ESTUDO DA UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DE CORTE DE MÁRMORES E GRANITOS PARA PRODUÇÃO DE LAJOTAS

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1 ESTUDO DA UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DE CORTE DE MÁRMORES E GRANITOS PARA PRODUÇÃO DE LAJOTAS 1 Introdução Sendo o concreto um material largamente utilizado nos mais diferentes fins dentro das áreas da arquitetura e engenharia, se torna de vital importância o conhecimento sobre suas propriedades, a fim de se buscar novas técnicas e tecnologias de produção, controle e uso de estruturas de concreto. Calmon et al.(2005), ao citarem publicação de Mehta (1999) 1, consideram não ser estranho o fato da indústria de concreto ser a principal consumidora de recursos naturais como água, rochas e areia, o que a tornaria um setor crítico do ponto de vista ambiental. Isto porque o concreto de cimento Portland se consolidou como o material preferencial para as demandas de infra-estrutura do século XX. Em uma outra abordagem, porém, o concreto também tornou-se, com o passar dos anos, um produto que incorporou beneficamente resíduos e subprodutos da própria industria da construção e mesmo de outros setores produtivos. Se por um lado o concreto é um material que consome grande quantidade de recursos naturais, por outro lado também tem contribuído, através desta reciclagem de resíduos nele incorporados, para o advento de uma visão voltada para a preservação ambiental. Quando fala-se em preservação ambiental e produção mais limpa, o primeiro pensamento em busca de uma visão mais sustentável deve ser sempre a de EVITAR a existência de resíduos ou então MINIMIZAR a geração dos mesmos. Uma vez que depois destas duas primeiras premissas ainda existam resíduos com os quais as indústrias tenham que possuir cuidados de disposição, e da qual não exista possibilidade de reaproveitamento interno, a RECICLAGEM EXTERNA passa a se configurar como uma importante alternativa. No caso da chamada Indústria da Construção, a consagração do processo de reciclagem dentro da própria indústria (como, por exemplo, na fabricação de aço), bem como a incorporação de resíduos de outros setores (como o uso de cinzas e escórias provenientes de processos agrícolas ou siderúrgicos) transformaram definitivamente a questão de gerenciamento e reaproveitamento de subprodutos. 1 MEHTA, P. K. Concrete technology for sustainable development. Concrete International, V. 21, n. 11, p ,

2 15 Concurso Falcão Bauer Atualmente, esta questão representa um paradigma de desenvolvimento sustentado inevitável à sociedade (PAGNUSSAT, 2004). A indústria de rochas ornamentais, por sua vez, fortemente relacionada com a indústria de construção civil, também é responsável por diversos impactos ambientais desde a prospecção mineral até a fase de polimento das placas e ladrilhos. Esses impactos incluem poeira, ruído e vibrações, lama e fragmentos de rocha. A produção de rochas ornamentais, em grande parte das empresas brasileiras, é feita a partir da serragem, em chapas, de grandes blocos de pedra, em equipamentos chamados teares. Na serragem, cerca de 25 a 30% de cada bloco de granito ou mármore é perdido, transformando-se em pó, gerando um resíduo na forma de lama, que é depositado nos pátios das empresas. No Brasil, a quantidade estimada de geração conjunta do resíduo de corte de mármore e granito é de toneladas/ano (Gonçalves e Moura, 2002). Somente no estado do Espírito Santo cerca de toneladas do resíduo de serragem de mármore e granito são gerados a cada mês (CALMON et al., 2005). Estudar possibilidades de reaproveitamento dessa lama residual poderia diminuir os impactos gerados por este setor industrial, bem como gerar benefícios ambientais e econômicos através da reciclagem da mesma. Dentro deste cenário, este trabalho insere-se dentro de uma linha de pesquisa de reaproveitamento de resíduos em concretos. Para tal, busca-se avaliar as possibilidades de utilização dos resíduos provenientes do corte de rochas ornamentais na fabricação de lajotas de concreto para piso. Esta alternativa para a destinação do RCMG ou lama de marmoraria, vem ao encontro da crescente preocupação com o meio ambiente. Com a grande quantidade de resíduo gerada e tentando contribuir par um desenvolvimento sustentável e um maior aproveitamento de resíduos na construção civil, já foi estudado a utilização deste resíduo na produção de argamassas (Calmon et al., 1997), tijolos cerâmicos (Neves et al., 1999), peças cerâmicas (Lima Filho et al., 1999), concretos (Gonçalves, 2000), Concretos auto adensáveis (Pagnussat, 2005), pavimentação asfáltica (Carvalho, 2006), como adição em propriedades mecânicas do solo (Gonçalves, 2002). Para sua viabilização técnica, é necessário que o RCMG seja inicialmente caracterizado física, química e ambientalmente. Câmara Brasileira da Indústria da Construção Civil Premiando a Qualidade

