PAVIMENTO INTERTRAVADO DE CONCRETO COM ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE ÓXIDO ALUMÍNIO - SÍNTER

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1 Curso de Engenharia Civil Ana Maria Pires Farinha Franciele Calixto de Souza PAVIMENTO INTERTRAVADO DE CONCRETO COM ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE ÓXIDO ALUMÍNIO - SÍNTER Itatiba 2011

2 1 Curso de Engenharia Civil Ana Maria Pires Farinha Franciele Calixto de Souza PAVIMENTO INTERTRAVADO DE CONCRETO COM ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE ÓXIDO ALUMÍNIO - SÍNTER Capítulo Introdução apresentado à disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso da Universidade São Francisco, sob orientação do Prof. Nelson Rossi, como requisito parcial para a aprovação da disciplina. Itatiba 2011

3 2 Ana Maria Pires Farinha Franciele Calixto de Souza PAVIMENTO INTERTRAVADO DE CONCRETO COM ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE ÓXIDO ALUMÍNIO Trabalho apresentado à disciplina de trabalho de Conclusão de Curso da Universidade São Francisco, como requisito parcial para a aprovação na disciplina. Aprovado com a nota: Data de aprovação: / / BANCA EXAMINADORA Prof.e orientador Ms. Nelson Rossi Universidade São Francisco Prof. Adilson Franco Penteado Universidade São Francisco Profa. E coordenadora Ms. Cristina das Graças Fassina Universidade São Francisco

4 3 RESUMO Este trabalho visa dar um destino a um subproduto da industria siderúrgica que atualmente vem sendo descartado em aterros sanitários. O produto incorporado é denominado sinter, e nada mais é do que óxido de alumínio proveniente da fabricação de ferro titânio. A incorporação do material apresentado foi efetuada em porcentagens de substituição dos agregados utilizados para fabricação de pavimentos intertravados de concreto. O estudo inicia com a caracterização dos materiais, como o agregado obtido através da moagem do sinter, o pó misto e o cimento Portland. O passo seguinte foi a realização de estudos de dosagem da incorporação do subproduto, para a obtenção de traços para a produção dos blocos para pavimentos intertravados e a comparação de sua resistência característica com a resistência apresentada pelos blocos convencionais. Após todos os passos concluídos, foi constatado através do rompimento dos corpos de prova com idade de 07dias sob cura saturada (sem adição de cal), que a adição do óxido de alumínio nas diferentes porcentagens altera proporcionalmente para maior a resistência a compressão das peças na medida que essa porcentagem de substituição aumenta. Palavras-chave: Sínter, resistência à compressão, resíduos

5 4 ABSTRACT This work aims to give a destination to a byproduct of the steel industry that is currently being disposed of in landfills. The productis called sinter built, and is nothing more than aluminum oxidefrom the manufacture of iron titanium. The incorporation of the material presented was performed on percentages ofreplacement of aggregates used for making interlocking concretepavements. The study begins with the characterization of materials, as the aggregate obtained by crushing of the sinter, the mixed powder and Portland cement. The next step was todosing studies of the incorporation of by-product, to obtain linesfor the production of paving blocks interlocked and comparison oftheir characteristic resistance to the resistance presented by theconventional blocks. After all steps finished, it was found through the breaking of the specimens aged under 07dias cure saturated(without addition of lime), the addition of aluminum oxide indifferent percentage changes proportionally to greater resistance to compression of the parts as this percentage increasesreplacement. Keywords: Sínter, compressive strength, waste

6 5 AGRADECIMENTOS A realização desde Trabalho de Conclusão de Curso se deu com ajuda e participação de alguns amigos, que de alguma forma colaboraram, incentivaram e estiveram presentes durante todo o desenvolvimento desse estudo.em especial ao Profº Nelson Rossi, que nos acompanhou durante os trabalhos e análises.ao grande amigo Carlos Eduardo Frare que através da empresa JUMAE ARTEFATOS DE CIMENTO colaborou e viabilizou a execução e moldagem dos corpos de prova.a empresa MASTERLIGAS, pela doação do resíduo de substituição.

7 6 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Tipos de intertravamento.12 Figura 2: Cobertura Vegetal: 95% de Infiltração (INTERPAVE)..15 Figura 3: Área Rural: 70% de Infiltração (INTERPAVE) 16 Figura 4: Área Residencial: 30% de Infiltração (INTERPAVE)..16 Figura 5: Área Urbana: 5% de Infiltração (INTERPAVE).17 Figura 6: Óxido de alumínio (Sínter)..19 Figura 7: Rochas da Ilha de Portland Sul da Inglaterra...20 Figura 8 :. Óxido de Alumínio Sinter..29 Figura 8: Pavimento intertravado sextavado 32 Figura 10 : Agregado miúdo Pó Misto Figura 11. Secagem do Pó Misto em estufa...33 Figura 12 : CP V ARI Estrutural...34 Figura 13 : Agregado experimental Sínter britado..34 Figura 14 : Determinação da massa especifica em agregado miúdo, pó misto, através do frasco de Chapman..35 Figura 15 : Determinação de granulometria do agrego sinter.. 36 Figura 16 : Determinação da massa especifica em agregado,sínter experimental, através do frasco de Chapman Figura 17 : Mistura do concreto Sinter Experimental em betoneira Figura 18 : Determinação da consistência pelo ensaio de abatimento do tronco de cone..40 Figura 19 : Adensamento dos corpos de prova de forma manual.40 Figura 20 : Corpos de prova desenformados em 48 horas 41 Figura 21 : Após esse período os corpos de prova foram conservados em água saturada em cal até o momento do rompimento..41 Figura 22. Corpos de prova sendo cortados ao meio, para serem ensaiados.42 Figura 23 : Repouso dos corpos de prova.42 Figura 24 : Repouso dos corpos de prova (cura saturada).43 Figura 25: Corpos de prova saturados para o ensaio de resistência à compressão.43 Figura 26: Divisão dos corpos de prova e indicação das peças ensaiadas (preenchimento cinza)..44 Figura 27: Prensa hidráulica para ensaio.44 Figura 28: Acomodação da placa cilíndrica 44 Figura 29Rompimento de corpo de prova por compressão de carga axial conforme norma NBR Figura30: Corpos de prova rompidos após ensaio 46 Figura 31: Curva granulométrica do agregado miúdo, pó misto 47 Figura 32: Curva granulométrica do agregado Sínter..48 Figura 33: Grafico comparativo de resistência à compressão média e resistência característica à compressão 51

