Análise da substituição parcial de agregado miúdo no concreto por lodo da estação de tratamento de água

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DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

LEONARDO BRISSOW RUSCH

ANÁLISE DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE AGREGADO MIÚDO NO

CONCRETO POR LODO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA

Ijuí 2018

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ANÁLISE DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE AGREGADO MIÚDO NO

CONCRETO POR LODO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA

Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Me. Lucas Fernando Krug

Ijuí /RS 2018

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ANÁLISE DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE AGREGADO MIÚDO NO

CONCRETO POR LODO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.

Ijuí, 20 de Dezembro de 2018

Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos- UNISINOS - Orientador Prof. Lia Giovana Sala Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA Diorges Carlos Lopes (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria - UFSM

Prof. Lucas Fernando Krug (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos- UNISINOS - Orientador

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todos os obstáculos da graduação, sem ele nada disso seria possível.

Ao meus pais, Elemar e Iseula e ao meu irmão Fabricio, por todo incentivo, dedicação, carinho e amor, e por nunca medirem esforços para que isso acontecesse. Por serem esse exemplo de pessoas que eu sempre vou seguir, e por estarem comigo durante toda a minha vida. Amo vocês!

A Ana Paula por sempre estar comigo, me ajudando, me incentivando e me apoiando em todos os momentos. Obrigado pelo carinho, compreensão e principalmente pela paciência nesta reta final da graduação.

Ao meu orientador e amigo, Lucas Fernando Krug, por estar sempre presente na elaboração e orientação deste trabalho, não importando o dia e nem a hora. Sem suas orientações e apoio esse trabalho não seria possível.

A Ana Paula, Kaiolani e ao Wagner, pela ajuda na realização da moldagem e desmoldagem dos corpos de prova, ao Leonardo S. e ao Diego pela ajuda na realização dos ensaios, obrigado pela amizade e por tudo.

Ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ, mas principalmente ao laboratorista Luiz, por toda a ajuda e orientação na realização dos ensaios práticos, e pela amizade construída. Obrigado a todos os colegas e amigos que estiveram comigo no decorrer da graduação, pela ajuda e companheirismo.

Aos professores e funcionários da UNIJUÍ.

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Tenha disposição para sair do zero, e pense, eu não quero fazer o que eu posso, eu posso fazer o que eu quero. Projota

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por lodo da estação de tratamento de água. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.

Com o crescimento da população, cresce também o consumo de água potável. No Brasil, a grande maioria da água disponibilizada para o consumo humano é proveniente de estações de tratamento de água, as ETAs. No entanto esse processo de tratamento de água, gera um resíduo denominado lodo, o qual nem sempre é tratado e descartado de forma correta, sendo muitas vezes jogados em corpos hídricos próximos as ETAs, causando grandes danos ao corpo, devido aos produtos químicos adicionados para a realização do tratamento da água. Assim, utilizar parte deste resíduo em substituição ao agregado miúdo no concreto, diminuiria o consumo de matéria prima natural e daria uma destinação adequada ao lodo. A pesquisa consiste em analisar a viabilidade da substituição parcial do agregado miúdo natural no concreto pelo lodo. O lodo foi disponibilizado pela estação de tratamento de água de Ijuí. Foram analisados os concretos com teores de substituição de 4%, 8% e 12% de lodo, em comparação a um concreto referência, utilizando os materiais convencionais. A água de moldagem foi corrigida até atingir o Slump Test definido. Foram realizados os ensaios de compressão axial, absorção por capilaridade e carbonatação acelerada. A partir dos resultados obtidos, percebeu-se que quanto maior o teor de substituição parcial de agregado miúdo natural pelo lodo de ETA no concreto, menor era a resistência alcançada, quando comparado ao concreto referência. Já para os ensaios de absorção por capilaridade e carbonatação acelerada, o concreto com 4% lodo obteve resultados superiores ao concreto referência, mostrando a viabilidade da utilização da substituição parcial do agregado miúdo natural no concreto no teor de 4%.

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RUSCH, LEONARDO. B. Análise da substituição parcial de agregado miúdo no concreto por lodo da estação de tratamento de água. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.

With the growth of population, grows also the consumption of drinking water. In Brazil, the great majority of water available for human consumption comes from water treatment plants, the Wtps. However this water treatment process generates a residue called sludge, which not always is treated and disposed of in a correct manner, being often thrown in water bodies close to the Wtps, causing major damage to the body, because of the chemicals added to the treatment water. Thus, to use part of this waste in substitution to the aggregate kid on the concrete, reduces the consumption of raw materials natural and give a proper disposal to the sludge. The research consists in analyze the feasibility of partial replacement of aggregate kid natural in the concrete by the sludge. The sludge was made available by the water treatment station of Ijuí. Were analyzed the concrete with the levels of replacement of 4%, 8% and 12% of the sludge, in comparison to a concrete reference, using the conventional materials. The water-wrapping has been fixed until it reaches the Slump Test set. Were conducted the tests of axial compression, absorption by capillarity and carbonation fast. From the results obtained, it was noticed that the higher the content of partial replacement of aggregate kid natural by the sludge of the ETA in the concrete, the lower the resistance achieved, when compared to the concrete benchmark. Already for the testing of absorption by capillarity and carbonation accelerated, the concrete with 4% sludge obtained better results than the concrete reference, showing the feasibility of the use of partial replacement of aggregate kid natural on the concrete content of 4%.

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Figura 2: Variação da absorção total de água por imersão do concreto sem e com adição

do lodo da ETA. ... 32

Figura 3: Delineamento da pesquisa. ... 34

Figura 4: Agregado Graúdo ... 36

Figura 5: Curva granulométrica da areia ... 37

Figura 6: Agregado miúdo natural ... 37

Figura 7: Lodo disponibilizado pela ETA de Ijuí ... 38

Figura 8: Lodo exposto ao sol ... 39

Figura 9: Lodo após 24 horas exposto ao sol ... 39

Figura 10: Destorroando lodo no almofariz ... 40

Figura 11: Curva granulométrica do lodo de ETA ... 41

Figura 12: Agregado miúdo lodo de ETA ... 41

Figura 13: Mistura dos agregados na betoneira ... 43

Figura 14: Abatimento de tronco de cone (Slump Test) ... 44

Figura 15: Moldagem dos corpos de prova ... 45

Figura 16: Execução do ensaio de resistência à compressão... 47

Figura 17: Ensaio de absorção por capilaridade ... 48

Figura 18: Corpos de prova cortados em pastilhas para o ensaio de carbonatação acelerada ... 49

