), como um material para estabilização
de solo na construção de estradas, como um material para leitos de estradas ou
como um agregado em misturas asfálticas (GEISELER e VAITTINEN, 2002;
DUNSTER, 2002; EMERY, 1984 apud NETINGER et al., 2011).
O emprego da escória de alto-forno na indústria cimenteira existe a mais de 100
anos, onde os primeiros relatos publicados foram a partir do ano de 1862,
quando Eugene Langen demonstrou que escórias básicas moídas e misturadas
com a cal hidratada davam lugar a um material, que não alcançava as
qualidades do cimento Portland, mas que superava os sistemas que utilizavam
somente cal como ligante. Esta descoberta foi de fundamental importância e
contribuição para a reciclagem desse co-produto, pois só no Brasil 93,3% da
produção total das escórias de alto-forno são empregadas pela indústria
cimenteira para obtenção do cimento portland tipo-II composto com escória CP II
E - 32 (LIMA, 1999 apud BALTAZAR 2001).
Segundo LEITE (1997) apud BALTAZAR (2001), a escória de aciaria é resultante
da transformação do ferro gusa líquido e/ou sucata em aço. Em essência, trata-
2
se de uma oxidação seletiva de várias impurezas. Essa transformação é
resultante de fundentes, principalmente óxido de cálcio e fluorita, à carga
metálica (gusa liquido e/ou sucata) para a formação da escória. A fusão e o
refino da carga se processam através das reações de oxidação das impurezas
do aço, tais como silício, fósforo, enxofre, manganês e através da redução do
teor de carbono.
Segundo DINIZ (2009), no Brasil a geração de escória de aciaria foi de 3,2
milhões de toneladas no ano de 2007, sendo 68% deste total provenientes do
processo LD e 32% oriundos do processo das aciarias elétricas.
Os dados apresentados não incluem os programas de expansão das
siderúrgicas brasileiras, iniciados em 2008, e caso fossem considerados este
valor estimado seria de 6,8 milhões de toneladas em 2009, de acordo com o
Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS, 2007).
Atualmente, parte dessa produção é utilizada na construção civil, mas, para isso
ocorrer à escória de aciaria precisa passar por um processo de estabilização de
no mínimo seis meses, com o objetivo de transformá-la menos reativa
quimicamente.
BALTAZAR (2001) ressalta que 44% da geração de escória de aciaria são
estabilizadas nos pátios de disposição das siderúrgicas e são aplicadas como
agregados na construção de infra-estrutura rodoviária, estabilização
granulométrica de bases e sub-bases e como lastro em vias de transporte
ferroviário; e 56% de toda a geração são estocadas, formando um passivo
ambiental de 1,8 milhões de toneladas a cada ano.
O estudo da viabilidade para utilização do resíduo sólido de siderurgia, em
especial, a escória de aciaria, como agregados para construção civil ou ainda
como matéria prima em processos de engenharia, está condicionada à qualidade
do material, à suas características físicas, químicas e ambientais, além do custo
de reciclagem, que deve ser igual ou inferior ao passivo total para descartá-lo
adequadamente.
3
Na concepção de SILVA e MENDONÇA (2001), desde 1979, a escória de aciaria
é utilizada na infraestrutura de estradas em países como Estados Unidos da
América (EUA), Inglaterra, Japão e Canadá. BALTAZAR (2001) complementou
que no Brasil este uso teve início em 1986 com a execução de 100 km de base e
sub-base no Estado do Espírito Santo (ES).
Países como Grã-Bretanha, Alemanha, Polônia, França, Japão, EUA e Rússia
utilizam escória de aciaria, sozinha ou combinada, como agregado em
revestimentos asfálticos. SILVA e MENDONÇA (2001) relatam que pavimentos
construídos com este material suportaram tráfego pesado.
O estudo da viabilidade técnico-econômica da reciclagem de um determinado
resíduo pressupõe, basicamente, as etapas de levantamento de dados sobre a
disponibilidade do resíduo; caracterização quanto à composição química;
identificação das propriedades físicas, químicas e mecânicas, microestrutura e
reatividade ambiental; seleção de possíveis aplicações; e identificação das
propriedades do produto final, informações de grande relevância, que pode
indicar aspectos de interesse tanto para geradores quanto para consumidores.
1.1. Objetivo
1.1.1. Objetivo geral
Este trabalho teve como objetivo geral a produção de elementos de concreto
para pavimentação a partir da substituição total do agregado graúdo natural por
escória de aciaria.
1.1.3. Objetivos específicos
Entre os objetivos específicos deste trabalho destacamos:
4
- caracterização física dos agregados naturais para produção de elementos de
concreto para pavimentação;
- produção de agregados artificiais a partir do pós processamento de escórias de
aciaria nas misturas de diferentes siderúrgicas;
- caracterização física, química e ambiental dos agregados artificiais para
produção de elementos de concreto para pavimentação comparativamente os
agregados naturais;
- determinação de dosagens otimizadas para produção de elementos de
concreto para pavimentação a partir da substituição parcial de agregados
naturais por agregados artificiais (escória de aciaria).
- avaliação do comportamento mecânico dos elementos de concreto para
pavimentação produzidos com substituição parcial de agregados naturais por
agregados artificiais (escória de aciaria), comparativamente com aqueles
produzidos com agregados naturais.
- avaliação dos parâmetros relacionados a geometria estabilidade dimensional ,
absorção e porosidade de elementos de concreto para pavimentação produzidos
com substituição parcial de agregados naturais por agregados artificiais (escória
de aciaria), comparativamente com aqueles produzidos com agregados naturais.
- determinação do potencial contaminante ambiental das elementos de concreto
para pavimentação produzidas integralmente com agregados artificiais (escória
de aciaria) comparativamente elementos produzidas com agregados naturais.
- classificar ambientalmente as elementos produzidas com agregados de escória
de aciaria e agregados naturais.
5
1.1.3. Justificativa
A sociedade brasileira tem sofrido grandes transformações nos últimos tempos,
investimentos públicos e privados tem impulsionado a indústria e o comércio, e
contribuído para o desenvolvimento social. Tendo esse panorama favorável
podemos citar o aumento na produção de aço no Brasil em 2011 de 7,4% em
relação a 2010 e distribuição de renda ocorrida devido aos programas
governamentais para habitação e infra-estrutura. Todo esse crescimento das
demandas relacionadas à geração de resíduos pela siderurgia e dos impactos na
obras de infra-estrutura e construção civil, aliado a crescente necessidade de
ações que estimulam o crescimento econômico de forma sustentável é que se
propõe a produção de elementos de concreto para pavimentação quais possam
incorporar resíduos sólidos de siderurgias em sua matriz, evitando exploração de
recursos naturais e aumento de rejeitos. Acredita-se que esse produto ainda
contribuirá para a produção de vias de acesso modulares de alta durabilidade,
segurança e baixo custo de manutenção.
6
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Pavimentos
MEDINA (1997) define pavimento como sendo uma estrutura de múltiplas
camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de
terraplenagem, destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços
oriundos do tráfego de veículos e do clima, e a propiciar aos usuários melhoria
nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança.
Na concepção de SANTANA (1993), pavimento é uma estrutura sobre a
superfície obtida pelos serviços de terraplanagem com a função principal de
fornecer ao usuário segurança e conforto, obtidos sob o ponto de vista da
engenharia, com a máxima qualidade e o mínimo custo.
Enquanto, SOUZA (1980) entende por pavimento uma estrutura construída após
a terraplanagem por meio de camadas de vários materiais de diferentes
características de resistência e deformabilidade. Esta estrutura, assim
constituída, apresenta um elevado grau de complexidade no que se refere ao
cálculo das tensões e das deformações.
Nesse sentido, adota-se para este estudo a conceitualização de SOUZA (1980)
visto que há uma descrição minuciosa do assentamento dos elementos pré-
moldados em diferentes dimensões.
Em consonância com a NBR 7207 (ABNT, 2002), defini dentre as principais
funções de um pavimento:
resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais;
melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e à
segurança;
7
resistir aos esforços horizontais tornando, mais durável possível, a
superfície de rolamento.
Quando um pavimento é solicitado por uma carga de veículo Q, que se desloca
sobre o revestimento com uma velocidade V, fica sujeito a uma tensão normal na
direção vertical σ0 (de compressão) e uma tensão cisalhante na direção
horizontal τ0 (de cisalhamento), como apontado na Figura 2.1.
Figura 2.1- Cargas aplicadas em um pavimento (SANTANA, 1993)
As variadas camadas componentes da estrutura do pavimento possuem a
função de diluir a tensão vertical aplicada na superfície para que o subleito
receba uma parcela muito inferior desta tensão vertical. A tensão horizontal
aplicada na superfície exige que o revestimento possua uma coesão mínima
para suportar a parcela do esforço de cisalhamento (SANTANA, 1993).
Tradicionalmente, os pavimentos são classificados em Pavimentos flexíveis,
pavimentos rígidos, pavimentos semi rígidos ou semi flexíveis. A seguir são
apresentados os tipos de pavimentos.
8
2.1.1. Pavimentos flexíveis
Os pavimentos flexíveis são constituídos por camadas que trabalham muito ruim
à tração, quando comparadas às dos pavimentos rígidos (MARQUES, 2002).
Todas as camadas sofrem deformações elásticas significativas, sob um
carregamento aplicado e a carga é distribuída em parcelas equivalentes entre
suas camadas (PINTO e PREUSSLER, 2002). Na Figura 2.2 é apresentada uma
seção transversal típica de um pavimento flexível.
Figura 2.2- Seção transversal típica de um pavimento flexível (Adaptado de MARQUES,
2002)
Segundo SHACKEL (1990), os pavimentos intertravados constituídos de
elementos de concreto podem ser considerados pavimentos flexíveis, devido às
características que se assemelham às dos pavimentos asfálticos, como:
distribuição de cargas, deflexão, entre outras.
2.1.2. Pavimentos rígidos
Para PEIXOTO e PADULA (2008), o pavimento rígido é constituído por uma
placa de concreto de cimento Portland que desempenha papel de revestimento e
9
base ao mesmo tempo e sub-base que é a camada empregada com o objetivo
de melhorar a capacidade de suporte do subleito. Muitas vezes a sub-base é
chamada de base, e não se menciona a sub-base para o pavimento.
Ainda segundo os autores, que por causa da alta rigidez do concreto, a placa
distribui o carregamento para uma maior área de solo, quando comparado ao
pavimento flexível. Portanto, a maior parte da capacidade estrutural é provida
pela própria placa de concreto, ao contrário de pavimentos flexíveis, em que a
capacidade estrutural é atingida por camadas de sub-base, base e revestimento.
Mediante a importância da placa de concreto no pavimento rígido, a resistência
do concreto é o fator mais importante no projeto, principalmente a resistência à
tração. Pequenas variações na sub-base ou subleito têm pouca influência na
capacidade estrutural do pavimento. As sub-bases podem ser flexíveis –
estabilizadas granulometricamente ou utilizando-se macadame hidráulico – ou
semi-rígidas – estabilizadas com cimento, cal ou betume (PEIXOTO e PADULA,
2008). Um exemplo de seção característica de pavimento de concreto pode ser
visto na Figura 2.3.
Figura 2.3 - Seção transversal típica de um pavimento rígido (Adaptado de MARQUES,
2002)
10
2.1.3. Pavimentos semi-rígidos ou semi-flexíveis
MARQUES (2002) sustenta que os pavimentos semi-rígidos podem ser
considerados uma situação intermediária entre os pavimentos rígidos e flexíveis.
É o caso dos pavimentos constituídos, nas camadas de base e ou sub-base, por
misturas de solo-cimento, solo-cal, solo-betume, entre outras, que venham a
apresentar uma razoável resistência à tração.
2.2. Elementos de concreto para pavimentação
Blocos intertravados de concreto, também chamados de elementos pré-
moldadas de concreto, foram desenvolvidos, na Holanda, como um substituto
para blocos de tijolo de barro. Em 1980, a produção anual ultrapassava 45
milhões de metros quadrados, sendo 66% desse total aplicado em vias de
tráfego urbano. No final da década de 1990 chegou à impressionante marca de
produção de 100m² por segundo durante os dias úteis de trabalho (SMITH,
2003).
Os pavimentos intertravados são aqueles em que a camada de revestimento é
constituída por elementos pré-moldados de concreto (PPC). Uma técnica
moderna que resulta de uma evolução de procedimentos dos quais se
encontram relatos há 25 séculos, com a colocação de pedras justapostas em
seu estado natural. As primeiras pré-moldadas de concreto foram fabricadas no
final do século XIX e algumas patentes foram registradas antes da primeira
guerra mundial (MÜLLER, 2005).
Também são chamadas de Pavers ou elementos pré-moldadas de concreto
(PPC), chamada neste trabalho de elementos de concreto para pavimentação
(EPC) segundo nomenclatura usada pela NBR 9780 (ABNT, 1987), ilustradas na
Figura 2.4. Esse pavimento é bastante utilizado em: ciclovias, calçadas,
estacionamentos, jardins, parques, praças, vias urbanas, pátios, depósitos,
galpões industriais, estradas, acostamentos entre outros (FIORITI, 2010).
11
Figura 2.4- Elementos de concreto para pavimentação (MAKIS, 2010)
MÜLLER (2005) observa que as EPC foram reconhecidas pela melhor
uniformidade, visto que os elementos aparados e por, obviamente, não
necessitarem de reapareamento antes do assentamento final como acontecia
com as pedras naturais.
Na ótica de HALLACK (1998), a camada de revestimento composta por EPC é a
superfície de desgaste e cumpre, ainda, uma importante função estrutural.
Estabelece a condição de rolamento (conforto ao usuário), a durabilidade do
pavimento e contribui decisivamente para a função estrutural do pavimento
(distribuição de tensões) por meio de suas características de intertravamento,
além de suportar as tensões cisalhantes superficiais de contato das rodas dos
veículos.
Complementa o autor, dizendo que a capacidade de distribuição dos esforços da
camada de revestimento depende essencialmente de sua espessura, formato e
arranjo. Assim, compreende-se que a resistência à compressão individual dos
elementos possui pouca influência neste aspecto.
12
Desde a década de 1980, com a disponibilidade de equipamentos de grande
produtividade, a indústria de pavimentos intertravados de concreto cresce em
grandes proporções em todo o mundo. O que era material utilizado apenas em
áreas para proporcionar melhores efeitos arquitetônicos ou paisagísticos,
começou a dar lugar a um material versátil que possibilita a harmonização com
qualquer tipo de ambiente, inclusive o rodoviário e o industrial, estética e
estruturalmente (SMITH, 2003).