8 7 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Tipo de Trafego x espessura do piso 14 Tabela 2: Comparativo de pavimentos:..14 Tabela 3: Peneiras Normatizadas 23 Tabela 4: Características do agregado miúdo pó misto...46 Tabela 5: Características do agregado miúdo sinter..47 Tabela 6: Traço dos concretos utilizados para moldagem dos corpos de prova..49 Tabela 7: Traços dos concretos utilizados..49 Tabela 8: Resistência a compressão do pavimento intertravado confeccionado com concreto convencional, para a idade de 7 dias 49 Tabela 9: Resistência a compressão do pavimento intertravado confeccionado com concreto com substituição de 10% do pó misto pelo sinter, para a idade de 7 dias..50 Tabela 10: Resistência a compressão do pavimento intertravado confeccionado com concreto com substituição de 20% do pó misto pelo sinter, para a idade de 7 dias..50 Tabela 11: Resistência a compressão do pavimento intertravado confeccionado com concreto com substituição de 30% do pó misto pelo sinter, para a idade de 7 dias.50 Tabela 12: Fator multiplicativo p..50

9 8 SUMÁRIO 1. Introdução Revisão Bibliográfica Pavimento Classificação dos Pavimentos Pavimento Intertravado Tipos de Intertravamento Intertravamento Vertical Iintertravamento rotacional Intertravamento horizontal Revestimento Cimento Experiência Brasileira TIPOS DE CIMENTO PORTLAND AGREGADOS CONCRETO QUALIDADES ESSENCIAIS AO CONCRETO A QUALIDADE DO CONCRETO DEPENDE DE FATORES QUE AFETAM A RESISTÊNCIA DO CONCRETO RESÍDUO CLASSIFICAÇÃO DOS RESÍDUOS CLASSIFICAÇÃO DO SÍNTER ESTRUTURA Identificação do produto Composição e informações sobre o produto Manuseio e armazenamento Propriedades físico químicas OBJETIVO METODOLOGIA Caracterização dos materiais constituintes Agregado miúdo - Pó Misto Composição de pó misto Cimento Água Sínter britado Ensaios realizados...35

10 Agregado miúdo, pó misto Ensaio de granulometria do agregado miúdo, pó misto; Determinação da massa unitária do agregado miúdo, pó misto; Determinação da massa especifica em agregado miúdo, pó misto, através do frasco de Agregado experimental Sinter Ensaio de granulométrica do agregado experimental Sinter Chapman Determinação da massa unitária do agregado experimental Sinter; Determinação da massa específica em agregado experimental Sinter, através do frasco de Chapman Dosagem dos concretos Moldagem dos corpos de prova Ensaio de resistência à compressão RESULTADOS Agregado miúdo pó misto Agregado miúdo sínter Traços utilizados Resistência a compressão (fpj) dos corpos de prova ANÁLISE DOS RESULTADOS CONCLUSÃO SUGESTÕES PARA CONTINUIDADE DO TRABALHO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

11 10 1.INTRODUÇÃO O impacto ambiental provocado pela atividade da construção configura-se, nos dias atuais, um motivo de grande preocupação de organizações ambientais, bem como de pesquisadores de diversas áreas do conhecimento, entre elas a própria construção. É premente a adoção de soluções que busquem mitigar os efeitos nocivos ao meio ambiente, gerados pela construção civil, sob vários aspectos. A utilização em escala cada vez maior de recursos não renováveis, como calcário na produção de cimento, rochas e areias, empurra cada vez mais as fronteiras naturais da exploração em direção ao esgotamento das reservas. A própria extração de minerais provoca danos ao entorno da atividade de difícil saneamento futuro, o que compromete o equilíbrio ecológico em prol do desenvolvimento econômico. De outro prisma, se acompanha a altíssima geração de resíduos pela indústria da construção que são, de maneira geral, negligenciados quanto à sua destinação segura e inócua. O conteúdo deste trabalho estuda a empregabilidade do material óxido de alumínio, hoje descartado em aterros sanitários pela indústria siderúrgica, resultantes da fabricação de ferro titânio. O material de descarte é obtido através da aluminotermia, que nada mais é do que o aproveitamento do intenso poder redutor do alumínio para obtenção de ligas metalicas, ou seja, a obtenção de altas temperaturas por reação do alumínio em pó com vários óxidos metálicos para a geração dos respectivos metais, nesse caso o ferro titânio (FeTi). Durante a geração do FeTi, acontece a separação do material nobre do óxido de alumínio em camadas, sendo que o ferro mais denso fica na parte inferior. A própria fundição dessa mistura, acontece em berços, que na verdade são camadas compactadas do próprio óxido de alumínio britado, proveniente de fundições anteriores, por medida de segurança, o mesmo berço pode ser utilizado somente para duas fundições, depois é descartado em aterros sanitários para não comprometer a estanqueidade da estrutura já que o óxido de alumínio perde o poder de coesão. O sínter descartado é um material pesado (3,90g/cm³), duro e abrasivo.

12 11 2.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Sustentabilidade vem sendo o foco de algumas empresas e indústrias nos últimos anos, o objetivo principal está no aproveitamento de produtos e resíduos provenientes da fabricação, manutenção, reforma, demolição, entre outros. Um dos métodos encontrados para garantir a preservação dos bens renováveis ou não renováveis é a inserção desses resíduos na fabricação de produtos novos e com características iguais ou muito semelhantes ao produto fabricado com matéria prima nobre. A construção civil que gera uma quantidade muito grande de material destinado a aterros sanitários, também é um setor potencial para o aproveitamento do material descartado. O concreto que gera hoje muito mais que blocos, telhas ou pavimentos, pode receber em sua composição, mais do que cimento, água e agregados, pode ser composto por resíduos advindos de diversos produtos e de composições diferentes 2.1.PAVIMENTO Estrutura construída sobre a terraplanagem, recebe diretamente a ação do rolamento dos veículos e é destinada a: Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais provenientes do tráfego; Melhorar as condições de rolamento quanto a comodidade, segurança e desgaste; Resistir aos esforços horizontais; Resistir as intempéries; CLASSIFICAÇÃO DOS PAVIMENTOS Os pavimentos classificam-se em: Flexíveis: Apresentam maior deformidade (revestimento asfáltico, bloco de concreto ou pedras) Rígidos: Apresentam menor deformidade e requerem a adoção de juntas para absorver as deformações térmicas (revestimento de concreto) Semi-rígidos:Possuem uma camada de solo estabilizado ou tratado (solo-cal, solo cimento)

