Javier Mazariegos Pablos (1); Eduvaldo Paulo Sichieri (2); Mário Sérgio de Andrade Zago (3)

(1)

VI Encontro Nacional e IV Encontro Latino-americano sobre Edificações e Comunidades Sustentáveis - Vitória – ES - BRASIL - 7 a 9 de setembro de 2011

Estudo para utilização de resíduos sólidos industriais,

gerados pelos descartes de areia de fundição aglomerada com argila

e pela escória de alto-forno, na composição de concretos.

Javier Mazariegos Pablos (1); Eduvaldo Paulo Sichieri

(2)

;

Mário Sérgio de Andrade Zago (3)

(1)

Instituto de Arquitetura e Urbanismo de São Carlos – Universidade de São Paulo, Brasil – e-mail: pablos@sc.usp.br

(2) Instituto de Arquitetura e Urbanismo de São Carlos – Universidade de São Paulo, Brasil – e-mail: sichieri@sc.usp.br

(3) Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo, Brasil – e-mail:zagoms@hotmail.com

Resumo: O presente trabalho de pesquisa realizou um estudo sobre a viabilidade técnica para a reutilização dos resíduos sólidos industriais gerados pelo descarte das areias de fundição aglomeradas com argila e das escórias de alto-forno. Para isso, o plano propôs uma metodologia que: inicialmente estabelece um processo para a encapsulação dos resíduos sólidos através da técnica de solidificação/estabilização em matrizes de cimento Portland, nas quais os resíduos participam como agregados, miúdo e graúdo respectivamente, na composição de concretos, e, posteriormente apresenta a possibilidade de utilização desses concretos na confecção de peças de concreto para pavimentação (bloquetes). Os resultados obtidos no presente trabalho atingiram com grande êxito o objetivo estabelecido, no que tange à fabricação de peças de concreto para pavimentação de vias urbanas, “quando houver tráfego de veículos especiais ou solicitações capazes de produzir acentuados efeitos de abrasão” (superando os 50 MPa exigidos pela norma), comprovando a viabilidade técnica do uso dos resíduos constituídos pelas areias de fundição aglomeradas com argila e escória de alto forno, empregadas nesta investigação, e estabelecendo a possibilidade de sua utilização pela construção civil.

Palavras-chave: Resíduos sólidos industriais, Solidificação/estabilização, Cimento Portland, Reutilização, Concretos.

Abstract: This research performed a study on the technical feasibility for the use of industrial solid waste generated by the disposal of foundry sand bonded with clay and blast furnace slag.

The study is based in a methodology that: initially established a process for the encapsulation of the solid waste through the solidification/stabilization technique in Portland cement matrix, in which the wastes are involved as aggregates, with different granulometry in concrete composition, and afterwards show the possibility of using these concretes to make block paving. The obtained results of this have reached the goal, regarding the manufacture of the concrete pieces for the paving of urban roads, "where is traffic of special vehicle or applicants that can produce strong effects of abrasion (surpassing the 50 MPa required by the standard), proving the technical feasibility of solid wastes, consisting of the foundry sands bonded with clay and blast furnace slag, used in this research, showing the possibility to reuse in constructions.

Key-words: Industrial solid waste, Solidification/stabilization, Portland Cement, Reutilization,

(2)

1. INTRODUÇÃO

Entre todos os problemas que a humanidade enfrenta, um dos principais é a necessidade de minimizar os efeitos da degradação ambiental e social. Isso é possível via desenvolvimento e aplicação de pesquisas científicas e tecnológicas, que visem encontrar soluções para os problemas gerados pelo progresso e que consigam repercussões positivas para o meio ambiente e para o aprimoramento da cidadania, no sentido de obter uma melhor qualidade de vida para as próximas gerações. A realidade é que todos são a favor de melhorar a qualidade do meio ambiente, desde que não tenham de deixar de poluí-lo.

Dentro desse contexto, uma das questões de fundamental importância para o ser humano é a necessidade de reaproveitar, ou reciclar o lixo, os rejeitos e os resíduos por ele gerados, como forma de recuperar matéria e energia, visando preservação de recursos naturais, uma menor degradação do meio ambiente e uma melhoria nas condições de vida das comunidades.