3 1.1 Objetivos Este trabalho tem como objetivo principal avaliar tecnicamente a utilização do resíduo de corte de mármore e granito, aqui chamado RCMG, como substituição de parte do agregado miúdo na argamassa para produção de lajotas para piso. Como objetivo complementar pretende-se comparar o desempenho de lajotas produzidas com e sem resíduos de corte de mármores e granitos. 2 Resíduo de Corte de Mármores e Granitos (RCMG) 2.1 Indústria de rochas ornamentais Os dados apresentados pela Abirochas(005/2006) demonstram que a produção mundial noticiada de rochas para ornamentação e revestimento totalizou 81,25 milhões t em 2004, sendo 43,75 milhões (53,9%) relativos a rochas carbonáticas, 33,0 milhões (40,6%) a rochas silicáticas e 4,5 milhões (5,5%) a ardósias. A Ásia respondeu por 44,1% dessa produção, permanecendo à frente da Europa com 38,4%, das Américas com 11,1%, da África com 6,1% e da Oceania com 0,3%. A distribuição da produção mundial de rochas é melhor visualizada na figura 1. Figura 1: distribuição da produção mundial de rochas. O Brasil é enquadrado no grupo dos grandes produtores e exportadores mundiais de rochas ornamentais e de revestimento, atuando como um efetivo global player. No ranking do mercado mundial de rochas processadas especiais, o Brasil saltou da 12ª posição em 1999 para a 4ª posição em Além disso, o Brasil é o segundo maior exportador de granitos brutos e também o 2º maior exportador de produtos de ardósia, neste caso superando China e Índia, que são seus mais diretos competidores no mercado internacional. As tabelas 1 e 2 apresentam um panorama do mercado de rochas. 3

4 15 Concurso Falcão Bauer O BRASIL NO MERCADO INTERNACIONAL DE ROCHAS º maior produtor (8,1% da produção mundial); 5º maior exportador em volume físico (6,3% do total mundial); 2º maior exportador de granitos brutos (11,8% do total mundial); 4º maior exportador de rochas processadas especiais (5,1% do total mundial); 2º maior exportador de ardósias (16,5% do total mundial); Tabela 1: O Brasil no mercado internacional de rochas (Abirochas, 2008). A DIMENSÃO DO SETOR BRASILEIRO DE ROCHAS 2007 Produção de 8 milhões de toneladas; variedades comercializadas nos mercados interno e externo; pedreiras ativas; empresas operando na cadeia produtiva; empregos diretos e empregos indiretos; US$ 1,093bilhão e 2,5 milhões tons exportadas; Capacidade de produção de 70milhões m 2 /ano de rochas processadas especiais e 50 milhões m 2 /ano de rochas processadas simples; Crescimento de 4,62% em valor e 3,39% em volume de exportações em relação a 2006; Exportações de 16,8 milhões m 2 equivalentes de chapas de granito e mármore (2 cm de espessura); Mais de 600 empresas exportadoras em 23 estados da federação (vendas para mais de 120 países). Transações comerciais de US$ 4,1 bilhões nos mercados interno e externo Tabela 2: A dimensão do setor brasileiro de rochas (Abirochas, 2008). Os dois principais setores de atividade, ligados ao de rochas ornamentais, são o da construção civil e o de máquinas, equipamentos e insumos para lavra e beneficiamento de rochas. Segundo a Abirochas (informe 005/2006), o macro setor da construção civil consome cerca de 1,5 bilhão de m 2 /ano, em materiais diversos de revestimento para edificações. Uma parte significativa desses revestimentos, de mais ou menos 50 milhões m 2 /ano, é representada por materiais rochosos naturais. Câmara Brasileira da Indústria da Construção Civil Premiando a Qualidade