13 PAVIMENTO INTERTRAVADO Os pavimentos intertravados são pequenas peças em concreto pré moldadas através de vibro-prensas mecânicas ou somente através da mesa vibratória. Definimos o intertravamento do piso como sendo a capacidade que a peça tem de resistir e transmitir às peças vizinhas os esforços oriundos do tráfego, sejam eles esforços verticais, horizontais, ou de rotação. O pavimento intertravado é classificado como flexível, e as formas dos blocos são projetadas para, permitir elevada transferência de carga através do atrito entre as peças solicitadas e as adjacentes, que se dá no contato entre as faces TIPOS DE INTERTRAVAMENTO Figura 1: Tipos de intertravamento. Fonte: Muller 2005

14 INTERTRAVAMENTO VERTICAL Capacidade de não se mover verticalmente em relação às peças adjacentes, é adquirido através da capacidade estrutural das camadas inferiores que compõe o pavimento e através dos esforços absorvidos pelo rejuntamento INTERTRAVAMENTO ROTACIONAL Capacidade que a peça adquire de não girar em torno do seu eixo horizontal e vertical, está diretamente relacionado com o correto assentamento das peças sobre a camada de areia. Esse movimento é comum em áreas de frenagem, aceleração e em curvas INTERTRAVAMENTO HORIZONTAL Capacidade que a peça adquire de não se deslocar horizontalmente em relação as peças vizinhas, está relacionada ao formato, ao arranjo das peças sobre a camada de areia e principalmente com o correto preenchimento das juntas. Esse movimento é comum em áreas de frenagem e aceleração REVESTIMENTO As peças pré moldadas de concreto podem ser porosas, que deixam passar as águas por sua própria estrutura ou não porosas, onde infiltração se da apenas entre suas juntas. A NBR 9781 estabelece condições para as peças destinadas a pavimentação em especial a resistência a compressão que deve ser no mínimo de 35MPa para solicitações de trafego leve e no mínimo 50 MPa para solicitações de tráfego pesado. Para as peças de concreto permeável, deverá ser verificado também o coeficiente de permeabilidade do concreto.

15 14 Tabela 1: Tipo de Trafego x espessura do piso Tipo de Tráfego Espessura do Piso (cm) Tráfego leve (automóveis) 6,0 Tráfego comercial (ônibus, caminhão, automóveis, etc) 8,0 Tráfego pesado (portos, aeroportos, etc) 10,0 Fonte: Manual técnico de piso intertravado de concreto T & A Blocos e Pisos De acordo com o material técnico disponibilizado pela INTERPAVI PAVIMENTAÇÃO INTERTRAVADA, a pavimentação articulada revela ser extremamente vantajoso e é uma alternativa que deve ser considerada por administradores e responsáveis pela definição de aplicação do material nos campos de utilização, disponibilizando também um comparativo entre 3 tipos de pavimentos, o intertravado, o asfáltico e o paralelepípedo. Tabela 2: Comparativo de pavimentos: [ x ] = Pontos positivos Característica Intertravado Asfalto Paralelepípedo Alta durabilidade x - x Baixo custo com obras subterrâneas x - x Removível e reaproveitável x - x Fácil aplicação x - x Fácil remoção x - x Dispensa manutenção periódica Dispensa capina periódica - x - Dispensa betume para rejuntamento X x - Insensível a agentes químicos X - x Não sujeito a trincas por dilatação/retração X - x Tem duas faces de uso X - x Boa velocidade de aplicação X x - É estocável X - x Trânsito silencioso e sem vibrações X x - Confortável ao trânsito de veículos X x - Confortável ao trânsito de pedestres X x -

16 15 Anti-derrapante X - - Não aquece o ambiente X - - Satisfaz necessidade estéticas X - x Redistribui cargas estáticas e dinâmicas X x - Pontuação Final (positiva) Fonte: INTERPAVI PAVIMENTAÇÃO INTERTRAVADA Esse tipo de pavimento, por permitir uma passagem rápida das águas de chuva por entre as juntas de acomodação das peças, é altamente recomendado, já que a impermeabilização da superfície gera problemas públicos de enchente e ambientais de um modo geral. Tem se verificado que cada vez mais tornamos a superfície impermeabilizada, o que faz com que as águas da chuva não sejam absorvidas pelo solo na mesma proporção das precipitações, essas águas não absorvidas são então encaminhadas aos rios e canais que por sua vez ficam sobrecarregados aumentando o volume e a ocorrência de enchentes. Figura 2: Cobertura Vegetal: 95% de Infiltração (INTERPAVE)

17 16 Figura 3: Área Rural: 70% de Infiltração (INTERPAVE) Figura 4: Área Residencial: 30% de Infiltração (INTERPAVE)

18 17 Figura 5: Área Urbana: 5% de Infiltração (INTERPAVE) Esse tipo de pavimento é ideal para áreas de carga / descarga, ruas e avenidas com faixas demarcatórias e de sinalização, além de jardins, sítios, chácaras, condomínios, calçadas, parques e praças, recebe tráfego leve, médio, pesado e super pesado e devido às suas características o piso de concreto tem a superfície antiderrapante, resistente ao desgaste e ação de produtos químicos, evita a impermeabilização do solo, é de fácil colocação e manutenção, permite várias opções estéticas, grande variedade de formas, desenhos e cores, pode ser liberado para uso imediato após assentamento, tem opções de cores, etc. A matéria prima para esse tipo de pavimento é constituído por cimento portland, agregados (pedra e areia ou pó misto), água, aditivos que melhoram a trabalhabilidade em função da sua rápida desforma e os pigmentos para coloração das peças. Contudo atualmente tem se notado, que a alta demanda por agregados para o ramo da construção civil, configura-se um grande motivo de preocupação de organizadores ambientais e pesquisadores de diversas áreas. Com a necessidade crescente de adoção de medidas que busquem diminuir os efeitos nocivos ao meio ambiente gerados pela construção civil, sob vários aspectos, o estudo de