Figura 19: Pastilhas na câmara de carbonatação acelerada ... 50

Figura 20: Resistência à compressão em MPa ... 51

Figura 21: Absorção por capilaridade em g/cm²) ...54

Figura 22: Altura de absorção de água em cm...55

Figura 23: Medição da carbonatação em uma pastilha com 12% de lodo em substituição ao agregado miúdo natural...56

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Tabela 1: Tipos de cimento mais utilizados. ... 20

Tabela 2: Classificação granulométrica da areia. ... 22

Tabela 3: Composição química do lodo de ETA. ... 30

Tabela 4: Resistência à compressão axial simples dos corpos de prova, em função da idade e concentração de lodo na dosagem (MPa)... 31

Tabela 5: Caracterização do agregado graúdo ... 36

Tabela 6: Caracterização do agregado miúdo natural ... 37

Tabela 7: Caracterização do agregado miúdo lodo de ETA ... 40

Tabela 8: Traço do concreto moldado em (Kg/m³) ... 42

Tabela 9: Slump Test e massa específica ... 45

Tabela 10: Valores de resistência em MPa em função do tempo de moldagem ... 52

Tabela 11: Porcentagem de ganho de resistência ... 52

Tabela 12: Valores de absorção por capilaridade em (g/cm²) ... 55

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ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas a/c Fator água/cimento

CPs Corpos de prova

Cm Centímetros

ETA Estação de Tratamento de Água ETE Estação de Tratamento de Esgoto ETAs Estações de Tratamento de Água ETEs Estações de Tratamento de Esgoto LETA Lodo de Estação de Tratamento de Água MPa Megapascal

Mm Milímetros

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1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 CONTEXTO ... 13 1.2 PROBLEMA ... 14 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 15 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 15 1.2.3 Delimitação ... 16 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 17

2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ... 17

2.2 MATERIAIS CONSTITUINTES DO CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ... 18 2.2.1 Cimento Portland ... 18 2.2.2 Agregado Natural ... 20 2.2.2.1 Agregado Graúdo ... 21 2.2.2.2 Agregado Miúdo ... 22 2.2.3 Água ... 22 2.2.4 Aditivos ... 23

2.3 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA (ETA) ... 25

2.3.1 Captação ... 27 2.3.2 Adução ... 27 2.3.3 Coagulação ... 27 2.3.4 Floculação ... 28 2.3.5 Decantação ... 28 2.3.6 Filtração ... 28 2.3.7 Desinfecção ... 28 2.3.8 Fluoretação ... 29

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3 MÉTODO DE PESQUISA ... 33 3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 33 3.2 DELINEAMENTO ... 33 3.3 MATERIAIS UTILIZADOS ... 35 3.3.1 Aglomerante ... 35 3.3.2 Agregado Graúdo ... 35 3.3.3 Agregado Miúdo ... 36

3.3.4 Agregado miúdo, Resíduo de ETA (Lodo) ... 38

3.3.5 Água ... 42

3.4 CÀLCULO DE DOSAGEM ABCP ... 42

3.5 ENSAIOS LABORATORIAIS ... 42

3.5.1 Moldagem dos corpos de prova ... 43

3.5.2 Ensaio de resistência à compressão ... 46

3.5.3 Ensaio de absorção por capilaridade ... 47

3.5.4 Ensaio de carbonatação acelerada ... 49

4 RESULTADOS ... 51

4.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ... 51

4.2 ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE ... 54

4.3 CARBONATAÇÃO ACELERADA ... 56

5 CONCLUSÃO ... 59

REFERÊNCIAS ... 61

ANEXO A – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO GRAÚDO ... 64

ANEXO B - CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO NATURAL...65

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1 INTRODUÇÃO

O tema do projeto baseia-se no estudo de um possível novo material para a substituição do agregado miúdo no concreto. Para dar corpo a pesquisa, foram feitas substituições do agregado miúdo no concreto em diferentes teores, sendo eles: 4%, 8% e 12%, e feito também um concreto com os materiais convencionais, sendo eles, água, cimento, agregado graúdo e agregado miúdo, denominado concreto referência. Foi realizado um comparativo entre esses diferentes tipos de concreto através de ensaios realizados no laboratório de Engenharia Civil.

1.1 CONTEXTO

A construção civil é a indústria responsável por uma fração significativa de utilização de recursos naturais, como salienta Agopyan (2011), a mesma é culpada pelo consumo de 40% a 75% da matéria-prima produzida no Planeta. Na atualidade, o consumo de cimento é maior que o de alimentos, e o consumo de concreto é menor apenas que o de água.

Como a indústria da construção civil é uma grande consumidora de matéria-prima, é de extrema importância que sejam feitos diversos estudos na área, buscando a concepção de novos materiais ou dando destino correto àqueles que não possuem, podendo ser incorporados no concreto, com o intuito de diminuir o uso de recursos naturais e amenizar os impactos ambientais causados pela mesma. Visando que, um dos possíveis materiais a incorporação ao concreto é o lodo das Estações de Tratamento de Água – ETA, sendo que o mesmo não possui utilidade atualmente e na maioria dos casos, são descartados de maneira imprópria.

Com o crescente aumento populacional gera-se como consequência, o aumento da demanda por água tratada, tratamento que ao seu final tem por subproduto o lodo. Segundo MACIOSKI, Gustavo (2016), as estações de tratamento de água (ETA) utilizadas no país são do tipo convencional, em que o lodo é gerado nas etapas de decantação e filtração, e sua composição se dá por água, sólidos suspensos e por uma fração da resultante de reagentes coagulantes. Na maioria das vezes esse lodo é jogado em cursos d’água próximos as ETAs, alterando assim as características do mesmo. Deve-se ter uma gestão adequada desse resíduo, pois ele possui concentrações de alumínio, ferro, matéria orgânica e sólidos com potencial de toxicidade a organismos aquáticos,

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podendo fazer com que haja alterações biológicas, assoreamentos e transbordamento do corpo hídrico em épocas chuvosas.

“Os principais componentes do cimento Portland, cálcio (Ca), silício (Si), alumínio (Al), e ferro (Fe), são encontrados também no LETA, sendo assim, pode ser feita a substituição, das matérias-primas em quantidades específicas.” PERINI, Lucas R. (2016).

