ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina

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1 ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina APROVEITAMENTO DE RESÍDUO DA INDÚSTRIA DE PAPEL NA FABRICAÇÃO DE TIJOLO COMPACTADO Cazzonatto, A. C. Nolasco, A.. M. Armelin, M. C. PRÓXIMA Realização: ICTR Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP

2 RESUMO Aproveitamento de resíduo da indústria de papel na fabricação de tijolo compactado Cazzonatto, A. C. ; Nolasco, A. M.² ; Armelin, M. C.³ Este projeto é parte de um programa de pesquisa sobre alternativas de aproveitamento dos resíduos da produção de celulose e papel desenvolvido numa parceria da ESALQ/USP e da Votorantim Celulose e Papel/Piracicaba. O objetivo foi avaliar a viabilidade do emprego de um compósito solo-resíduo sólido industrial proveniente da indústria de papel, na produção de tijolos compactados. Com esta alternativa de aproveitamento espera-se contribuir para a redução do volume disposto em aterro e desenvolver um material de uso regional e baixo custo para aplicação na construção de habitação de interesse social. Foram realizados ensaios de caracterização dos solos (granulometria, retratibilidade, limite de liquidez, compactação, plasticidade); caracterização do resíduo (volume gerado, sazonalidade, ph, teor de umidade, massa específica, composição química); e estudo dos compósitos (retratibilidade, absorção de água, resistência à compressão e desempenho acústico). Como resultado dos ensaios realizados, constatou-se que o compósito com 30% de resíduo apresentou as melhores respostas em comparação aos demais traços estudados. PALAVRAS-CHAVE: resíduo florestal, resíduo da indústria de papel, aproveitamento de resíduo, material de construção. Graduando em Engenharia Florestal, na Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo. ² Professora Doutora do Departamento de Ciências Florestais da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo.. ³ Engenheiro Ambiental pela Escola de Engenharia de Piracicaba, Fundação Municipal de Ensino de Piracicaba. 3717

3 INTRODUÇÃO Nos últimos anos, o problema dos resíduos sólidos se acentuou rapidamente em função de pelo menos três fatores: o aumento no número e variedade de produtos descartáveis; o aumento na quantidade de resíduos associados a cada objeto produzido; e a tendência em aglomerar certas operações produtoras de resíduo de uma maneira tal que sobrecarrega qualquer processo natural de tratamento (Sewell, 1978). As indústrias de celulose e papel são tradicionalmente consideradas importantes fontes de poluição do ar, do solo e dos recursos hídricos. Entretanto, a maioria delas possui sistemas de tratamento que permitem o controle eficaz dos agentes poluentes à custa de elevados consumos energéticos e investimentos financeiros. Um dos resíduos gerados pela indústria de papel é um lodo rico em celulose e caulim ou carbonato de cálcio. Esse resíduo é resultante do tratamento físicoquímico e biológico do efluente recolhido nas mesas formadoras. Apesar da disposição controlada, algumas empresas têm investido no desenvolvimento de alternativas mais eficientes para destinação deste resíduo, como a minimização, a recuperação e o aproveitamento. Estudos apontaram a possibilidade de aproveitamento na agricultura e em plantios florestais, como corretivo para solos (Nolasco et al., 2004); na produção de blocos cerâmicos (Nolasco, 2000), argamassas para isolamento termo-acústico (Nolasco, 1993) e adobe (Batistelle, 2002); entre outras alternativas. Entretanto, pelo volume de resíduos gerados e limitações regionais (infra-estruturais, culturais, etc.) essas formas de aproveitamento ainda não são suficientes para a completa utilização dos resíduos disponíveis atualmente. Isso sem considerar o passivo ambiental de anos de produção, disposto em aterro industrial. A construção civil é um dos setores com grande potencialidade de utilização de resíduos sólidos industriais. Isto se deve a necessidade de redução de custo na produção dos edifícios e a grande quantidade e diversidade de matéria-prima consumida na construção, o que abre uma serie de opções de uso de resíduos com diferentes funções na edificação (Nolasco, 1993; Cincotto, 1988). O tijolo compactado é um componente construtivo obtido através da compactação do solo, em prensa manual ou mecânica, com ou sem a adição de aglomerantes (cimento, cal, etc.) ou estabilizantes (fibras vegetais, estrume, etc.). Isso varia em função do tipo de solo e do nível de compactação. Este tipo de tijolo apresenta características semelhantes às dos tijolos de barro cozido convencionais, porém, com maior vulnerabilidade à ação da água. Este tipo de material tem sido utilizado na construção de habitações de interesse social em várias regiões do mundo por apresentar vantagens quanto ao custo e facilidade de produção (Houben et al., 1989). A tecnologia simples, o uso de recursos regionais e equipamento de baixo custo contribuem para viabilizar sua aplicação em projetos de mutirão e autoconstrução. 3718

