INCORPORAÇÃO DE CINZAS DE LODO DE LAGOA DE TRATAMENTO DE ESGOTO EM AGREGADO MIÚDO PARA PRODUÇÃO DE CONCRETO.

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1 INCORPORAÇÃO DE CINZAS DE LODO DE LAGOA DE TRATAMENTO DE ESGOTO EM AGREGADO MIÚDO PARA PRODUÇÃO DE CONCRETO. Gabriel Alves Correa Da Silva 1 - UNITOLEDO Santana Ferreira Rosa Junior 2 - UNITOLEDO Pedro Sergio Hortolani Rodrigues 3 - UNITOLEDO RESUMO O intuito deste estudo foi analisar, por meio de ensaios laboratoriais de engenharia civil, as características das cinzas de lodo para a contribuição na produção de concreto obtendo as características compatíveis para substituir o agregado miúdo em concreto, certificando-se de que todos os resultados foram favoráveis e pertinentes à comparação de resistência do concreto convencional na construção civil, indicado para lajes, vigas e cortinas armadas. A variedade e a quantidade dos resíduos produzidos diariamente, tem tornado o seu descarte sustentável cada vez mais difícil. Uma das vantagens da utilização do lodo como matéria-prima é a preservação de recursos naturais, e a redução de resíduos enviados aos aterros sanitários, além disso, as cinzas do lodo são viáveis, pois contribuem para resistência mecânica do concreto. Palavras-chave: cinzas de lodo, agregado miúdo, concreto. 1 Graduando em Engenharia Civil UNITOLEDO (2017) 2 Graduando em Engenharia Civil UNITOLEDO (2017) 3 Mestre em Engenharia Civil pela UNESP (2007)

2 INTRODUÇÃO De acordo Cavinatto (1992), povos antigos desenvolveram técnicas avançadas para época, técnicas para captação, condução, armazenamento e utilização de água. Povos egípcios apresentavam técnicas habilidosas para irrigação do solo na agricultura e armazenamento de água, o armazenamento costumava ocorrer no período de um ano, tempo necessário para que a sujeira se depositasse no fundo do recipiente. Mesmo sem o conhecimento de que muitas das doenças eram transmitidas por micro-organismos patogênicos, os processos utilizados para filtragem e armazenamento removiam grande parte deles, assim o indivíduos que ingerissem a água suja se tornariam mais vulneráveis as doenças. Segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS), saneamento é o controle de todos os fatores do meio físico do homem que exercem ou podem exercer efeitos nocivos sobre o bem estar físico, mental e social. É o conjunto de medidas adotadas em um local para melhorar a vida e a saúde dos habitantes, impedindo que fatores físicos de efeitos nocivos possam prejudicar as pessoas no seu bem-estar físico mental e social. (SNIS - Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento, 2013) No Brasil, o primeiro indício de saneamento básico só ocorreu em 1561, foi escavado o primeiro poço para abastecer a cidade do Rio de Janeiro. Somente no dia 05 de janeiro de 2007, após uma luta intensa dos municípios pela titularidade, foi sancionada a Lei Federal nº11.445, chamada de Lei Nacional do Saneamento Básico LNSB, lei que estabeleceu objetivos para o planejamento municipal de saneamento. Art. 44. O licenciamento ambiental de unidades de tratamento de esgotos sanitários e de efluentes gerados nos processos de tratamento de água considerará etapas de eficiência, a fim de alcançar progressivamente os padrões estabelecidos pela legislação ambiental, em função da capacidade de pagamento dos usuários. 1o A autoridade ambiental competente estabelecerá procedimentos simplificados de licenciamento para as atividades a que se refere o caput deste artigo, em função do porte das unidades e dos impactos ambientais esperados. 2o A autoridade ambiental competente estabelecerá metas progressivas para que a qualidade dos efluentes de unidades de tratamento de esgotos sanitários atenda aos padrões das classes dos corpos hídricos em que forem lançados, a partir dos níveis presentes de tratamento e considerando a capacidade de pagamento das populações e usuários envolvidos. (BRASIL, 2007) Segundo o Ministério do Meio Ambiente (2009), O esgoto costuma ser classificado em dois grupos principais: o esgoto sanitário e industrial. O primeiro é constituído essencialmente de despejos domésticos, uma parcela de águas pluviais e, eventualmente, uma parcela não significativa de despejos industriais, tendo características bem definidas. O esgoto industrial, extremamente diverso, provém de qualquer utilização da água para fins industriais.

