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ESTUDO DO COMPORTAMENTO DO COPRODUTO AÇOBRITA NA PAVIMENTAÇÃO RODOVIÁRIA

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Academic year: 2021

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ESTUDO

DO

COMPORTAMENTO

DO

COPRODUTO

AÇOBRITA NA PAVIMENTAÇÃO RODOVIÁRIA

Anna Karina Chaves Delgado, Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes,

anna.karina@dnit.gov.br

James Dean da Silva, Universidade de Brasília e Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, james.d.silva@dnit.gov.br

Livia Fujii, Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, livia.fujii@mt.gov.br

Luciana Dellabianca, Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes,

luciana.dellabianca@dnit.gov.br

RESUMO: É cada vez mais escasso e oneroso os recursos naturais disponíveis para utilização nas camadas de pavimento. Os materiais recicláveis ganharam maior notoriedade, tanto para que haja uma destinação adequada e sustentável, quanto para substituir os materiais primários. Assim, o presente trabalho trata da utilização do coproduto Açobrita nas camadas estruturais de base e subbase em trechos experimentais da BR-101/ES, onde foi utilizado bica corrida, brita graduada, aceritas puras e misturas de acerita com solo. Em viagem técnica, foi realizada inspeção visual e ensaio de deflexão por Viga Benkelman para avaliação das condições atuais do pavimento.

PALAVRAS-CHAVE: Açobrita, coproduto, pavimentação, reciclagem

1 INTRODUÇÃO

A importância da investigação e da utilização de materiais recicláveis e coprodutos está cada vez mais notória em diversas áreas da construção civil, incluindo-se também na pavimentação rodoviária.

Os principais motivos para o crescimento dos estudos e divulgação dos produtos alternativos na pavimentação são a escassez de material natural a ser utilizado em camadas estruturais e a legislação mais rígida relacionada a exploração de materiais naturais.

Assim, o objetivo deste trabalho é verificar o comportamento mecânico do Açobrita em camadas de pavimentos rodoviários, por meio de levantamentos de campo e ensaios laboratoriais, de forma a possibilitar seu uso em detrimento a materiais naturais nas rodovias brasileiras.

Para tanto, serão utilizados resultados de ensaios de caracterização dos materiais aplicados na confecção dos trechos experimentais na BR-101/ES, juntamente com a

inspeção visual em campo e levantamento de deflexões utilizando a Viga Benkelman.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 A Escória de Aciaria - Açobrita

Quando o processo de fabricação do aço é feito em usinas integradas, o tipo de escória de aciaria que é gerada é chamada de LD (Linz-Donawitz). Este tipo, para transformar o ferro gusa em aço, utiliza conversor a oxigênio, adicionando também a este sucata, óxido de cálcio, óxido de magnésio e de oxigênio a alta velocidade (Figura 1).

A necessidade da utilização de óxido de cálcio e de oxigênio é para a retirada de substâncias indesejáveis no aço produzido, como o silício, o fósforo e, principalmente, o carbono. O óxido de magnésio serve para proteção do refratário do forno.

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Figura 1 – Conversor LD (CST, 2014)

O momento exato em que se obtem a escória de aciaria é na fase de redução do ferro durante o processo de fabricação do aço, ficando separada deste pela diferença de massa específica. Após isso, a escória de aciaria é conduzida para pátios, na forma líquida ainda onde é resfriada por aspersão de jatos de água ou ar (Figura 2).

Depois de resfriada, a escória para a existir em grandes placas metálicas onde é fragmentada, passa por um processo de brotagem e separação da granulometria.

A escória de aciaria é, por vezes, considerada precoupante quanto a sua utilização como material alternativo ainda no mercado. Isto é devido ao alto potencial expansivo que pode apresentar mesmo tendo características mecânicas tão boas quanto as encontradas nos materiais pétreios convencionais como a brita granítica.

Figura 2 – Resfriamento da escória (CST, 2014).

Segundo Masuero (2001), no resfriamento, a escória sofre uma prévia expansão devido a aplicação da água. Por causa do vapor gerado, como também pela ação da água, a escória expande pela incorporação de ar e apresenta uma estrutura alveolar com baixa massa específica. Assim, chama-se escória expandida com porosidade que a escória resfriada ao ar.

A expansibilidade da escória de aciaria resulta dos processos de hidratação, como também da corrosão e oxidação. O mecanismo de hidratação dos óxidos de cálcio livre, de magnésio reativo e do -silictato dicálcico são influenciados pelo aumento do teor da espécie no estado livre, da umidade, tempertaura, teor de gás carbônico e com a redução do tamanho das partículas da escória (Machado, 2000).