A substituição parcial do agregado miúdo no concreto por Lodo de ETA, têm como principal vantagem o aproveitamento desse subproduto do tratamento de água, o qual não possui uma finalidade, e se o seu descarte for feito de maneira incorreta ainda estará poluindo o lugar em que é lançado. Visto que, esse material, atualmente, é descartado, ou pouco utilizado, seu custo de implantação no concreto é baixo, podendo assim até reduzir o custo do produto final, no caso o concreto, em comparação ao modo de fabricação tradicional. Além de estar reduzindo o consumo de agregado miúdo natural, visto que a construção civil é maior consumidora de recursos naturais, ou seja, torna-se um meio de construção mais sustentável que o convencional.

“A incorporação do lodo na fabricação do concreto favorece a construção civil e o ambiente devido à diminuição da quantidade de resíduo lançada no ambiente e da extração de matéria-prima, reduzindo impactos ambientais.” MACIOSKI, Gustavo (2016).

1.2 PROBLEMA

Com o aumento da demanda por água tratada, teve como consequência uma quantidade maior de lodo gerado nas estações de tratamento de água, o que tem desafiado engenheiros e pesquisadores, na busca por métodos de descarte e manuseio correto desse resíduo, o qual atualmente não tem utilidade definida (TAFAREL e MACIOSKI, 2015).

Atualmente, o destino mais comum para o lodo que é gerado nas estações de tratamento de água tem sido os mananciais e córregos próximos as instalações das ETAs. Porém, sabe-se que esse resíduo deve ser tratado e descartado de maneira correta, de acordo com a normatização brasileira, como já é feito em outros países (PERINI, 2016).

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A má qualidade da água dos rios, aliado ao aumento da demanda de água tratada está exigindo concentrações cada vez maiores de produtos químicos para o tratamento de água, gerando um resíduo chamado lodo de ETA, o qual, se descartado incorretamente causa grande degradação dos rios e mananciais onde for desprezado (HOPPEN, 2005).

1.2.1 Questões de Pesquisa  Questão principal

Qual a influência na trabalhabilidade, massa específica e no desempenho mecânico do concreto, fazendo a substituição parcial do agregado miúdo natural, por lodo de estação de tratamento de água?

 Questões secundárias

É viável tecnicamente a utilização do concreto com substituição parcial de agregado miúdo por lodo de estação de tratamento de água?

1.2.2 Objetivos de Pesquisa  Objetivo Geral

Investigar a viabilidade da substituição parcial do agregado miúdo no concreto por Lodo de ETA, por meio de comparação entre um concreto de referência com concretos em que há a substituição parcial do agregado miúdo.

 Objetivos específicos

Verificar o desempenho de concretos produzidos com lodo de estação de tratamento de água em comparação aos concretos referência, usando os ensaios de:

 Resistência à compressão simples;  Capilaridade;

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1.2.3 Delimitação

Análise da trabalhabilidade, massa específica e do comportamento mecânico do concreto com a substituição de frações parciais do agregado miúdo por lodo de ETA. O lodo foi oriundo da Estação de Tratamento de Água de Ijuí.

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2 REVISÃO DA LITERATURA

2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND

O concreto é um dos materiais da construção civil mais antigo que a humanidade conhece, perde apenas para a pedra, argila e madeira. Os romanos fabricavam uma forma de concreto com cinza vulcânica, uma pozolana natural, e adicionavam a cal, que permitia a moldagem e a junção de peças formadas por grandes blocos de pedra (ARAUJO, RODRIGUES e FREITAS, 2000).

“Os gregos e os romanos utilizavam calcário calcinado e, mais tarde, aprenderam a adicionar areia e pedra fragmentada ao calcário e a água, sendo o primeiro concreto da história” (NEVILLE, 2016).

“Os materiais que compõem o concreto são: cimento, agregado miúdo, agregado graúdo e água” (PETRUCCI, 1998). Logo após a mistura ser feita, deve oferecer características como plasticidade, que facilita o seu manuseio na hora de lançar nas formas, para então ocorrer as reações entre aglomerante e água adquirindo assim, resistência e coesão (PETRUCCI, 1998).

Quando a água e o cimento são misturados inicia-se um processo chamado de hidratação, e formam uma pasta que se liga as partículas dos agregados. Nas primeiras horas após ser ministrada a mistura, é possível dar a essa pasta o formato desejado. Algumas horas depois ela endurece e, com o passar dos dias, passa a ter grande resistência mecânica, transformando-se num material monolítico dotado de características semelhantes à de uma rocha (ARAUJO, RODRIGUES e FREITAS, 2000).

Os principais motivos de o concreto ser amplamente utilizado atualmente se deve a sua excelente resistência a água, baixo custo, rápida disponibilidade dos materiais constituintes, fácil trabalhabilidade e a facilidade em tomar diversas formas e tamanhos, tornando-se assim uma ferramenta com grande campo de atuação, desde elementos estruturais a elementos decorativos (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

No Brasil, o emprego do concreto de cimento Portland começou apenas no final do século XIX, tendo suas primeiras estruturas de concreto armado executadas no início do século XX (ISAIA, 2011).

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2.2 MATERIAIS CONSTITUINTES DO CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND 2.2.1 Cimento Portland

“Cimento é um composto químico seco, finamente moído, que ao ser misturado com água reage lentamente formando um novo composto, desta vez, sólido. ” (ABESC, 2007).

De acordo com a Associação Brasileira de Cimento Portland;

O Cimento Portland é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação da água. Depois de endurecido, mesmo que seja novamente submetido à ação da água o cimento Portland não se decompõe mais. (ABCP, 2002, p5.).

O cimento Portland foi criado pelo inglês Joseph Aspdin, um construtor que o patenteou em 1824. Nessa época, era comum a utilização, nas construções, a pedra de Portland, ilha situada ao sul da Inglaterra. Por apresentar características parecidas na cor e na dureza da pedra de Portland, a criação de Aspdin teve seu nome patenteado como Cimento Portland dando origem ao nome que é usado até então (ABCP, 2002).

O cimento Portland é constituído de clínquer e mais adições, sendo seu principal componente o clínquer, esse que está presente em todos os tipos de cimento Portland. As adições de outros materiais variam de um tipo de cimento para outro, sendo responsáveis por definirem as características de cada tipo de cimento (ABCP, 2002).

A matéria-prima do clínquer é o calcário e a argila, os quais são obtidos em jazidas geralmente situadas nas proximidades das fábricas de cimento, decorrente de serem matérias-primas de alta disponibilidade. Primeiramente, a rocha calcária é britada e depois moída, para em seguida ser misturada nas proporções adequadas com a argila moída. Essa mistura vai para o forno giratório de grande diâmetro e comprimento, que no seu interior a temperatura chega aos 1450°C. O efeito desse calor intenso transforma a mistura em um novo material, o clínquer, que sai do forno em forma de pelotas. Após a saída do forno, o mesmo ainda incandescente é resfriado bruscamente para ser moído, transformando-se em pó. O clínquer em pó têm como característica desenvolver uma reação química quando em contato com a água, tornando-se pastoso, e em seguida converte-se para rígido, adquirindo uma grande resistência e durabilidade, essa característica o torna um

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ligante hidráulico de elevada resistência e grande durabilidade, sendo essas suas melhores características (ABCP, 2002).