4 Fibra vegetal é um importante agente estabilizador em materiais de solo, tradicionalmente incorporada em adobe, taipa e tijolos de solo compactado. Ela age no sentido de proporcionar maior estabilidade dimensional, evitar fissuras e aumentar a resistência a intempéries e ao impacto (Houben et al., 1989). Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade do aproveitamento do resíduo sólido industrial resultante da fabricação de papel na produção de tijolos compactados. Esta alternativa poderá contribuir para a redução do volume de resíduos dispostos em aterro industrial, agregando valor a este material, que poderá ser utilizado na construção civil, especialmente em habitações de interesse social. MATERIAL E MÉTODOS Solo arenoso, da Série Sertãozinho proveniente do Campus da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz /USP, foi caracterizado em laboratório quanto a granulometria (NRB 7181/84), retratibilidade (ABCP, 1988); limite de liquidez (NBR 6459) e limite de plasticidade (NBR 7180). O resíduo sólido (lodo de ETE) proveniente da indústria Votorantim Celulose e Papel/Unidade de Piracicaba, foi caracterizado quanto as propriedades físicas e composição química. Para a caracterização física do resíduo foi determinado o teor de umidade (NBR 7217); a massa específica, conforme metodologia de Grande (1991), sendo esta, uma adaptação da NBR 9776/97; e quantificados os resíduos produzidos mensalmente, através de dados concedidos pela empresa. A caracterização química foi realizada pelo Laboratório BIOAGRI Ambiental Ltda. Como complemento foram realizados ensaios periódicos de ph e teor de umidade. No estudo dos compósitos, foram adotados os traços 0%, 20%, 30%, 40% e 50% de resíduo em massa, em relação à massa de solo. A definição dos traços considerou estudos realizados anteriormente por Nolasco (1993) e por Battistelle (2002). Os ensaios realizados com os compósitos foram: retratibilidade (ABCP, 1988); determinação da massa específica aparente do compósito, obtida através da determinação da massa em balança de precisão e dos resultados das medidas dos corpos de prova, realizados no ensaio de retratibilidade, expressa em g/cm 3 ; umidade de equilíbrio ao ar (obtida por uma relação entre Pa - peso seco ao ar - e Ps - peso seco em estufa a 105 C), resistência à compressão (NBR 6460/83) e absorção de água (NBR 8492/84). Para cada traço foram moldados 13 tijolos, dos quais 10 foram destinados para o ensaio de resistência à compressão e 3 para o ensaio de absorção de água. Para os ensaios de determinação da massa específica do compósito e umidade de equilíbrio ao ar utilizou-se os mesmos corpos de prova do ensaio de absorção de água. O método adotado para aferição do isolamento acústico dos compósitos foi o descrito por Grande (1991). Foram construídas caixas com os tijolos compactados nos diferentes traços, de modo a deixar espaço interno no qual foi inserida uma campainha com emissão contínua de som. Do lado externo das caixas foi colocado um decibelímetro que aferiu a intensidade dos ruídos. O aparelho aferiu o nível de ruído com a parte superior da caixa aberta (Ca) e depois fechada (Cf) com o mesmo 3719

