Estudo da aplicação de escória de aciaria na fabricação de blocos de concreto para pavimentação

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1 Estudo da aplicação de escória de aciaria na fabricação de blocos de concreto para pavimentação 1 Introdução O presente trabalho objetiva atender a uma demanda oriunda da necessidade de desenvolvimento e sustentabilidade do processo industrial siderúrgico. Estes resultados fundamentam-se em ações de reciclagem, tecnologia de materiais, desenvolvimento de produtos e estabelecimento de metodologias construtivas e processos executivos quais sejam aplicáveis à indústria da construção civil, de forma tecnicamente adequada, economicamente viável e ambientalmente correta. Ações de reciclagem implicam em resultados de sustentabilidade. A construção civil é um dos maiores consumidores de matéria natural, sendo responsável por um consumo de 15 a 50% de todos os recursos naturais explorados no mundo segundo dados da Civil Engineering Research Foundation (CERF), American Society of Civil Engineers (ASCE). A proposta de desenvolvimento da tecnologia fundamentou-se em processo autosustentável, onde a siderurgia emprega verbas que seriam destinadas à disposição do resíduo em aterros para movimentar o processo produtivo dos pisos pavi s de escória, o poder público disponibiliza o espaço e as ferramentas urbanas como infraestrutura e a comunidade disponibiliza sua mão-de-obra organizada sob um regime cooperado em que todos os cidadãos dão sua contribuição para o sucesso da empreitada. 1

2 O trabalho desenvolvido descortina resultados para as dosagens específicas desenvolvidas, que apontam para a viabilidade do emprego de agregados artificiais provenientes da reciclagem do resíduo sólido de siderurgia. Os blocos, conforme ilustrado à figura 1, foram executados em uma empresa de pré - moldados de Minas Gerais certificada pela ABCP. Figura 1- Blocos Pavi s de escória 2 Memorial Descritivo Foram conduzidos, preliminarmente, ensaios de caracterização física relacionada à identificação das características granulométricas, teor de umidade, massa específica e massa unitária. A partir dos resultados obtidos, dimensionaram-se traços experimentais segundo prescrições ABNT, para análise, caracterização e comparação do comportamento mecânico das misturas endurecidas. Os traços dimensionados foram construídos com materiais convencionais (agregados naturais) e agregados reciclados (escória de aciaria) e os resultados obtidos são demonstrados no transcorrer do trabalho. 2.1 Caracterização dos agregados Denomina-se amostra 13 (nomenclatura estabelecida segundo critérios do labest Laboratório de Estruturas e Ensaios Mecânicos CEFET-MG) o material escória de aciaria utilizado como agregado miúdo e amostra 14 o material escória utilizado como agregado graúdo. 2

3 2.1.1 Análise Granulométrica O ensaio da Determinação da Composição Granulométrica das amostras foi realizado de acordo com a NBR 7217/87. Gráfico 1- Amostra 13 e faixas granulométricas Gráfico 2 - Amostra 14 e faixas granulométricas 3

4 2.1.2 Massa Específica Agregados Massa Específica 3,5 3 2,5 3,09 2,66 2,71 3,21 2,68 Seca (g/cm3) 2 1,5 1 0,5 0 Amostra 13 Areia Nat Areia Art Amostra 14 Brita Nat Gráfico 3 - Massa Específica Massa Unitária Agregados Massa Unitária (g/cm3) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1,74 1,4 1,36 1,45 1,38 Amostra 13 Areia Nat Areia Art Amostra 14 Brita Gráfico 4 - Massa Unitária 4