Já os processos de corrosão e oxidação do ferro metálco são influenciados pelo aumento do teor de ferro, umidade, tempo de exposição ao ar e com a redução do teor de oxigênio durante o resfriamento e o tamanho das partículas da escória.

Ocorrem reações de determinados compostos presentes na escória gerando tenções internas, devido à expansão, que causam trincas, podendo até a gerar a pulverização do material. Os óxidos de sódio e de magnésio livres são os principais compostos intáveis encotrados na escória, enquanto o ferro metálico e o silicato dicálcico causam expansão em menor escala.

Segundo Lima (1999), citado por IPR (2008), quando o óxido livre da escória, ao reagir com a água, são formados compostos com volume maior e cujas partículas crescem em uma orientação preferencial produzindo pressão ao seu redor. Com isso, ocorre o fenômeno da expansão. O periclásio, por sua vez, ao sofrer hidratação lenta, apresenta reações de expansão da escória a longo prazo.

Segundo Rodrigues (2007), com o intuito de reduzir os efeitos das reações de expansão, são aplicados tratamentos à escória de aciaria que viabilizam a utilização desse material em camadas de pavimentos rodoviários. Os tratamentos podem ser aplicados quando a escória se encontra tanto no estado líquido, quanto no sólido.

Para a escória líquida, o tratamento utilizado consiste na adição de oxigênio e sílica e

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granulação com água ou com ar. Tratando com adição de sílica e oxigênio, o teor de sílica na escória é reduzido, devido a combinação do óxido de cálcio livre com a sílica. No processo de granulação, ocorre um resfiramento brusco na escória. Isso faz com que não haja tempo o suficiente para que ocorra a cristalização dos óxidos. Com a existência, então, dessa estrutura vítrea, a expansão fica reduzida (Silva, 2006).

Outro método de tratar a expansão da escória é a mistura desta com outros materiais, modificando e/ou melhorando suas propriedades.

A partir de estudos feitos por Geiseler (1999), foi verificado que o tratamento mais simples de estabilização do volume da escória é a exposição prolongada da escória ao tempo. Contudo, indicam algumas desvantagens na utilização desse tratamento como a necessidade de se ter uma longo período de tempo, ter grandes áreas para a disposição do material, a falta de controle da granulometria e a altura das pilhas.

Estudos feitos pelo Instituto de Pesquisas Rodoviárias (IPR, 2008) indicaram que quando ese tratamento com exposição ao tempo é feito com molhagem e aeração, diminui-se o tempo de exposição da escória, sendo apenas finalizado quando a expansão atinge o valor máximo de 3,0%, verificado pelo método PTM130 adaptado.

2.2 Aplicação da Escória de Aciaria em Pavimentação Rodoviária

Segundo Rodrigues (2007), várias são as aplicações da escória de aciaria na Engenharia Civil como, em lastros ferroviários, revestimento asfáltico utilizado junto a escória de alto-forno, na proteção de taludes, na construção de aterros e em camadas de base e sub-base em pavimentação rodoviária.

Branco (2004) menciona que desde o final da década de 70, países como Estados Unidos, Inglaterra, Japão e Canadá vêm aplicando a escória de aciaria em pavimentação rodoviária.

Silva e Mendonça (2001b) atestam que pavimentos construídos com escória de aciaria apresentam elevada capacidade de carga, suportando tráfego pesado como o de caminhões carregados por mais de dezesseis

anos, sem que houvesse comprometimento da estrutura do pavimento.

Silva (1994) estudou a utilização de escória de aciaria em misturas com diferentes proporções de argila para a construção de bases rodoviárias, no estado do Espírito Santo, Brasil.

Alvarenga (2001) fez um estudo comparativo da utilização da escória de aciaria e dos materiais tradicionais utilizados em pavimentação e verificou a boa aplicabilidade da escória em camadas de pavimentos, como também o menor custo que este material proporciona em relação aos agregados naturais.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Para efetivação dos estudos, foram analisados trechos experimentais executados com materiais naturais e Açobrita na BR-101/ES – Contorno de Vitória, conforme localização apresentada na Figura 1.

Figura 1 – Localização dos trechos experimentais na BR-101/ES – Contorno de Vitória.

Os trechos experimentais foram construído entre os anos de 2009 a 2010, em segmento inserido no projeto de duplicação da rodovia federal BR-101/ES. Estes trechos foram definidos em consenso com o DNIT/IPR e suas

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seções transversais características são detalhadas na Tabela 1.