5 tijolo. Foi aferido, também, o nível de ruído de fundo. A diferença entre Ca e Cf expressaram o nível de isolamento acústico. Para este ensaio foram moldados 5 corpos de prova de cada traço. As aferições foram realizadas na escala A, que simula a audição humana. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados de caracterização do solo indicam tratar-se de solo areno argilo-siltoso (Tabela 1), o que corresponde a um solo principalmente arenoso. Tabela 1. Características do solo da Série Sertãozinho da ESALQ. Índices físicos* ARENOSO Retratibilidade 29,33 mm Limite de Liquidez (LL) 27,20% Limite de Plasticidade (LP) 17,87% Índice de Plasticidade (IP) 9,33% Distribuição Granulométrica Pedregulho (>2mm) 0,00% Areia (0,05-2mm) 62,00% Silte (0,005-0,05 mm) 11,00% Argila (<0,005 mm) 27,00% * Resultados de 3 repetições. O Quadro 1 apresenta os resultados da análise química das amostras de resíduo, lixiviado e solubilizado. Analisando a composição do resíduo solubilizado e comparando com as recomendações da norma, 5 elementos ultrapassaram os valores aceitáveis e, portanto, o resíduo não pode ser classificado como Classe III Resíduos Inertes. De acordo com a NBR , um resíduo somente pode ser classificado nesta categoria se apresentar concentrações iguais ou inferiores aos padrões de potabilidade da água. Neste caso, foram encontrados valores superiores para fenóis, alumínio, cloretos, ferro e manganês. Em relação à composição do resíduo lixiviado, quando comparado com as recomendações da norma, não foram detectados elementos perigosos com concentração acima do aceitável. Não caracterizando um resíduo de Classe I Resíduo Perigoso. Assim, o lodo analisado pode ser classificado como de Classe II Não Inerte, podendo ter características de biodegradabilidade e solubilidade em água. Quando seco, pode também ser combustível. Quadro 1. Resultados Analíticos do Resíduo Sólido Industrial da VCP. Parâmetros Unidade LQ* Resultados Analíticos ABNT NBR VMP** 1- SOLUBILIZADO Arsênio mg/l 0,05 < LQ 0,05 Bário mg/l 0,1 0,65 1 Cádmio mg/l 0,005 < LQ 0,005 Chumbo mg/l 0,05 < LQ 0,

6 Cianetos mg/l 0,1 < LQ 0,1 Cromo total mg/l 0,05 < LQ 0,05 Fenóis mg/l 0,001 0,06 0,001 Fluoretos mg/l 0,1 0,14 1,5 Mercúrio mg/l 0,001 < LQ 0,001 Nitratos mg/l 0,1 9,6 10 Prata mg/l 0,05 < LQ 0,05 Selênio mg/l 0,01 < LQ 0,01 Alumínio mg/l 0,05 1,01 0,2 Cloretos mg/l Cobre mg/l 0,05 < LQ 1 Dureza mg/l Ferro mg/l 0, ,3 Manganês mg/l 0,05 3 0,1 Sódio mg/l 0,5 3,5 200 Surfactantes mg/l 0,1 0,1 0,2 Sulfatos mg/l Zinco mg/l 0,05 < LQ 5 2- LIXIVIADO Arsênio mg/l 0,05 < LQ 5 Bário mg/l 0,1 0, Cádmio mg/l 0,05 < LQ 0,5 Chumbo mg/l 0,05 < LQ 5 Cromo total mg/l 0,05 < LQ 5 Fluoretos mg/l 0,1 0,1 150 Mercúrio mg/l 0,05 < LQ 0,1 Prata mg/l 0,05 < LQ 5 Selênio mg/l 0,05 < LQ 1 Volume de Ac. Acético 0,5 N ml 3 Até 400 Tempo de Lixiviação Horas MASSA BRUTA Umidade % 0,05 34 Berílio mg/kg 1 < LQ 100 Cromo VI mg/kg 1 < LQ 100 Mercúrio mg/kg 1 < LQ 100 Vanádio mg/kg 1 1, Chumbo mg/kg 1 1, Selênio mg/kg 1 < LQ 100 Arsênio mg/kg 1 < LQ 1000 Cianetos mg/kg 1 < LQ 1000 Fenóis mg/kg 0,5 0,96 10 Hidrocarb.Líquidos/Bombeáveis % 0,05 < LQ 5 Óleos e Graxas % 0,05 < LQ 1 Líquidos Livres Ausente Ausente Ausente LQ*: Limite de Quantificação < LQ: Menor que o Limite de Quantificação VMP**: Valores Máximos Permitidos pela Norma ABNT NBR Fonte: BIOAGRI Laboratório Ltda, Além da composição química, outras características apontaram a potencialidade de aproveitamento do resíduo em compósitos de solo para uso na produção de tijolos compactados. Entre elas: o teor de umidade elevado (57,93%), o que reduziria o 3721