5 2.1.4 Teor de Umidade Agregados Tabela 1 - Teor de Umidade Teor de Umidade (%) Amostra 13 (0 4) Amostra 14 1,6 0,9 (4 10) 2.2 Ensaios Piso Pavi s Os pisos Pavi s foram denominados de acordo com a tabela abaixo: Tabela 2 - Nomenclatura das amostras Nomenclatura BEP Blocos Pavi`s de escória BCP Blocos Pavi`s convencional Tabela 3 - Traço Pavi's Traços dos Pavi's (kg) Cimento Areia Pedrisco A/C BEP 1,00 3,60 0,40 0,40 BCP 1,00 3,60 0,40 0, Teor de Umidade de Pisos Pavi s Para a determinação do Teor de Umidade de blocos de concreto foram conduzidos procedimentos que passam a descrever-se a seguir de acordo com a NBR 9939/87: 4,5% Umidade Pavi's 4,0% 3,5% 3,0% 2,5% % 1,5% 3,9% 3,8% 3,2% 3,6% 2,7% % 2,6% 2,5% 1,0% 0,5% 0,0% 1BEP 2BEP 3BEP M édia 1BCP 2BCP 3BCP M édia Escória Convencional Gráfico 5- Teor de Umidade 5

6 2.2.2 Ensaio de Saturação As análises para determinação do grau de saturação dos blocos produzidos com agregados naturais e agregados de escória foram conduzidas de acordo com a NBR 7186/06. Figura 2 - Pisos imersos em água H% 5,5% 5,0% 4,5% 4,0% 3,5% 3,0% 2,5% % 1,5% 1,0% Saturação Pavi's 5,09% 5,16% 4,49% 5% 2,20% 2,32% Horas Escória Conv encional Gráfico 6- Saturação Massa Específica Para a determinação da massa específica aparente de cada tipo de bloco foram determinadas suas massas e relacionadas com as dimensões de cada peça das amostras. Essas determinações foram procedidas para o estado natural, seco e saturado. 6

7 g/cm3 2,30 2, ,90 1,9 1,9 Massa Específica Pavi's 2,2 2,2 1,9 2,2 1,80 1,70 1BEP 2BEP 3BEP Média 1BCP 2BCP 3BCP Média Escória Convencional M.E natural M.E Seca M.E Saturada Gráfico 7 - Massa Específica Expansibilidade A determinação da expansibilidade para blocos foi procedida, a partir da análise da estabilidade dimensional para as peças fabricadas 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. A colocação dos pinos serviu como orientação para as tomadas de medidas durante o processo de ensaio. Foram utilizados para cada uma das determinações, três (3) corpos de prova. Após fixação dos pinos de referência (24h) foram determinadas as medidas iniciais (e 0 ). Determinada a medida inicial, os corpos de prova foram colocados em estufa à temperatura de 105ºC por um igual período de 24h. Após período de aquecimento na estufa (24h) os corpos de prova foram retirados, depositados sobre a bancada e determinada medida (e 24 ). Após a estabilização da temperatura do corpo de prova e a determinação das medidas entre os pinos de referência, os CPs foram colocados em um tanque, sob a condição se submersão, por um período de 24h. Esse procedimento foi repetido para os intervalos de tempo relativo a 3 dias(e 3-72h) e 7 dias (e 7-68h)e 28 dias (e h). 7

8 Figura 3 - Marcação furos Figura 4 - Execução dos furos 129,0 Expansabilidade Pavi's 128,0 127,0 126,0 e (mm) 125,0 124,0 123, ,0 120,0 0,0 1,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 Escória 7BEP Escória 8BEP Escória 9BEP Convencional 7BCP Convencional 8BCP Convencional 9BCP Gráfico 8 - Expansibilidade Uniformidade O ensaio de uniformidade foi realizado de acordo com a NBR 6136/06. Tabela 3 - Tolerâncias Tolerável 2 mm largura 3 mm altura e comprimento 8

9 Dimensão (mm) Uniformidade Pavi's 198,76 198,92 200,00 99,39 98,74 100,00 79,84 81,08 80,00 Conv encional CST Padrão Dimensões - Pav i's L Dimensões - Pav i's H Dimensões - Pav i's C Gráfico 9 - Uniformidade Resistência a Compressão 35,0 Resistência a Compressão - Blocos Pavi's 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 20,0 14,0 25,0 17,0 30,0 21,0 5,0 0,0 7 dias 14 dias 28 dias Convencional CST Gráfico 10 - Resistência a Compressão 9