19 18 substituição de agregados e outros componentes não renováveis e focos da exploração que gera o esgotamento das reservas, vem sendo cada vez mais necessário. Neste trabalho será usado como material de substituição para a confecção de pavimentos intertravados de concreto, o óxido de alumínio, que é um resíduo descartado atualmente em aterros sanitários e é gerado durante a fabricação do ferro titânio. O material de descarte é obtido através da aluminotermia, que nada mais é do que o aproveitamento do intenso poder redutor do alumínio para obtenção de ligas metalicas, ou seja, a obtenção de altas temperaturas por reação do alumínio em pó com vários óxidos metálicos para a geração dos respectivos metais, nesse caso o ferro titânio (FeTi). Durante a geração do FeTi, acontece a separação do material nobre do óxido de alumínio em camadas, sendo que a liga metálica por ser mais densa fica na parte inferior. A própria fundição dessa mistura, acontece em berços, que na verdade são camadas compactadas do próprio óxido de alumínio britado, proveniente de fundições anteriores e por medida de segurança, o mesmo berço pode ser utilizado somente para duas fundições, depois é descartado em aterros sanitários para não comprometer a estanqueidade da estrutura já que o óxido de alumínio perde o poder de coesão. O sínter descartado e objetivo deste estudo, é um material pesado (3,90g/cm³), duro e abrasivo conforme Figura 6.

20 19 Figura 6: Óxido de alumínio (Sínter). 2.3.CIMENTO De acordo com a abcp (associação brasileira de cimento portland) a palavra cimento é originada do latim caementu, que designava na velha roma espécie de pedra natural de rochedos e não esquadrejada. A origem do cimento remonta há cerca de anos. Tecnicamente, podemos definir cimento como um pó fino, com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação de água. Supõe-se que o homem primitivo ao acender a fogueira junto as pedras calcárias e gesso percebiam que com o calor do fogo algumas pedras descarbonavam virando pó, e com a umidade do orvalho da madrugada esse pó convertia-se novamente em pedra. As Pirâmides e a muralha da China provam que no século V antes de Cristo, ja era usado uma espécie de aglomerante entre os blocos para a construção desses monumentos.

21 20 Já no Antigo Egito era utilizada um material feito de gesso calcinado como aglomerante. Entre os gregos e romanos, eram usados solos vulcânicos das proximidades de Pozzuoli ou da ilha de Santorini, que endureciam depois de misturadas com água. O passo seguinte aconteceu em 1756, quando o inglês Smeaton consegue um produto de alta resistência, por meio da calcinação de calcários moles e argilosos. Em 1818, o francês Vicat obtém resultados semelhantes aos de Smeaton pela mistura de componentes argilosos e calcários. Ele é considerado o inventor do cimento artificial. Tempos depois, em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland. Figura 7: Rochas da Ilha de Portland Sul da Inglaterra

22 21 O PORTAL DO CONCRETO frisa que, o cimento Portland passou ainda por uma difícil fase de desenvolvimento, até que em 1845, Isaac Charles Johnson, encarregado por Aspdin a produzir o cimento Portland, após várias observações, resolveu elevar a temperatura da queima para 1400 C, moer mais o clínquer originado desta queima, obtendo assim um cimento mais fino e de excelente qualidade. Hoje, o cimento Portland é um material rigorosamente definido, e sua fabricação segue princípios bem estabelecidos. A grande versatilidade de emprego e notáveis qualidade de adaptação a novos produtos e métodos construtivos aumentam, a cada dia, sua ampla gama de aplicações EXPERIÊNCIA BRASILEIRA No Brasil, estudos para aplicar os conhecimentos relativos à fabricação do cimento Portland ocorreram aparentemente em 1888, quando o comendador Antônio Proost Rodovalho empenhou-se em instalar uma fábrica na fazenda Santo Antônio, de sua propriedade, situada em Sorocaba-SP. Várias iniciativas esporádicas de fabricação de cimento foram desenvolvidas nessa época. A primeira fábrica a produzir normalmente, no Brasil, foi a Cia Brasileira de Cimento Portland Perus, no ano de Hoje, o Brasil é um dos oito maiores produtores de Cimento Portland do mundo e, detém uma das mais avançadas tecnologias no fabrico desse insumo. Só no ano de 2000, o Brasil produziu cerca de 39,6 milhões de toneladas de Cimento Portland. O Brasil passou da condição de importador a exportador, desenvolveu tecnologia e produtos voltados para a nossa realidade e hoje é uma das potências mundiais na produção de cimento.

23 22 O cimento é o principal componente do concreto, que é, por sua vez, o segundo material mais consumido do planeta. A indústria do cimento é responsável por 5% do CO 2 produzido pelo homem à escala mundial. O CO 2 é o gás com efeito de estufa que mais contribui para as alterações climáticas TIPOS DE CIMENTO PORTLAND CP I Cimento portland comum CP I-S Cimento portland comum com adição CP II-E Cimento portland composto com escória CP II-Z Cimento portland composto com pozolana CP II-F Cimento portland composto com fíler CP III Cimento portland de alto-forno CP IV Cimento portland Pozolânico CP V-ARI Cimento portland de alta resistência inicial RS Cimento Portland Resistente a Sulfatos BC Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação CPB Cimento Portland Branco 2.4.Agregados A NBR 9935 (ABNT, 1987) define agregado como o material granular pétreo, sem forma ou volume definido, a maioria das vezes quimicamente inerte, obtido por fragmentação natural ou artificial, com dimensões e propriedades adequadas a serem empregados em obras de engenharia.

