IMPORTÂNCIA DAS TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS NO ENSINO DA GEOLOGIA APLICADA À ENGENHARIA M.L.X. França Neta¹,a ; C.L. De Araújo¹,b ; A.W.A. Oliveira¹,c ; G.C.B. Dantas 1,d ; S.V.A. Barros 1,e ; G.A. Neves 2,f 1 Universidade Federal Rural do Semi-Árido, 59515-000, Angicos, RN, Brasil 2 Universidade Federal de Campina Grande, 58429-900, Campina Grande, PB, Brasil maria_xavieer@hotmail.com; lucenildoufersa@gmail.com; alipheaoliveira@hotmail.com;gerbeson_dantas@hotmail.com; sameavalensca@ufersa.edu.br; gelmiresneves@gmail.com RESUMO A disciplina Geologia Aplicada à Engenharia presente na matriz curricular dos cursos de Engenharia deve fazer uso das técnicas de caracterização dos materiais como instrumentos para estimular o desenvolvimento de pesquisas que gerem materiais alternativos para atender as demandas da construção civil. Gomes (2015) e Mansur (2005) afirmam que a caracterização dos materiais ocorre fazendo uso de técnicas instrumentais de análise, buscando à compreensão de diferentes aspectos relacionados à composição e estrutura dos materiais. Essas técnicas estão vinculadas ao entendimento do comportamento dos materiais quanto as suas propriedades químicas e mecânicas, que irão fornecer informações sobre a durabilidade desses. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar o agregado oriundo dos resíduos sólidos gerados nos processos de extração e beneficiamento das rochas de quartzito no município de Várzea/PB. A caracterização química-mineralógica foi realizada por espectrometria de fluorescência de raios X (FRX), e espectrometria de fluorescência de raios X (EDX) e difração de raios X (DRX). Enquanto, a caracterização física pela análise granulométrica por peneiramento, seguindo os procedimentos da NBR NM 248/2001. Os resultados obtidos na caraterização física, química e mineralógica comprovam que o agregado oriundo dos resíduos de quartzito possui potencial para gerar argamassas com propriedades satisfatórias, em conformidade com as normas técnicas. Palavras chave: Técnicas de caracterização, agregado, resíduos de rochas ornamentais. 9055
INTRODUÇÃO A geologia aplicada à engenharia é compreendida como a disciplina presente na matriz curricular dos cursos de Engenharia que proporciona os conhecimentos necessários para desenvolver a capacidade de vencer através dos olhos da geologia os desafios impostos pela engenharia. Pois, seus estudos também abrangem a caracterização de todos os materiais existentes na superfície da terra envolvidos em construção, recuperação de recursos e alterações ambientais [1-3]. Nesse contexto, verifica-se que as rochas são usadas na construção civil desde as civilizações mais antigas, em barramentos, base de rodovias, revestimento, pisos, como agregado graúdo (brita) e recentemente os resíduos resultantes dos processos de extração e beneficiamento das rochas ornamentais passam por processos que permitem serem reutilizados como agregado miúdo para confecção de argamassas. A história da geologia aplicada à engenharia é dividida em três fases, sendo a terceira fase marcada pela preocupação ambiental [1]. Nessa fase, ocorre a preocupação em tornar o setor da construção civil sustentável tanto no aspecto de desenvolver projetos que causem o menor impacto ambiental (reduzindo as alterações nas formas do relevo, minimizando os cortes nos taludes naturais) quanto de promover soluções que consigam promover a destinação adequada dos resíduos sólidos gerados no desenvolvimento de suas atividades. Um dos assuntos abordados pela geologia aplicada à engenharia é rochas ornamentais, estudando sua origem, características e propriedades. Porém, quando consegue abranger não só esses aspectos como também abordar as técnicas de caracterização se consegue estimular o desenvolvimento de pesquisas que gerem materiais alternativos para atender as demandas da construção civil e encontrar soluções para minimizar os impactos ambientais causados pelo descarte inadequado dos resíduos na natureza. Promover a adequada gestão dos resíduos gerados nos processos de extração e comercialização das rochas ornamentais é um fator de grande relevância tecnológica, ambiental e econômica nos dias atuais [4-7]. As rochas ornamentais recebem essa denominação porque são utilizadas em revestimentos de pisos e de fachadas por possuírem propriedades como estética e facilidade de extração em blocos. Os principais tipos são: granitos; mármores; quartzitos; silexitos, etc.[8]. 9056