As adições são nada mais que outras matérias-primas, que quando misturadas ao clínquer, na fase de moagem, permitem a fabricação de diversos tipos de cimento Portland, disponíveis hoje no mercado. Sendo estas, o gesso, as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos e os materiais carbonáticos (ABCP, 2002).

A função básica e fundamental do gesso é o controle do tempo de pega, ou seja, o tempo até o endurecimento do clínquer. Sem a adição de gesso na moagem do clínquer, o cimento ao entrar em contato com a água, endureceria quase que instantaneamente tornando inviável a sua utilização em obras, o que faz do gesso uma adição presente em todos os tipos de cimento Portland. A quantidade adicionada é pequena, em geral, cerca de 3% de gesso para 97% de clínquer em massa (ABCP, 2002).

Com a adição de gesso, a pega não inicia no momento que o cimento entra em contato com a água, retardando-se o seu início. Depois de ocorrer a pega, quando a pasta de cimento já está rígida, ela têm baixa ou nenhuma resistência, que passa a ganhar, quando as partículas do cimento se hidratam, fato que pode durar semanas (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

As escórias de alto-forno são partículas semelhantes aos grãos de areia que possuem propriedades de ligante hidráulico, ou seja, reagem a presença da água desenvolvendo características aglomerantes semelhantes as do clínquer. A partir dessa descoberta, tornou-se possível adicionar as escórias de alto-forno na moagem do clínquer juntamente com o gesso nas suas devidas proporções, apresentando melhorias em algumas propriedades, como maior durabilidade e maior resistência final. Os materiais pozolânicos são nada mais que rochas vulcânicas ou matérias orgânicas que foram fossilizadas com a ação da natureza. Assim, no caso das escórias de alto forno foi descoberto que, quando pulverizados em partículas muito finas também têm propriedade de ligante hidráulico, porém, somente quando combinados com o clínquer. A sua adição no cimento Portland confere aumento da impermeabilidade aos concretos e argamassas (ABCP, 2002). Em seguida uma tabela listando os tipos de cimentos mais utilizados:

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Fonte: Portal do concreto, (2018)

2.2.2 Agregado Natural

Cerca de ¾ do volume do concreto é composto por agregados, sendo eles, agregado graúdo e agregado miúdo. Levando isso em conta, a qualidade do agregado é de grande importância para o resultado final do concreto. A baixa qualidade dos mesmos pode afetar significativamente a durabilidade e resistência estrutural do concreto (NEVILLE, 2016).

Por muito tempo pensou-se que os agregados eram materiais inertes, com baixo custo, que estavam esparramados na pasta de cimento com o intuito de produzir um grande volume de concreto. Na verdade, eles não são totalmente inertes, já que suas propriedades físicas, térmicas e muitas vezes químicas influenciam no desempenho do concreto, melhorando a sua estabilidade dimensional e durabilidade em relação as da própria pasta de cimento. Do ponto de vista financeiro, é lucrativo utilizar a maior quantidade possível de agregados e a menor quantidade fazível de cimento, no entanto, deve ser levada em consideração as propriedades desejadas do concreto, tanto no estado fresco, quanto endurecido (NEVILLE e BROOKS, 2013).

Segundo o Portal do Concreto:

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Com relação ao tamanho dos grãos, os agregados podem ser divididos em graúdos e miúdos, sendo considerado graúdo, todo o agregado que fica retido na peneira de número 4 (malha quadrada com 4,8 mm de lado) e miúdo o que consegue passar por esta peneira. (PORTAL DO CONCRETO, 2018).

2.2.2.1 Agregado Graúdo

Segundo a definição feita pela NBR 7211 (2005), agregados graúdos são “Agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 75mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 4,75 mm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR NM 248, com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISSO 3310-1” (NBR 7211, p. 03).

Quanto maior for a dimensão do agregado graúdo, menor será o índice de vazios do concreto, que executado com agregados de grande dimensão, exige menos argamassa para cada unidade de volume produzido. O diâmetro do agregado a ser usado é de grande importância, essencialmente quando se trata de concreto armado, pois o agregado deve possuir dimensão capaz de passar entre a armadura (ARAUJO, RODRIGUES e FREITAS, 2000).

De acordo com MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA - MME, SECRETARIA DE GEOLOGIA, MINERAÇÃO E TRANSFORMAÇÃO MINERAL-SGM

 Brita 0 ou pedrisco: granulometria variando de 4,8 mm a 9,5 mm;  Brita 1: granulometria variando de 9,5 mm a 19 mm;

 Brita 2: granulometria variando de 19 mm a 25 mm;  Brita 3: granulometria variando de 25 mm a 50 mm;  Brita 4: granulometria variando de 50 mm a 76 mm;  Brita 5: granulometria variando de 76 mm a 100 mm;

 Bica corrida: mistura de tamanhos sem exigência de composição granulométrica com dimensões variando de zero (0) a 50 mm;

 Pó de pedra: fração de finos de britagem, com dimensões variando de zero (0) a 5 mm, com alto teor de finos (máximo de 20%) passantes na malha 200 (0,074 mm);  Areia de brita: pó de pedra sem partículas abaixo da malha 200 (0,074 mm), sendo a

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2.2.2.2 Agregado Miúdo

Segundo a definição feita pela NBR 7211 (2005), agregados miúdos são “Agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150 µm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR NM 248, com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISSO 3310-1” (NBR 7211, p. 03).

O principal agregado miúdo e o mais utilizado, é a areia lavada. Contudo, as areias mais indicadas para o concreto são do tipo média e grossa. Ainda, é indispensável que se conheça a umidade e o inchamento da areia para ser feita a correta dosagem do concreto (ARAUJO, RODRIGUES e FREITAS, 2000).

De acordo com a ABNT, a classificação granulométrica da areia é dividida de acordo com a tabela abaixo:

2.2.3 Água

A qualidade da água tem grande importância no concreto, pois as suas impurezas podem interferir na pega do cimento, comprometendo assim, a resistência do mesmo. Se a água conter grandes quantidades de sódio, por exemplo, pode levar a corrosão das armaduras no caso de concreto armado (NEVILLE e BROOKS, 2013).