5 O parque brasileiro de beneficiamento tem capacidade estimada de serragem e polimento para 70 milhões m 2 /ano, de rochas extraídas como blocos (mármores, granitos, etc.), bem como de outros 50 milhões m 2 /ano para rochas de processamento simples (ardósias, quartzitos foliados, etc.). A produção brasileira de rochas ornamentais e de revestimento foi estimada em 8 milhões t no ano de O perfil dessa produção, por tipo de rocha, e a sua distribuição pelas regiões e estados brasileiros, são mostrados nas figuras 2 e 3, na figura 4, apresentam-se as empresas do setor de rochas no Brasil. Figura 2: perfil da produção por tipo de rocha (Abirochas, 2008). Figura 3: distribuição regional da produção bruta de rochas no Brasil(Abirochas, 2008). 5

6 15 Concurso Falcão Bauer Figura 4: empresas no setor de rochas operantes no Brasil (Abirochas, 2008). A busca pela diminuição dos impactos ambientais inerentes do setor de rochas ornamentais, principalmente no que se refere à quantidade produzida e, conseqüentemente, no volume de resíduo gerado, atenua a necessidade de aproveitamento deste resíduo. Como perspectiva futura, o aumento da demanda de produção de rochas ornamentais em especial na construção civil pelas características de estética e durabilidade - leva, igualmente, a um aumento de resíduos gerados e uma maior preocupação com o impacto ambiental resultante. 2.2 Processo de beneficiamento de rochas e geração de RCG O processo de produção de chapas de pedras ornamentais envolve basicamente três processos distintos, descritos na figura 4. Figura 1: processo de produção de rochas ornamentais. Câmara Brasileira da Indústria da Construção Civil Premiando a Qualidade

7 A primeira etapa consiste na caracterização da jazida, onde são definida as condições da rocha a ser explorada, tais como: impurezas, trincas, alterações etc. Na etapa de lavra é gerado principalmente resíduo de lavra. Este resíduo é composto por pedaços de rochas não aproveitados, seja por não atenderem às dimensões padronizadas (aproximadamente 3,0x2,0x1,7m) ou por apresentarem trincas. Posteriormente, os blocos são transportados ás serrarias, onde acontece o desdobramento, que consiste na padronização dimensional (gerando um subproduto chamado costaneira) e desdobramento em chapas. A serragem dos blocos ocorre em teares, e é este o momento onde é gerado o maior volume de resíduo, sob a forma de lama. Calmon et al. (1997) afirmam que: O sistema de desdobramento de blocos de rochas ornamentais para a produção de chapas, através de equipamentos denominados teares, gera uma quantidade significativa de rejeito na forma de lama. Tal material é proveniente da polpa abrasiva utilizada no tear para lubrificar e esfriar as lâminas de aço usadas para o corte e evitar a oxidação das mesmas, a fim de impedir o aparecimento de manchas nas chapas acabadas, servir de veículo abrasivo (granalha de aço) e limpar os canais entre as chapas. Essa polpa é geralmente constituída de água, granalha, cal e rocha moída. Não há estimativas precisas da quantidade de RCMG gerado, devido à variabilidade das etapas e dos processos, porém diversos autores (GONÇALVES, 2000; CALMON et al., 1997; MOREIRA et al., 2003) colocam que na produção de chapas de 2cm de espessura o resíduo gerado corresponde a 20-25% do bloco. Gonçalves (2000) ainda estima a produção de pó de mármores e granitos em toneladas/ano no Brasil. A etapa seguinte consiste no acabamento das placas nas marmorarias, através de polimento das chapas, corte e polimento de topo. Para Pontes e Stellin Jr. (2001), o processo de acabamento das chapas inicia-se na maioria das vezes com o polimento das peças que saem dos teares. Esta etapa tem por finalidade conferir à superfície da peça brilho e lustre de tal forma que realcem a coloração dos diferentes minerais constituintes da rocha. Isto é conseguido através da eliminação da rugosidade da superfície da peça e pelo fechamento dos poros dos diferentes minerais ou cristais que constituem o material. Nesta etapa são utilizados elementos abrasivos de granulometria decrescente que, através de movimentos de fricção sobre a chapa, vão desbastando-o até alcançar o grau de polimento almejado. Ainda 7