O mesmo autor citado anteriormente expõe que a cada cinco anos nos EUA
dobra-se a quantidade em metros quadrados de pavimentos que aplicam esta
técnica e afirmou que em 2005 foram utilizados mais de sessenta milhões de
metros quadrados nesse país.
A estrutura típica de um pavimento formada pelas camadas constituintes de um
pavimento de EPC é apresentada na Figura 2.5.
Figura 2.5- Estruturas típicas de um pavimento de ECP (HALLACK, 1998)
A capa de rolamento é formada por ECP, que compõem um revestimento de
grande durabilidade e resistência, assentadas sobre uma camada delgada de
areia. Este revestimento deve ser capaz de suportar as cargas e as tensões
provocadas pelo tráfego protegendo a camada de base do desgaste por abrasão
13
e a mantendo com baixos níveis de umidade permitindo melhor estabilidade do
material constituinte, em consonância com a Associação Brasileira de Cimento
Portland (ABCP, 1999) e HALLACK (1998).
A camada de base recebe as tensões distribuídas pela camada de revestimento.
Sua principal função é a de resistir e distribuir os esforços ao subleito, evitando
as deformações permanentes e a consequente deterioração do pavimento. Os
estudos, realizados por KNAPTON (1976), demonstram que a camada de base
deve ser uma camada pouco permeável, ou impermeável, para evitar a
penetração da água e a prematura deterioração do subleito.
Nesse sentido, as camadas constituintes da estrutura de um pavimento
intertravado possuem a função de distribuir a tensão normal vertical aplicada na
superfície, de tal maneira que o subleito receba uma parcela muito inferior desta
tensão o que caracteriza um pavimento flexível.
Segundo CRUZ (2003), alguns outros materiais começam a serem empregados
no projeto e na execução de pavimentos de EPC, como os geotêxteis. Eles
possuem a finalidade de proteger as camadas inferiores da infiltração de água,
evitar o bombeamento de finos e conter a fuga de materiais em áreas próximas
às contenções laterais, como: meio fios, drenos, caixas de serventia, entre
outros.
Os elementos de concreto para pavimentação são utilizados na pavimentação
das ruas do campus universitário da Universidade do Vale do Paraíba (Univap),
localizado no bairro Urbanova na cidade de São José dos campos (SP), ilustrada
na Figura 2.6. Estão sendo utilizadas desde o ano de 1992, por pedestres,
carros de passeio e ônibus escolares, com aproximadamente 22000 m2 foi
utilizadas (EPC), de 8 cm de altura com resistência à compressão de 35 MPa, o
pavimento com 19 anos de utilização se encontra com ótimo aspecto visual e
estado de conservação, fácil manutenção, menor redução no escoamento da
água superficial.
14
Figura 2.6- Pavimento pré-moldado de concreto, em São José dos Campos - SP.
2.2.1. Propriedades dos elementos de concreto para
pavimentação
Para CRUZ (2003), no que se refere às especificações de resistências
mecânicas é a interpretação dos resultados, não existe consenso sobre os
métodos de ensaios utilizados, tipos de equipamentos, corpos de prova (peça
inteira, cilindros, cubos serrados), condições de umidade da amostra a ser
ensaiada (saturada com superfície seca, seca em ambiente natural, seca em
estufa), idade de ensaio e número de corpos de prova que deve ter cada
amostra. Para que os pavimentos tenham durabilidade é necessário o controle
tecnológico dos EPC esteja relacionado com a resistência à abrasão e à
capacidade de suportar ciclos de gelo e degelo nos países de clima frio. Assim,
as especificações internacionais de durabilidade são norteadas pelas condições
climáticas, incluindo ou não resistência aos ciclos de gelo/degelo (CRUZ, 2003).
15
Evidencia SIMIELI et al. (2007), com o passar do tempo, mediante a utilização e
a distribuição das cargas, o pavimento foi adquirindo e melhorando a sua forma
estrutural com o travamento dos EPC, elementos pré-moldadas de concreto
chamadas de intertravamento (lock up).
A resistência é calculada de acordo com a NBR 9781 (ABNT, 1987b) e é
estimada à compressão dos elementos conforme NBR 9780 (ABNT, 1987a) que
deve ser de 35 MPa para as solicitações de veículos comerciais de linha ou 50
MPa, quando houver tráfego de veículos especiais ou solicitações capazes de
produzir acentuados efeitos de abrasão (SIMIELI, 2007).
Foi relatado por SHACKEL (1990 apud CRUZ, 2003), que entre as décadas de
1970 e 1980, independentemente do tipo de clima do país, ou mesmo da
resistência das EPC, será indispensável realizar os ensaios de abrasão, para
garantir a qualidade do pavimento que será executado.
2.3. Escória de Aciaria
A escória de aciaria é um subproduto siderúrgico formado por óxidos básicos,
resultantes da oxidação de elementos presentes na carga metálica decide no
sopro ou adição de fundentes e fluentes, que não estarão presentes na
composição do aço. Os tipos e quantidades dos óxidos presentes na escória de
aciaria dependem do tipo de matéria prima utilizada, do tipo do aço que se
pretende obter, e até mesmo do tipo de forno e de seu revestimento
(NASCIMENTO, 2007).
Na Europa, cerca de 12 milhões de toneladas de escória de aciaria é produzido
anualmente (MOTZ e GEISELER, 2000). Este material tem sido considerado um
excelente material artificial prima para a produção de agregado para diversas
aplicações em engenharia civil.
A escória de aciaria é resultante da transformação do ferro gusa líquido e/ou
sucata em aço. Em essência, trata-se de uma oxidação seletiva de várias
impurezas. Essa transformação é obtida pela oxidação de alguns elementos no
16
banho com oxigênio, mediante a adição de fundentes, principalmente, óxido de
cálcio e fluorita, à carga metálica (gusa líquido e/ou sucata) para a formação da
escória. A fusão e o refino da carga se processam por reações de oxidação das
impurezas do aço, como: silício, fósforo, enxofre, manganês, Blast Oxygen
Furnace (BOF) e Eletric Arc Furnace (EAF).
A função da escória siderúrgica são agregar as impurezas do processo
separando-as do banho. As escórias podem ser resultantes de diversos
processos metalúrgicos, por exemplo, de ferro, aço, níquel, manganês, cromo,
cobre, entre outros. Os diversos tipos de escória têm funções semelhantes,
porém, variam extremamente nas suas propriedades químicas e físicas
(BALTAZAR, 2001).
A Tabela 2.1 e a Tabela 2.2 apresentam a composição química básica das
escórias de aciaria produzidas pelos conversores LD no Brasil e escórias de
aciaria elétrica em alguns países do mundo, respectivamente.
Tabela 2.1- Composição química das escórias de aciaria de conversores LD no Brasil
(IBS, 1998 apud CASTELO BRANCO, 2004).
Composto Brasil (%)
CaO 6-45
SiO2 7-16
Al2O3 1-4
FeO 8-30
MgO 1-9
MnO 3-7
S -
17
Tabela 2.2 - Composição química das escórias de aciaria elétrica (GEYER et al., 1994).
Composto Brasil (%) EUA (%) Japão (%) Itália (%) Alemanha (%)
CaO 33 41 40 41 32
SiO2 18 17 25 14 15
Al2O3 6 8 5 7 4
FeO 30 18 19 20 31
MgO 10 10 4 8 10
MnO 5 4 7 6 4
S - 0,2 0,06 0,1 0,1
P2O5 - 0,6 - 0,9 1,4
Quanto ao processo de refino, a fabricação do aço pode ser dividida em 3
grandes grupos: LD (Linz-Donawitz) ou BOF (Blast Oxygen Furnace) que utiliza
o conversor a oxigênio, elétrico, EAF (Eletric Arc Furnace) que utiliza o forno de
arco elétrico e OH (Open Heart) que utiliza o forno Siemens-Martin. A produção
do aço no Brasil, é cerca de 80% pelo processo LD e cerca de 20% pelo
processo que utiliza forno arco elétrico e apenas 1,9% pelo forno Siemens-
Martin. A Tabela 2.3, extraída do Instituto Brasileiro de Siderurgia, apresenta a
produção do aço bruto no Brasil dividido pelo processo de refino.
Tabela 2.3 - Produção de aço bruto por processo de refino, no Brasil (IBS, 2009 apud DINIZ 2009).
Processo de Aciaria 10 6 toneladas Forno de Refino
Oxigênio (LD / BOF) 43,8 Conversor a Oxigênio
Elétrico (EAF) 29,8 Forno de Arco Elétrico
As escórias de aciaria, tanto de alto forno quanto elétrica, depois de beneficiadas
tornam-se agregados siderúrgicos. Estes agregados são definidos, pelo IBS
(1998), como material não metálico e podem ser classificados como agregado
bruto, graduado de alto forno – oriundo da escória de alto forno – ou como
agregado graduado de aciaria – derivado da escória de aciaria elétrica.
Representa-se, na Figura 2.7, o circuito da geração de resíduos na aciaria
elétrica (EAF) e na aciaria a oxigênio (LD).
18
Figura 2.7- Esquema da produção de ferro-gusa e processos de produção do aço, com
suas respectivas etapas de geração de escória (Adaptado de MASUERO, 2001)
Após a saída do forno a escória é resfriada e britada. Posterior a britagem, por
meio de correias rolantes, a escória é separada por bitolas. No processo este
resíduo passa por um eletroímã que separa a escória rica em ferro que poderá
voltar para o forno (POLESE, 2007).
Como descrito pelo autor, existem basicamente três métodos de resfriamento da
escória: ao ar, controlado com água e brusco com água ou ar. O primeiro é mais
utilizado em escórias de aciaria, e o último para escórias de alto forno. Ao ser
resfriada, a escória sofre um choque térmico, uma fragmentação dos seus
blocos, gerando um material denominado escória bruta de aciaria, cuja
granulometria varia entre 0 (zero) e 500mm.
A Companhia Siderúrgica de Tubarão experimenta vários processos de
resfriamento, como: ultralento, lento, rápido e ultrarápido. A escória separada por
Minério + Fundente + Carvão
++carv ~ccccarv cacccccrvão
Escória de
alto = forno
FERRO-GUSA
CONVERSOR LD
Gusa Líquido + Sucata*
Carga Q
Escória de
Aciaria LD
FORNO PANELA
AÇO PARA LINGOTAMENTO
FORNO ELÉTRICO A ARCO
Sucata + Gusa Líquido*
SUCATA
Escória oxidante de
aciaria elétrica
Escória redutora de
aciaria elétrica
19
bitolas tem outras utilizações, como a indústria da construção civil ou fertilizante
e corretivo de solo (POLESE, 2007).
Em 2009, das 27 usinas produtoras de aço das empresas associadas, 23 já
tinham obtido a certificação de seus sistemas de gestão ambiental pela norma
ISO14001 e outras duas estavam em processo de certificação. Essas usinas
foram responsáveis por mais de 99% da produção de aço bruto do setor no
período (IAB, 2010).
As empresas do setor investiram mais de R$ 778 milhões, ao longo de 2009, em
melhoria ambiental de processos relacionados com a produção e operação das
suas usinas. Esse investimento foi feito em ações de modernização e
manutenção de sistemas de controle e tratamento ambiental dos processos
produtivos, como sistemas de ‘desempoeiramento’, monitores para chaminés e
gestão de resíduos, efluentes, entre outros (IAB, 2010).
Além do valor investido em ações relacionadas com a produção e operação, as
empresas do setor destinaram, no ano, mais R$ 389,4 milhões para ações
externas voltadas ao meio ambiente, como programas de educação ambiental,
gestão de áreas verdes e preservação e recuperação ambiental de áreas
externas (IAB, 2010).
Há um esforço contínuo das empresas para reduzir o consumo das diferentes
matérias-primas e estabelecer processos cada vez mais eficientes. Tais
iniciativas costumam trazer resultados significativos, tanto do ponto de vista
econômico, reduzindo custos, quanto ambiental, minimizando o uso de recursos
naturais não renováveis e os impactos sobre a natureza (IAB, 2010).
Conforme IAB (2010), dentre as iniciativas para melhor aproveitamento de
materiais estão:
reciclagem da sucata gerada interna e externamente - sucatas de
retorno, de processo e de obsolescência.
20
reutilização de resíduos e co-produtos gerados no processo - escórias,
carepas, finos, pós, lamas das estações de tratamento de efluentes, entre
outros.
reaproveitamento dos gases do alto forno, aciaria e coqueria, para
geração de energia.
Um dos mais importantes campos de aplicação da escória de aciaria é o seu
emprego como agregado na pavimentação rodoviária. Neste contexto, a escória
de aciaria é utilizada como infraestrutura de pavimentos, porém, problemas
relacionados com a sua expansão e a sua estabilização, além de práticas
inadequadas de uso que implicam em restrições quanto à sua utilização
(RAPOSO, 2005).
A adoção do reuso por parte de uma empresa ajuda a preservar os recursos
naturais, reduz a destruição da paisagem, contribui para a melhoria da saúde e
segurança da população em geral e de seus trabalhadores, prolonga o ciclo de
vida dos materiais e, com isso, diminui o consumo de recursos naturais não
renováveis, conservando o meio ambiente e evitando a exaustão de certas
reservas naturais (ALVES, 2007).
2.3.1. Expansibilidade da escória de aciaria
A hidratação do óxido de cálcio de livre (CaO) e do óxido de magnésio livre /
periclásio (MgO) é o principal responsável pelas características expansivas das
escórias de aciaria. Contudo, a porcentagem dos elementos e compostos
presentes na composição química das escórias de aciaria varia em virtude do
processo que foram submetidas: conversores de oxigênio LD e fornos elétricos a
arco (MACHADO, 2000).
A Tabela 2.4 apresenta as variações ocorridas nas escórias de aciaria antes e
após a hidratação dos seus principais elementos e compostos constituintes.
21
Tabela 2.4 - Características dos elementos e compostos químicos das escórias de aciaria antes e após a hidratação (WEAST, 1971).
Fórmula Nome Densidade
(g/cm³) Massa Molar
(g/mol) Volume Molar
(cm³/mol) Variação de volume (%)
MgO Perciclásio 3,58 40,31 11,26 Em relação
ao MgO
Mg(OH)2 Brucita 2,36 58,33 24,72 119,5
CaO Cal 3,38 56,08 16,59 Em relação
ao CaO
Ca(OH)2 Portlandita 2,24 74,09 33,08 99,40
CaCO3 Calcita
Argonita
2,93
2,71
100,09
100,09
34,16
36,93
105,90
122,60
CaCO3.