As indústrias, em geral, são consideradas como grandes geradoras de efeitos nocivos ao meio ambiente, pela própria transformação dos recursos naturais em bens de consumo e pela geração de diversos resíduos.

Dessa forma, esse processamento de materiais culmina com a produção de grande quantidade de substâncias, algumas agressivas ao homem e ao meio, as quais não têm aplicabilidade imediata resultando em uma interferência em todo o processo de equilíbrio dos ecossistemas. Muitos desses resíduos apresentam-se na forma sólida, outros na forma de partículas em suspensão, afetando locais por vezes distantes do local de sua geração.

As indústrias siderúrgicas, em geral, são consideradas como empresas que produzem grandes efeitos nocivos ao meio ambiente, tanto pela utilização de grande quantidade de recursos naturais, quanto devido à geração de alto volume de substâncias estranhas ao meio, entre elas a “escória de alto-forno”. Particularmente, as indústrias de fundição geram vários tipos de resíduos, entre eles um tipo de resíduo sólido proveniente do descarte das denominadas “areias de fundição aglomeradas com argila”. Esses dois resíduos citados serão objetos de estudo do presente projeto.

2. OBJETIVOS

A partir de uma avaliação da composição potencial dos resíduos sólidos e, através da técnica de estabilização por solidificação em matrizes de cimento Portland, o estudo estabeleceu composições para introduzir a reutilização dos resíduos na composição de concretos, adequados para a confecção de peças de concreto para pavimentação (bloquetes).

Como objetivos específicos, o trabalho estabeleceu: Verificar a classificação dos resíduos sólidos;

Caracterizar os resíduos sólidos como agregados, para utilização na composição de concretos; Investigar desempenho mecânico de composições de concreto compostas com os resíduos; Utilizar a composição de concreto com melhor desempenho mecânico na confecção de peças para pavimentação (bloquetes).

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3. METODOLOGIA

Classificação dos resíduos sólidos – ABNT NBR 10004, 10005, 10006, 10007/2004;

Caracterização dos resíduos como agregados, para utilização na composição de concretos – ABNT NBR 7211/2005;

Verificação do comportamento dos concretos compostos com os resíduos: resistência à compressão – ABNT NBR 5739/2007;

Utilização da composição adequada para a fabricação de peças para pavimentação (bloquetes). Verificação do desempenho mecânico das peças para pavimentação - ABNT NBR 9780/1987.

3.1. Classificação dos resíduos

Segundo procedimentos da norma ABNT NBR 10004 “Resíduos Sólidos: Classificação” (2004), os resíduos sólidos em questão foram classificados como Classe II A, o que significa ser “não perigoso” e “não inerte”. Isso estabelece que, estes resíduos somente podem ser depositados em aterros industriais adequados.

3.2. Caracterização dos resíduos como agregados

Areia de fundição

Massa específica = 2,60 Kg/L Massa unitária = 1,16 Kg/L

Teor de materiais pulverulentos = 8,8 %

Escória de alto-forno

Massa específica = 2,43 Kg/L Massa unitária = 1,05 Kg/L

Teor de materiais pulverulentos = 4,9 %

3.3. Determinação da composição adequada

A escolha da composição empregada na fabricação das peças para pavimentação foi de acordo com a resistência à compressão aos 28 dias de idade, dos corpos-de-prova.

3.3.1. Composições preliminares

Os ensaios foram realizados preliminarmente com os seguintes materiais: cimento , escória de alto forno, areia de fundição, metacaulim, superplastificante e areia média.