24 23 Os agregados são produzidos a partir de britagem de maciços rochosos (pedra britada, pó de pedra) ou da exploração de ocorrências de material particulado natural (areia, seixo rolado ou pedregulho). A principal aplicação dos agregados é na fabricação de concretos e argamassas onde, em conjunto com um aglomerante (pasta de cimento portland / água), constituem uma rocha artificial. Os agregados viabilizam o custo do concreto, pois uma pasta de cimento apenas com o cimento e a água é resistênte, porém muito cara; Deve-se considerar também que o agregado minimiza a retração e os efeitos da fluência no concreto. Para classificá-los utilizamos sua granulometria, e para isso existem peneiras normatizadas pela ABNT. Tabela 3: Peneiras Normatizadas Peneiras (mm) Série Normal ,5 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Série Intermediária ,5 6,3

25 24 Fonte: ROSSI, 1998 Quanto à composição granulométrica os agregados classificam-se em: Graúdos: possuem diâmetro mínimo igual ou maior a 4,8mm, podem ser naturais como os pedregulhos e cascalhos ou artificiais obtidos através da britagem de rochas naturais Miúdos: possuem diâmetro máximo menor ou igual a 4,8mm, podem ser naturais como as areias encontradas nas jazidas e leitos de rios ou artificiais obtidas pela britagem de rochas naturais Concreto É um material de construção constituído por uma mistura de cimento, agregados graúdos, agregados miúdos, água e eventuais aditivos. Um bom concreto deve ser: durável, resistente, econômico e de bom aspecto. A classificação do concreto quanto à resistência pode ser feita em função de sua densidade(d): Leves - <1800 kg/m³ - baixa resistência < 20MPa; Normais Varia entre 2300 e 2500 kg/m³ - resistência moderada 20 à 40MPa; Pesados Entre 2500 e 4500 kg/m³ - concreto de alta resistência; Observação: resistência é a medida da tensão exigida para romper.

26 Qualidades essenciais ao concreto Facilidade do emprego quando fresco (trabalhabilidade); Resistência mecânica; Durabilidade; Impermeabilidade; Constância de volume após endurecido; A Qualidade do concreto depende de Qualidade dos materiais empregados; Proporcionalidade; Mistura; Transporte; Lançamento; Adensamento; Cura; Fatores que afetam a resistência do concreto Relação água/cimento; Forma e graduação dos agregados; Forma e dimensão dos corpos de prova; Velocidade de aplicação da carga; 2.6. Resíduos

27 26 Resíduo é o resultado do processo de diversos tipos de atividades, apresentando-se no estado, sólido, líquido ou gasoso. São classificados em 4 grupos: Classe A Resíduos reutilizáveis como agregados, concreto, etc. Classe B Resíduos reutilizáveis para outras industrias, como papel, plásticos, etc. Classe C Resíduos para os quais não foi desenvolvido tecnologias para sua reutilização, como o caso do gesso. Classe D Resíduos perigosos ou contaminados, como tintas, solventes, etc, Para que seja atrativa a utilização dos resíduos para os fabricantes, o preço do produto final precisa ser competitivo e vantajoso, garantindo um mercado consumidor assíduo, para isso, os custos provenientes da adequação dos mesmos a reciclagem devem ser baixos, o que não acontece em alguns casos De acordo com artigo da InfoEscola, os resíduos sólidos podem ser classificados de acordo com a origem, tipo de resíduo, composição química e periculosidade conforme abaixo: De acordo com a ORIGEM: Resíduo Hospitalar ou de Serviços de Saúde: qualquer resto proveniente de hospitais e serviços de saúde como pronto-socorro, enfermarias, laboratórios de análises clínicas, farmácias, etc.. Geralmente é constituído de seringas, agulhas, curativos e outros materiais que podem apresentar algum tipo de contaminação por agentes patogênicos (causadores de doenças); Resíduo Domiciliar: são aqueles gerados nas residências e sua composição é bastante variável sendo influenciada por fatores como localização geográfica e renda familiar. Porém, nesse tipo de resíduo podem ser encontrados restos de alimentos, resíduos sanitários (papel higiênico, por exemplo), papel, plástico, vidro, etc.

28 27 Resíduo Agrícola: são aqueles gerados pelas atividades agropecuárias (cultivos, criações de animais, beneficiamento, processamento, etc.). Podem ser compostos por embalagens de defensivos agrícolas, restos orgânicos (palhas, cascas, estrume, animais mortos, bagaços, etc.), produtos veterinários e etc.. Resíduo Comercial: são aqueles produzidos pelo comércio em geral. A maior parte é constituída por materiais recicláveis como papel e papelão, principalmente de embalagens, e plásticos, mas também podem conter restos sanitários e orgânicos. Resíduo Industrial: são originados dos processos industriais. Possuem composição bastante diversificada e uma grande quantidade desses rejeitos é considerada perigosa. Podem ser constituídos por escórias (impurezas resultantes da fundição do ferro), cinzas, lodos, óleos, plásticos, papel, borrachas, etc. Entulho: resultante da construção civil e reformas. Quase 100% destes resíduos podem ser reaproveitados embora isso não ocorra na maioria das situações por falta de informação. Os entulhos são compostos por: restos de demolição (madeiras, tijolos, cimento, rebocos, metais, etc.), de obras e solos de escavações diversas. Resíduo Público ou de Varrição: é aquele recolhido nas vias públicas, galerias, áreas de realização de feiras e outros locais públicos. Sua composição é muito variada dependendo do local e da situação onde é recolhido, mas podem conter: folhas de árvores, galhos e grama, animais mortos, papel, plástico, restos de alimentos, etc.. Resíduos de Portos, Aeroportos e Terminais Rodoviários e Ferroviários: o lixo coletado nesses locais é tratado como resíduo séptico, pois pode conter agentes causadores de doenças trazidas de outros países. Os resíduos que não apresentam esse risco de contaminação, podem ser tratados como lixo domiciliar.