MgCO3 Dolomita 2,87 184,41 64,25 287,30
Fe0 Ferro
(metálico) 7,86 55,85 7,11
Em relação ao Fe
FeO Wustita 5,70 71,85 12,61 77,40
Fe2O3 Hematita 5,24 159,69 30,48 328,70
Fe(OH)2 Hidróxido de
Ferro 3,40 89,86 26,43 271,17
FeO(OH) Goetita 4,28 88,85 20,76 192,00
O aumento considerável de volume dos elementos em relação às dimensões
originais seja por meio de hidratação, carbonatação (CaCO3 e CaCO3.MgCO3)
ou oxidação (FeO e Fe2O3) acarreta a expansão destrutiva das escórias de
aciaria.
Uma forma indireta de avaliar a presença de Fe0 é por meio do ensaio de teor de
metais ferrosos, que consiste em passar o material em um separador magnético
e avaliar o percentual de material que ficou retido no separador. Os metais
ferrosos são aqueles que contêm elevados percentuais de ferro na forma
metálica, esses materiais são magnetizáveis, sendo atraídos por imas. Os
principais representantes dos metais ferrosos são os aços e os ferros fundidos.
22
A expansibilidade das escórias de aciaria representa um agravante para sua
aplicação em razão da variação volumétrica dos elementos e compostos
constituintes, entretanto, estudiosos acreditam que a adoção de critérios que
estipulam valores limite destes poderiam ser usados como parâmetro de
classificação, visto que experimentos práticos demonstram instabilidade
dimensional apenas para determinados teores (MACHADO, 2000).
A Tabela 2.5 apresenta os principais parâmetros que influenciam na expansão
das escórias de aciaria.
Tabela 2.5 - Parâmetros que influenciam na expansão das escórias de aciaria (MACHADO, 2000).
Elementos e Compostos químicos
Parâmetros que influenciam na expansão
Mecanismos
Cão e MgO
Teor dos elementos no estado livre; Umidade; Temperatura; Teor de CO2; Tamanho dos grãos de escória.
Hidratação
Fe0
Teor de Fe0; Umidade; Tempo de exposição ao ar; Teor de oxigênio no resfriamento; Tamanho dos grãos de escória.
Oxidação
C2S
Velocidade de resfriamento; Impurezas iônicas; Temperatura de resfriamento; Basicidade das escórias.
Transformação alotrópica
Sabe-se que estabilização da escória de aciaria está diretamente associada à
formação de produtos estáveis. Ademais, os compostos formados são
volumetricamente estáveis, em razão do tempo de estocagem, do grau de
exposição do material à umidade, da temperatura e do teor de CO2. Deste modo,
para minimizar a expansibilidade das escórias de aciaria é importante que o
material esteja sujeito às condições que permitam, no decorrer do tempo, a
hidratação ou carbonatação completa de todos os elementos e compostos
químicos constituintes (MACHADO, 2000). Segundo SEKI et al. (1986) citado por
MACHADO (2000) as escórias de aciaria quando expostas à ação das
intempéries, estabilizam-se num período mínimo de 3 meses.
23
2.3.2. Aplicações em engenharia
Para HENDRIKS et al. (2007), reutilização e não é fenômeno novo. Os rejeitos
de materiais começaram a ser usados em construções na Holanda, em 1920.
Durante esse período, entulho e escória eram processados como agregados, no
então, chamado de concreto de brita, usado para a construção de edifícios
residenciais, embora em escala limitada. Rejeitos de materiais eram também
reutilizados em outros países. Em Avesta (Suécia), por exemplo, ainda há um
forno de rocha de escória de aço que data de 1874.
Salienta o autor que, uma das aplicações mais comuns das escórias de refino,
após a estabilização da expansão, é como agregado em obras de engenharia
civil podendo-se citar, do ponto de vista de estradas, o seu emprego em
ferrovias, como lastro e sublastro, em rodovias, como serviços de pavimentação
e infraestrutura. Pode-se referir, também, ao seu uso na contenção de encostas,
na forma de gabiões, na indústria do cimento e como fonte de ferro na
agricultura.
JOHN (1995) considerou que a natureza expansiva da escória de aciaria e a
inexistência de critério técnico de execução simples para que se possa detectar
a sua estabilização têm sido os principais fatores que influenciam na
durabilidade das obras de engenharia realizadas com este material. Por outro
lado, poucos resultados têm sido publicados em periódicos nacionais e
internacionais, nesta área, sendo este um campo aberto a investigações.
GEYER (1996) verifica que o fator limitante da reutilização das escórias de
aciaria é exatamente o cal livre que permanece como parte de sua matéria prima
que ainda não reagiu. Neutralizar a ação deste cal ou ainda eliminá-lo da escória
de forma econômica, bem como identificar um método de ensaio expedito que
permita avaliar o aspecto estabilidade volumétrica das escória é um desafio a ser
vencido para o melhor aproveitamento deste resíduo industrial.
Em um estudo realizado na Espanha, por LIMA (1999), sobre a utilização da
escória de aciaria de forno elétrico como agregado miúdo e graúdo para
concreto, os resultados indicaram melhor desempenho quanto às resistências
24
mecânicas e aos concretos de escória em relação aos agregados convencionais.
Foram realizados ensaios de durabilidade, ataque por sulfatos, carbonatação,
ataques da água do mar e reação álcali-agregado. A escória de aciaria
apresentou bom desempenho frente aos ensaios.
SILVA (2001) investigou o desempenho do concreto produzido com agregado
graúdo de escória de ferro-cromo e verificou que a relação água-cimento e a
idade exercem efeitos significativos na resistência do concreto à compressão.
MACHADO et al. (2002) pesquisaram o emprego das escórias de aciaria como
agregados na construção civil e verificou que a expansibilidade da escória está
diretamente ligada ao tamanho dos grãos. O tempo de estabilização relacionado
com o tamanho das partes de escória expostas à umidade e ao CO2 na pilha de
estocagem.
O sucesso do uso de escória de aciaria em concreto tem sido relatada por
MASLEHUDDIN et al. (2003), que descobriu que as propriedades físicas do
agregado de escória de aciaria foram superiores aos dos agregados de calcário
moído, e que o concreto preparado com escória de aciaria apresentou
desempenho melhor do que o concreto preparado com agregados de calcário,
especialmente em relação à resistência e durabilidade.
Algumas tentativas foram feitas para uso de escória de aço na produção de
tijolos de argila (SHIH et al, 2004). No caso mencionado, verificou-se que,
quando até 10% de argila foi substituído por escória, as propriedades finais dos
tijolos ainda atenderam aos requisitos da norma pertinente.
Verificaram MANSO et al. (2006) que, durabilidade do concreto com escória é
aceitável e menor que a durabilidade do concreto convencional. O estudo do
desempenho ambiental foi realizado por meio do ensaio de lixiviação e
comprovado que os efeitos de alguns elementos tóxicos presentes ficaram
encapsulados no concreto.
NASCIMENTO (2007) examinou o potencial para uso da escória proveniente da
reciclagem do aço em concreto de cimento Portland, em substituição total aos
25
agregados convencionais (areia e brita) em concretos não estruturais e conclui
que, estatisticamente, o desempenho dos dois concretos foi igual.
STIEF (2009) pesquisou produção viga de concreto armado convencional e viga
de concreto armado com escória de aciaria por extensometria, verificando a
viabilidade da utilização de rejeitos da indústria siderúrgica como agregado para
o concreto armado estrutural em substituição ao agregado natural, sendo
comparada a deformação entre as vigas.
Recentemente NETINGER et at. (2011) investigou a possibilidade de se utilizar
escórias de aciaria como um agregado de concreto. Os resultados obtidos
mostraram que as frações grosseiras escória são adequadas para aplicação em
concreto e concluiu que as escórias podem ser um bom substituto para os
agregados naturais.
BASSETO e BALDO (2011) apresentaram os resultados, em substituição dos
agregados naturais por agregados de escória de aciaria, na composição do
concreto asfáltico para pavimentos flexíveis. A pesquisa experimental contou
com composição química, a lixiviação e propriedades mecânicas das escórias, e
caracterização e desempenho dos conglomerados betuminosos. Todas as
misturas com a escória de aciaria satisfizeram os requisitos.
DUCMAN e MLADENOVIC (2011) estudaram a possível utilização de escória de
aciaria de forno elétrico a arco em concretos refratários. Os autores verificaram
que escória passa por uma transformação mineralógica de wustite em magnetita
quando aquecido a temperaturas superiores a 800°C, essa transformação é
acompanhado pela expansão volumétrica, que apresenta fissuras no concreto o
refratário e piora drasticamente suas propriedades mecânicas. Esta
transformação é irreversível, de modo que quando escória é aquecida a uma
temperatura de 1000°C antes de seu uso para o concreto refratário, os produtos
finais apresentam propriedades mecânicas que são comparáveis aos de
concreto com agregado refratário convencional, por exemplo, bauxita.
26
WANG et al. (2011) estudos a influência da escória de aciaria na hidratação do
cimento. Os resultados mostraram que a escória de aciaria promove o grau de
hidratação do cimento em idades posteriores.
WANG (2010) estudou a expansibilidade de agregados graúdos de escória de
aciaria com a utilização de autoclave. Com base nos resultados, o uso de
escória de aciaria em condições de confinamento pode ser desenvolvido.
Com base nas diversas publicações recentes sobre a utilização de escória de
aciaria como agregados, o presente trabalho corrobora com o desenvolvimento
cientifico e tecnológico sobre o tema abordado.
2.3.2.1. Agregados de escória de aciaria
Agregados utilizados em concretos comumente apresentam composições
químicas distintas. TASONG et al. (1998) em seus estudos apresentou
resultados de agregados comumente utilizados em concretos (Tabela 2.6).
Tabela 2.6 - Composição química do cimento portland e de agregados convencionais (TASONG et al., 1998)
Composição Cimento portland
Basalto Areia natural
Calcário Quartzito
SiO2 20,78 50,14 97,36 2,10 96,28
Fe2O3 3,74 10,56 0,04 0,03 0,26
AL2O3 4,52 14,64 0,56 0,05 0,65
CaO 63,53 8,60 0,03 54,07 0,05
MgO 1,19 7,49 0,05 0,33 0,05
SO3 2,81 0,05 0,05 0,58 0,06
Na2O 0,47 2,95 0,23 0,24 0,16
K2O 0,78 0,47 0,02 0,02 0,19
P2O5 0,13 0,16 0,02 0,01 0,02
TiO2 0,21 1,71 0,10 0,01 0,10
MnO 1,10 0,15 0,01 0,01 0,01
Perda ao fogo em 800°C
1,13 2,16 0,17 42,22 1,04
Total 99,39 99,11 98,60 99,14 98,86
27
Segundo TSIVILIS et al. (1999) as rochas calcarias para utilização precisam
atender os parâmetros da prEN 197-1,e em seus estudos eles classificaram 3
amostras de calcário sendo o que primeiro (Ll) tem um maior teor de calcita,
enquanto a segunda e terceira amostras contêm quantidades significativas de
dolomita (L2) e de quartzo / argila (L3), respectivamente. Os valores da
composição química realizada são apresentados na Tabela 2.7.
Tabela 2.7 - Composição química de três amostras de calcário (TSIVILIS et al., 1999)
Constituintes L1 L2 L3
SiO2 0,61 0,10 8,25
AL2O3 0,15 0,16 1,52
Fe2O3 0,17 0,02 0,62
CaO 53,36 49,51 47,09
MgO 1,47 4,99 1,45
K2O 0,02 0,01 0,30
Na2O 0,00 0,02 0,06
Perda ao fogo 43,54 44,35 37,50
WANG e YAN (2010) determinaram a composição química da escoria de aciaria
(Tabela 2.8) que apresentaram resultados bem distintos em relação aos
resultados encontrados para rochas calcárias (Tabela 2.7) apresentados por
TSIVILIS et al. (1999)
Tabela 2.8 - Composição química de escória de aciaria (WANG e YAN, 2010)
SiO2 Al2O3 FeO * Fe2O3
CaO MgO Na2O Perda ao fogo
17,09 4,53 23,86 40,46 10,46 0,42 0,91
QUARAWI et al. (2009) apresentou resultados da composição química da
escoria de aciaria (Tabela 2.9 ) que também apresentaram resultados bem
distintos em relação aos resultados encontrados para rochas calcárias (Tabela
2.7) apresentados por TSIVILIS et al. (1999).
28
Tabela 2.9 - Composição química de escória de aciaria (QUARAWI et al., 2009)
Óxidos (%)
Fe2O3 97,05
MnO 1,01
TiO2 0,8
SiO2 0,4
MgO 0,4
CaO 0,4
C 0,23
S 0,21
Solubilização da água 0,009
MASLEHUDDIN et al. (2003) comparou propriedades físicas e químicas de
agregados graúdos de calcário e de escória de aciaria. Nos resultados
apresentados por MASLEHUDDIN et al. (2003) percebe-se que o agregado de
escória de aciaria apresentou-se superior à brita calcária nos parâmetros de
propriedades físicas e composição química distinta (Tabela 2.10).
Tabela 2.10 - Propriedades físicas e químicas da brita calcária e da escoria de aciaria.
Propriedades físicas e químicas Brita calcária Agregados de escória de aciaria
Massa especifica (g/cm3) 2,54 3,51
Absorção de água (%) 2,20 0,85
Material friável e torrões de argila (%)
0,66 0,12
Perda na abração (%) 24,2 11,6
CaCO3 95,0 10,0
SiO2 5,0 1,0
Fe2O3 0,0 89,0
MANSO et al. (2006) apresentaram em seu trabalho as propriedades físicas e
químicas de agregados graúdos e miúdos de escória de aciaria (Tabela 2.11 e
Tabela12).
29
Tabela 2.11 - Propriedades físicas de agregados graúdos e miúdos de escória de aciaria (MANSO et al., 2006)
Propriedades físicas Agregado graúdo Agregado miúdo
Tamanho das partículas (mm) 4-20 0-4
Massa especifica aparente (Mg/m3) 3,35 3,70
Absorção de água (%) 10,5 -
Perda na abrasão Los Angeles (%) <20 -
Expansão média (ASTM D-4792) 0,25% 0,25%
Tabela 2.12 - Propriedades físicas de agregados graúdos e miúdos de escória de aciaria (MANSO et al., 2006)
Composição química Porcentagem da massa
EAF Slag Cimento portland
Ʃ Óxidos de ferro 42,5 3,7
SiO2 15,3 21,9
CaO 23,9 64,2
AL2O3 7,4 5,1
MgO 5,1 0,9
MnO 4,5 0,01
SO3 0,1 3,3
Outros (P2O5+TiO2+Na2O+K2O) 1,0 0,9
CaO livre 0,45 Não mensurado
MgO livre ~ 1,0 Não mensurado
Fase vítrea <5,0 Não mensurado
Em todos os trabalhos apresentados anteriormente percebe-se que os valores
de óxidos de ferro nas escórias de aciaria estudadas foram superiores aos
valores comumente encontrados para agregados naturais.