Indicações declaradas: c = cimento, tipo CP V ARI a = areia de fundição e = escória

a/c = relação água cimento m = metacaulim

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Tabela 1 – Composições preliminares CP nº Indicações declaradas c:a:e:m:a/c:s Data de moldagem Data de ruptura Idade (dias) Carga (TF) Fcj (MPa) 1 1:1:1:0,05:0,36:0,01 _03/07/10 _10/07/10 ₇ _5,26 _26,8 2 1:1:1:0,05:0,36:0,01 _03/07/10 _10/07/10 ₇ _4,90 _25,0 3 1:1:1:0,10:0,43 _03/07/10 _10/07/10 ₇ _5,78 _29,4 4 1:1:1:0,10:0,43 _03/07/10 _10/07/10 ₇ _5,92 _30,2 5 1:1,5:1,5:0,05:0,48:0,01 _03/07/10 _10/07/10 ₇ _3,72 _18,9 6 1:1,5:1,5:0,05:0,48:0,01 _03/07/10 _10/07/10 ₇ _3,76 _19,1 7 1:1,5:1,5:0,10:0,57 _03/07/10 _10/07/10 ₇ _4,06 _20,7 8 1:1,5:1,5:0,10:0,57 _03/07/10 _10/07/10 ₇ _3,94 _20,1

Neste primeiro ensaio observamos que o superplastificante não contribuiu para uma melhora na resistência, sendo, portanto, abandonado.

Após este primeiro ensaio a quantidade de metacaulim foi alterada para 8 e 12%, na composição que obteve a maior resistência à compressão (CPs 3 e 4).

Tabela 2 – Composições com modificação dos teores de metacaulim. CP nº Indicações declaradas c:a:e:m:a/c Data de moldagem Data de ruptura Idade (dias) Carga (TF) Fcj (MPa) 1 1:1:1:0,08:0,43 _11/07/10 _17/07/10 ₇ _5,22 _26,6 2 1:1:1:0,08:0,43 _11/07/10 _17/07/10 ₇ _4,36 _22,2 3 1:1:1:0,12:0,50 _11/07/10 _17/07/10 ₇ _5,18 _26,4 4 1:1:1:0,12:0,50 _11/07/10 _17/07/10 ₇ _6,00 _30,6

A redução do metacaulim para 8% causou uma diminuição da resistência do CP, e o aumento para 12% praticamente não alterou o desempenho do mesmo. Portanto, adotamos a adição de metacaulim a 10% da massa de cimento, ou seja, o traço 1:1:1:0,10:0,43 (c : a : e : m : a/c).

3.3.2. Composição final

Outro fator importante é a presença de excesso de finos na composição. No sentido de adequar a composição granulométrica do agregado miúdo, introduzimos areia natural, isto é, 70% de areia de fundição e 30% de areia natural média. Os resultados obtidos estão relacionados na tabela 3:

Tabela 3 – Composição com adição de areia natural CP nº Indicações declaradas c:a:e:m:a/c Data de moldagem Data de ruptura Idade (dias) Carga (TF) Fcj (MPa) 1 1:1:1:0,10:0,43 _11/07/10 _17/07/10 ₇ _5,46 _37,8 2 1:1:1:0,10:0,43 _11/07/10 _17/07/10 ₇ _7,48 _38,1 a = (70% de areia de fundição + 30% de areia média) = 1

(5)

3.4. Fabricação das peças para pavimentação

A fabricação das peças para pavimentação foi realizada em máquina especial para esse fim, a qual possui sistema de vibração mecânica conjugada com prensagem hidráulica.

Figura 2 - Fábrica das peças Figura 3 - Esteira

Figura 4 - Misturador Figura 5 - Prensagem

Figura 6 - Bloquetes levados para cura Figura 7 - Câmaras úmidas

3.5. Verificação do desempenho mecânico das peças para pavimentação

As peças (bloquetes) foram avaliadas através da verificação do desempenho mecânico pela resistência à compressão.

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4. RESULTADOS E ANÁLISE

• Quanto aos resíduos sólidos

Os resíduos sólidos constituídos pelas areias de fundição aglomeradas com argila e escoria de alto forno, empregados na presente pesquisa, apresentaram caracterização que os classificaram como “não perigosos e não inertes”, ou seja, Classe II A, conforme ABNT NBR 10004 (2004). Ao mesmo tempo, atendem os parâmetros estabelecidos pela CETESB, em “Procedimentos para o Gerenciamento de Areia de Fundição” (2007), indicando a possibilidade de reciclagem dos resíduos.