8 15 Concurso Falcão Bauer segundo Pontes e Stellin Jr. (2001), o abrasivo comumente utilizado é o carbeto de silício, em diferentes granulometrias e formas, formando rebolos de formas distintas, conforme sua aplicação. Os rebolos que utilizam grãos de diamante como elemento abrasivo apresentam, em relação ao primeiro, maior velocidade de polimento e seu uso está consagrado na Europa. O resíduo de polimento é o resíduo gerado nesta fase de processamento das chapas e é constituído por uma grande quantidade de água, pó de rocha e restos dos abrasivos utilizados. Devido à quantidade de água contida no resíduo, é uma prática comum utilizar tanques de decantação para se efetuar um reaproveitamento da água no processo. Após a retirada de uma grande quantidade da água, o RCG é geralmente levado às lagoas de resíduos, onde são misturados aos outros resíduos do processamento das rochas. A rocha ornamental quando especificada, é fracionada na marmoraria, nas dimensões referidas no projeto. A partir do corte da chapa e do polimento do topo da mesma, é gerado o resíduo de corte de mármore e granito RCMG. 2.3 Caracterização do RCG As amostras de RCG aqui caracterizadas foram as descritas pela bibliografia e correspondem ao resíduo gerado na etapa de fracionamento de chapas de mármore e granito. Segundo Gonçalves (2000), o conhecimento das características químicas é de fundamental importância para o conhecimento do resíduo e avaliação do desempenho da aplicação em que este foi utilizado.. A tabela 03 apresenta a caracterização química de amostras de RCG estudadas por diferentes autores. Teor (%) Calmon et al. (1997) Gonçalves (2000) Moreira et al. (2003) SiO 2 59,95 59,62 65,95 Fe 2 O 3 6,05 9,49 7,89 Al 2 O 3 10,28 12,77 12,84 CaO 6,51 4,83 3,01 MgO 3,25 1,96 1,47 K 2 O 4,48 5,30 4,19 TiO 2 0, ,93 SO , Na 2 O 3,39 2,72 2,39 Perda ao Fogo 4,74 1,92 1,33 Câmara Brasileira da Indústria da Construção Civil Premiando a Qualidade

9 SiO 2 + Fe 2 O 3 + Al 2 O 3 76,28 81,88 86,68 Tabela 1: caracterização química do RCG Verifica-se a similaridade na composição química dos diversos resíduos apresentados, os quais apresentam um alto teor de SiO 2 + Fe 2 O 3 + Al 2 O 3, o que conferiria um potencial pozolânico para o material em estudo no caso deste ser reativo. Entretanto, a caracterização mineralógica apresentada por alguns autores (MOREIRA et al., 2003; GONÇALVES, 2000) demonstra que o RCG apresenta-se como um material cristalino, não reativo, conforme apresentado em difratograma de raio-x. C o u n t s a m o s t r a P o s i t i o n [ 2 T h e t a ] Figura 4: difratograma de raio-x de amostra de RCG Ref. Code Compound Name Chemical Formula Quartz, low Si O Calcite Ca C O Microcline, intermediate K Al Si3 O Albite (heat-treated) Na ( Al Si3 O8 ) Tabela 4: minerais presentes na difração de raios X Quanto à caracterização física, Gonçalves (2000) e Calmon et al. (1997) apresentam, respectivamente, uma massa específica do resíduo de 2,78g/cm³ e 2,67g/cm³. Na caracterização granulométrica, Calmon et al. constatam que o RCG é constituído por partículas irregulares e diâmetro variável dos grãos, na faixa de 0,8µm a 25µm. Já Gonçalves (2000), buscando uma granulometria ótima para 9