2.4. Classificação de resíduos sólidos
A NBR 10004 (ABNT, 2004) define os resíduos sólidos como sendo os resíduos
no estado sólido e semi-sólido, que resultem de atividades da comunidade de
origem: industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola e de serviços de
varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de
tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de
30
controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades
tornem inviáveis o seu lançamento em rede pública e de esgotos ou de corpos
de água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em
face à melhor tecnologia disponível.
A ABNT (2004) define que a classificação de resíduos envolve a identificação do
processo ou atividade que lhes deu origem e de seus constituintes e
características e a comparação destes constituintes com listagens de resíduos e
substâncias cujo impacto à saúde e ao meio ambiente é conhecido.
Os resíduos são classificados em resíduos classe I – Perigosos e resíduos
classe II – Não perigosos. Os resíduos classe II são divididos em resíduos classe
II A – Não inertes e os resíduos classe II B – Inertes (ABNT, 2004).
Os Resíduos classe II A - Não inertes são aqueles que não se enquadram nas
classificações de resíduos classe I - Perigosos ou de resíduos classe II B -
Inertes. Os resíduos classe II A – Não inertes podem ter propriedades, tais
como: biodegradabilidade, ‘combustibilidade’ ou solubilidade em água. Na
Tabela 2.13 é apresentado alguns resíduos classe II.
Tabela 2.13 - Codificação de alguns resíduos classificados como não perigosos (ABNT, 2004)
31
3. MATERIAIS E MÉTODOS
O presente trabalho teve um programa experimental para o atendimento aos
objetivos geral e específico. Na Figura 3. é apresentado um fluxograma sucinto
do programa experimental desenvolvido.
Figura 3.1- Fluxograma do programa experimental.
32
3.1. Aquisição dos materiais
Neste trabalho foi estudado o uso de escória de aciaria na produção de
elementos de concreto para pavimentação, para isso foram utilizados materiais
provenientes de quatro usinas siderúrgicas. Coletou-se uma tonelada de amostra
em cada uma das quatro indústrias, todas localizadas na região Sudeste do
Brasil, como indicado no Tabela 3.1.
Tabela 3.1 - Origem e tipos de escórias utilizadas no estudo.
USINA MUNICÍPIO TIPOS DE ESCÓRIA
ESTADO REGIÃO
Arcelor Mittal Piracicaba AE1 SP SE
Arcelor Mittal Juiz de Fora AE MG SE
Arcelor Mittal João Monlevade LD2 MG SE
Usiminas Nipon Steel Ipatinga LD MG SE
As escórias utilizadas foram encaminhadas para a empresa Ciclo Metal,
especializada em operação de pós-processamento e recuperação de materiais
metálicos de escórias de aciaria, situada no Município de Itaúna (MG). Estas
escórias passaram por processo de reciclagem, segregação e classificação, com
o objetivo de retirada dos constituintes metálicos.
Na Figura 3.2 apresenta-se a estocagem das amostras de escória de aciaria, em
sacos de lona com capacidade de 500 litros, sobre paletes, no galpão onde
também foram moldados as elementos para pavimentação, mostrando as
matérias prima: areia (AR-EAPP 1), pedrisco (AR-EAPP 2 A) e brita 0 (AR-EAPP
2 B).
1 AE - Aciaria elétrica;
2 LD – Linz Donawitz
33
Figura 3.2 - Armazenagem das amostras de escória de aciaria.
Estas amostras passaram por um método de segregação magnética
especializada e foram submetidas aos processos de estabilização e inertização,
que tem por finalidade neutralizar os efeitos prejudiciais da expansão de
elementos como o óxido de cálcio (CaO) e o óxido de magnésio (MgO).
A empresa ciclometal tem como objetivo o desenvolvimento da separação dos
constituintes metálicos, principalmente no que diz respeito a materiais ferrosos
das escorias de aciaria. A empresa em questão utiliza-se de processos de
separação magnética, separando o aço e o ferro metálico do material cerâmico o
residual metálico não ferroso com o objetivo de comercialização dos metais
ferrosos como sucata. Sendo assim os constituintes da escoria de aciaria,
sobram ao final do processo como resíduo do processo que a empresa
desenvolve. Com isso, a escória utilizada neste trabalho não possui nenhum
custo associado, uma vez que o processo em questão foi desenvolvido e pago,
pela venda do resíduo metálico como sucata.
A escória obtida após este processo recebeu o nome de escória de aciaria pós-
processada (EAPP), a qual foi encaminhada para a empresa para a fabricação
34
de elementos de concreto para pavimentação (ECP), situada no Município de
Pedro Leopoldo (MG).
Para a produção de ECP foram utilizadas duas proporções de materiais. A
primeira mistura foi utilizada para fabricar ECP, chamada neste trabalho de ECP
de referência. Esta mistura foi realizada para parâmetro de comparação, sendo
confeccionada com cimento, água e agregados naturais, comumente utilizados
pela empresa Unistein. Na segunda mistura, os agregados naturais graúdos
foram substituídos parcialmente por agregados reciclados de EAPP. Estes
agregados foram classificados segundo a sua distribuição granulométrica. O
agregado reciclado de EAPP na faixa granulométrica passante na peneira com
abertura 4,8mm e retida na peneira com abertura 2,0mm foi denominado AR-
EAPP 1 e o agregado reciclado de EAPP na faixa granulométrica passante na
peneira com abertura 6,3mm e retida na peneira com abertura 4,8mm foi
denominado AR-EAPP 2.
O AR-EAPP 2 foi obtido através de uma mistura entre os agregados
classificados com a denominação de pedrisco (AR-EAPP 2 A) e brita 0 (AR-
EAPP 2 B).
As proporções utilizadas (traços) nas moldagens podem ser observadas na
Tabela 3.2.
Tabela 3.2 - Proporções de materiais utilizados para a moldagem de ECP
Materiais Quantidades (kg)
Proporção de referência Proporção com EAPP
Cimento 78,00 78,00
Agregado miúdo convencional
295,00 295,00
Agregado graúdo convencional
135,00 -
AR-EAPP 1 - 88,00
AR-EAPP 2 - 88,00
Água 32,76 32,76
35
O cimento utilizado nas misturas foi caracterizado pelos ensaios de perda ao
fogo, pela massa específica e pelo módulo de finura.
A água utilizada na pesquisa foi a que abastece o laboratório de materiais e os
demais laboratórios do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas
Gerais (CEFET-MG), proveniente da Companhia de Saneamento de Minas
Gerais S.A. (COPASA), responsável pelo tratamento e distribuição de água
potável da cidade de Belo Horizonte.
3.2. Métodos
As escórias de aciaria coletadas nas usinas foram transportadas em caminhões
para a empresa especializada. “Onde, fora descarregada, britada e separada em
faixas granulométricas, com material passante na peneira malha 3/8” e abertura
de 9,5mm.
Após o peneiramento, a escória passou por um processo de retirada das
partículas metálicas por meio de sistema gravimétrico-magnético. Para
estabilização e inertização, a escória foi espalhada em pátio, onde foi virada e
revirada durante dez dias. A posteriori, a escória recebeu o nome de Escória de
Aciaria de Pós Processada (EAPP).
Coletaram-se amostras em tambores de Polyvinyl Chloride (PVC) com
capacidade volumétrica de duzentos litros para as diferentes faixas
granulométricas produzidas. Estas amostras foram transportadas para o CEFET-
MG/Campus II, onde foi realizada a caracterização.
36
3.2.1. Caracterização da escória
3.2.1.1. Determinação do teor de constituintes metálicos
ferrosos
A caracterização da EAPP contou com diversos procedimentos. A primeira
análise realizada foi a determinação do teor de constituintes metálicos ferrosos.
Para esta análise, o material foi secado em estufa na temperatura de (105°C -
110°C), até constância de massa. Foi medida a massa de 2.500g do material e
passado três vezes até a constância de massa por um cone magnético com o
objetivo de reter as partículas ferrosas. Após a passagem de todo material, as
partículas retidas no cone tiveram a massa medida, essa massa do material
metálico retido (PMS) foi pesada e utilizando a equação 1, foi possível calcular o
teor de metálicos ferrosos (TM).
1002500
PMS
TM (1)
O equipamento utilizado para a determinação do teor de metálicos ferrosos nas
amostras foi de intensidade magnética permanente de 2600 Gauss fabricado
pela empresa de PROMAC. O sistema de recuperação consiste de processo
ciclone, com chicanas helicoidais em fluxo descendente. Na Figura 3.3 é
possível observar o equipamento após as passagens de uma amostra até três
vezes.
37
Figura 3.3 - Ensaio de Teor de metais da escória de aciaria.
3.2.1.2. Determinação do teor de umidade
O ensaio para a determinação do teor de umidade das amostras foi realizado de
acordo com a NBR 9939 (ABNT, 1987), por secagem, em agregados miúdos e
graúdos. As amostras foram secas em estufa (105°C - 110°C), até constância de
massa. Com os dados obtidos foi feito o cálculo de umidade do material
conforme a equação 2.
100
Mf
MfMih 2
Onde,
h teor de umidade total, em %;
Mi massa inicial da amostra, em g;
Mf massa final da amostra seca, em g;
38
3.2.1.3. Análise granulométrica
A análise granulométrica foi realizada para definir o tamanho das partículas do
material, esta definição foi realizada através do peneiramento a seco de uma
amostra da escória e da pesagem dos grãos retidos em cada uma das peneiras
da série normal de peneiras NBR 7217 (ABNT, 1987). Na Tabela 3.3 são
apresentadas as peneiras utilizadas com suas respectivas aberturas de malha.
As amostras foram quarteadas e pesadas em balança de precisão com
capacidade mínima de 2 kg e sensibilidade de 1 g. A amostra de 500g foi
homogeneizada e previamente seca em estufa na temperatura de (105°C -
110°C), até constância de massa. O material seco foi colocado no conjunto de
peneiras de 4,8mm a 0,075mm sob agitador, e o material retido foi pesado.
Tabela 3.3 - Peneiras utilizadas no ensaio de granulometria.
Série Normal Série Intermediária
76 mm
-
-
38 mm
-
-
19 mm
-
9,5 mm
-
4,8 mm
2,4 mm
1,2 mm
0,6 mm
0,3 mm
0,15 mm
-
64 mm
50 mm
-
32 mm
25 mm
-
12,5 mm
-
6,3 mm
-
-
-
-
-
-
Em função das porcentagens retidas e acumuladas foi calculado o módulo de
finura e a dimensão máxima dos agregados. O módulo de finura é a soma das
porcentagens acumuladas nas peneiras da série normal, dividida por 100, não
sendo considerado o fundo e as peneiras intermediárias. Já a dimensão máxima
39
característica foi definida pela abertura da peneira, em mm, que retém uma
porcentagem acumulada igual ou imediatamente inferior a 5%.
3.2.1.4. Determinação da massa unitária
Para a determinação da massa unitária (MU) foi realizado de acordo com NBR
7251 (ABNT, 1982). Foi utilizado um recipiente previamente limpo, seco e de
volume conhecido, tamanho de largura 316 mm, comprimento 316 mm e altura
200 mm. Foi quarteado e homogeneizado foi colocado no recipiente, em seguida
a superfície foi alisada com uma régua, conforme ilustra a Figura 3.4. Após esse
procedimento foi pesado o recipiente contendo o resíduo e calculada a massa
unitária. Para o cálculo foi utilizada a equação 3.
V
MMU (3)
Onde,
M massa do material;
V volume interno do recipiente;
Na Figura 3.4 é possível observar uma imagem da realização do ensaio de
massa unitária.
40
Figura 3.4 - Ensaio de massa unitária da escória de aciaria.
Para a determinação da massa específica dos agregados miúdos foi realizado o
ensaio de acordo com a NBR 9776 (ABNT, 1987), para isso foi utilizado o frasco
Chapman e balança de precisão com capacidade mínima de 1 kg e sensibilidade
de 1 g.
3.2.1.5. Determinação de massa especifica
Para o ensaio de massa especifica a amostra foi previamente secada em estufa
na temperatura de (105°C - 110°C), até constância de massa. Para a realização
do ensaio foi colocada a água no frasco até marca de 200 cm3, deixando-o em
repouso, para que a água aderida às faces internas escorra totalmente. Em
seguida foi introduzido, cuidadosamente, 500g de agregado miúdo seco no
frasco o qual foi devidamente agitado para eliminação das bolhas de ar. A leitura
do nível atingido pela água no gargalo do frasco indicou o volume, em cm3,
ocupado pelo conjunto água-agregado miúdo, sendo verificado que as faces
internas estavam completamente secas e sem grãos aderentes, conforme Figura
3.5. Com a equação 4 é possível calcula a massa específica.
200
500
L
(4)
41
onde,
massa específica do agregado miúdo, deve ser expressa em g/cm3;
L leitura do frasco (volume ocupado pelo conjunto água-agregado miúdo).
Figura 3.5 - Ensaio de massa específica de escória de aciaria
3.2.1.6. Determinação do teor de material pulverulento
Para a determinação do teor de material pulverulento foi coletado do lote uma
amostra foi previamente seca em estufa. A amostra foi coberta com água e
vertida em peneiras superpostas, sendo lavada até a completa limpeza, com a
eliminação das partículas passantes. O material retido foi recolhido, seco e
depois pesado. O cálculo foi efetuado conforme equação 5.
100
Mi
MfMiMP 5
onde,
MP teor de material pulverulento;
42
Mi massa inicial;
Mf massa final.
Na Figura 3.6 é apresentada a realização do ensaio de material pulverulento.
Figura 3.6 - Ensaio de material pulverulento da escória de aciaria.
3.2.2. Dosagem do traço dos elementos para pavimentação
Os agregados naturais utilizados nas dosagens que serviram como testemunhos
ao modelo experimental foram adquiridos no mercado local, frente às faixas
granulométricas indicadas pela NBR 7211 (ABNT, 1983) para agregados
graúdos e miúdos.
A partir dos dados da caracterização física obtidos para os agregados artificiais e
naturais, foi produzida uma mistura graduada de acordo com a faixa apresentada
na Figura 3.7. Estas faixas granulométricas com limites superiores e inferiores
são as faixas utilizadas pela indústria de pré-moldados Unistain. Neste trabalho
foi utilizada a faixa granulométrica para Pavers, chamado neste trabalho de
elementos de concreto para pavimentação. O dimensionamento do traço foi
conduzido conforme método estabelecido pela ABCP com auxílio de software
43
especializado para dimensionamento de misturas cimentícias (SALES e
PEIXOTO, 2009).