3 No Brasil, existe a consciência de que o tratamento de esgoto e seu destino final têm relação com o meio ambiente e a qualidade das águas e seus benefícios. Os sistemas de Esgotamento Sanitário, Segundo o Ministério do Meio Ambiente (2009), podem ser de três tipos: a) sistema de esgotamento unitário ou sistema combinado, em que o esgoto, as águas de infiltração e as águas pluviais veiculam por um único sistema; b) sistema de esgotamento separador parcial, em que parcela das águas de chuva, proveniente de telhados e pátios dos domicílios, é encaminhada juntamente com o esgoto e as águas de infiltração para um único sistema de coleta de esgoto; c) sistema separador absoluto, em que o esgoto e as águas de infiltração, que constituem o esgoto doméstico, veiculam em um sistema independente. As águas pluviais são coletadas e transportadas em um sistema de drenagem pluvial totalmente independente. No Brasil, é utilizado basicamente o separado absoluto que diminui significativamente os custos de implantação do sistema, pois suas vazões menores resultam em obras de menor porte e, consequentemente, de menor custo, resolvendo um dos problemas mais graves de saneamento da cidade (Ministério do Meio Ambiente, 2009). O município de Barbosa, localizado no interior de São Paulo, com uma área territorial de aproximadamente 205,21 km² e cerca de habitantes (IBGE, 2017) utiliza o sistema de lagoa facultativa para tratar o esgoto produzido e devolver para natureza com as condições mínimas de tratamento. O material agregado utilizado foi fornecido pela Prefeitura Municipal de Barbosa e incinerado na Cerâmica local. De acordo com o, (CONAMA nº/307, Art./3 ) os agregados reciclados são classificados como D Art/3 inciso I: IV - Classe D - são os resíduos perigosos oriundos do processo de construção, tais como: tintas, solventes, óleos e outros, ou aqueles contaminados oriundos de demolições, reformas e reparos de clínicas radiológicas, instalações industriais e outros. O sistema de tratamento aderido pelo município é por lagoa de estabilização, sistema que não necessita de nenhum equipamento elétrico, apresenta custo inicial, despesas de operação e manutenção baixas e alta eficiência de tratamento. O mecanismo de funcionamento do tratamento consiste basicamente na entrada do esgoto afluente na extremidade da Lagoa Anaeróbica, passando pela Facultativa e saindo na extremidade oposta. O percurso demora vários dias e durante o tratamento, ocorre uma série de processos que contribui para a