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A orientação é de que sempre seja utilizada água potável nas misturas de cimento, pois a água de rios, poços e barragens geralmente possui grande quantidade de argila e silte. Se for feita a utilização de água oriunda desses locais, deve-se deixá-la em repouso em um recipiente até que se possa perceber a sedimentação das partículas sólidas (ARAUJO, RODRIGUES e FREITAS, 2000).

“O critério de potabilidade da água não é absoluto, pois a água potável pode ser inadequada como água de amassamento quando contiver uma alta concentração de sódio e potássio” (NEVILLE e BROOKS, 2013).

Normalmente a utilização da água potável é segura, porém água não potável também pode produzir concretos de boa qualidade. Como regra, a água deve ter pH (grau de acidez) entre 6,0 e 8,0, não deve ter sabor salino e nem salobro, tornando assim, possível sua utilização (NEVILLE e BROOKS, 2013).

Na maior parte dos casos, a água adequada para o amassamento também é apropriada para a cura do cimento. Uma forma simples de verificação da qualidade da água consiste na comparação do tempo de pega do cimento de dois cubos de argamassa, um deles utilizando a água de amassamento a ser analisada, e outra utilizando água deionizada ou destilada, conforme prescrito pela BS EM 1008: 2002. Essa norma estabelece que o inicio da pega não deve ser menor que 1 hora, e a variação máxima em relação ao resultado obtido pela água destilada não deve ser maior que os 25%. O tempo de final de pega não pode ser maior que 12 horas e também com uma margem de 25% de variação (NEVILLE e BROOKS, 2013).

2.2.4 Aditivos

Segundo Neville:

Um aditivo pode ser definido como um produto químico que, exceto em casos especiais, é adicionado ao concreto em quantidades máximas de 5%, em relação à massa de cimento, durante a mistura ou durante uma mistura complementar antes do lançamento do concreto, com o objetivo de obter uma alteração especifica ou alterações nas propriedades normais do concreto. (NEVILLE, 2016).

Aditivos têm a característica de alterar as propriedades do concreto, tanto no seu estado fresco quanto endurecido, apesar de existirem diversos tipos de aditivos, eles têm dois objetivos

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fundamentais, aumentar as qualidades de um concreto, ou minimizar seus pontos fracos (PORTAL DO CONCRETO, 2018).

O principal motivo para o crescimento do uso de aditivos se deve ao fato de esses serem capazes de conferir tanto vantagens físicas quanto econômicas ao concreto, possibilitando assim, a utilização de concreto em situações que antes eram consideradas inviáveis ou insuperáveis (NEVILLE, 2016).

Em geral, os aditivos não são baratos, no entanto não representam uma despesa adicional, já que seu uso pode resultar em economia, tanto de mão de obra necessária para o adensamento, quanto no consumo de cimento, entre outros (NEVILLE, 2016).

A utilização dos aditivos requer cuidados, deve-se ter atenção ao prazo de validade e ao modo de conservação, além de ter entendimento do momento certo, e quantidade exata para a sua adição. Quando comparados com medicamentos, se usados corretamente trazem mais saúde ao usuário, no entanto, se forem utilizados na dose errada se tornam prejudiciais (PORTAL DO CONCRETO, 2018).

Os principais tipos de aditivos utilizados são citados por NEVILLE (2016) a seguir:  Redutor de água: tem como função plastificar o concreto, aumentando o Slump Test sem

ser necessário adicionar mais água na mistura;

 Retardador de pega: tem como função retardar o início da pega do concreto, possibilitando o lançamento em longos períodos de tempo;

 Acelerador de pega: tem como função acelerar o início da pega do concreto, aumentando a sua resistência inicial;

 Redutor de água e retardador: tem como função diminuir a quantidade de água necessária na mistura e retardar o início da pega;

 Redutor de água e acelerador: tem como função diminuir a quantidade de água necessária na mistura e acelerar o início da pega do concreto;

 Redutor de água de elevado desempenho ou superplastificante: plastificam o concreto reduzindo a quantidade de água necessária, usando pequenas dosagens;

(27)

 Redutor de água de elevado desempenho e retardador ou superplastificante e retardador: tem função semelhante ao item anterior, porém também tem a função de retardar o início da pega do concreto.

2.3 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA (ETA)

A população está em constante crescimento, e cada vez mais buscando a aumento da qualidade de vida, tendo relação direta com as condições de habitação e infraestrutura, sendo o abastecimento de água e a coleta de esgoto sanitário, serviços de suma importância. Para se ter um bom abastecimento de água, com qualidade e especificações pré-definidas, para a população, são necessárias as estações de tratamento de água (ETAs). Geralmente as ETAs fazem o chamado tratamento completo da água, que consiste na remoção das partículas finas em suspensão, presentes na água bruta, produzindo assim água segura para o consumo da população (CORDEIRO, 2001).

Com a superpopulação mundial, aumenta consequentemente a poluição, afetando diretamente a qualidade da água dos mananciais, exigindo assim, concentrações de produtos químicos cada vez maiores para o tratamento da água bruta. A consequência desse fato é o aumento da geração de lodo de ETA, resíduo oriundo do processo de tratamento da água (DEZEN, 2015).

Mesmo sendo insubstituível ao organismo humano, a água pode conter substâncias prejudiciais à saúde, tanto elementos químicos quanto micro-organismos, sendo que, esses devem ser eliminados ou reduzidos a índices ou concentrações que não prejudiquem à saúde. Dessa forma, foram criadas as ETAs, com a finalidade de eliminar os riscos à saúde humana com uma série de processos e de operações de tratamento. O tratamento das águas superficial consiste nas seguintes etapas: (CORSAN, 2018).  Captação;  Adução;  Coagulação;  Floculação;  Decantação;  Filtração;  Desinfecção;

(28)

 Fluoretação.

A seguir segue o esquema representativo do funcionamento de uma estação de tratamento de água:

Fonte: COPASA, (2018)

A seguir são explicadas cada uma das etapas ilustradas na figura 1.

Figura 1: Esquema do funcionamento de uma ETA.

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2.3.1 Captação

A escolha da fonte de captação de água é de extrema importância em um sistema de abastecimento. Deve-se ter cuidado para que o manancial escolhido tenha vazão capaz de atender o abastecimento da comunidade, levando em conta também a localização, a topografia da região e a presença de possíveis focos de contaminação (COPASA, 2018).