Figura 3.7- Limites ideais para fabricação de elementos de concreto para pavimentação.
Os traços dimensionados foram realizados com base nas demandas do
processo produtivo e de aplicação dos elementos para pavimentação. Serão
considerados como parâmetros de dosagem as tensões normativas de 35 MPa
para vias com tráfego de veículos comerciais e de linha e 50 MPa para vias com
tráfego de veículos especiais ou com significativas solicitações à abrasão, em
conformidade com a NBR 9781 (ABNT, 1987).
Devido ao fato do programa experimental ser realizado na indústria localizada na
cidade de Pedro Leopoldo (MG), os materiais utilizados nos testes foram os
mesmos materiais utilizados pelo fabricante rotineiramente.
3.2.3. Moldagem e cura dos elementos para pavimentação
Os elementos de concreto para pavimentação foram produzidos da mistura
cimentícia em processo industrial. A adição de materiais foi realizada conforme
ilustra a Figura 3.8 foi conduzida por processo gravimétrico e os elementos
moldados em uma vibroprensa. A vibroprensa utilizada nesta pesquisa é
44
ilustrada na Figura 3.9 do tipo de desforma automática sobre paletes, usadas
atualmente pela grande maioria dos fabricantes no Brasil, o equipamento é da
empresa Unistein especializada na fabricação de blocos intertravados.
Figura 3.8 - Abastecimento de materiais na vibroprensa utilizada na fabricação de
elementos para pavimentação, Pedro Leopoldo (MG).
Figura 3.9 - Vibroprensa utilizada na fabricação de elementos para pavimentação, Pedro Leopoldo (MG).
Os elementos com idade zero foram acondicionados sobre paletes, envelopados
por lonas de PVC e transportados para o pátio da empresa Unistein, como
ilustrado na Figura 3.10, onde permaneceram ate a data para a realização dos
ensaios mecânicos de compressão e flexão, nas idades de 3, 7 14, 56 dias. No
45
laboratório de materiais do CEFET-MG, onde passaram por processamento e
análise.
Figura 3.10 - Elementos de concreto para pavimentação com idade zero foi acondicionados sobre paletes no pátio da empresa Unistein Pedro Leopoldo (MG).
3.2.3.1. Determinação das propriedades físicas e mecânicas
dos elementos de concreto para pavimentação
Para a caracterização dos elementos de concreto para pavimentação foram
ensaiados quatro corpos de prova de cada composição para cálculo da absorção
de água por imersão, índices de vazios, massa específica da amostra seca e da
amostra saturada de acordo com NBR 9778 (ABNT, 1987).
3.2.3.2. Determinação da absorção de água
Para realização dos ensaios foram medidas as massas das amostras secas ao
ar e as massas secas dos compósitos foram medidas após os corpos de prova
permaneceram na estufa até atingirem constância de massa. Para determinar a
constância de massa, a amostra permaneceu em estufa à temperatura de 105 ±
5°C, as amostras foram pesadas após permanência na estufa de 24 h, 48 h e 72
46
h. As amostras foram resfriadas ao ar seco à temperatura ambiente. Após 72 h
de permanência na estufa foi verificado se a massa não diferiu mais de 0,5% da
massa medida às 48 h.
Completada a secagem em estufa e determinada a massa seca, foi procedida à
imersão da amostra em água, durante 72 h, sendo que a amostra foi mantida
com 1/3 de seu volume imerso nas primeiras 4 h e 2/3 nas 4 h subseqüentes,
sendo completamente imersa nas 64 h restantes. A massa imersa foi
determinada decorrido 24 h, 48 h e 72 h de imersão. As determinações foram
efetuadas após enxugar-se a superfície da amostra com toalha absorvente. Após
72 h de permanência na imersão foi verificado se a massa não diferiu mais de
0,5% da massa medida às 48 h. Após completar a saturação foi procedida à
pesagem em balança hidrostática, anotando as massas das amostras imersas
em água.
A absorção de água por imersão (Abs) foi definida pela equação 6.
100
s
ssat
M
MMAbs (6)
Onde:
Msat = massa do corpo-de-prova saturado;
Ms = massa do corpo-de-prova seco em estufa.
3.2.3.3. Determinação dos índices de vazios
O índice de vazios foi determinado pela relação entre os volumes de poros
permeáveis e o volume total, sendo calculada pela equação 7.
100
isat
ssat
VMM
MMI (7)
47
Onde:
Mi = massa do corpo-de-prova saturado, imerso em água.
3.2.3.4. Determinação das massas especificas
A massa especifica seca (ɣs) foi determinada pela equação 8.
100
isat
s
sMM
M (8)
A massa especifica seca (ɣsat) foi determinada pela equação 8.
100
isat
sat
satMM
M (9)
Na Figura 3.11 é possível ver o aparato para pesagem hidrostática constituído
de balança, mesa de suporte, balde e cesto.
48
Figura 3.11 - Aparato de pesagem hidrostática
3.2.3.5. Determinação da expansibilidade
A determinação da expansibilidade dos elementos foram procedidas a partir da
análise da estabilidade dimensional para os elementos fabricados em concreto
convencional e escória de aciaria, segundo ciclos de molhagem e secagem. A
peça foi seccionada em três partes e no centro geométrico dos terços exteriores
foram fixados, com graute, pinos de referência. Na Figura 3.12 é possível
observar uma peça preparada para o ensaio de expansibilidade.
49
Figura 3.12 - Elementos preparada para o ensaio de expansibilidade.
A colocação dos pinos serviu como orientação para as tomadas de medidas
durante o processo de ensaio. Utilizaram-se para cada uma das determinações
três corpos de prova. Após fixação dos pinos de referência (72 horas) foram
determinadas as medidas iniciais (e0). Todos os pinos dos elementos de
concreto para pavimentação foram fixados com pasta de cimento CP V ARI.
Determinada a medida inicial, os CP foram colocados em estufa à temperatura
de 105ºC por um período de 24 horas. Após o período de aquecimento na estufa
(24 horas), os CP foram retirados e depositados sobre a bancada para a
determinação da medida (e1).
Depois da estabilização da temperatura do CP e a determinação das medidas
entre os pinos de referência, os CP foram colocados em um tanque sob a
condição de submersão por um período de 24 horas. Esse procedimento foi
repetido para os intervalos de tempo relativo aos três dias (e3 – 72 horas), sete
dias (e7 – 168 horas), 14 dias (e14 – 336 horas) e 56 dias (e56 – 1.344 horas)
após a medida inicial realizada na fixação dos pinos (e0). Na Figura 3.13 é
possível observar uma medida de expansibilidade sendo realizada com o uso de
um paquímetro.
50
Figura 3.13 - Realização das medidas de expansibilidade.
3.2.3.6. Determinação da uniformidade
O ensaio de uniformidade foi realizado de acordo com a NBR 6136 (ABNT,
2006). As amostras foram extraídas de forma representativa, sendo coletados
seis elementos para cada 300m2 do lote, e adicionada mais uma peça à amostra
a cada 50m2, até o limite máximo de 32 elementos. Cada lote tinha que conter
no máximo 1600m2, em conformidade com a NBR 9781 (ABNT, 1987).
Para a determinação da uniformidade dos elementos foram medidas as massas
e as dimensões externas dos elementos.
3.2.3.7. Determinação da resistência à compressão
A resistência à compressão simples (σC) foi determinada individualmente para
cada corpo-de-prova e expressa pela média de suas repetições. Sua
determinação foi especificada pela NBR 9780 (ABNT, 1987) que descreve o
51
procedimento de ensaio de determinação da resistência à compressão de
elementos pré-moldados de concreto destinados à pavimentação de vias
urbanas, pátios de estacionamento ou similares. O carregamento foi conduzido
continuamente, com velocidade de aplicação entre 300 kPa/s e 800 kPa/s.
Nenhum ajustamento foi feito nos controles da máquina de ensaio quando a
peça aproximou-se da ruptura e o carregamento deve prosseguiu até a ruptura
completa da peça. A resistência à compressão (em MPa) da peça foi obtida
dividindo-se a carga de ruptura (em N) pela área de carregamento (em mm2),
multiplicando o resultado pelo fator “p”, função da altura da peça, conforme
ilustrado na Tabela 3.4.
Tabela 3.4 - Fator multiplicativo “p” (ABNT, 1987).
Altura nominal da peça (mm) Fator Multiplicativo “p”
60
80
100
0,95
1,00
1,05
O equipamento foi equipado com dois pratos de aço, sendo fixo o inferior e
articulado o superior, com espessuras suficientes para evitar deformação
durante o ensaio e capaz de transmitir a carga de modo progressivo e sem
choques, contendo duas placas auxiliares, que foram circulares, com diâmetro
de 90 mm, confeccionadas de aço, com dureza superficial maior que 60 RC.
Suas superfícies não apresentavam afastamento com relação a uma superfície
plana de contato, tomada como referência, de mais de 0,01 mm em 90.
As placas auxiliares foram acopladas à máquina de ensaio de compressão, uma
fixa no prato inferior e outra articulada no superior, de maneira que seus eixos
verticais centrais ficaram perfeitamente alinhados. Na Figura 3.14 é possível ver
uma imagem da realização do ensaio de resistência à compressão das
elementos de concreto para pavimentação.
52
Figura 3.14 - Ensaio de resistência à compressão dos elementos de concreto para pavimentação
Para a realização do ensaio as superfície de carregamento dos elementos foram
capeadas com enxofre fundido, com espessura inferior a 3 mm.
Os valores característicos ou de projeto para as resistências mecânicas obtidos
pelo programa experimental foram determinados de acordo com planejamento
estatístico experimental que considerou uma distribuição normal dos resultados,
descrita pela equação 10.
stff ppk (10)
pkf resistência característica à compressão (MPa);
pf resistência média das elementos ensaiadas à ruptura (MPa);
s desvio padrão da amostra;
t coeficiente de Student em função do tamanho da amostra, conforme
ilustrado na Tabela 3.5 ..
53
Para o cálculo do desvio padrão da amostra (s) foi utilizada a equação 11.
1
2
n
ffs
pip (11)
Onde:
s desvio padrão da amostra
pf resistência média das elementos ensaiadas à ruptura (MPa)
pif resistência individual das elementos ensaiadas à ruptura (MPa)
n número de elementos da amostra
Na Tabela 3.5 são apresentados os coeficientes de Student.
Tabela 3.5 - Coeficiente de Student: intervalo de confiança i=95% (ABNT, 1987).
N t n T
6 0,920 18 0,863
7 0,906 20 0,861
8 0,896 22 0,859
9 0,889 24 0,858
10 0,883 26 0.856
12 0,876 28 0,855
14 0,870 30 0,854
16 0,866 32 0,842
3.2.3.8. Determinação da resistência à tração na flexão
O ensaio de resistência à tração na flexão foi realizado segundo especificações
da NBR 13279 (ABNT, 2005). Os corpos-de-prova foram posicionados nos
dispositivos de apoio do equipamento de ensaio que estão distantes entre si
54
(120,0 ± 0,5) mm e a carga foi aplicada centralizadamente entre os apoios, de
modo que a face rasada não entrou em contato com os dispositivos de apoio,
nem com o dispositivo de carga. Aplicou-se então uma carga na velocidade de
(50 ± 10) N/s até a ruptura do corpo-de-prova. A resistência à tração na flexão é
calculada de acordo com a equação.
360
5,1 LFR
f
f
(12)
Onde:
Rf = resistência à tração na flexão, em MPa;
Ff = carga aplicada verticalmente no centro do EPC em N;
L = distância entre os suportes, em mm.
Na Figura 3.15 é apresentado o dispositivo e o equipamento de ensaio utilizado
na determinação da resistência à tração na flexão dos elementos de concreto
para pavimentação.
55
Figura 3.15 - Equipamento e dispositivo de ensaio de resistência à tração na flexão
3.2.3.9. Determinação da lixiviação e solubilização
Para determinação das propriedades relacionadas com as interações ambientais
produzidas pelos elementos de concreto para pavimentação com agregados
artificiais de escória de aciaria e agregados naturais foram realizados os ensaios
de lixiviação e solubilização. As amostras para análises ambientais foram
produzidas de acordo com prescrição normativa estabelecida pela NBR 10.007
(ABNT, 2004) e as análises de caracterização da amostra bruta definidas pela
NBR 10.004 (ABNT, 2004), de lixiviação da NBR 10.005 (ABNT, 2004) e de
solubilização da NBR 10.006 (ABNT, 2004). Sendo as amostras processadas em
laboratório externo certificado.
Foram determinadas as propriedades relacionadas com as interações
ambientais produzidas pela utilização de agregados artificiais de escória de
aciaria e agregados naturais elementos de concreto para pavimentação,
comparativamente. As análises ambientais foram conduzidas em amostras de
corpos de prova (CP) produzidos em concreto com agregados de escória de
56
aciaria e em amostras de concreto com agregados naturais, coletadas de forma
aleatória, conforme respectivos lotes. As amostras para análises ambientais
foram produzidas de acordo com prescrição normativa estabelecida pela NBR
10.007 (ABNT, 2004) e as análises de caracterização da amostra bruta definidas
pela NBR 10.004 (ABNT, 2004), de lixiviação da NBR 10.005 (ABNT, 2004) e de
solubilização da NBR 10.006 (ABNT, 2004). Sendo as amostras processadas em
laboratório externo certificado.
A lixiviação é o processo para determinação da capacidade de transferência de
substâncias orgânicas e inorgânicas presentes no resíduo sólido, por meio de
dissolução no meio extrator. É válido ressaltar que este ensaio foi contratado
devido o seu grau de complexidade de realização e pela ausência de
equipamentos na estrutura laboratorial utilizada na pesquisa, mas o
procedimento descrito pela a norma em questão foi seguido, conforme relatório
apresentado no anexo 1.
O ensaio de solubilização é realizado para obtenção de extrato solubilizado de
resíduos sólidos, visando diferenciar os resíduos classificados na NBR 10004
(ABNT, 2004) como classe II A - não inertes – e classe II B – inertes. A NBR
10.007 (ABNT, 2004) prescreve o procedimento para a realização deste ensaio.
O procedimento é descrito da seguinte forma, deve-se secar a amostra a
temperatura de até 42°C, utilizando uma estufa com circulação forçada de ar e
exaustão ou estufa a vácuo, e determinar a percentagem de umidade. Deve-se
colocar uma amostra representativa de 250 g (base seca) do resíduo em frasco
de 1 500 mL, sendo que a operação deve ser realizada em duplicata e o resíduo
pode ser utilizado não seco, desde que ele represente 250 g de material seco,
para isto, fazer a compensação de massa e volume. Se a amostra passar em
peneira de malha 9,5 mm, ela estará pronta para a etapa de extração; caso
contrário, ela deve ser triturada.