4 purificação do esgoto (VON SPERLING, 1996). Lagoa anaeróbia, seguida de lagoa facultativa, também conhecida como sistema australiano, é uma das soluções técnicas mais econômicas quando se dispõe de grandes áreas. Na primeira lagoa, onde predomina o processo anaeróbio, ocorre a retenção e a digestão anaeróbia do material sedimentável e, na segunda, com processo aeróbio, onde se atribui às algas a função da produção e a introdução da maior parte do oxigênio consumido pelas bactérias, ocorre a degradação dos contaminantes solúveis e contidos em partículas suspensas muito pequenas. Também é necessária a impermeabilização do revestimento inter- 25 no da lagoa com camada de argila, manta de polietileno de alta densidade - PEAD, pintura asfáltica ou outros métodos que evitem a infiltração para o lençol subterrâneo. (Ministério do Meio Ambiente, 2009) Esse tipo de tratamento reduz grande parte do lodo. As bactérias que vivem nas lagoas utilizam o oxigênio produzido pelas algas para oxidar a matéria orgânica. Um dos produtos finais desse processo é o gás carbônico, que é utilizado pelas algas na sua fotossíntese (SABESP, 2010). A estrutura de uma lagoa anaeróbia é geralmente simples, sendo mais profunda do que a lagoa facultativa, na ordem de 3 a 5 metros, dependendo dos critérios de dimensionamento, e ocupando área menor. A profundidade tem a finalidade de impedir que o oxigênio produzido pela camada superficial seja transmitido às camadas inferiores (VON SPERLING, 1996). O processo de tratamento de esgoto envolve a liquefação e formação de ácidos, etapa realizada pelas bactérias acidogênicas, e geração de metano, através das bactérias metanogênicas. O processo de liquefação e formação de ácidos é caracterizado pela transformação da matéria orgânica em compostos mais simples e, posteriormente na metanogênese, em gás metano, havendo a remoção da (Demanda Bioquímica de Oxigênio) DBO, sendo o carbono removido na forma de gás metano, que escapa para a atmosfera. A eficiência de remoção de DBO por uma lagoa anaeróbia é da ordem de 50% a 60%. Após o tempo de detenção, o efluente segue parcialmente tratado, para a lagoa facultativa (VASCONCELOS, 2016). O lodo produzido pode ser destinado corretamente de inúmeras formas, desde a simples estocagem como rejeito em aterros, até sua integração na geração de novos produtos. A escolha dentre as alternativas de destino deve ser baseada nas características de cada sistema, sob o ponto de vista tecnológico, econômico e ambiental (PEREIRA, 2012).

5 2 OBJETIVO Desenvolver um traço de concreto controlado com a substituição parcial dos agregados miúdos por cinza de lodo de lagoa de tratamento de esgoto, obtendo um material com boas propriedades e possível aplicação prática. 3 METODOLOGIA Analisando os resultados experimentais, foi possível obter o comportamento de três traços de concretos e suas resistências a compressão axial. Observando a caracterização do lodo na dosagem do concreto e execução dos ensaios. As cinzas do lodo utilizado neste trabalho foram coletados na estação de tratamento de esgoto (Figura 1) da cidade de Barbosa SP, cujas cinzas foram geradas do sistema anaeróbico e facultativo da ETE. O lodo utilizado no processo experimental foi retirado e passado por um processo de pré-secagem (Figura 2) ao ar livre e incinerado em forno de cerâmicas entre 600 C a 900 C (Figura 3) controlado por termômetro: Figura 1 - local coletado Figura 2 - pre-secagem natural (Autores, 2017) (Autores, 2017) Figura 3 - local de incineração Figura 4 - cinzas do lodo (Autores, 2017) (Autores, 2017)

6 As cinzas do lodo (Figura 4) foram caracterizadas conforme a granulometria, de acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas- ABNT (2009), pela sua NBR 7211, sendo o material passante da peneira 4,75 mm utilizado como agregado miúdo. 3.1 CARACTERIZAÇÃO DOS AGREGADOS E CIMENTOS Para o ensaio dos agregados miúdos e graúdos naturais e cinzas do lodo utilizou-se um agitador de peneira (Figura 5), seguindo a ABNT (2003), pela sua NBR NM 248: Figura 5 - Agitador de peneiras (Autores, 2017). A massa específica absoluta representa a relação entre a massa do material e seu volume (sem contar os vazios), respeitando a ABNT (2011), pela sua NBR NM 52, foi obtida por meio do ensaio de Chapman, tanto para o agregado natural quando para as cinzas do lodo. A obtenção da massa específica aparente foi realizado por meio de um Becker graduado, é obtida por meio da massa do material em relação a seu volume solto (contato com os vazios). O Becker é pesado para retirar a tara, depois é preenchido com agregado miúdo com um volume seco (Vs) conhecido para que o mesmo seja pesado, resultando no valor da sua massa (M). 3.2 AGREGADO GRAÚDO A massa específica absoluta representa a relação entre a massa do material e seu volume, sem contar os vazios, respeitando a ABNT (2011), pela sua NBR NM 52 foi obtida por meio do método da balança hidrostática. A massa específica aparente é representada pela massa do material em relação ao seu volume solto, contando com os vazios, foi alcançada pelo mesmo processo realizado para a obtenção da massa específica aparente do agregado miúdo.