10 15 Concurso Falcão Bauer viabilizar a utilização do RCG como adição em concretos, realizou a moagem de amostras do resíduo em diferentes tempos, chegando a diâmetros na faixa de 3,92µm a 6,74µm. Quanto à caracterização ambiental, ensaios de lixiviação e solubilização demonstrados por Gonçalves (2000) apontam a solubilização de fluoreto em uma concentração superior ao limite definido pela NBR (1987), o que classifica este resíduo pela nova classificação da NBR (2004) como classe II-a (não inerte). 2.4 Lajotas de concreto As lajotas de concreto são amplamente utilizadas em pisos externos, praças, calçadas e jardins. 3 Programa Experimental Figura 5: Lajotas de concreto. 3.1 Materiais utilizados Os materiais utilizados foram cimento, areia, resíduo de corte de mármore e granito (RCMG) e água, cujas características passam a ser apresentadas Cimento Dentre os diversos tipos de cimento disponíveis nacionalmente, optou-se pelo uso do cimento pozolânico tipo CP-IV (NBR 5736, 1991), por ser o de uso mais comum no estado do Rio Grande do Sul. A tabela 4 apresenta os dados do cimento utilizado. Tabela 2: características do cimento CPIV utilizado Compostos Teor (%) SiO2 39,32 Fe2O3 4,62 CaO 34,76 Al2O3 10,39 MgO 5,05 SO3 1,85 Câmara Brasileira da Indústria da Construção Civil Premiando a Qualidade

11 Perda ao fogo 1,90 Resíduo insolúvel 40,88 Finura (resíduo na peneira #0,075 mm) 0,18 Tempo de início de pega (min) Agregado miúdo Foi utilizada uma areia de quartzosa de rio, proveniente da região de Porto Alegre/RS. Os ensaios de caracterização, que incluem composição granulométrica, módulo de finura e dimensão máxima característica, foram realizados em conformidade com a NM 248 (Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2001). A caracterização está exposta na tabela 5. Tabela 3: distribuição granulométrica e caracterização física da areia média utilizada Abertura % retida % acumulada 4,8 mm 0,8 0,8 2,4 mm 1,6 2,4 1,2 mm 2,8 5,2 600 µm 18,3 23,5 300 µm 56,4 79,9 150 µm 18,2 98,1 < 150 µm 1,9 100 Dimensão Máxima Característica (DMC): 2,4 mm Massa específica = 2,62 g/cm 3 Módulo de finura = 3, Agregado graúdo Neste trabalho, a brita utilizada é de origem basáltica, tendo sua granulometria exposta na tabela RCMG Tabela 4: distribuição granulométrica da brita utilizada Abertura % retida % acumulada 25 mm mm ,5 mm ,5 mm ,3 mm ,8 mm 5 96 <4,8 mm Dimensão Máxima Característica (DMC):19 mm Massa específica = 2,82 g/cm 3 Módulo de finura = 6,69 11