29 28 Resíduo de Mineração: podem ser constituídos de solo removido, metais pesados, restos e lascas de pedras, etc Classificação dos resíduos Segundo a Norma ABNT NBR de 09/1987, os resíduos sólidos industriais são classificados nas seguintes classes: Resíduos de Classe I - Perigosos - Resíduos que, em função de suas propriedades físicoquímicas e infecto-contagiosas, podem apresentar risco à saúde pública e ao meio ambiente. Devem apresentar ao menos uma das seguintes características: inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade. Resíduos de Classe II - Não Inertes - Aqueles que não se enquadram nas classificações de resíduos classe I ou classe III. Apresentam propriedades tais como: combustibilidade, biodegrabilidade ou solubilidade em água. Resíduos de Classe III - Inertes - Quaisquer resíduos que submetidos a um contato estático ou dinâmico com água, não tenham nenhum de seus componentes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água definidos pelo Anexo H da Norma NBR , como, entulhos de demolições, areias retiradas de escavações, etc Classificação do Sínter O material destinado a substituição parcial do pó misto na fabricação de piso intertravado para este estudo (sínter), é um resíduo classificado como industrial, classe B e classe III, não apresentando riscos a saúde ou riscos de contaminação ambiental.

30 29 Ponto de fusão aproximado 2000 C. Figura 8 :. Óxido de Alumínio Sinter Estrutura Óxido de Alumínio bruto predominantemente na forma alotrópica de CORINDON. Análise Típica Al2O ,8% TiO ,2% CaO... 8,4% Fe2O3... 2,6% Identificação do produto Produto: ÓXIDO DE ALUMÍNIO - E 17 - RV3-55 A Sinonímia: Alumina Fundida, Corindum Artificial, Eletro Corindon ou Óxido de alumínio Fundido. (http://pt.wikipedia.org/wiki)

31 Composição e informações sobre o produto Material abrasivo, refratário, duro e tenaz com teor de Al 2 O 3 (óxido de alumínio) mínimo em alumina alfa de 94% Manuseio e armazenamento Precauções para armazenagem segura: armazenar em sacos, containeres ou silos apropriados e em local coberto. Precauções para o manuseio seguro: trabalhar em lugar ventilado Condições de armazenagem: não requer medidas especiais. Manuseio seguro: trata-se de produto inerte não exigindo procedimento especial Propriedades físico químicas O óxido de alúminio é um excelente isolador térmico e elétrico, mas tem uma condutividade térmica relativamente alta (30 Wm 1 K 1 ) para um material cerâmico. Em sua forma cristalina, chamada coríndon, tem dureza suficiente para ser empregada como abrasivo e como componente de ferramentas de corte. Peso Específico real (típico) = 3,94g/cm3. (http://pt.wikipedia.org/wiki)

32 31 3.OBJETIVO O presente trabalho tem como objetivo geral comparar o comportamento de pavimentos intertravados de concreto produzidos com agregados artificiais e os pavimentos intertravados de concreto com adição do sínter em dosagens de substituição ao agregado na ordem de 10%, 20% e 30%, através dos ensaios de resistência a compressão. O foco principal é tentar inserir o sínter, que na verdade é óxido de alumínio, na composição de artefatos de concreto de modo que a qualidade seja mantida e o material atualmente descartado em aterros sanitários venha agregar benefícios ao produto final ganhando espaço no mercado como um produto produzido com conscientização ambiental. 4.METODOLOGIA Os ensaios foram realizados no laboratório de engenharia civil da Universidade São Francisco (USF), localizada em Itatiba / SP. Os materiais utilizados foram, cimento CP V ARI (Cimento Portland de Alta Resistência Inicial), pó misto, água e o sínter na substituição. Inicialmente os ensaios consistiram na caracterização dos materiais descritos acima e constituintes do concreto. Posteriormente foram moldados corpos de prova do pavimento intertravado sextavado conforme modelo da Figura 9, com traço padrão, substituição do pó misto por 10%, 20% e 30% de sínter respectivamente.

33 32 Figura 9: Pavimento intertravado sextavado. O dimensionamento dos corpos de prova foi baseado na NBR 9781 Peças de Concreto para Pavimentação (ABNT, 1987). Após a cura saturada (sem adição de cal) com a idade de 07 dias, os corpos de prova que foram cotados ao meio no dia seguinte a moldagem, foram ensaiados para a determinação da resistência a compressão Caracterização dos materiais constituintes Agregado miúdo - Pó Misto O agregado miúdo utilizado foi fornecido pela empresa JUMAE Artefatos de Cimento Ltda. e, de origem da empresa Contil Indústria e Comércio Ltda. Composto natural originado através de processos naturais de desintegração de rochas, pedregulhos e areias ou provenientes de outros materiais industriais.

34 33 Figura 10 : Agregado miúdo Pó Misto Composição de pó misto Para o ensaio granulométrico foram peneirados g conforme NBR NM - ISO565 da mistura seca em estufa, dos agregados miúdos, respeitando a porcentagem do traço de testemunho. Figura 11. Secagem do Pó Misto em estufa.

35 Cimento Aglomerante hidráulico que atende às exigências de alta resistência inicial, obtido pela moagem de clínquer Portland, conforme especificações do fabricante e NBR O cimento utilizado foi o CP V-ARI, estrutural com rápido processo de secagem e cura. Figura 12 : CP V ARI Estrutural Água Água potável livre de impurezas ou misturas Sínter britado Agregado experimental Sínter britado fornecido para a realização do trabalho, pela empresa Masterligas Indústria Metalurgica Ltda. Figura 13 : Agregado experimental Sínter britado.

36 Ensaios realizados Agregado miúdo, pó misto Ensaio de granulometria do agregado miúdo, pó misto; Foram peneirados de acordo com a NBR NM - ISO565, 3.125g de pó misto. Utilizando peneiras de 12,7 mm, 9,52 mm, 6,35 mm, 4,76 mm, 2,38 mm, 1,19 mm, 0,59 mm, 0,297 mm e 0,149 mm das séries norma e especial,l com tampa e fundo no peneirador. Os resultados obtidos estão descritos na Tabela Determinação da massa unitária do agregado miúdo, pó misto; Para a determinação da massa unitária foi utilizado recipiente com dimensões de 316mm por 316mm de base por 150mm de altura, conforme descrito na norma NBR O resultado pode ser visualizado na Tabela Determinação da massa especifica em agregado miúdo, pó misto, através do frasco de Chapman. Este ensaio tem por objetivo determinar a massa específica real do agregado miúdo pelo método do frasco de Chapman, fundamentado na NBR 9776.