Tabela 1 – Camadas estruturais do pavimento nos trechos experimentais na BR-101/ES. SH Início Estaca Fim Estaca Subbase (cm) Base (cm) 1 720 730 20 cm bica corrida 15 cm 80% Açobrita + 20% solo 2 730 740 bica corrida 20 cm 15 cm 50% Açobrita + 50% solo 3 740 760 20 cm bica corrida 15 cm brita graduada 4 760 770 20 cm acerita 15 cm brita graduada 5 770 780 20 cm 50% Açobrita + 50% solo 15 cm 80% Açobrita + 20% solo 6 780 790 20 cm bica corrida 15 cm brita graduada Objetivando observar o comportamento funcional e estrutural dos trechos experimentais citados, em outubro de 2013 a Coordenação de Projetos de Infraestrutura/DNIT realizou visita técnica à BR-101/ES. Para tanto foi realizada inspeção visual da superfície do pavimento e ensaios de Viga Benkelman, na pista direita – faixa direita da rodovia agora duplicada.

A Figura 2 mostra a execução do levantamento deflectométrico por meio da Viga Benkeman realizado em outubro de 2013.

Figura 2 – Ensaio de Viga Benkelman na BR-101/ES

Com estes dados de campo se efetuou uma comparação do desempenho dos trechos construídos com o Açobrita e aqueles que foram

executados apenas com os materiais naturais (brita graduada e bica corrida).

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

A Tabela 2 apresenta os resultados dos ensaios laboratoriais executados para caracterizar as misturas utilizadas nos trechos experimentais quando da sua execução.

Para a execução da brita graduada foi utilizada uma granulometria que atende as faixas indicadas na Tabela 2. No entanto, não se tem informação acerca dos resultados dos ensaios laboratoriais de ISC e expansão.

Os trechos experimentais apresentaram variação de resistência ao longo do subleito, tendo-se encontrado valores para o SH 1 entre 6,0% a 9,0% e valores para o SH 2 entre 3,7% a 7,5%.

Tabela 2 – Resultados dos ensiaos laboratoriais (Modificado de Kaeme Consultoria, 2010)

Resultados bica corrida Brita graduada 80% acerita + 20% solo 50% acerita + 50% solo % passa # 2” 100 100 100 100 % passa # 1” 96 100 100 100 % passa # 3/8 57,2 50-85 71,3 59,2 % passa # 4” 44,0 35-65 47,4 42,5 % passa # 10 34,7 25-50 32,5 33,0 % passa # 40 23,5 15-30 19,0 22,9 % passa # 200 8,1 5-15 9,9 14,2 Energia (golpes) 26 - 26 40 ISC (%) 90,6 - 110,5 84,4 Expansão (%) 0,0 - 0,0 0,0

A inspeção visual realizada na BR-101/ES, mostrou uma gama de defeitos, do tipo: trincas (FC-1, FC-2 e FC-3), ondulação (O), afundamento (Af), desgaste (D), jacaré (J), jacaré com erosão (JE) e remendo (R), além de resultados de leituras de trilha de roda, conforme detalhados na Tabela 3.

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Tabela 3 – Defeitos nos trechos experimentais da BR-101/ES.

Estaca Estrutura T O D Af J JE R T.r.e

719 - x NM 720 x NM 723 x 0,8 725 x x x NM 727 x x 1,4 729 Subbase 20 cm bica corrida + Base 15 cm 80% Açobrita + 20% solo x x x NM 733 x 0,4 737 x NM 739 Subbase 20 cm bica corrida + Base 15 cm 50% Açobrita + 50% solo x x x x 2,8 741 x NM 743 x NM 745 x x NM 747 x 0,4 749 x x 0,6 751 x 1 753 x 0,2 755 x 0,5 757 x 0,6 759 Subbase 20 cm bica corrida + Base 15 cm brita graduada x 0,2 761 x 0,2 763 x 1,5 765 x NM 767 x 0,2 769 Subbase 20 cm Açobrita + Base 15 cm brita graduada 0,2 771 x 0,5 773 x x 0,5 775 x 0,6 777 x 2,4 779 Subbase 20 cm 50% Açobrita e 50% solo + Base 80% acerita e 20% solo x x 3,2 781 x 0,1 783 x 0,7 785 x 0,6 787 Subbase 20 cm bica corrida + Base 15 cm brita graduada x 1,5 * NM = não medido

Um aspecto de importância observado em campo se refere a predominancia dos defeitos do tipo jacaré e jacaré com erosão, nos trechos executados com bica corrida na subbase e brita graduada na base (SH 3 e SH 6) e o trecho executado com Açobrita na subbase e brita

graduada na base (SH 4), conforme ilustrado nas Figuras 2 e 3.

Figura 2 – Defeito tipo jacaré (SH 3).

Figura 3 – Defeito do tipo jacaré (SH 4). O levantamento deflectométrico utilizando a Viga Benkelman foi realizado com espaçamento de 40 m, na faixa direita – pista direita. Para o cálculo da deflexão admissível foi considerado um valor de N igual a 107, e utilizada a norma ASTM D 4694. Os resultados estão dispostos na Figura 4.