Adiciona-se 1000 mL de água destilada, desionizada e isenta de orgânicos, se a
amostra foi submetida ao processo de secagem, e agitar a amostra em baixa
velocidade por 5 min, ou adicionar o volume necessário de água destilada,
desionizada e isenta de orgânicos para completar 1 000 mL, se a amostra não
foi submetida ao processo de secagem, e agitar a amostra em baixa velocidade,
57
por 5 min. Deve-se cobrir o frasco com filme de PVC e deixar em repouso por 7
dias, em temperatura até 25°C e filtrar a solução com aparelho de filtração
guarnecido com membrana filtrante com 0,45 μm de porosidade. Deve-se definir
o filtrado obtido como sendo o extrato solubilizado e determinar o pH após a
obtenção do extrato solubilizado. Devem-se retirar alíquotas e preservá-las de
acordo com os parâmetros a analisar, conforme estabelecido no Standard
methods for the examination of water and wastewater ou USEPA - SW 846 - Test
methods for evaluating solid waste; Physical/Chemical methods. É válido
ressaltar que este ensaio foi contratado devido o seu grau de complexidade de
realização e pela ausência de equipamentos na estrutura laboratorial utilizada na
pesquisa, mas o procedimento descrito pela a norma em questão foi seguido,
conforme relatório apresentado no anexo 1.
58
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Caracterização dos materiais
As características do cimento utilizado na pesquisa são apresentadas na Tabela
4.1.
Tabela 4.1 - Caracterização do cimento portland ARI (CPV) utilizado
Exigências Físicas e Mecânicas
Exigências Químicas Finura
Massa E
sp
ecífic
a (
g/c
m³)
Tempo de Pega
(min)
Expansibilidade (mm)
Resistência à Compressão
(MPa)
#200
(75m
m)
#325
(45m
m)
Bla
ine (
cm
2/g
)
Iníc
io
Fim
Frio
Quente
1 D
ia
3 D
ias
7 D
ias
28 D
ias
Resíd
uo
Inso
lúvel (%
)
Perd
a a
o F
ogo
(%
)
MgO
(%
)
SO
3 (
%)
0,3
2,8
9
5.1
20
3,1
10
130
165
-
0,5
26,2
35,9
40,5
47,8
0,7
4
3,8
7
2,8
8
3,8
8
Na Figura 4.1 e Apêndice A são apresentados os resultados de umidade dos
agregados naturais e artificiais de escórias de aciaria utilizadas nas distintas
granulometrias. No eixo da abcissas são apresentadas as três granulometrias do
agregado reciclado e as duas dos agregados naturais. Os dados apresentados
para os agregados reciclados de escória de aciaria para uma mesma
granulometria são subdivididos em quatro grupos, onde cada grupo representa a
média dos resultados da umidade de cada usina estudada, sendo Usiminas –
Unidade Ipatinga (Ip), Arcelor Mittal – Unidade João Monlevade (JM), Unidade
Juiz de Fora (JF) e Unidade Piracicaba (Pi). O AR-EAPP1, que apresenta
granulometria entre 2,0 e 4,8mm, caracterizado como agregado miúdo
apresentou umidade variando de 1,15 a 1,20%. Já o agregado miúdo natural
59
(areia) apresentou umidade de 1,25%, o que pode indicar uma menor
porosidade aberta e com isso um melhor comportamento do AR-EAPP1, uma
vez que espera-se menores teores de umidade em agregados miúdos. A mesma
análise pode ser realizada para AR-EAPP2 A e B que apresentaram umidade
variando de 0,97 a 1,25%. O agregado graúdo natural (brita 0) apresentou a
média 1,25% de umidade, isso demonstra um comportamento igual ou superior
do agregado reciclado. Percebe-se que os agregados originados das usinas de
Ipatinga e João Monlevade apresentaram teor de umidade ligeiramente superior
que as escorias de aciaria das usinas de Juiz de Fora e Piracicaba. As escórias
de Ipatinga e João Monlevade foram obtidas pelo processo de AE,
diferentemente das escórias de Juiz de Fora e Piracicaba que foram obtidos pelo
processo LD, isso podem ser uma das causas desses resultados.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
iz d
e
Fo
ra
Pir
acic
ab
a
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
iz d
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Fo
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Pir
acic
ab
a
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
iz d
e
Fo
ra
Pir
acic
ab
a
Bri
ta 0
Are
ia
AR-EAPP1 AR-EAPP2A AR-EAPP2B Naturais
Te
or
de
um
ida
de
(%
)
Figura 4.1 - Resultado do teor de umidade dos agregados naturais e reciclados da escória de aciaria.
Na Figura 4.2 e Apêndice B são apresentados os resultados do teor de materiais
metálicos ferrosos das amostras de escórias de aciaria utilizadas, das quatro
usinas. Os resultados apresentados estão dentro dos parâmetros aceitáveis para
os agregados reciclados utilizados na produção de elementos para
pavimentação que são estimadas em no máximo de 5% de metais. A amostra
que apresentou menor teor de metais foi a de Juiz de Fora com 2%, e o máximo
foi a de Ipatinga com 2,5%, portanto todos estão aceitáveis para utilização.
60
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Ipatinga João Monlevade Juiz de Fora Piracicaba
Agregados reciclados
Te
or
de
me
tais
fe
rro
so
s (
%)
Figura 4.2 - Resultados do teor de materiais metálicos ferrosos dos agregados reciclados escória de aciaria.
A Figura 4.3 apresenta as curvas granulométricas das escórias de aciaria da
proveniente das quatro usinas, do agregado natural convencional utilizado e a
faixa granulométrica ideal para confecção dos elementos de concretos. Observa-
se que os agregados reciclados apresentaram granulometria similares entre eles
e próximas a do agregado natural.
Figura 4.3 - Análise granulométrica dos agregados utilizadas.
61
Na Figura 4.4 são apresentados os resultados da massa unitária dos agregados
naturais e reciclados de escória. Observa-se que os valores encontrados estão
acima dos valores típicos de agregados naturais comumente utilizados na
fabricação das elementos para pavimentação. Segundo MEHTA e MONTEIRO
(1994), os agregados reciclados são classificados como agregados de massa
unitária normal.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
iz d
e
Fo
ra
Pir
acic
ab
a
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
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va
de
Ju
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Pir
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tin
ga
Jo
ão
Mo
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de
Ju
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Pir
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a
Bri
ta 0
Are
ia
AR-EAPP1 AR-EAPP2A AR-EAPP2B Natural
Ma
ss
a u
nit
ári
a (
kg
/dm
3)
Figura 4.4 - Resultado da massa unitária dos agregados naturais e reciclados da escória de aciaria.
Na Figura4.5 é possível observa a variação de massa unitária dos agregados
reciclados de escória de aciaria em relação aos agregados naturais da mesma
faixa granulométrica. Percebe-se que os agregados reciclados de escória de
aciaria apresentaram massa unitária de 32 a 52% maiores que os agregados
naturais.
62
0
50
100
150
200
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
iz d
e
Fo
ra
Pir
acic
ab
a
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
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Fo
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Pir
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ab
a
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
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va
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Ju
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Fo
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AR-EAPP1 AR-EAPP2A AR-EAPP2BVa
ria
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as
sa
un
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ria
em
re
laç
ão
ao
ag
reg
ad
o n
atu
ral (%
)
Figura 4.5 - Variação da massa unitária dos agregados de aciaria em relação aos agregados naturais
Na Figura4.6 são apresentados os resultados da massa especifica dos
agregados naturais e reciclados de escória de aciaria. A massa específica dos
agregados de escória de aciaria é em geral maior do que a dos agregados
convencionais, devido em grande parte a maior porosidade do resíduo, um
exemplo é o resíduo de construção e demolição. Segundo ALTHEMAN (2002), o
agregado natural tem massa específica aparente entre 2,60 a 2,70 kg/dm³ e o
agregado reciclado variando muito em função da composição e do tipo de
resíduo. Observa-se que os valores encontrados para os agregados reciclados
de escória apresentaram-se superiores que os agregados naturais. Acredita-se
que essa maior massa especifica se deve a menor porosidade dos agregados
reciclados de escória e essa pode contribuir para um melhor comportamento
mecânico dos elementos de concreto para pavimentação, principalmente no que
diz respeito a resistência ao desgaste superficial.
63
0
40
80
120
160
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
iz d
e
Fo
ra
Pir
acic
ab
a
Ipa
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ga
Jo
ão
Mo
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Ju
iz d
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Pir
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ab
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tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
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Ju
iz d
e
Fo
ra
Pir
acic
ab
a
AR-EAPP1 AR-EAPP2A AR-EAPP2BVa
ria
çã
o d
a m
as
sa
es
pe
cíf
ica
em
re
laç
ão
ao
ag
reg
ad
o n
atu
ral (%
)
Figura 4.6 - Resultado da massa específica do agregado natural e reciclado de escória de aciaria.
Na Figura4.7 é possível observa a variação de massa unitária dos agregados
reciclados de escória de aciaria em relação aos agregados naturais da mesma
faixa granulométrica. Percebe-se que os agregados reciclados de escória de
aciaria apresentaram massa especifica de 26 a 40% maiores que os agregados
naturais.
0
40
80
120
160
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
iz d
e
Fo
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Pir
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ab
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Ipa
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ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
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Pir
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Ipa
tin
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Jo
ão
Mo
nle
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de
Ju
iz d
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Fo
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Pir
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a
AR-EAPP1 AR-EAPP2A AR-EAPP2BVa
ria
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as
sa
es
pe
cíf
ica
em
re
laç
ão
ao
ag
reg
ad
o n
atu
ral (%
)
Figura 4.7 - Variação da massa específica dos agregados de aciaria em relação aos agregados naturais
64
Na Figura 4.8 e Apêndice C estão apresentados os resultados do material
pulverulento dos agregados naturais e reciclados de escória. A NBR 7211
(ABNT, 2011) define o percentual máximo de material fino que passa através da
peneira 75 µm por lavagem (material pulverulento) para agregados miúdos a
serem utilizados em concretos submetidos à desgaste superficial e concretos
protegidos do desgate superficial nos valores de 3 e 5%, respectivamente. Para
agregados produzidos a partir de rochas com absorção de água inferior a 1%,
determinados conforme a NBR NM 53 (ABNT, 2003), o limite de material fino
pode ser alterado de 1% para 2%.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
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Ju
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Pir
acic
ab
a
Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
nle
va
de
Ju
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e
Fo
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Pir
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ga
Jo
ão
Mo
nle
va
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Ju
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Pir
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a
Bri
ta 0
Are
ia
AR-EAPP1 AR-EAPP2A AR-EAPP2B Naturais
Ma
teri
al p
ulv
eru
len
to (
%)
Figura 4.8 - Resultado do material pulverulento do agregado natural e reciclado
de escória de aciaria.
Na Figura 4.9 é possível observa que os agregados reciclados de escória de
aciaria apresentaram teores de material pulverulento menores em relação aos
agregados naturais da mesma faixa granulométrica. Percebe-se que os
agregados reciclados de escória de aciaria apresentaram teores de material
pulverulento de 39 a 50% do teor dos agregados naturais.
65
0
20
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Ipa
tin
ga
Jo
ão
Mo
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Jo
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Mo
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Ju
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Fo
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Pir
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Ipa
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ga
Jo
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Mo
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Ju
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AR-EAPP1 AR-EAPP2A AR-EAPP2B
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o
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reg
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o n
atu
ral (%
)
Figura 4.9 - Percentual do material pulverulento dos agregados de aciaria em
relação aos agregados naturais
4.2. Caracterização dos elementos de concreto para
pavimentação
Na Figura 4.10 e Apêndice D são apresentados os resultados de absorção de
água dos elementos de concreto para pavimentação produzidas com agregados
naturais e reciclados. Na figura são indicadas as médias, as medianas e os
valores máximos e mínimos dos resultados obtidos, sendo a média representada
pela barra retangular, a mediana pelo quadrado, e o maior e menor resultado
obtido pelos traços posicionados acima e abaixo da mediana. Analisando os
resultados percebe-se as elementos confeccionadas com os agregados
reciclados alcançaram menores valores de absorção de água.
66
0
1
2
3
4
5
Natural Ipatinga João Monlevade Juiz de Fora Piracicaba
Ab
so
rção
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gu
a (
%)
Figura 4.10 - Absorção de água dos elementos de concreto para pavimentação
Na Figura 4.11 é possível observar que os elementos de concreto para
pavimentação com agregados reciclados de escória de aciaria apresentaram
teores de absorção de água menores em relação às elementos de concreto para
pavimentação com agregados naturais. Percebe-se que os elementos de
concreto para pavimentação com agregados reciclados de escória de aciaria
apresentaram absorção de água de 61 a 92% da absorção dos elementos com
agregados naturais. Notou-se que elementos produzidos com escória de aciaria
AE, das usinas de Ipatinga e João Monlevade apresentaram-se maiores
resultados de absorção de água, isso indica que elementos de concretos
produzidos com escória de aciaria LD, podem produzir elementos com menor
porosidade.
0
20
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EC
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na
tura
is (
%)
Figura 4.11 - Absorção da água dos ECP com agregados de aciaria em relação
aos EPC com agregados naturais
67
Na Figura 4.12 são apresentados os resultados de índice de vazios dos
elementos de concreto para pavimentação produzidas com agregados naturais e
reciclados. Analisando os resultados percebe-se as elementos confeccionadas
com os agregados reciclados alcançaram menores valores de índice de vazios, o
que indica concretos menos porosos no que diz respeito a poros abertos e esses
resultados contribuem para a durabilidade dos elementos.
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12
Natural Ipatinga João Monlevade Juiz de Fora Piracicaba
Ind
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%)
Figura 4.12 - Índices de vazios dos elementos de concreto para pavimentação
Na Figura 4.13 é possível observa que os elementos de concreto para
pavimentação com agregados reciclados de escória de aciaria apresentaram
índices de vazios menores em relação às elementos de concreto para
pavimentação com agregados naturais. Percebe-se que os elementos de
concreto para pavimentação com agregados reciclados de escória de aciaria
apresentaram índices de vazios de 68 a 99% dos índices de vazios dos
elementos com agregados naturais. Notou-se que elementos produzidos com
escória de aciaria AE, das usinas de Ipatinga e João Monlevade apresentaram-
se maiores resultados de índice de vazios em relação aos elementos produzidos
com escória LD, isso indica que concretos produzidos com escória de aciaria
LD, podem produzem elementos com menor porosidade.