De acordo com a COPASA MG (2018) a captação pode ser subterrânea ou superficial: A superficial é feita em rios, lagos ou represas, podendo ser por gravidade ou bombeamento. Caso seja feita por bombeamento, é construída uma casa de máquinas junto ao local da captação, onde ficam motobombas que captam a água do manancial e a conduzem para as ETAs.

A subterrânea é feita através dos poços artesianos, que consiste em perfurações de 50 a 100 metros feitas no terreno, buscando captar a água de lençóis subterrâneos. Nesse método de captação, a água é sugada por motobombas instaladas perto do lençol d’água, e enviadas a superfície por tubulação. A água dos poços artesianos, quase em sua totalidade, é livre de contaminação por bactérias e vírus, além de não apresentar turbidez (COPASA, 2018).

2.3.2 Adução

Adutoras consistem nas tubulações que levam a água desde a captação até as unidades de tratamento. Elas interligam a captação, estação de tratamento e os reservatórios, porém não tem por finalidade distribuir a água aos consumidores (CAETANO e FRANCISCO, 2016).

2.3.3 Coagulação

Coagulação consiste na mistura de produtos químicos na água, para que haja a precipitação e desestabilização de suspensões coloidais de partículas sólidas, que se não fosse pela coagulação, não se conseguiria remover por sedimentação, flotação ou filtração. Em uma concepção mais genérica, coagulação trata-se da alteração físico-química de partículas coloidais da água, a qual se caracteriza principalmente pela cor e turbidez, produzindo partículas que possam ser removidas em seguida pelo processo de sedimentação (RICHER, 2009).

(30)

2.3.4 Floculação

Floculação consiste na colisão entre as partículas que já estavam desestabilizadas pela coagulação, formando partículas de maior tamanho e peso (RICHER, 2009).

Após a coagulação, a água é encaminhada ao floculador, onde recebe a adição de um polímero, que auxilia na floculação. Trata-se de um composto químico de grande cadeia molecular, que ajuda no aumento do tamanho dos flocos, ganhando peso no floculador. De acordo com a característica química da água, define-se o polímero a ser adicionado: catiônico, aniônico ou neutro (CESAN, 2018).

2.3.5 Decantação

Decantação é a etapa que ocorre a separação das partículas suspensas formadas na etapa de floculação. A separação dá-se pela ação da gravidade, as partículas em forma de flocos, vão se depositando no fundo do tanque decantador, formando uma massa sólida denominada lodo. Após essas partículas decantarem propiciam a clarificação da água, pela separação da fase sólida para a fase líquida (COMUSA, 2018).

2.3.6 Filtração

A filtração é um processo pelo qual se remove impurezas da água por sua passagem em um meio poroso, denominado filtro, é um processo convencional utilizado após a decantação, para a retirada dos flocos mais leves que não sedimentaram. Os filtros do processo convencional são por gravidade, podendo ser de leito simples (apenas areia), ou duplo (areia e carvão). O material que fica no leito filtrante é transportado pela ação de dois mecanismos: cisalhamento da água sobre os grãos e o atrito entre os grãos que se chocam uns aos outros (FREITAS, 2011).

2.3.7 Desinfecção

A desinfecção se trata da etapa cuja sua principal função é a inativação dos micro-organismos patogênicos, por intermédio de agentes físicos e/ou químicos. Nas etapas anteriores de tratamento de água, há uma redução considerável do número de micro-organismos agregados às partículas coloidais, no entanto não é o suficiente. A desinfecção da água antes de seguir para a

(31)

rede de distribuição é considerada indispensável e prioritária, buscando minimizar a contaminação de patógenos presentes na água (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2006).

2.3.8 Fluoretação

A fluoretação da água é uma medida preventiva que tem eficácia comprovada, reduz a prevalência de cárie dental entre 50% e 65% em pessoas com exposição contínua, desde o seu nascimento, por um período de aproximadamente dez anos de ingestão da dose recomendada. É um processo seguro, adequado e econômico, com baixo custo per capita. O serviço de saúde pública dos Estados Unidos estima que, cada dólar gasto com fluoretação da água, cerca de 36 dólares são economizados no tratamento da cárie. Esse benefício atinge toda a população, sem distinção de classe econômica, social ou educacional, basta beber a água tratada (FUNASA, 2012).

2.3.9 Definição do Lodo

No Brasil, atualmente a maior preocupação tem sido com os resíduos gerados pelas estações de tratamento de esgoto (ETEs), no entanto tem se dado pouca atenção aos rejeitos gerados pelas ETAs. Das estações de tratamento de água existentes no Brasil, cerca de 7.500 são de ciclo completo, ou do tipo convencional das mais variadas capacidades (PROSAB, 2001).

O lodo é gerado nas etapas de decantação e filtração, constituído de água, sólidos suspensos e parcela de produtos químicos, resultantes da adição de reagentes e coagulantes a água. Normalmente esse lodo é disposto quase em sua totalidade em cursos d’água próximos, alterando as características do corpo receptor por possuir resíduos de produtos químicos (TAFAREL e MACIOSKI, 2016).

De acordo com a ABNT NBR 10004 (2004), esse subproduto gerado é classificado como resíduo sólido e semissólido, sendo obrigatória sua destinação final adequada, prevista na Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) – Lei nº 12305/2010.

CORDEIRO (1999) realizou uma determinação dos metais presentes em três amostras de lodo de estações de tratamento, caracterizando dessa forma a composição genérica do lodo de ETA, conforme tabela a seguir: (CORDEIRO apud PROSAB, 1999).

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Fonte: PROSAB, (1999).

2.4 CONCRETO PRODUZIDO COM SUBSTITUIÇÃO DE AGREGADO MIÚDO POR LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA

“A incorporação do lodo na fabricação do concreto favorece a construção civil e o ambiente devido à diminuição da quantidade de resíduo lançada no ambiente e da extração de matéria-prima, reduzindo impactos ambientais. “(TAFAREL e MACIOSKI, 2016).

Na trabalhabilidade do concreto para a adição de lodo no teor de 4%, obteve-se um abatimento do tronco de cone de 36mm, para a adição de 8% de lodo, 18mm, o que pode ter consequência direta com o aumento da parcela de finos, ou seja, maiores superfícies específicas, necessitando então de uma maior quantidade de água para se alcançar a mesma trabalhabilidade,

Tabela 4: Composição química do lodo de ETA.

Tabela 5: Resistência à compressão axial simples dos corpos de prova, em função da idade e concentração de lodo na dosagem (MPa).Tabela 6: Composição química do lodo de ETA.

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para isso é necessário fazer um ajuste na relação água/cimento, o que pode diminuir a resistência mecânica final (HOPPEN, 2005).