O interesse pelo domínio das técnicas de caracterização de materiais é crescente, em decorrência da necessidade de obter novos materiais com comportamento adequado, atestado pelos resultados obtidos na caracterização micro estrutural. Essa consiste em determinar a composição química, tamanho das partículas, propriedades físicas entre outras características [9-11]. Nesse sentido, percebe-se que o desenvolvimento das técnicas de reutilização surge a partir do conhecimento adequado desses resíduos, que acontece quando se realiza a caracterização dos mesmos. Logo, a geologia aplicada à engenharia pode iniciar a disseminação desse conhecimento quando associa a aplicação das rochas na construção civil, que geram em algumas delas resíduos, as técnicas de caracterização, e consequentemente, desperta o interesse pela pesquisa na área do desenvolvimento de materiais alternativos para atender as várias demandas. Em conformidade com os aspectos levantados, a presente pesquisa teve como objetivo caracterizar o agregado oriundo das aparas geradas nos processos de extração e beneficiamento das rochas de quartzito (rochas ornamentais) no município de Várzea/PB. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais A matéria-prima alternativa utilizada nesta pesquisa foi aparas de rochas de quartzito já beneficiadas na forma de areia (agregado reciclado), denominada de A e cedida pela TECUÍMICA instalada no município de Várzea/PB. Coleta da matéria-prima A coleta da A aconteceu no município de Várzea/PB, na TECUÍMICA localizada no distrito industrial deste município, sendo coletado 200 Kg de areia originada das aparas de quartzito através dos processos de britagem; moagem e peneiramento pela empresa citada, para manter as propriedades da matéria-prima alternativa a mesma foi colocada em sacos plásticos identificados e devidamente lacrados para serem transportadas para o Laboratório de Materiais Universidade Federal Rural do Semi-Árido UFERSA, campus Angicos. 9057
Métodos Caracterização física A caracterização física foi realizada com a determinação dos seguintes parâmetros: massa específica real, massa unitária, área específica pelo método de Blaine, teor de material pulverulento e granulometria por peneiramento. A determinação da massa específica real e análise granulométrica da amostra foram realizadas conforme descrito nas normas [12;13]. Caracterização química-mineralógica A composição química do material foi determinada por espectrometria de fluorescência de raios X (FRX). Enquanto, a análise química foi realizada através de espectrometria de fluorescência de raios X (EDX), com detector EDS (Shimadzu EDX 720) para obter os óxidos presentes na composição da amostra. A caracterização mineralógica ocorreu utilizando a difração de raios X (DRX) que consiste em uma análise qualitativa capaz de identificar as fases mineralógicas presentes na amostra. Para esta análise, as amostras são colocadas em porta amostra de alumínio e depois no Difratômetro Shimadzu XRD-6000 com radiação CuKα, tensão de 40kV, corrente de 30mA, modo de escaneamento por passos (fixed time scan), com passo de 0,02 e tempo de contagem de 0,6s, com ângulo 2θ percorrido de 5º a 60º. RESULTADOS E DISCUSSÃO Tabela 1. As propriedades físicas da A utilizada nesta pesquisa são apresentadas na Tabela 1 Propriedades físicas da areia de quartzito Ensaio A Limites Massa específica real (g/cm³) 2,67 - Massa unitária ou aparente (g/cm³) 1,33 - Teor de materiais pulverulentos (%) 1,06 - Superfície específica (Blaine) (cm 2 /g) - 2600 9058
Analisando os resultados contidos na Tabela 1, verifica-se que A em relação a massa unitária é classificada como agregado normal por apresentar valor que fica no intervalo 1 γγ 2 g/cm³. Característica favorável a utilização desse agregado reciclado na obtenção de argamassas, de acordo com os estudos de Bauer [14]. Em relação a massa específica observa-se que os valores encontrados estão de acordo com os da literatura que é na ordem de 2,6 g/cm³. O teor de material pulverulento encontrado foi 1,06%, valor que permite afirmar que a A apresenta poucos finos, não prejudicando desta forma a quantidade de água a ser utilizada para obtenção da consistência adequada, pois o aumento da quantidade de água intensificaria a retração e diminuiria a resistência de argamassas. A Figura 1 ilustra a distribuição granulométrica obtida para areia de quartzito estudada neste trabalho. Figura 1 - Distribuição granulométrica da areia de quartzito Percebe-se que esta areia apresenta uma distribuição continua de tamanho de partículas e módulo de finura de 2,85%, segundo especificações da norma [15] pode ser classificada como areia de granulometria média, ou seja, pode ser utilizada na confecção de argamassa. 9059