10 3 Resultados Os resíduos sólidos podem ser enquadrados segundo normalização ABNT, relativamente à granulometria. Esse enquadramento é obtido através de beneficiamento industrial adequado que consiste na moagem e no peneiramento e extração da fração metálica da escória de aciaria. Os resíduos sólidos (amostra 13 e amostra 14) apresentaram resultados superiores para massa específica aos valores equivalentes aos agregados naturais. Os resíduos sólidos apresentaram massa unitária superior aos valores equivalentes aos agregados naturais. O teor de Umidade dos blocos Pavi`s foram 3,6% para BEP e 2,5% para BCP. Os blocos Pavi s de resíduo sólido apresentaram índices de saturação superior aos blocos pavi s de agregados naturais. No entanto, todos os valores encontrados obtiveram índices menores que 10%, cujo valor é exigido pela norma NBR 7186/06. S BEP = 5,16% S BCP = 2,32% A Massa Específica dos blocos de concreto com escória apresentaram resultados significativamente maiores que os blocos convencionais. No qual, ao se realizar o ensaio para massa específica natural, seca e saturada obteve-se valores de BEP 1,99: 1,92; 9 para Pavi`s com resíduo sólido e BCP 1; 6; 5 para blocos convencionais, respectivamente. Para o ensaio de expansibilidade não se obteve variações significativas nas dimensões dos blocos, tanto para Pavi s de escória quanto para convencionais. Comprovando que os blocos Pavi s de escória possuem estabilidade dimensional com relação à expansão e retração. Com relação ao ensaio Uniformidade, os blocos BEP e BCP não ultrapassaram as medidas mínimas toleráveis para 2mm de largura e 3mm de altura e comprimento, e também apresentaram mínimas variações dimensionais entre blocos Pavi s de escória e convencional. Para o ensaio de resistência à compressão, os blocos Pavi`s de escória apresentaram resultados diferenciados uma vez que foi utilizado o mesmo 10

11 traço dos blocos de agregados naturais. Através de estudos anteriores realizados com o material proveniente da CST, identificamos que os blocos de escória necessitam de maior volume de água para um mesmo traço quando comparado aos convencionais. Sendo assim, os resultados dos blocos de piso de escória tiveram seus resultados comprometidos quanto ao acondicionamento, vibração e prensagem, influenciando assim, o valor final da resistência à compressão. Portanto a adequação do traço para produção de blocos de piso tipo intertravado, apresenta, desde já, como uma solução viável para pavimentação de ruas de acesso local. Recursos necessários para a reaplicação da tecnologia social: o Humanos: A siderurgia possui profissionais de seu corpo de funcionários, capacitados para suportar tecnicamente as iniciativas de aplicação dos resíduos gerados em seu processo industrial, particularmente aciaria, cujo envolvimento não representaria custo direto para o desenvolvimento e aplicação da tecnologia. o Materiais: A infra-estrutura necessária relaciona-se principalmente aos dispositivos públicos que possam garantir espaço para a construção das habitações e garantir ainda sua habitabilidade, que representa um investimento da ordem de R$6,00/m2. o Financeiros: Recursos financeiros devem ser disponibilizados para a construção de uma planta industrial móvel, capaz de produzir blocos em concreto de escória para aplicação nas construções. Essa iniciativa representa investimento da ordem de R$150mil. 4 Conclusão A inovação tecnológica em estudo, apresenta grande relevância uma vez que, o emprego da escória de aciaria, resíduo industrial da siderurgia, como agregados na fabricação de blocos de concreto pavi`s representa possibilidade de destinação ambientalmente correta ao resíduo sólido gerado nas aciarias de empresas de siderurgia, além de representar produção de peças com preços extremamente baixos, uma vez que a tonelada de escória tem custo de R$0,50; enquanto a tonelada de agregados naturais possui preço médio de R$40,00. 11