Para os testes à compressão axial simples dos corpos de prova moldados com teores de substituição de 0%, 4% e 8% de agregado miúdo por lodo de ETA, obteve-se os seguintes resultados aos 7, 14, 28 e 91 dias:

Fonte: Hoppen, (2005).

Após realizar a análise desses dados, pode-se perceber que a resistência para a substituição de 8%, é em média 8% inferior a resistência da substituição de 4%. No entanto, pode-se perceber que aos 7 dias, a substituição de 4%, atingiu a resistência superior a 25 MPa, o que aconteceu somente aos 14 dias para a substituição de 8% de lodo (HOPPEN, 2005).

Quanto aos valores de absorção de água por imersão para a substituição de agregado miúdo por lodo de ETA, nos teores de 0%, 5% e 10%, segue o gráfico com os resultados obtidos: (TAFAREL e MACIOSKI, 2015).

Tabela 7: Resistência à compressão axial simples dos corpos de prova, em função da idade e concentração de lodo na dosagem (MPa).

Figura 3: Variação da absorção total de água por imersão do concreto sem e com adição do lodo da ETA.Tabela 8: Resistência à compressão axial simples dos corpos de prova, em função da idade e concentração de

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Fonte: Tafarel e Macioski, (2015).

Com a adição de lodo nos teores de 5% e 10%, a absorção de água aumentou 12% e 32% respectivamente. Quanto maior a absorção de água, maior o índice de porosidade do material, o que pode explicar a diminuição da resistência mecânica do corpo de prova (TAFAREL e MACIOSKI, 2015).

Verificou-se que as porcentagens com resultados satisfatórios para substituição do agregado variam entre 3% e 10%. Concentrações maiores que 10% apresentam alguns problemas, tornando quase inviável a sua utilização no concreto (HERTEL, 2015).

Quando incorporado ao concreto, a fração de 5%, não indicou grandes diferenças nos resultados de resistência axial em relação ao concreto de referência, já na fração de 10% teve redução significativa na resistência à compressão, o que de certa forma limita o seu uso em frações superiores a 10% (TAFAREL e MACIOSKI, 2015).

Figura 4: Variação da absorção total de água por imersão do concreto sem e com adição do lodo da ETA.

Figura 5: Delineamento da pesquisa.Figura 6: Variação da absorção total de água por imersão do concreto sem e com adição do lodo da ETA.

(35)

3 MÉTODO DE PESQUISA

Nesse item será apresentada a metodologia utilizada, abordando a caracterização dos materiais utilizados, e a descrição dos ensaios laboratoriais realizados.

3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA

A pesquisa refere-se a investigar a utilização de um novo material, como substituição parcial ao agregado miúdo no concreto. Buscando de forma experimental comprovar o seu possível uso, comparando os resultados dos ensaios laboratoriais realizados nos corpos de prova com teores de substituição de agregado miúdo, e comparando o resultado desses ensaios com os resultados de um concreto referência.

3.2 DELINEAMENTO

A realização do trabalho de pesquisa foi dividida em quatro períodos. No primeiro período, aconteceram inúmeros encontros entre o professor orientador e o autor do trabalho, com o intuito de discutir possíveis temas a serem abordados, até chegar ao tema escolhido.

O segundo período foi dedicado a pesquisa bibliográfica a fim de adquirir maiores conhecimentos sobre o assunto abordado, e também com a meta de definir quais seriam os teores de substituição do agregado miúdo no concreto.

No terceiro período, ocorreu a realização da parte prática do trabalho, foi realizada a caracterização dos materiais utilizados, a moldagem dos corpos de prova e a realização dos ensaios. O quarto período foi de análise dos resultados obtidos nos ensaios e conclusões sobre o trabalho. A figura 3 expõe um esquema representativo dos períodos da pesquisa.

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Fonte: Autoria Própria, (2018)

Para a realização dos ensaios em decorrência com o que foi proposto, foi feita a substituição do agregado miúdo natural pelo lodo de ETA, nos teores de 4%, 8% e 12%.

Esse estudo é derivado da linha de pesquisa, “Utilização de Resíduos e Materiais Alternativos na Construção Civil”. Conforme pesquisado anteriormente, foi possível perceber um aumento do consumo de água conforme aumenta o teor de substituição do agregado miúdo pelo lodo de ETA. Será definido um abatimento, e para os materiais alternativos, será feito o ajuste da água necessária até atingir o abatimento definido.

Primeiramente, realizou-se a caracterização dos materiais utilizados, para então definir através do método de dosagem ABCP o traço a ser utilizado. Posteriormente, acontece o processo experimental, onde foram moldados os corpos de prova, a cura aconteceu em câmara úmida, partindo então para a realização dos ensaios de desempenho mecânico e durabilidade.

Os testes realizados para a avaliação das características dos concretos são:

Figura 7: Delineamento da pesquisa.

(37)

 Resistência à compressão axial;  Ensaio de absorção por capilaridade;  Ensaio de carbonatação acelerada.

3.3 MATERIAIS UTILIZADOS

Nesse capitulo estão listados os materiais utilizados no trabalho, juntamente com a sua caracterização.

3.3.1 Aglomerante

O aglomerante ou cimento utilizado para os ensaios foi o CP II–Z–32, sua composição varia entre 76% a 94% de clínquer, 6% a 14% de material pozolânico e 0% a 10% de material carbonático (NBR 11578/1991).

Foi realizado o ensaio para obtenção da massa específica do cimento de acordo com a norma NBR 6474 (1984), com intuito de caracterizar o aglomerante, para efetuar o cálculo de dosagem do concreto utilizado. A massa específica do cimento utilizado no presente trabalho teve como resultado o valor de 3175 kg/m³.

3.3.2 Agregado Graúdo

O agregado graúdo que se utilizou nos ensaios foi a Brita 0, esse agregado é fornecido pela Pedreira Tabille, e disponibilizado pelo Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ. O material foi colocado na estufa com o intuito de retirar toda a umidade, e posteriormente foi feita a sua caracterização: composição granulométrica conforme parâmetros da NBR NM 248 (2001); massa específica de acordo com a NBR NM 53 (2003); massa unitária solta conforme a NBR NM 45 (2006). A seguir, a tabela 5 apresenta os valores da caracterização do agregado graúdo, e a figura 4 apresenta a brita 0 utilizada.

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Tabela 9: Caracterização do agregado graúdo

Diâmetro máximo (mm) 9,50

Módulo de finura 5,94

Massa especifica (Kg/dm³) 2,88

Absorção (%) 1,53

Massa unitária solta (Kg/dm³) 1,49

Fonte: Autoria Própria, (2018).