Na Tabela 2, encontra-se a composição química da areia de quartzito. Os valores da Tabela 2 mostram que a A apresenta teores elevados de sílica (67,50%) e de alumina (17,28%), baixos teores de MgO (1,62%) e CaO (1,20%). Os valores encontrados na composição química da A foram similares aos encontrados por Carreiro [16]. Tabela 2 Composição química dos resíduos de quartzito Componentes químicos (%) A SiO2 67,50 Al2O3 17,28 K2O 7,22 Fe2O3 2,20 MgO 1,62 CaO 1,20 S03 0,36 BaO 0,21 Perda ao fogo 1,997 pesquisa. A Figura 2 ilustra os resultados da curva de raios X da A utilizada nesta Intensidade (u.a.) 5000 4000 3000 2000 M M -Mica C - Caulinita -uartzo F -Feldspato 1000 0 M F C F DF D 10 20 30 40 50 60 2θ Figura 2 Curva de DRX da areia de quartzito 9060
Analisando o resultado obtido no difratograma da Figura 2, verifica-se que a A apresenta as seguintes fases mineralógicas: quartzo(sio2, JCPDS file: 46-1045); caulinita(al2si2o5(oh)4, JCPDS file: 14-0164); feldspato (KSi3AlO3, JCPDS file:84-0710), mica (KMg3(Si3Al)O10(OH)2, JCPDS file:83-1808) e dolomita (CaMg(CO3)2, JCPDS file: 36-046). Esse resultado assemelha-se ao encontrado por Souza [17]. Percebe-se conforme os resultados obtidos na caracterização física e químicamineralógica da areia de quartzito oriunda da aparas resultantes da extração e beneficiamento das rochas de quartzito visando sua comercialização que a mesma pode ser classificada como agregado normal com características favoráveis ao seu uso na confecção de argamassas, porém se deve fazer análises quanto aos ataques químicos em meios agressivos. A medida que argamassas utilizadas em meios considerados agressivos demandam agregados não reativos com os elementos químicos existentes nesses meios. CONCLUSÕES De acordo com os resultados obtidos nessa pesquisa pode-se concluir que: Os professores da disciplina geologia aplicada à engenharia nos cursos de Engenharia assumem um papel importante quando conseguem fazer a associação dos assuntos abordados na disciplina (a exemplo das rochas e solos) com as técnicas de caracterização dos materiais no processo de estimular o desenvolvimento de pesquisas que gerem materiais alternativos, contribuindo para gestão adequada dos resíduos sólidos gerados nos diversos processos produtivos e que são vinculados aos assuntos por ela abordado. A areia de quartzito foi classificada em função das propriedades físicas, determinadas conforme as especificações técnicas, em areia artificial de granulometria média; areia de γγ normal e com baixo teor de material pulverulento. Logo, em função das propriedades apresentadas a mesma é indicada para confecção de argamassas. uanto a composição química-mineralógica ocorre a presença do óxido de ferro e de magnésio em teores abaixo da normalização (3%), provavelmente resultam da mica presente em sua composição. 9061
Importante continuar investigações sobre esse agregado gerado das aparas de quartzito para que se possa estimular seu uso na confecção de argamassas e em outros usos na construção civil. AGRADECIMENTOS Agradecimentos a AAMEG UFERSA pela cessão de bolsa ao primeiro autor e pelo suporte econômico à pesquisa. Aos coordenadores do Laboratório de Tecnologia dos Materiais da Unidade Acadêmica de Engenharia de Materiais do Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal de Campina Grande PB pela parceria estabelecida que permitiu a obtenção de análises importantes para obtenção dos resultados dessa pesquisa. REFERÊNCIAS [1] MACIEL FILHO, C.L.; NUMMER, A.V. Introdução à geologia de engenharia. 4.ed. Santa Maria, RS: UFSM, 2011. 390 p. [2] CHIOSSI, N. J. Geologia de engenharia. 3.ed. São Paulo: Oficina de textos, 2013. 424p. [3] GUSMÃO FILHO, J. De A. Solos: da formação geológica ao uso na engenharia. 2. ed. Recife: UFPE, 2008. 