12 As tecnologias de construção de pavimentação com a utilização de blocos pavi`s são muito conhecidas, o que vale como facilitador ao desenvolvimento da tecnologia proposta. Ainda em relação aos facilitadores, as peças podem ser fabricadas artesanalmente ou em pequenas fabricas que podem ser geridas sob administração conjunta, onde a comunidade cede sua mão-de-obra, a iniciativa pública cede espaço físico e infra-estrutura e a iniciativa privada fornece a matéria prima. Além do exposto anteriormente, a reciclagem da escória de aciaria representa vantagens não só relativamente ao processo industrial, mas como também em relação a preservação do meio ambiente, onde grandes volumes de matérias naturais (areia e brita) não estarão sendo retiradas dos mananciais e pedreiras... em função da integral substituição dos agregados naturais pelos agregados de escória de aciaria. Os estudos concluídos no CEFET-MG neste ano de 2007, indicam que a produção de blocos de concreto, em que são substituídos integralmente os agregados naturais por resíduo sólido de siderurgia, em particular a escória de aciaria, representa solução tecnicamente adequada, auto-sustentável, uma vez que a geração desse resíduo é contínua, ambientalmente correta. Portanto, com a adequação do traço, a produção de blocos de piso tipo intertravado pode ser considerada uma solução viável para pavimentação de ruas de acesso local atendendo satisfatoriamente a necessidade de desenvolvimento e sustentabilidade do processo industrial siderúrgico, fundamentando-se em produções de blocos de concreto pavi`s totalmente reciclados e proporcionando assim o desenvolvimento de pavimentos, de forma tecnicamente adequada, economicamente viável e ambientalmente correta. 12

13 5 Referências AMERICAN CONCRETE INSTITUTE Guide to durable concrete. Journal of American Concrete Institute, v. 88, n. 5, p , Sept-Oct ACI COMMITTEE 201. ASSIS, R. M. et al. Algumas questões ligadas ao controle ambiental na siderurgia e suas soluções. In SEMINÁRIO DE RECICLAGEM DE RESÍDUOS, 1997, Vitória. Anais. Vitória, p NORMALIZAÇÃO ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas NORMALIZAÇÃO DNITT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes Terrestres BARROSO, L. R. Proteção do meio ambiente na Constituição Brasileira. Revista Doutrina. Rio de Janeiro, p nov CAVALCANTE, J. R; CHERIAF, M. Ensaios de avaliação para controle ambiental de materiais com resíduos incorporados. In: WORKSHOP RECICLAGEM E REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS COMO MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL, 1996, São Paulo. Anais. São Paulo, p CINCOTTO, M. A. et al. Caracterização de escória granulada de alto-forno e seu emprego como aglomerante e agregado. São Paulo, IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas, 2, 1994, 34p. (Boletim 65). GEYER, R. M. T. et al. Escórias siderúrgicas: caracterização e aplicações para a indústria da construção civil. In: SEMINÁRIO DE REDUÇÃO E MATÉRIASPRIMAS, RESÍDUOS NA SIDERURGIA, 25, ABM, Volta Redonda, nov. 1994, p

14 HELENE, P. & TERZIAN, P. Manual de dosagem e controle do concreto. PINI. São Paulo, 1992, 349p. INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA-IBS. Classificação provável e destinações mais usuais de resíduos siderúrgicos. Comissão de Assuntos Ambientais. Março 1989, 6p. ISAIA, G. C. Entraves e perspectivas para uso de elevados teores de cinza volante e cinza de casca de arroz. In: WORKSHOP RECICLAGEM E REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS COMO MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL. Anais. São Paulo, 1996 p NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. 2. ed. São Paulo, PINI, p. SILVA, GILDÁSIO R., Manual de traços de concreto, 3ª ed., NOBEL, São Paulo,