68
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Ipatinga João Monlevade Juiz de Fora PiracicabaInd
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rais
(%
)
Figura 4.13 - Índices de vazios dos ECP com agregados de aciaria em relação
aos ECP com agregados naturais
Na Figura 4.14 são apresentados os resultados da massa especifica seca dos
elementos de concreto para pavimentação produzidas com agregados naturais e
reciclados. Analisando os resultados percebe-se os elementos confeccionados
com os agregados reciclados alcançaram maiores valores de massa especifica
seca. Os resultados de massa especifica seca corroboram com os resultados de
absorção de água e de índices de vazios das elementos, uma vez que as
elementos que apresentaram menores absorção e índices de vazios,
apresentaram maiores massas especificas.
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0,5
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3
Natural Ipatinga João Monlevade Juiz de Fora Piracicaba
Massa e
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eca (
g/c
m³)
Figura 4.14 - Massa especifica seca dos elementos de concreto para
pavimentação
69
Na Figura 4.15 é possível observar que os elementos de concreto para
pavimentação com agregados reciclados de escória de aciaria apresentaram
massas especificas secas maiores em relação às elementos de concreto para
pavimentação com agregados naturais. Percebe-se que os elementos de
concreto para pavimentação com agregados reciclados de escória de aciaria
apresentaram massas especificas secas maiores de entre 8 a 11% das massas
especificas secas maiores dos elementos com agregados naturais.
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na
tura
is
(%)
Figura 4.15 - Massas especificas secas dos ECP com agregados de aciaria em
relação às ECP com agregados naturais
Na Figura 4.16 são apresentados os resultados da massa especifica saturada
dos elementos de concreto para pavimentação produzidos com agregados
naturais e reciclados. Analisando os resultados percebe-se as elementos
confeccionadas com os agregados reciclados alcançaram maiores valores de
massa especifica saturada.
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0,5
1
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3
Natural Ipatinga João Monlevade Juiz de Fora Piracicaba
Massa e
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atu
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a (
g/c
m³)
Figura 4.16 - Massa especifica saturada dos elementos de concreto para
pavimentação.
Na Figura 4.17 é possível observa que os elementos de concreto para
pavimentação com agregados reciclados de escória de aciaria apresentaram
massas especificas saturadas maiores em relação às elementos de concreto
para pavimentação com agregados naturais. Percebe-se que os elementos de
concreto para pavimentação com agregados reciclados de escória de aciaria
apresentaram massas especificas saturadas maiores de entre 7 a 10% das
massas especificas secas maiores dos elementos com agregados naturais.
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ag
reg
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tura
is (
%)
Figura 4.17 - Massas especificas saturadas das EPC com agregados de aciaria
em relação às EPC com agregados naturais
71
Na Figura 4.18 e Apêndice E são apresentados todos os valores de
expansibilidade realizada nos elementos de concreto para pavimentação
produzidas com agregados naturais e reciclados de escória de aciaria. Foram
realizadas medidas nas amostras nas idades de 3, 7, 14 e 56 dias e todas
amostras não apresentaram expansibilidade para estas datas.
100
103
106
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3 7 14 56
Idade (Dias)
Dis
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e (
mm
)
Natural
Ipatinga
João Monlevade
Piracicaba
Juiz de Fora
Figura 4.18 - Resultado da expansibilidade dos elementos de concreto para
pavimentação
Na Figura 4.19 e Apêndice F são apresentados os resultados de resistências à
compressão dos elementos de concretos para pavimentação nas idades de 3, 7,
14 e 56 dias. Avaliando os resultados percebe-se que os valores de resistência à
compressão encontrados para os elementos de concreto para pavimentação
com escoria de aciaria apresentaram resultados de resistência aos 56 dias
próximos dos elementos com agregados naturais, com a vantagem de ter
ganhado resistência superior nas idades menores.
72
Figura 4.19 - Resultados de resistência à compressão dos elementos de
concreto para pavimentação
Na Figura 4.20 e Apêndice G são apresentados os resultados das resistências à
flexão dos elementos de concretos para pavimentação nas idades de 3, 7, 14 e
56 dias. Avaliando os resultados percebe-se que os valores de resistência à
tração encontrados para os elementos de concreto para pavimentação com
escoria de aciaria apresentaram resultados de resistência superiores às
elementos com agregados naturais em todas idades.
73
Figura 4.20 - Resultados da resistência à flexão dos elementos de concreto para
pavimentação
Na Figura 4.21 e Apêndice H são apresentados os resultados das resistências
médias à tração na flexão correlacionados com os valores de compressão
simples, dos elementos de concretos para pavimentação nas idades de 3, 7, 14
e 56 dias. Os resultados indicam uma relação linear entre tração na flexão e
compressão simples, com o coeficiente de determinação da reta (R2) igual 0,95.
salienta-se que o coeficiente de variação dos resultados de compressão,
considerando-se as amostras, de diferentes origens, foi igual 9% na idade de 7
dias e 2% na idade de 56 dias. Nos resultados de tração na flexão, variando de 3
% na idade de 7 dias e 8% na idade de 14 dias. Estes resultados indicam uma
homogeneidade entre os resultados.
74
y = 0,6097x0,811
R2 = 0,9591
0
2
4
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0 10 20 30 40 50 60
Resistência à compressão simples (MPa)
Resis
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à t
ração
na f
lexão
(M
Pa)
Figura 4.21 - Resultados da resistência à tração x compressão simples dos elementos de concreto para pavimentação
Na Tabela 4.2 são apresentados os resultados da análise química realizada para
os ensaios de lixiviação e solubilização dos elementos de concreto para
pavimentação com agregados naturais e de escória de aciaria.
Tabela 4.2 - Resultados da analise química para as amostras brutas.
Item UNIDADE LQ LD LM (1)
Natu
ral
Ipatin
ga
João
Mo
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vade
Juiz
de F
ora
Piracic
aba
Antimônio mg Sb/kg 2,2 0,7 --- 1,2 * nd 9,4 11
Arsênio mg As/kg 3,7 1,2 --- 39 * 30 27 39
Bário mg Ba/kg 2,1 0,7 --- 8,6 * 6,6 45 3,7
Berílio mg Be/kg 0,4 0,1 --- nd * nd nd nd
Cádmio mg Cd/kg 2,5 0,1 --- nd * nd nd nd
Chumbo mg Pb/kg 2,5 0,8 --- nd * nd 3,6 nd
Cianeto mg CN/kg 0,6 0,2 250 n.d * n.d n.d n.d
Cobalto mg Co/kg 1,1 0,08 --- 2,19 * 3,63 4,41 2,94
Cobre mg Cu/kg 1,1 0,4 --- 4 * 9,2 26 7,7
Cromo mg Cr/kg 1,7 0,5 --- 8,8 * 109 312 450
Cromo VI mg Cr/kg 0,8 0,4 --- nd * 0,8 2,4 2,2
Fenóis (baixa conc.)
mg C6H50H/k
g 0,2 0,1 --- 0,9 * nd n.d n.d
Fluoretos mg F/kg 120 40 --- 298 * 229 323 310
Mercúrio mg Hg/kg 0,038 0,012 --- nd * Nd nd nd
Molibdênio mg Mo/kg 0,5 0,2 --- nd * 58 nd nd
Níquel mg Ni/kg 1,0 0,3 --- 8,4 * 11 14 8,92
Óleos e Graxas
% 0,5 0,2 --- n.d * n.d n.d n.d
pH - resíduo
--- --- --- <2,0->12,5
11,56 * 11,81 11,48 11,54
Potássio mg K/kg 31,2 10,4 --- 1060 * 1270 1110 1130
75
Prata mg Ag/kg 3,0 0,9 --- nd * nd nd nd
Selênio mg Se/kg 0,23 0,07 --- nd * Nd nd nd
Sílica mg/kg 0,6 0,2 --- 37 * 40 31 43
Sódio mg Na/kg 184 58 --- 132 * 187 163 198
Tálio mg Ti/kg 12,8 4,0 --- nd * nd nd nd
Umidade a 80ºC
% 0,3 0,1 --- 2,0 * 2,5 2,4 1,9
Vanádio mg/ V/kg 0,5 0,1 --- 19 * 68 82 53
Zinco mg/ Zn/kg 1,0 0,3 --- 72 * 112 183 80
1 - LD: Limite de detecção do método
2 - LQ.: Limite Quantificação do Método.
3 - LM (1) - Amostra Bruta - Limites máximos da ABNT NBR 10004:2004 Lixiviado - Limites máximos segundo anexo F da ABNT NBR 10004:2004. Solubilizado - Limites máximos segundo anexo G da ABNT NBR 10004:2004.
4 - n.d.: - não detectado
5 - * O ensaio da amostra da peça de concreto para pavimentação com a escória de aciaria da Usiminas – Unidade Ipatinga não foi realizado.
Na Tabela 4.3 são apresentados os resultados da lixiviação dos elementos de
concreto para pavimentação com agregados naturais e de escória de aciaria.
Tabela 4.3 - Resultados da analise química para as amostras lixiviadas
Item UNIDADE LQ LD LM (1)
Natu
ral
Ipatin
ga
João
Mo
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vade
Juiz
de
Fo
ra
Piracic
aba
Arsênio mg As/L 0,005 0,002 1,0 nd * 0,003 nd 0,006
Bário mg Ba/L 0,006 0,002 70 0,409 * 0,749 0,788 0,538
Cádmio mg Cd/L 0,0020 0,006 0,5 nd * nd nd nd
Chumbo mg Pb/kg 0,003 0,001 1,0 nd * nd nd nd
Cromo mg Cr/kg 0,006 0,002 5,0 0,038 * 0,045 0,043 0,011
Fluoretos mg F/L 0,3 0,1 150 0,3 * 0,5 0,4 0,7
Mercúrio mg Hg/L 0,008 0,0002 0,1 nd * nd nd nd
pH do extrato lixiviado obtido
--- --- --- --- 7,00 * 5,31 5,63 5,01
Prata mg Ag/L 0,004 0,001 5,0 nd * nd nd nd
Selênio mg Se/L 0,005 0,002 1,0 nd * nd nd nd
Teor de sódio secos, %
% 0,3 0,1 0,1 98 * 98 98 98
Tempo Total de Lixiviação
h --- --- --- 18 * 18 18 18
Volume de Líquidos obtidos
mL --- --- --- 1000 * 1000 1000 1000
1 - LD: Limite de detecção do método
2 - LQ.: Limite Quantificação do Método.
3 - LM (1) - Amostra Bruta - Limites máximos da ABNT NBR 10004:2004 Lixiviado - Limites máximos segundo anexo F da ABNT NBR 10004:2004. Solubilizado - Limites máximos segundo anexo G da ABNT NBR 10004:2004.
4 - n.d.: - não detectado
5 - * O ensaio da amostra do elemento de concreto para pavimentação com a escória de aciaria da Usiminas –
Unidade Ipatinga não foi realizado
76
Na Tabela 4.4 são apresentados os resultados da solubilização dos elementos
de concreto para pavimentação com agregados naturais e de escória de aciaria.
Tabela 4.4 - Resultados da analise química para as amostras solubilizadas.
Item UNIDADE LQ LD LM (1)
Natu
ral
Ipatin
ga
João M
onle
vade
Juiz
de F
ora
Piracic
aba
Alumínio mg Al/L 0,059 0,019 0,2 1,43 * 1,57 1,31 0,978
Arsênio mg As/L 0,05 0,002 0,01 nd * nd nd nd
Bário Mg Ba/L 0,006 0,002 0,7 0,602 * 0,813 0,754 0,742
Cádmio mg Cd/L 0,0020 0,0006 0,005 nd * nd nd nd
Chumbo mg Pb/L 0,003 0,001 0,01 nd * nd nd nd
Cianeto mg CN/L 0,001 0,0003 0,07 0,0016 * 0,0026 0,0008 0,0013
Cloretos mg CI/L 1,5 0,5 250 20 * 2,0 3,5 13
Cobre mg Cu/L 0,0029 0,0009 2,0 0,0043 * 0,0329 0,0038 0,0036
Cromo mg Cr/L 0,006 0,002 0,05 nd * 0,015 0,003 0,004
Fenóis (baixa conc.)
mg C6H50H/L
0,005 0,002 0,01 0,003 * 0,003 0,002 0,002
Ferro Total mg Fe/L 0,062 0,019 0,3 nd * 0,019 nd nd
Fluoretos mg F/L 0,014 0,004 1,5 7,29 * 0,390 0,3 0,290
Manganês mg Mn/L 0,0021 0,0007 0,1 nd * nd nd nd
Mercúrio mg Hg/L 0,0008 0,0002 0,001 nd * nd nd nd
Nitratos mg N/L 0,3 0,1 10 n.d * N.d n.d n.d
pH do Extrato Solubilizado
--- --- --- --- 12,19 * 11,73 11,97 12,07
Prata mg Ag/L 0,004 0,001 0,05 nd * nd nd nd Selênio mg Se/L 0,005 0,002 0,01 nd * nd nd 5,46
Sódio mg Na/L 0,15 0,05 200,0 4,45 * 7,47 6.38 10
Sulfatos mg SO4/L 3 1 250 9 * 54 8 n.d
Surfactante mg LAS/L 0,011 0,003 0,5 N.D * n.d n.d n.d
Zinco mg Zn/L 0,012 0,004 5,0 ND * Nd nd nd
1 - LD: Limite de detecção do método
2 - LQ.: Limite Quantificação do Método.
3 - LM (1) - Amostra Bruta - Limites máximos da ABNT NBR 10004:2004 Lixiviado - Limites máximos segundo anexo F da ABNT NBR 10004:2004. Solubilizado - Limites máximos segundo anexo G da ABNT NBR 10004:2004.
4 - n.d.: - não detectado
5 - * O ensaio da amostra do elemento de concreto para pavimentação com a escória de aciaria da Usiminas –
Unidade Ipatinga não foi realizado
De acordo com os ensaios de lixiviação e solubilização realizados, os elementos
de concreto para pavimentação produzidos com agregados naturais e reciclados
de escória de aciaria foram caracterizadas como resíduo como Classe IIA
(resíduo não inerte).
77
5 CONCLUSÃO
A análise dos resultados desenvolvido neste trabalho conduz as seguintes
conclusões:
1- sobre os agregados de escória de aciaria:
Os teores de umidade dos agregados de escória de aciaria apresentaram
valores inferiores aos agregados naturais, o que induz a um comportamento
igual ou superior.