• Quanto à utilização do Metacaulim

A adição de 10% (em relação à massa do cimento) de metacaulim aumentou a resistência à compressão nos ensaios realizados.

• Quanto à fabricação das peças de pavimentação

Os resultados obtidos no presente trabalho atingiram com grande êxito o objetivo estabelecido, no que tange à fabricação de peças de concreto para pavimentação (bloquetes) de vias urbanas, “quando houver

tráfego de veículos especiais ou solicitações capazes de produzir acentuados efeitos de abrasão”

(superando os 50 MPa exigidos pela norma), provando a viabilidade técnica do reuso dos resíduos constituídos pelas areias de fundição aglomeradas com argila e escória de alto forno, empregadas nesta investigação, abrindo a possibilidade de sua utilização em diversas formas diferentes pela construção civil.

Tabela 4 – Determinação da resistência à compressão das peças para pavimentação –NBR 9780/87

CP (n°) Massa (g) Largura (mm) Altura (mm) Compr. (mm) Fator (p) Carga Ruptura (ton.f) Carga Ruptura (N) Resistência Corrigida (MPa) 1 2856,5 101,27 60,37 200,42 0,951 40,06 392854 58,7 2 2950,5 102,13 60,99 201,12 0,952 38,94 381871 57,2 3 2858,8 100,56 61,01 200,33 0,953 38,18 374418 56,1 4 2906,7 102,24 61,91 201,64 0,955 39,46 386970 58,1 5 2920,7 100,81 61,79 201,02 0,954 35,86 351666 52,8 6 2992,7 102,14 61,55 201,16 0,954 38,10 373633 56,0

Os valores obtidos neste ensaio atendem ao item 5.1 da ABNT NBR 9781, “Peças de Concreto para Pavimentação”. 1987, reproduzido abaixo:

A resistência característica estimada à compressão, calculada de acordo com 6.5 (Norma) deve ser:

a) maior ou igual a 35 MPa, para as solicitações de veículos comerciais de linha;

b) maior ou igual a 50 MPa, quando houver tráfego de veículos especiais ou solicitações capazes de produzir acentuados efeitos de abrasão.

5. CONCLUSÕES

O conceito de sustentabilidade como sendo o melhor aproveitamento das matérias-primas, o reaproveitamento de resíduos e a disposição adequada dos resíduos impróprios para o uso, passou a ser entendido, não apenas como uma alternativa, mas uma necessidade imprescindível para conter ou mitigar a degradação ambiental.

(7)

O presidente da República, Luiz Inácio Lula da Silva, promulgou, no dia dois de agosto de 2010, o projeto de lei que institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos.

Com a sanção desta política o Brasil passa a ter um marco regulatório na área de resíduos sólidos (LEI Nº 12.305, DE 2 DE AGOSTO DE 2010.)

A Política Nacional de Resíduos Sólidos reúne princípios, objetivos, instrumentos e diretrizes para a gestão dos resíduos sólidos. O projeto de lei, quetramitou por mais de 20 anos no Congresso Nacional até ser aprovado, responsabiliza as empresas pelo recolhimento de produtos descartáveis (logística reversa), estabelece a integração de interesses entre os agentes econômicos e sociais e os processos de gestão empresarial e mercadológica com os de gestão ambiental, desenvolvendo estratégias sustentáveis.

Neste contexto, o presente trabalho almeja contribuir no aproveitamento de resíduos sólidos industriais, direcionando-os para a cadeia produtiva, diminuindo os impactos ambientais inerentes aos processos produtivos, como forma de recuperar matéria e energia, visando maior preservação dos recursos naturais, diminuindo a degradação do meio ambiente e, consequentemente melhorando as condições de vida da sociedade.

Portanto, os resultados obtidos no presente estudo indicam a viabilidade técnica de utilização dos resíduos sólidos industriais, objetos do trabalho, na composição de concretos não-estruturais e, em particular, na fabricação de peças para pavimentação. Conclusões decisivas serão estabelecidas após obtenção dos resultados dos ensaios de lixiviação e solubilização das peças, assim como do ensaio de resistência à abrasão, os quais estão em fase de execução.

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