7 consumo de água na produção e o grande volume mensal gerado pela empresa, 900 toneladas. O resíduo apresentou, ainda, massa específica de 1,88 g/cm 3 e ph 6,01. Segundo a classificação da OECD, quanto ao potencial de aproveitamento, o resíduo pode ser considerado de Classe 1 - materiais com potencialidade de aplicação máxima; e grupo 3 - resíduos e subprodutos industriais. A caracterização do resíduo como não perigoso indicou a viabilidade de estudo para sua utilização em materiais de construção, já que não representa risco potencial para o trabalhador durante a produção e uso na construção, nem para o morador ou futuro usuário do edifício. Quanto à disposição final convencional para resíduos de demolição, este material não representa riscos ao ambiente, pois é composto basicamente por grande quantidade de fibras (material orgânico), que são biodegradáveis, e materiais inertes. Os resultados da avaliação do desempenho físico-mecânico dos compósitos são apresentados na Tabela 2. Tabela 2. Desempenho físico-mecânico dos compósitos valores médios para cada traço. Traço Ensaios do Compósito Unidade 0% 20% 30% 40% 50% Retratibilidade Mm 29,33 24,67 25,67 25,33 19,33 Massa Específica g/cm ,64 1,55 1,45 1,37 Umidade de Equilíbrio ao Ar % --- 0,94 0,95 1,06 1,21 Resistência à Compressão Mpa --- 0,67 0,72 0,64 0,69 Absorção de Água % ,55 25,68 Isolamento Acústico db ,1 7,7 7,0 5,2 No ensaio de retração, apenas o traço 50% atendeu às recomendações para produção de tijolos de solo-cimento (retração máxima 20 mm), adotadas como referência neste estudo (ABCP, 1986). Porém, apesar de uma retração mais elevada, a presença das fibras evitou resultados indesejáveis como deformação e fissuras, que comprometeriam a integridade e resistência dos componentes. A adição do resíduo, nos diferentes traços, fez decrescer a massa específica dos tijolos devido ao aumento de vazios e da quantidade de fibras nos compósitos. Em relação à resistência à compressão, pode-se afirmar que ao contrário do constatado por Battistelle (2002) no uso do resíduo em adobe, o aumento da porcentagem de resíduo na mistura não fez decrescer proporcionalmente a resistência do material. O traço 30% apresentou resistência ligeiramente superior aos demais. O ensaio de absorção de água mostrou uma contribuição importante do resíduo nos compósitos: a estabilização. Quanto maior a quantidade de resíduo, maior foi a estabilidade do tijolo quando imerso em água. Os tijolos dos traços 0%, 20% e 30% se desagregaram durante o ensaio. 3722