Já a Figura 5 ilustra as deflexões médias para cada SH, onde se pode observar que o primeiro trecho (SH 1), com subbase em bica corrida e base de 80% acerita e 20% solo tem os menores valores de deflexão, com média de 38,9 10

-2

mm.

Comparando-se estes resultados com aqueles visualizados para os SH 2 e SH 3, que possuem o mesmo tipo de subbase (bica corrida), verifica-se o bom desempenho das misturas em relação ao trecho composto por brita graduada (SH 3). Este fato se deve provavelmente devido a maior resiliencia das camadas puramente granulares (bica corrida e brita graduada), o que se reflete na existência de uma maior quantidade de defeitos do tipo jacaré nesses

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trechos.

Figura 4 – Resultados dos levantamentos deflectométricos.

Figura 5 – Deflexões médias dos segmentos homogêneos. No entanto, registra-se que praticamente todos os segmentos homogêneos apresentaram deflexão média inferior à deflexão admissível calculada, que é de 60x10 -2 mm. A excessão foi o SH 4 que apresentou valor de 67,1x10-2 mm, sendo constituido de subbase em acerita e base em brita graduada. Aqui também pode-se

atribuir o fato à maior resiliencia desses materiais em relação às misturas, o que também pode ser comprovado pela presença acentuada de trincas jacaré.

Ao avaliar o SH 5 que possui base e subbase em mistura de solo e Açobrita, observa-se que este tem um melhor comportamento resiliente que os trechos compostos por materiais puramente granulares (SH 3, SH 4 e SH 6), o que pode indicar uma maior vida útil do pavimento.

5 CONCLUSÃO

No geral, verificou-se que os segmentos homogêneos compostos por misturas apresentaram um melhor comportamento funcional e estrutural. Sendo que a mistura utilizada para base com 80% Açobrita e 20% solo possivelmente possui a melhor matriz granulométrica, pois apresentou as menores deflexões, maior ISC e melhores condições funcionais.

Por fim, entende-se que para um maior esclarecimento do comportamento do coproduto Açobrita em relação aos materiais convencionais para pavimentação, é necessária a realização de outros ensaios in loco e coleta de material da base, subbase e subleito para estudos em laboratório.

REFERÊNCIAS

Companhia Siderúrgica de Tubarão – CST. (2014) Disponível em www.cst.com.br. Acesso em 23/06/2014.

Masuero, A.B. (2001) Estabilização das Escórias de Aciaria elétrica com Vistas a sua Utilização como Substituição ao Cimento, Tese de Doutorado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalurgia e Materiais. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 252p.

Machado, A.T. (2000) Estudo Comparativo dos Métodos de Ensaio para Avaliação da Expansibilidade das Escórias de Aciaria. Dissertação de Mestrado, Escola Poltécnica da USP, São Paulo, SP.

Rodrigues, G.L.C. (2007) Caracterização e avaliação da expansibilidade de escórias de aciaria LD não tratadas e tratadas. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil – Universidade Federal do Espírito Santo.

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resistência e durabilidade do pavimento construído com escória de aciaria – Projeto PAVIAMB. Convênio FINEP/UFES/CST. Vitória/ES.

Geiseler, J. (1999) Slag - Approved Materials for a better future. Iron and Steel Slags - Properties and utilization - Reports, Marseilles, p. 9-23.

Instituto de Pesquisas Rodoviárias – IPR (2008), Aplicação de Escória de Aciaria produzida na Arcelomittal Tubarão com Redução de Expansão – Acerita – com ou sem Adição de Argila em Base e Sub-base Rodoviária. Relatório Final, Volume 1, 169p.

Branco, V.T.F.C (2004) Caracterização de misturas asfálticas com uso de escória de aciaria como agregado. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós Graduação em Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro - COPPE/UFRJ, 135p.

Silva, E.A. (1994) Uso de escória de aciaria em pavimentação viária. 28ª Reunião Anual de Pavimentação, Belo Horizonte, v. 1.

Silva, E.A e Mendonça, R.L. (2001b) Utilização de escória de aciaria em todas as camadas do pavimento. Revista Engenharia Ciência e Tecnologia. v. 4, n.2.

Alvarenga, J.C.A. (2001) Um estudo de avaliação estrutural e econômica de pavimentos flexíveis de escória de aciaria. Dossertação de Mestrado, Programa de Pós Graduação em Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro - COPPE/UFRJ, 162p.

Kaeme Consultoria (2010) Verificação Técnica da Aplicação de Escória de Aciaria – Obra BR101 (Contorno de Vitória/ES), 2º Relatório de Verificação, contrato CT 10012816.

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