185p. [4]TORRES, P.; FERNANDES, H. R.; OLHERO, S.; FERREIRA, J. M. F, Incorporation of wastes from granite rock cutting and polishing industries to produce roof tiles. Journal of the European Ceramic Society. V. 29, p. 23-30, 2009. [5] BACARJI, E.; TOLEDO FILHO, R. D.; KOENDERS, E. A. B; FIGUEIREDO, E. P.; LOPES, J. L. M. P., Sustainability perspective of marble and granite residues as concrete fillers, Construction and Building Materials. V. 45, p. 1-10, 2013. [6] ANDRÉ, A.; BRITO, J.; ROSA, A.; PEDRO, D., Durability performance of concrete incorporating coarse aggregates from marble industry waste, Journal of Cleaner Production, V. 65, p. 389-396, 2014. [7] TENNICH, M.; KALLEL, A.; OUEZDOU, M. B., Incorporation of fillers from marble and tile wastes in the composition of self-compacting concretes. Construction and Building Materials. V. 91, p. 65-67, 2015. [8] BARROS, S. V. A.; NEVES, G. A.; MENEZES, R. R. Durabilidade de argamassas confeccionadas com resíduos de quartzito. Estudo da viabilidade técnica de agregados oriundos de resíduos do beneficiamento de rochas de quartzito em argamassas. 1. ed. Saoubrucken, Deutschland/Nienc: Novas Edições Acadêmicas, 2017. v. 1. 124p. [9] BEZERRA, M. S. Relatório Técnico do Perfil do Setor mineral do Nordeste e análise das possibilidades de incremento da atividade mineral na região. Nº 81, 65p., 2009. [10] MANSUR, H. S.; PEREIRA, M.; ORÉFICE, R. Técnicas de Caracterização de Materiais. In: Rodrigo Oréfice; Herman Mansur; Marivalda Pereira. (Org.). BIOMATERIAIS: FUNDAMENTOS E APLICAÇÃO. 1ed.Rio de Janeiro: Editora Cultura Médica, 2005, v. 1, p. 185-236. [11] GOMES, P. B. Caracterização de materiais: uma abordagem das possibilidades de algumas técnicas instrumentais. 2015. 135 f. TCC (Graduação) - Curso de 9062
uímica, Coordenadoria do Curso de uímica, Universidade Federal de São João Del-rei, São João Del-rei, 2015. Cap. 11. [12] ABNT, NBR 6474: Cimento Portland e outros materiais em pó Determinação da massa específica. Rio de Janeiro, 1998. [13]ABNT, NBR NM 248: Determinação de composição granulométrica dos agregados. Rio de Janeiro, 2001. [14] BAUER, L. A. F. Materiais de construção. Volume 1. 5 ª Edição. Rio de Janeiro: LTC, 1995. [15] ABNT, NBR 7211: Agregados para concreto Especificação. Rio de Janeiro, 2009. [16] CARREIRO, M. E. A.; SANTOS, R. C.; SILVA, V. J.; LIRA, H. L.; NEVES, G. A.; MENEZES, R. R.; SANTANA, L. N. L. Resíduo de quartzito - matéria-prima alternativa para uso em massas de cerâmica estrutural. Cerâmica. V. 62, p. 170-178, 2016. [17] SOUZA, M. M.; FELIPE, L. C. O. ; VIERA, E. V.; NEVES, G. A.; SOUZA, J. B. M. Caracterização Tecnológica de Resíduos de uartzitos da Paraíba e Rio Grande do Norte Visando seu Aproveitamento na Indústria Cerâmica. Anais do 56º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Porto de Galinhas - PE, 2011. 9063
IMPORTANCE OF CHARACTERIZATION TECHNIUES OF MATERIALS IN THE TEACHING OF GEOLOGY APPLIED TO ENGINEERING Abstract The discipline Geology Applied to Engineering present in the curricular matrix of the Engineering courses must make use of the techniques of characterization of the materials as tools to stimulate the development of researches that generate alternative materials to meet the demands of the civil construction. Gomes (2015) and Mansur (2005) state that the characterization of materials occurs using instrumental analysis techniques, seeking to understand different aspects related to the composition and structure of materials. These techniques are linked to the understanding of the behavior of the materials as their chemical and mechanical properties, which will provide information on the durability of these materials. In this context, the present work aimed to characterize the aggregate from the solid residues generated in the processes of extraction and beneficiation of quartzite rocks in the municipality of Várzea / PB. The chemical-mineralogical characterization was performed by X-ray fluorescence spectrometry (FRX), and X-ray fluorescence spectrometry (EDX) and X-ray diffraction (XRD). Meanwhile, the physical characterization by granulometric analysis by sieving, following the procedures of NBR NM 248/2001. The results obtained in the physical, chemical and mineralogical characterization show that the aggregate from the quartzite residues has the potential to generate mortars with satisfactory properties, according to technical standards. Keywords: Characterization techniques, aggregate, residues of ornamental rocks. 9064