7 Para a obtenção da absorção de água dos materiais, houve, num período de 24 horas, um processo de secagem em estufa, depois, foram pesados e colocados em recipientes onde ficaram totalmente submersos por mais vinte e quatro horas, sendo pesados novamente depois desse tempo. O resultado é obtido por meio da relação da massa saturada do material menos a massa seca, esse valor é dividido pela massa seca e multiplicado por cem, assim dando a porcentagem de absorção do material. Todos os ensaios foram realizados no agregado graúdo natural quanto para o resíduo. 3.3 AGLOMERANTE (CIMENTO) A massa específica absoluta é a relação entre a massa do material e seu volume, sem contar os vazios, e foi obtida por meio do frasco volumétrico de Le Chatelier (Figura 6), onde se utilizou líquido com a densidade determinada (no caso o querosene), pela ABNT (2001), sua NBR NM 23: Figura 6- frasco de Chatelier (Autores, 2017) 3.4 DOSAGEM DOS TRAÇOS DE CONCRETO O diâmetro máximo e o módulo de finura dos agregados é obtido de sua granulometria. Após as realizações dos ensaios das massas específicas dos materiais, pode-se verificar dados importantes da massa específica aparente e absoluta dos agregados e aglomerante, para a composição do traço de concreto. Na produção dos concretos foram definidos três traços dosados por meio do método (Associação Brasileira de Cimento Portland) ABCP, adaptado do método (American Concrete Institute) ACI, segundo Bauer (2001), com diferentes percentuais de substituição de agregados

8 e sem uso de qualquer tipo de aditivo na mistura. O fck (resistência característica à compressão) escolhido para todos os traços foi o valor mínimo para concreto convencional, igual a 20MPa, e consequentemente, valores iguais de relação água/cimento. Utilizou-se também o mesmo tipo de cimento, CPII Z-32. Os traços foram: primeiro o traço convencional, composto totalmente de agregados naturais; segundo e terceiro traços foram substituídos respectivamente com (15%) e (30%) do agregado miúdo natural pelas cinzas do lodo. 3.5 HOMOGENEIZAÇÃO DOS TRAÇOS E ENSAIO DE CONSISTÊNCIA O processo da mistura e homogeneização de cada traço se deu pela utilização de uma betoneira, assim seguindo uma ordem de lançamento de acordo com método ACI/ABCP (BAUER, 2001), primeiramente, lançou-se o agregado graúdo e metade da água com um tempo de mistura de um minuto, logo seguinte lançou-se todo o aglomerante e misturou por mais trinta segundos, por fim lançou-se todo o agregado miúdo e o resto da água e misturou por mais três minutos e meio. Totalizando o processo, foram quatro minutos e meio de mistura do material na betoneira. Após o fim do processo de mistura do concreto, o mesmo (Figura 7) foi lançado na carriola e levado para a realização do Slump Test (Figura 8) respeitando a ABNT (1998), pela sua NBR NM 67, onde foi conhecida a coesão e trabalhabilidade de cada um dos traços. O abatimento adotado foi de 75 a 150 mm de acordo com o método ABCP/ACI (BAUER, 2001): Figura 7- Concreto Fresco Figura 8- Slump Test (Autores, 2017) (Autores, 2017)