8 Como esperado, o ensaio de isolamento acústico mostrou que a redução dos valores de massa específica nos diferentes traços possui uma relação direta com a diminuição do isolamento acústico. Porém todos os traços apresentaram desempenho superior ao tijolo maciço (3,7 db) e ao adobe (0,9 db) (Batistelle, 2002). CONCLUSÃO O resíduo apresentou grande potencial de aproveitamento na construção civil, em função da sua classificação pela ABNT NBR 10004, como sendo de Classe II Não Inerte e como resíduo de Classe 1 - materiais com potencialidade de aplicação máxima, segundo a OECD. O volume gerado também justifica sua utilização. O compósito com melhor desempenho foi o traço de 30% de resíduo, pois além de apresentar o melhor comportamento da interpolação dos diferentes traços em respostas aos ensaios realizados, verificou-se a viabilidade tanto em relação a trabalhabilidade da mistura quanto à plasticidade e acabamento dos corpos de prova. Os resultados apresentados neste trabalho são parciais, pois o estudo continua visando melhorar a resistência dos tijolos através do aumento do nível de compactação e da adição de aglomerante (cimento Portland). Posteriormente será realizado o teste de condutividade térmica nos diferentes traços do componente, para verificar qual o comportamento térmico do material nos diferentes traços, e uma vez obtido o componente com traço ótimo serão ainda realizados ensaios de solubilização e lixiviação no tijolo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND Fabricação de tijolos de solo-cimento com a utilização de prensas manuais, por ABCP e outros. 2.ed.ver.atual. São Paulo, 1988, 8p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 7181/84. Solo: análise granulométrica. Método de ensaio. Rio de Janeiro. 1984a. 13p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR Agregado: determinação da composição granulométrica. Método de ensaio. Rio de Janeiro p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 9776/97. Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco de Chapman. Rio de Janeiro p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 8492/84. Tijolo maciço de solo cimento: determinação da resistência à compressão e da absorção de água. Método de ensaio. Rio de Janeiro. 1984c.5p. 3723

9 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6460/83. Tijolo maciço cerâmico para alvenaria: verificação da resistência à compressão. Rio de Janeiro p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR Solo: determinação do limite de liquidez. Método de ensaio. Rio de Janeiro. 1984b. 6p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR Solo: determinação do limite de plasticidade. Método de ensaio. Rio de Janeiro p. BATTISTELLE, R. A. G. Análise da viabilidade técnica do resíduo de celulose e papel em tijolos de adobe. São Carlos, p Tese (Doutorado) Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo. CINCOTTO, M. A. Utilização de subprodutos e resíduos na indústria da construção civil. In: INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO. Tecnologia de Edificações. 1.ed. São Paulo, 1988, Construtora Lix da Cunha S.A. / PINI / IPT, Divisão de Edificações, p (Coletânea de trabalhos). HOUBEN, H., GUILLAUD, H. Traité de construction en terre. Editions Parenthèses. Marseille, p NOLASCO, A. M. Utilização de resíduos da indústria de papel na produção de materiais para a construção civil. São Carlos, p Dissertação (M. S.) Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo. NOLASCO, A.M.; GUERRINI, I.A.; BENEDETTI, V. The use of urban and industrial residues for fertilization and conditioning of forest plantation soils. In: Gonçalves, J. L. M. & BENEDETTI, V. Forest Nutrition and Fertilization. Piracicaba, IPEF, p SEWELL, G. H. Administração e Controle da Qualidade Ambiental. São Paulo: EPU. Ed. da Universidade de São Paulo, p. ABSTRACT This project is part of a research program about the alternatives to take advantage of the residue from cellulose and paper production, developed in partnership between ESALQ/USP and Votorantim Celulose e Papel/Piracicaba. The objective was to assess the feasibility of employing an industrial solid soil-residue composite originating from the paper industry, in the compact brick production. With this utilization alternative it is expected to contribute to reduce the volume disposed in embankment and develop a material of regional use and low application cost in the construction of habitation social s interest. Several tests have been performed to achieve soil charachterization, residue charachterization, and composites study. As test results, it has been verified that the composite with 30% of waste mass over soil mass presented the best responses in relation to all other traces studied. 3724

10 Key-words: forestal residue, paper industry residue, residue utilization, building material. AGRADECIMENTOS À Votorantim Celulose e Papel, Unidade de Piracicaba. À FAPESP Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo. 3725