37 36 Figura 14 : Determinação da massa especifica em agregado miúdo, pó misto, através do frasco de Chapman Agregado experimental Sinter Ensaio de granulométrica do agregado experimental Sinter; Foram peneirados de acordo com a NBR NM-ISO565, g do Sinter utilizando peneiras de 12,7 mm, 9,52 mm, 6,35 mm, 4,76 mm, 2,38 mm, 1,19 mm, 0,59 mm, 0,297 mm e 0,149 mm das séries norma e especial,l com tampa e fundo no peneirador. Os resultados obtidos estão descritos na Tabela 5. Figura 15 : Determinação de granulometria do agregado Sinter.

38 Determinação da massa unitária do agregado experimental Sinter; Para a determinação da massa unitária foi utilizado recipiente com dimensões de 316mm por 316mm de base por 150mm de altura, conforme descrito na norma NBR O resultado pode ser visualizado na Tabela Determinação da massa específica em agregado, experimental Sinter através do frasco de Chapman. Este ensaio tem por objetivo determinar a massa específica real do agregado experimental Sínter pelo método do frasco de Chapman, fundamentado na NBR Os resultados podem ser visualizados na Tabela5. Figura 16 : Determinação da massa especifica em agregado,sínter experimental, através do frasco de Chapman. Com os resultados obtidos nos ensaios do agregado miúdo e do Sinter pode-se quantificar a porcentagem para substituição em massa para a execução do concreto experimental. Como o Sinter, fornecido pela empresa Master Ligas Produtos Siderúrgicos, possui granulometria próxima do agregado miúdo composto por pó misto,de mesma faixa

39 38 granulométrica. Desta forma pode-se obter um traço semelhante ao do concreto convencional, na proporção de 10% de substituição Dosagem dos concretos O concreto convencional utilizando agregado miúdo, conhecido comercialmente por pó misto (Brita 0) foi fornecido pela empresa Jumae Artefatos de Cimento Ltda, sendo caracterizado com resistência de 25,0 Mpa obtidos em ensaios de corpos de prova cilíndricos (NBR 5739) e abatimento por tronco de cone de 200 mm (NBR NM67). O concreto experimental (concreto Sinter) utilizou o mesmo traço, com alteração do agregado miúdo, que teve substituições na proporção de 10%, 20% e 30%. O traço do concreto convencional e o traço do concreto sinter estão descritos natabela Moldagem dos corpos de prova Conforme mencionado anteriormente, o trabalho tem como objetivo a comparação de resistência à compressão entre o concreto convencionale o concreto Sinter experimental, com a substituição do agregado miúdo, em 10%, 20% e 30%. Para que tal experimento fosse possível, foram moldados 6 corpos de prova para dosagem relacionada, totalizando 24 corpos de prova sextavados, com altura de 80 mm e dimensão comercial de 250x250 mm. Os corpos de prova foram ensaiados com a idade de 7 dias. Para garantir a homogeneidade dos concretos, utilizou-se sempre a mesma seqüência de inserção de materiais na betoneira, recomendada pela fabrica de blocos, em função do equipamento disponível. Foi introduzido na betoneira, primeiro todo o agregado,em seguida colocado aproximadamente 75% da água da mistura,e por ultimo o cimento acompanhado pelo restante da água.

40 39 Figura 17 : Mistura do concreto Sinter Experimental em betoneira. Os concretos tiveram suas consistências medidas através do abatimento pelo tronco de cone,,conforme a norma NM , conforme pode ser observado na Figura 20. No ensaio de abatimento o concreto convencional obteve resultado de abatimento igual a 200mm e os concretos com Sínter nas taxas de 10%, 20% e 30% de substituição, tiveram valor de abatimento igual a 200mm, 190mm e 150mm respectivamente. Com esse resultado, constatou-se que o concreto com 10 % de Sínter teve trabalhabilidade igual do concreto convencional. Os concretos com 20 % e 30 % de Sínter apresentaram trababilidade pouco menor, caracterizando que conforme se aumenta o Sínter, diminui a trababilidade. Isso se explica pela maior finura do Sínter, que possuindo maior área específica demanda maior quantidade de água na mistura. Para os quatro tipos de concreto, em função do abatimento obtido foi possível fazer o adensamento manual, conforme pode ser observado na Figura 19.

41 40 Figura 18 : Determinação da consistência pelo ensaio de abatimento do tronco de cone. Figura 19 : Adensamento dos corpos de prova de forma manual. Após a moldagem dos corpos de prova nas formas plásticas, os mesmos ficaram em repouso por 24 horas em local plano e coberto. Após este período, foram desenformados,e cortados ao meio, para que tivessem dimensões apropriadas para o ensaio à compressão conforme a NBR 9781/87.

42 41 Figura 20 : Corpos de prova desenformados em 48 horas. Figura 21. Após esse período os corpos de prova foram conservados em água saturada em cal até o momento do rompimento

43 42. Figura 22 : Corpos de prova sendo cortados ao meio, para serem ensaiados. Figura 23 : Repouso dos corpos de prova.

44 43 Figura 24: Repouso dos corpos de prova (cura saturada). Figura 25: Corpos de prova saturados para o ensaio de resistência à compressão Ensaio de resistência à compressão (fpj) Foram realizados ensaios de resistência à compressão na idade de 7 dias, para o concreto convencional e o concreto experimental sínter, com substituição de 10%, 20% e 30%. Foram ensaiados 6 corpos de prova para cada traço, seguindo o mesmo critério para todos. Os experimentos foram realizados no laboratório da Universidade São Francisco, em prensa hidráulica com registro computadorizado dos resultados, conforme recomendações da norma NBR 5739/94. Foram utilizadas placas cilíndricas de material metálico, com 90mm de diâmetro, para a transferência de carga da prensa para os corpos de prova.

45 44 Seguindo a NBR 9781/87, os corpos de prova estavam saturados para o ensaio e as peças cortadas como mostra a Figura 26, já que a largura ultrapassou o máximo de 140mm exigidos pela norma. Figura 26: Divisão dos corpos de prova e indicação das peças ensaiadas (preenchimento cinza). 27: Prensa hidráulica para ensaio. 28: Acomodação da placa cilíndrica.