9 3.6 MOLDAGEM E CURA DOS CORPOS DE PROVAS (CPs) Para cada traço foram moldados 12 CPs, respeitando a ABNT (2015), pela sua NBR Após desforma, os corpos-de-prova foram imersos em uma solução de água e cal para ficar em processo de cura até o dia do seu ensaio, sendo 6 corpos-de-prova separados para os ensaios aos 07 dias e 6 corpos-de-prova para 28 dias, como pode ser observado na figura 9: Figura 9- moldagem dos corpos de provas (Autores, 2017) 3.7 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL Foi realizada uma avalição da propriedade mecânica de resistência à compressão axial respeitando a ABNT (2015), pela sua NBR Na data do ensaio, os corpos-de-prova foram retirados da cura, em sequência os corpos-de-prova foram capeados com enxofre (Figura 10). Utilizando uma máquina de ensaio de compressão marca e modelo EMIC SSH300 classe I, devidamente calibrada (Figura 11): Figura 10- corpo de prova capeados (Autores, 2017)

10 Figura 11 - Ensaio de compressão axial (Autores, 2017) 4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE DADOS Os ensaios feitos baseiam-se em três tipos de misturas, com objetivo de analisar os comportamentos de diferentes tipos de dosagem das cinzas do lodo, sendo uma das dosagens utilizada como referência sem o uso das cinzas do lodo e as demais distribuídas em 15% e 30% com as cinzas de lodo, conforme resultados da dosagem apresentadas (quadro 1): Quadro 01 Traços dos Concreto DOSAGEM 01 DOSAGEM 02 DOSAGEM 03 CIMENTO AREIA BRITA RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO AGREGADO MIÚDO CINZAS DO LODO 1 1,88 3,33 0, ,56 3,38 0,57 0,27/15 1 1,25 3,43 0,57 0,53/30 Para a determinação dos materiais, foi utilizado o método de dosagem ABCP/ACI (BAUER, 2001), com o volume inicial de 0,00157 m³ (um corpo de prova) e multiplicado por 12 (quantidade de CPs para cada dosagem), a fim de obter um valor para cada material em kg, e a relação A/C estipulado em 0,57, assim expressa no quadro 2:

11 Quadro 02 Quantidade de Material (kg) para 12 CPS MATERIAL DOSAGEM DOSAGEM 02 DOSAGEM (15%) (30%) CIMENTO 8,55 8,55 8,55 AREIA 16,07 13,34 10,69 BRITA 28,47 28,9 29,35 ÁGUA 4,87 4,87 4,87 AGREGADO MIÚDO DE CINZA DE LODO 0 2,3 4,53 O ensaio de granulometria dos agregados foi realizado de acordo com a norma NBR NM 248 citada no presente artigo, por meio dos quadro 3 e 4, pode-se observar a massa retida e acumulada em cada peneira: Quadro 3 Ensaio de peneiramento da areia PENEIRAS MASSA RETIDA % RETIDA % RETIDA (g) ACUMULADA 4,75mm ,36mm 6,31 0, , ,18mm 35,24 3, , ,600mm 155,56 15, , ,300mm 391,08 39, , ,150mm 387,14 38, , Fundo 24,39 2, TOTA 999, MODULO DE FINURA 1,81 Quadro 4 Ensaio de peneiramento das cinzas do lodo PENEIRAS MASSA RETIDA (G) % RETIDA % RETIDA ACUMULADA 4,75mm ,36mm 1,55 0, , ,18mm 5,18 0, , ,600mm 24,18 2, , ,300mm 191,6 19, , ,150mm 525,6 52, , Fundo 251,59 25, TOTAL 999,7 100 MODULO DE FINURA 1,01

12 De acordo com o módulo de finura especificado nas tabelas a cima, pode-se classificar os agregados miúdos conforme a NBR 7211/2009, e com os resultados apresentados é possível classificar os agregados miúdos com o módulo de finura na zona inferior que varia de 1,55 a 2,20. Observando que na tabela 4, referente ao módulo de finura, o resultado das cinzas do lodo foi igual a 1,01 não atingindo os limites da distribuição granulométrica, mesmo com o módulo de finura abaixo do esperado, não interferiu no ganho de resistência do concreto. 4.1 RESULTADOS DE COMPRESSÃO AXIAL Para realização da pesquisa utilizou três dosagens, com a finalidade de comparar as características mecânicas do concreto, quando ao substituir agregado miúdo convencional por cinzas do lodo analisando a melhor resistência obtida. O ensaio de compressão axial, analisou o ganho de resistência a compressão axial com a adição das cinzas de lodo, substituindo o agregado natural de acordo com a figura 12: Figura 12 - Resultado do ensaio de compressão axial Convencional 7-15% de Lodo 7-30% de Lodo 28 - Convencional 28-15% de Lodo 28-30% de Lodo Convencional 7-15% de Lodo 7-30% de Lodo 28 - Convencional 28-15% de Lodo 28-30% de Lodo O ensaio de abatimento slump test para os três traços realizados, resultaram com diferentes valores, sendo o traço convencional 18,5 cm, o traço com substituição de 15% resultou em 16 cm e o traço com substituição de 30% resultou em 11 cm. Observando que o