O teor de materiais metálicos ferrosos dos agregados reciclados de
escórias de aciaria estão aceitáveis para utilização, por apresentarem
resultados inferiores a 2,5%, enquanto os parâmetros aceitáveis é de no
máximo de 5% de metais.
A granulometria dos agregados reciclados de escórias de aciaria apresenta-
se próxima e similar ao agregado natural, dentro da faixa granulométrica
ideal para produção de elementos de concreto para pavimentação.
A massa unitária dos agregados reciclados de escória apresentam valores
superiores aos valores típicos de agregados naturais comumente utilizados
na fabricação dos elementos para pavimentação.
A massa específica dos agregados reciclados de escória de aciaria
apresentaram-se superiores que os agregados naturais.
O material pulverulento dos agregados reciclados de escória de aciaria
apresentaram valores inferiores ao máximo estipulado pela norma.
Todos os resultados da caracterização física dos agregados de escória de
aciaria apresentaram propriedades de interesse para produção de
elementos de concreto para pavimentação equivalente ou superior aos
agregados comumente utilizados para esse fim.
2 – Sobre os elementos de concreto produzidos com agregados de escória de
aciaria:
78
A absorção de água dos elementos de concreto confeccionados com
agregados reciclados de escória de aciaria alcançaram valores menores
que os confeccionados com agregados convencionais.
O de índice de vazios dos elementos de concreto confeccionados com
agregados de escória de aciaria alcançaram menores valores de índice de
vazios, indicando concretos menos porosos o que induz a elementos de
maior durabilidade.
A massa especifica seca dos elementos de concreto confeccionados com
agregados de escória de aciaria alcançaram maiores valores de massa
especifica seca, corroborando com os resultados de absorção de água e de
índices de vazios. Apresentam massas especificas secas no mínimo 8%
maior que a massa especifica seca dos elementos confeccionados com
agregados naturais.
A massa especifica saturada dos elementos de concreto confeccionados
com agregados de escória de aciaria apresentaram valores maiores em
relação aos elementos confeccionados com agregados naturais.
A expansibilidade realizada nos elementos de concreto confeccionados
com agregados de escória de aciaria não apresentou expansão
significativa.
Os parâmetros relacionados à geometria, estabilidade dimensional,
absorção e porosidade de elementos de concreto produzidos com
substituição parcial de agregados naturais por agregados artificiais de
escória de aciaria, igualam-se ou superam aos apresentados pelos
produzidos com agregados naturais.
A resistências à compressão simples do concreto confeccionado com
agregados reciclados de escória de aciaria apresentou valores de
resistência nas idades de 56 dias, próxima à resistência dos elementos de
concreto confeccionados com agregado natural com a vantagem de ter
apresentados valores bem superiores nas idades iniciais.
As resistências à flexão do concreto confeccionado com agregados
reciclados de escória de aciaria apresentaram resultados de resistência
superiores aos elementos confeccionados com agregados naturais em
todas as idades.
79
Os resultados das resistências médias à tração na flexão correlacionados
com os valores de compressão simples, dos elementos de concretos para
pavimentação nas idades de 3, 7, 14 e 56 dias. Os resultados indicam uma
relação linear entre tração na flexão e compressão simples, com o
coeficiente de determinação da reta (R2) igual 0,95. Salienta-se que o
coeficiente de variação dos resultados de compressão, considerando-se as
amostras, de diferentes origens, foi igual 9% na idade de 7 dias e 2% na
idade de 56 dias. Nos resultados de tração na flexão, variando de 3 % na
idade de 7 dias e 8% na idade de 14 dias. Estes resultados indicam uma
homogeneidade entre os resultados.
O desempenho mecânico dos elementos de concreto produzidos a partir da
substituição parcial de agregados naturais por agregados artificiais de
escória de aciaria, apresentam parâmetros que atendem as normas
nacionais e ainda superam algumas propriedades dos elementos de
concreto para pavimentação produzidos com agregados naturais.
A análise química realizada para os elementos de concreto confeccionado
com agregados de escória de aciaria, de lixiviação e solubilização
apresentou como resultado resíduo como Classe IIA (resíduo não inerte).
Os resultados da caracterização física, química e ambiental do concreto
confeccionado com substituição do agregado natural por agregado
reciclado de escória de aciaria possuem propriedades de interesse para
produção de elementos de concreto para pavimentação equivalente ou
superior aos agregados comumente utilizados para esse fim.
O potencial contaminante ambiental dos elementos de concreto produzidos
com agregados reciclados de escória de aciaria mostram que não existe
nenhum impedimento ao uso da substituição proposta pois foi classificada
como Classe IIA – não inerte.
O agregado de escória de aciaria apresentou-se capaz de substituir
parcialmente os agregados naturais em misturas concretos para fabricação
de elementos para pavimentação.
O comportamento do agregado de escória de aciaria estudado indica
grande potencial de uso na produção de elementos para pavimentação.
80
A extrapolação destes resultados pode sugerir o potencial de uso deste
material como agregado de camadas de pavimentos em concreto de
cimento Portland.
O presente trabalho, por fim, conclui que a utilização de agregado de escória de
aciaria para a produção de elementos de concreto para pavimentação é viável e
de interesse técnico, ambiental e sustentável.
81
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
O presente trabalho sugere como propostas para trabalhos futuros:
avaliação do desempenho de uso das elementos de concreto para
pavimentação produzidas em simulação experimental para carregamento
em condição de utilização em pista de rodagem em escala reduzida;
avaliação do comportamento das elementos de concreto para
pavimentação aplicadas em ambientes agressivos;
avaliação da expansibilidade das elementos de concreto para
pavimentação sujeitas à condições extremas de utilização de
carregamento, temperatura e umidade.
82
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89
8 ANEXOS
8.1 Relatórios dos ensaios de lixiviação e de solubilização
dos elementos de concreto para pavimentação.
90
91
92
93
94
95
96
97
98
9 APÊNDICE
9.1 Caracterização das amostras e resultados dos
elementos de concreto para pavimentação.
99
Apêndice A Tabela A.1 – Determinação da umidade das amostras.
Resultados dos ensaios de umidade das amostras (%)
Amostras Natural Brita 0
Natural areia
Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de Fora
1,16 1,25 1,2 1,2 1,15 1,19 AR-EAPP1
1,16 1,25 1,25 1,25 1,22 1,23 AR- EAPP2A
1,16 1,25 1,12 1,15 1,0 1,14 AR- EAPP2B
Apêndice B Tabela B.1 – Determinação do teor de metais das amostras.
Resultados dos teores de metais das amostras.
Ipatinga João Monlevade Juiz de fora Piracicaba
62,5 54,99 49,00 58,25
60,01 52,75 50,01 51,00
65,0 50,77 51,00 65,50
Apêndice C Tabela C.1 – Determinação do teor do material pulverulento das amostras.
Resultados dos ensaios de material pulverulento amostras (%)
Amostras Natural Brita 0
Natural areia
Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de Fora
2,9 2,8 1,1 1,1 1,2 1,3 AR-EAPP1
2,9 2,8 1,3 1,3 1,3 1,3 AR- EAPP2A
2,9 2,8 1,2 1,2 1,2 1,4 AR- EAPP2B
100
Apêndice D Tabela D.1 – Determinação da absorção de água das amostras.
Resultados dos ensaios da absorção de água das amostras (g).
Amostras
Peso natural Peso seco Peso saturado Peso submerso
2525 2584 2673 1531
2597 2562 2642 1510
2600 2566 2635 1507
Natural
2651 2603 2705 1525
2779 2756 2848 1702
2833 2817 2899 1734
2897 2874 2954 1787
Ipatinga
2838 2821 2904 1762
2850 2832 2899 1736
2824 2807 2866 1720
2871 2807 2866 1720
João Monlevade 2784 2759 2833 1688
2934 2921 2980 1829
2936 2921 2983 1800
2923 2904 2965 1782
Piracicaba
2932 2914 2969 1799
2815 2798 2861 1709
2889 2866 2934 1727
2995 2980 3039 1842
Juiz de fora
2959 2944 2997 1823
101
Apêndice E Tabela E.1 – Resultados da expansibilidade dos elementos de concreto para pavimentação.
Medidas de expansibilidade dos elementos de concreto em (mm).
Amostras 3 dias 7 dias 14 dias 56 dias
natural 104,62 104,67 104,86 104,86
Ipatinga 108,73 108,84 108,84 108,84
João Monlevade 111,69 111,86 111,83 111,85
Piracicaba 110,07 110,04 110,07 110,09
Juiz de Fora 101,55 101,59 101,55 101,55
102
Apêndice F Tabela F.1–Resultados de compressão simples dos elementos de concreto
para pavimentação.
Resultados dos ensaios de compressão simples (MPA) idade 3 dias
Numero de elementos
Natural Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de fora
CP 1 34,64 33,55 38,11 35,26 33,56
CP 2 35,52 33,36 40,02 35,67 34,62
CP 3 37,08 34,73 43,06 37,72 34,50
CP 4 37,30 35,79 39,90 39,31 38,21
CP 5 38,36 37,67 39,41 39,65 33,47
CP 6 39,65 37,85 40,00 41,77 41,09
média 37,09 35,74 40,06 38,72 35,01
Resultados dos ensaios de compressão simples (MPA) idade 7 dias
Numero de elementos
Natural Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de fora
CP 1 34,31 37,87 37,27 47,61 42,66
CP 2 34,31 45,07 37,78 49,08 37,36
CP 3 35,05 42,86 40,75 48,67 43,48
CP 4 42,10 40,12 42,85 48,98 43,28
CP 5 40,02 47,60 49,69 50,57 47,71
CP 6 47,61 49,06 50,26 49,37 47,60
média 38,11 43,12 43,21 49,23 43,11
Resultados dos ensaios de compressão simples (MPA) idade 14 dias
Numero de elementos
Natural Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de fora
CP 1 31,29 44,87 38,86 47,74 42,97
CP 2 36,56 46,83 46,33 46,87 44,53
CP 3 40,12 45,91 42,02 50,56 42,30
CP 4 42,73 43,78 47,45 48,08 43,66
CP 5 43,04 46,55 42,85 51,08 45,27
CP 6 47,02 48,30 50,09 50,92 45,40
média 40,13 46,33 44,02 49,12 44,12
Resultados dos ensaios de compressão simples (MPA) idade 56 dias
Numero de elementos
Natural Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de fora
CP 1 52,46 51,52 50,25 48,72 50,45
CP 2 52,55 52,23 50,26 46,76 50,94
CP 3 49,42 53,18 49,83 47,40 50,13
CP 4 52,14 51,20 49,95 46,74 50,06
CP 5 53,18 52,56 50,46 51,51 49,52
CP 6 52,55 53,18 49,71 53,60 49,67
média 52,01 52,23 50,01 49,11 50,21
103
Apêndice G Tabela G.1–Resultados de tração na flexão dos elementos de concreto para pavimentação.
Resultados dos ensaios de tração na flexão (MPA) idade 3 dias
Numero de elementos
Natural Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de fora
CP 1 9,96 10,65 9,90 11,46 14,32
CP 2 12,14 12,14 10,46 12,33 13,01
CP 3 12,57 10,71 11,89 10,33 12,33
CP 4 9,28 11,89 12,45 13,32 11,45
CP 5 9,78 12,39 10,52 11,33 10,15
média 10,75 11,55 11,04 11,75 12,25
Resultados dos ensaios de tração na flexão (MPA) idade 7 dias
Numero de elementos
Natural Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de fora
CP 1 10,83 11,21 12,82 9,77 11,27
CP 2 13,57 13,07 14,94 15,31 13,28
CP 3 13,20 11,39 13,82 13,01 14,75
CP 4 12,51 13,82 13,70 13,45 10,46
CP 5 12,45 12,79 12,51 13,20 12,08
média 12,51 12,46 13,56 12,95 12,37
Resultados dos ensaios de tração na flexão (MPA) idade 14 dias
Numero de elementos
Natural Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de fora
CP 1 12,46 14,54 12,46 15,43 14,06
CP 2 14,26 15,95 13,97 16,11 11,50
CP 3 12,44 12,36 12,95 14,90 13,48
CP 4 12,77 15,25 13,94 14,94 11,21
CP 5 11,45 14,07 10,66 14,35 14,02
média 12,68 12,43 12,60 15,14 12,85
Resultados dos ensaios de tração na flexão (MPA) idade 56 dias
Numero de elementos
Natural Ipatinga João Monlevade
Piracicaba Juiz de fora
CP 1 14,32 15,94 14,90 11,53 15,86
CP 2 12,23 14,59 11,72 15,17 14,75
CP 3 10,86 15,86 16,59 14,92 14,21
CP 4 14,04 12,71 12,45 16,80 18,46
CP 5 11,88 15,13 16,02 13,41 12,64
média 12,67 14,85 14,34 14,37 15,19
104
Apêndice H Tabela H.1–Resultados das médias de tração na flexão dos elementos de concreto para pavimentação.
Resultados das médias dos ensaios de tração na flexão das amostras (Mpa).
Amostras 3 dias 7 dias 14 dias 56 dias
natural 10,75 12,51 12,68 13,12
Ipatinga 11,55 12,46 14,95 15,38
João Monlevade 11,04 13,21 13,08 14,34
Piracicaba 11,75 12,95 14,90 15,07
Juiz de Fora 12,25 12,34 12,85 15,19
Tabela H.2–Resultados das médias de compressão simples dos elementos de concreto para pavimentação. Resultados das médias dos ensaios de compressão simples das amostras (Mpa).
Amostras 3 dias 7 dias 14 dias 56 dias
natural 37,09 38,11 40,13 52,01
Ipatinga 35,74 43,12 46,33 52,23
João Monlevade 40,06 43,21 44,02 50,01
Piracicaba 38,72 49,23 49,12 49,11
Juiz de Fora 35,01 43,11 44,12 50,21
105
Apêndice I Tabela I.1 – medidas de comprimento, largura, altura e peso dos elementos de concreto para pavimentação.
Medidas (geometria) dos elementos de concreto em (mm).
Amostras comprimento largura altura Peso (g)
230,00 100,00 60,00 2525
230,01 100,02 60,03 2597
Natural
230,03 100,01 60,02 2600
230,02 100,01 60,06 2779
230,01 100,02 60,03 2833
Ipatinga
230,03 100,05 60,01 2897
230,00 100,02 60,06 2850
230,01 100,03 60,03 2824
João Monlevade
230,00 100,05 60,02 2871
230,02 100,02 60,05 2934
230,01 100,06 60,03 2936
Piracicaba
230,01 100,05 60,02 2923
230,03 100,06 60,04 2815
230,02 100,05 60,03 2889
Juiz de Fora
230,01 100,01 60,02 2995