46 29: Rompimento de corpo de prova à compressão, com carga axial, conforme norma NBR 5739/94. 45

47 46 Figura 30: Corpos de prova rompidos após ensaios. 5.RESULTADOS 5.1 Agregado miúdo pó misto A tabela 4 demonstra a distribuição granulométrica, a massa unitária e a massa específica do agregado miúdo pó misto, utilizado na dosagem dos concretos. Para a caracterização do agregado, foram peneirados 3125g do material. Tabela 4: Características do agregado miúdo pó misto. Peneira (mm) Massa retida (g) % retida % retida acumulada 12, ,5 12 0,4 0,4 6, ,5 25,9 4, ,9 2, ,9 1, ,9 0, ,9 0, ,9 0, ,9 Fundo 1 0,1 100 Total Massa unitária: 1,59 Kg/dm³ Massa específica: 2,70 Kg/dm³ Mòdulo de Finura: MF = 4,49 DMáx.= 9,5 mm

48 Porcentagem Acumulada 47 CURVA GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO PÓ MISTO ,7 9,5 6,35 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Fundo Peneira (mm) Figura 31 : Curva granulométrica do agregado miúdo pó misto Agregado Sinter A tabela 5 demonstra a distribuição granulométrica, a massa unitária e a massa específica do agregado sinter, utilizado nas dosagens dos concretos experimentais. Para a caracterização do agregado, foram peneirados 3125g do material. Tabela 5: Características do agregado sinter. Peneira (mm) Massa retida (g) % retida % retida acumulada 12, , , ,5 2,5 4,8 45 1,5 4 2, , , ,5 42,5 0, ,5 0, ,5 82

49 Porcentagem Acumulada 48 Fundo Total Massa unitária: 1,945 Kg/dm³ Massa específica: 2,78 Kg/dm³ Módulo de Finura: 2,29 DMáx.: 6,35 mm CURVA GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO SÍNTER ,7 9,5 6,35 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Fundo Peneira (mm) Figura 32: Curva Granulométrica do agregado Sínter Nota-se que o Sínter, fornecido pela empresa Masterligas Podutos Siderúrgicos Ltda, apresenta curva granulométrica que o caracteriza como material mais fino, comparando-se com o pó misto utilizado no trabalho. Isso é confirmado pelo módulo de finura, MF=2,29 para o Sínter e MF=4,49 para o pó misto; Considerando-se que trata-se de adições (10 %, 20 % e 30 %) de Sínter em substituição do agregado pó misto, não é necessário neste trabalho, fazer correções na granulometria do concreto.

50 Traços utilizados A tabela 6 apresenta os traços dosados para cada concreto utilizado para a moldagem dos corpos de prova. Tabela 6: Traço dos concretos utilizados para moldagem dos corpos de prova. Traço em Massa Concreto Pó Relação Cimento Sínter misto a/c Convencional 1 6-0,9 Sinter - 10% 1 5,4 0,6 0,9 Sinter - 20% 1 4,8 1,2 0,9 Sinter - 30% 1 4,2 1,8 0,9 Na tabela 7 temos o consumo de materiais necessário para a moldagem dos 6 corpos de prova para cada traço informado na Tabela 6, mais a quantidade necessária para o ensaio de abatimento pelo tronco de cone. Tabela 7: Traços dos concretos utilizados. Quantidade (Kg) Concreto Pó Cimento misto Sínter Água Convencional Sinter - 10% Sinter - 20% Sinter - 30% Tabela 8: Resistência à compressão (fpj) e resistência característica (fpk) do pavimento intertravado confeccionado com concreto convencional, para a idade de 7 dias. Número do Nº do corpo Carga de Resistência à ensaio de prova prova Ruptura (N) compressão ensaiado (MPa) Ruptura (Kg) 1º ,4 2º ,2 3º ,7 4º ,1 5º ,0 6º ,5 Resistência à compressão média (MPa) 11,7 Resistência característica (MPa) 10,3

51 50 Tabela 9: Resistência à compressão (fpj) e resistência característica (fpk) do pavimento intertravado confeccionado com concreto com substituição de 10% do pó misto pelo sínter, para a idade de 7 dias. Número do Nº do corpo Carga de Resistência à ensaio ensaio de prova prova Ruptura (N) compressão ensaiado ensaiado Ruptura (Kg) (MPa) 1º ,4 2º ,1 3º ,5 4º ,5 5º ,3 6º ,0 Resistência à compressão média (MPa) 12,1 Resistência característica (MPa) 11,5 Tabela 10: Resistência à compressão (fpj) e resistência característica (fpk) do pavimento intertravado confeccionado com concreto com substituição de 20% do pó misto pelo sínter, para a idade de 7 dias. Número do Nº do corpo Carga de Resistência à ensaio ensaio de prova prova Ruptura (N) compressão ensaiado ensaiado Ruptura (Kg) (MPa) 1º ,3 2º ,6 3º ,3 4º ,8 5º ,5 6º ,4 Resistência à compressão média (MPa) 12,8 Resistência característica (MPa) 11,9 Tabela 11: Resistência à compressão (fpj) e resistência característica (fpk) do pavimento intertravado confeccionado com concreto com substituição de 30% do pó misto pelo sínter, para a idade de 7 dias. Número do Nº do corpo Carga de Resistência à ensaio ensaio de prova prova Ruptura (N) compressão ensaiado ensaiado Ruptura (Kg) (MPa) 1º ,9 2º ,1 3º ,9 4º ,9 5º ,7 6º ,9 Resistência à compressão média (MPa) 13,9 Resistência característica (MPa) 13

52 Resistência (MPa) 51 A resistência à compressão deve ser multiplicada pelo fator p, que majora ou minora o resultado de acordo com a altura da peça, porém para a altura do piso intertravado utilizado para este estudo o fator multiplicativo é 1,00, como mostra a Tabela 12, o que não altera o resultado obtido nos ensaios. Tabela 12: Fator multiplicativo p. Altura nominal da peça (mm) Fator multiplicativo p 60 0, , ,05 Fonte: NBR 9780/ Gráfico comparativo de resistência à compressão média e resistência característica à compressão ,7 10,3 12,1 11,5 12,8 11,9 13, Convencional Sínter 10% Sínter 20% Sínter 30% Tipos de blocos Resistência média à compressão (fp) Resistência característica à compressão (fpk) Figura 33: Gráfico comparativo de resistência média à compressão e resistência característica para cada traço ensaiado.

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