13 traço convencional e com o 15% de substituição resultou acima do esperado, interferindo na trabalhabilidade do concreto, mas não deixou de apresentar ganho de resistência a compressão. Como pode-se observar na (figura 12), o concreto com 30% de lodo teve um ganho de resistência à compressão considerável, isso ocorreu pela cinzas do lodo ser um material mais fino do que o agregado natural preenchendo os vazios contidos. Se substituído com porcentagem acima dos 30% o agregado natural pela cinzas do lodo, poderá ocorrer a perda de resistência e trabalhabilidade alterando o fator água/cimento. 5 CONCLUSÃO O processo do tratamento de esgoto tem por finalidade devolver aos corpos hídricos a água devidamente tratada, mas em consequência é gerado um lodo o qual não há descarte apropriado no meio ambiente, podendo gerar inúmeras doenças e afetar o sistema ecológico. Após analisar a característica das cinzas do lodo, foi possível concluir que, com a substituição do agregado miúdo das cinzas do lodo no agregado miúdo convencional houve um aumento considerável a resistência à compressão axial do concreto, mesmo ocorrendo variações na trabalhabilidade do concreto com a substituição do agregado miúdo das cinzas de lodo, tal fato não interferiu na relação água-cimento. Após a realização desta pesquisa, foi possível mostrar uma alternativa de reaproveitamento do lodo na produção do concreto com a substituição de agregado miúdo das cinzas de lodo, devendo ainda estudar outros traços, de modo a desenvolver uma mistura confiável e com qualidade, podendo ser utilizados na construção civil, em lajes, vigas e cortinas armadas. REFERÊNCIAS Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR Concreto - Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR Agregados para concretos especificação. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR NM 23. Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação da massa específica. Rio de Janeiro, 2001.

14 Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR NM 248. Agregados Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR NM 52. Agregado miúdo - Determinação da massa específica e massa específica aparente. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR NM 67. Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro, BRASIL. LEI Nº , DE 5 DE JANEIRO DE Diretrizes Nacionais para o saneamento básico. Brasília, DF. Disponível em: < Acesso em: 12 out CAVINATTO, V. M. Saneamento básico: fonte de saúde e bem-estar. São Paulo: Ed. Moderna, CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução n 307, de 5 julho de Disponível em: < Acesso em: 22 nov Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). São Paulo Barbosa. Disponível em: < Acesso em: 10 out L. A. F Bauer. Materiais de construção. Rio de Janeiro: LTC Editora, v.1, 5 Edição. MMA Ministério do Meio Ambiente. Módulo Específico Licenciamento Ambiental de Estações de Tratamento de Esgoto e Aterros Sanitários, Disponível em:< Acesso em: 13 nov PEREIRA, Kiev Luiz de Araújo. Estabilização de um solo com cimento de cinza de lodo para uso em pavimentos, Disponível em: < Acesso em: 21 nov SABESP - Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo. Tipos de Tratamentos, Disponível em: < Acesso em: 13 nov SNIS Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento. Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgotos, Disponível em: < Acesso em: 30 set VASCONCELOS, Elizeu. Lagoa anaeróbia e o sistema australiano, Disponível em: < Acesso em: 24 nov

15 VON SPERLING, Marcos. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias Lagoas de estabilização. V. 3, 2ª edição. Belo Horizonte. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 1996.