12 15 Concurso Falcão Bauer O resíduo de corte de mármores e granitos (RCMG) utilizado neste trabalho é o proveniente da fase de corte e polimento das chapas das rochas ornamentais em uma marmoraria localizada na região metropolitana de Porto Alegre. Conforme coloca Gonçalves (2000), o RCG é classificado como um resíduo nãoinerte (classe II-a, conforme a nova classificação da NBR Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2004). A caracterização física do RCG utilizado neste estudo, através de ensaio de caracterização granulométrica a laser, está descrita na figura 6. Figura 6: granulometria a laser da RCG utilizada Nota-se que o diâmetro médio dos grãos (21 µm) é bastante superior ao encontrado por Gonçalves (2001), que cita diâmetros médios da ordem de 6 µm, mas bem próximo dos valores descritos por Neves et al. (2000) (10-20 µm) Água A água utilizada para a produção dos concretos foi a utilizada para abastecimento local no município de Porto Alegre. 4 Estudo da utilização de RCMG para confecção de lajotas para pisos As lajotas foram confeccionadas em laboratório, utilizando-se as formas de uma fábrica de lajotas de concreto, situada na região metropolitana de Porto Alegre. As fôrmas possuíam dimensões 49cm x 49cm com 3 cm de espessura, dos quais 1 cm corresponde a pasta de cimento (goma) e 2 cm á base (concreto simples). As lajotas são executadas em duas etapas: pasta de cimento e base. Na pasta de cimento, formada por cimento, areia fina e água, foram utilizados dois teores de substituição em massa da areia fina pelo RCMG. Esta pasta possui a espessura se 1 cm, sendo utilizada para melhor preencher os sulcos da fôrma onde é moldada. Câmara Brasileira da Indústria da Construção Civil Premiando a Qualidade

13 Mantendo a pasta de cimento original da fábrica, realizou-se a substituição em 10% da areia média por RCMG na base. A amostra chamada referência, consiste em uma lajota executada habitualmente na fábrica, e a amostra chamada cimento, possui em sua pasta apenas cimento e água. As amostras referência e cimento, ambas executadas na fábrica, foram rompidas juntamente com as amostras A10, B50 e C100, executadas em laboratório aos 28 dias. A tabela 7 apresenta o traço e a relação a/c para cada amostra. Pasta de cimento Base Amostras % substituição Traço a/c % substituição Traço a/c Referência 0 0,83 0 0,57 Cimento 0 0,83 0 0,57 1 : 2,25 A : 1,69 0, ,94 :3,45 B ,83 0 0,57 C ,89 0 0,57 Tabela 5: Substituições de RCMG nas amostras. Ensaios realizados Os ensaios realizados para a avaliação das lajotas produzidas foram o ensaio de resistência à compressão simples e o ensaio de flexo compressão. Ambos foram adaptados para uma lajota nas dimensões 49 x 20 x 3 cm, no caso de flexo compressão e 4 x 4 x 3 cm para compressão simples. 5 Resultados 5.1 Considerações sobre a dosagem com RCG Durante o processo de dosagem, puderam-se observar alguns aspectos interessantes acerca das dificuldades de ajuste dos traços, para a amostra B 50 não houve alteração visível. Nas amostras A10 e C 100 foi necessário alterar a relação a/c para se obter a mesma trabalhabilidade. 5.2 Resultados dos ensaios Os resultados obtidos estão expostos na tabela 8 e explicitados nas figuras 7 e 8, onde explicita-se os resultados das amostras com a substituição de areia por RCMG e das amostras executadas na fábrica e rompidas aos 28 dias. Tabela 8: resultados dos ensaios de flexão e compressão. 13

14 15 Concurso Falcão Bauer Lajotas de concreto com RCG Substituição Flexão (KN) Compressão (KN) 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias Referência (Normal) 0,3 24,0 A10 0,5 0,5 15,8 18,0 B50 0,9 1,0 16,3 29,8 C100 0,7 0,9 25,8 30,0 Cimento 0,8 36,5 Figuras 7: resultados flexão. Figuras 8: resultados compressão simples. Conclusões As características do RCMG, conjugado aos resultados obtidos no programa experimental, indicam o potencial de utilização do material como finos na produção Câmara Brasileira da Indústria da Construção Civil Premiando a Qualidade

15 de lajotas de concreto; utilização esta, referendada pelas experiências anteriores de outros autores. Com relação aos teores de substituição utilizados, observa-se que a substituição na base não conferiu características interessantes a lajota, já as substituições na pasta acrescentaram resistência ao conjunto (pasta+base). Considerando os resultados obtidos e comparando-os com os resultados das lajotas feitas na fábrica (referência e cimento) pode-se afirmar que a substituição com RCMG, feita na pasta (amostras B50 e C100) atingiram seu objetivo. 15