3.3.3 Agregado Miúdo

O agregado miúdo natural que foi utilizado nos ensaios é oriundo de Santa Maria – RS e foi disponibilizado pelo Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ. O material foi secado em estufa e posterior feita a caracterização: composição granulométrica de acordo com a NBR NM 248 (2001); massa específica – Frasco de Chapman conforme a NBR 9776 (1987); massa unitária solta de acordo com a NBR MM 45 (2006). A tabela 6 apresenta os valores da caracterização do agregado miúdo, a figura 5 expõe a curva granulométrica do agregado miúdo natural e a figura 6 mostra a areia utilizada.

Figura 10: Agregado Graúdo

(39)

Tabela 10: Caracterização do agregado miúdo natural

Massa específica (Kg/dm³) 2,57 Massa unitária solta (Kg/dm³) 1,50

9,5 6,3 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,1 1 10 Po rce ntag en s r et id as ac um ulad as

Abertura das peneiras (mm)

C U R V A S G R A N U L O M É T I C A S

Zona utilizável (limite inferior)

Zona utilizável (limite superior)

Zona ótima (limite inferior)

Figura 13: Curva granulométrica da areia

Figura 14: Agregado miúdo naturalFigura 15: Curva granulométrica da areia

Figura 16: Agregado miúdo natural

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3.3.4 Agregado miúdo, Resíduo de ETA (Lodo)

O resíduo de ETA ou lodo de ETA que foi substituído em massa no lugar do agregado miúdo natural, foi disponibilizado pela Estação de Tratamento de Água de Ijuí. Como a umidade presente no lodo era muito grande, foi necessário deixar o lodo decantar nos baldes para após retirar a água excedente, conforme a figura 7.

Ainda assim, havia muita umidade presente no lodo, para diminuir, foi necessário esparramá-lo em uma fina camada sobre uma esparramá-lona, ficando exposto ao sol durante 24 horas, possibilitando, posteriormente, ser colocado em estufa. Na figura 8 observa-se o lodo exposto ao sol, já na figura 9, o lodo após as 24 horas de sol.

Quando retirado da estufa, o lodo ficou em pequenos torrões endurecidos, necessitando-se ser destorroado no almofariz de porcelana, conforme figura 10. Em sequência a esse processo, foi feita a caracterização do lodo: composição granulométrica de acordo com a NBR NM 248 (2001); massa

Figura 19: Lodo disponibilizado pela ETA de Ijuí

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específica – Frasco de Chapman conforme a NBR 9776 (1987); massa unitária solta de acordo com a NBR MM 45 (2006).

Fonte: Autoria Própria, (2018). Figura 22: Lodo exposto ao sol

Figura 23: Lodo após 24 horas exposto ao solFigura 24: Lodo exposto ao sol

Figura 25: Lodo após 24 horas exposto ao sol

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A tabela 7 abaixo, apresenta os valores da caracterização do agregado miúdo, lodo de ETA, seguido da figura 11 que expõe a curva granulométrica do agregado miúdo, lodo de ETA, e a figura 12 que mostra o lodo utilizado nas substituições parciais do agregado miúdo natural no concreto.

Tabela 11: Caracterização do agregado miúdo lodo de ETA

Massa específica (Kg/dm³) 2,35

Figura 28: Destorroando lodo no almofariz

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9,5 6,3 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,1 1 10 Po rce ntag en s r et id as ac um ulad as

Abertura das peneiras (mm)

C U R V A S G R A N U L O M É T I C A S

Zona utilizável (limite inferior)

Zona utilizável (limite superior)

Zona ótima (limite inferior)

Figura 31: Curva granulométrica do lodo de ETA

Figura 32: Agregado miúdo lodo de ETAFigura 33: Curva granulométrica do lodo de ETA

Figura 34: Agregado miúdo lodo de ETA

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3.3.5 Água

A água usada para a fabricação do concreto foi disponibilizada pelo Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ, e é proveniente da rede de abastecimento da universidade.

3.4 CÀLCULO DE DOSAGEM ABCP

O método utilizado para fazer a dosagem do concreto foi o método ABCP, o qual necessita da caracterização dos materiais. O método consiste em encontrar uma determinada resistência à compressão aos 28 dias, para um certo abatimento de tronco de cone estipulado previamente (ABCP, 1995).

O cálculo de dosagem foi realizado buscando obter uma resistência de 30 MPa aos 28 dias, com um abatimento de 120 mm ±10 mm, para um concreto referência, utilizando os materiais convencionais. Após se conhecer o traço, foram moldados os corpos de prova do concreto referência e dos concretos com substituição de agregado miúdo por lodo de ETA nos teores de 4%, 8% e 12%. A tabela 8 apresenta a quantidade de material necessário em cada traço de moldagem, bem como o Slump Test.

Tabela 12: Traço do concreto moldado em (Kg/m³)

Cimento (Kg/m³) Areia (Kg/m³) Lodo ETA (Kg/ m³) Brita 0 (Kg/m³ ) Água Calculada (Kg/m³) a/C Calc. Água Moldagem (Kg/m³) a/C Mold Slump Test (cm) Massa Específica (Kg/m³) REF 522,516 592,510 - 1080,69 230,000 0,44 237,744 0,455 11,5 2192 4% 522,516 568,810 23,70 1080,69 230,000 0,44 242,447 0,464 12,0 2150 8% 522,516 545,109 47,40 1080,69 230,000 0,44 266,483 0,510 11,0 2100 12% 522,516 521,409 71,10 1080,69 230,000 0,44 281,113 0,538 11,5 2092

Como já era esperado, a água utilizada para a moldagem foi um pouco maior do que a água calculada, como pode-se observar na tabela acima, devido a maior absorção pelo lodo de ETA. 3.5 ENSAIOS LABORATORIAIS

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3.5.1 Moldagem dos corpos de prova

Realizou-se a moldagem de 56 corpos de prova para a realização dos ensaios, com dimensões de 10x20 cm, utilizando a betoneira disponibilizada pelo Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ. Divididos em 4 traços, um concreto referência e as outras três substituições parciais do agregado miúdo natural pelo lodo de ETA nos teores de 4%, 8% e 12%. As realizações dos ensaios foram de acordo com os procedimentos prescritos na NBR 5738 (2003), Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova.

Todos os materiais foram pesados e medidos, seguindo o resultado da dosagem pelo método ABCP. No momento da mistura do concreto na betoneira para a produção dos corpos de prova, figura 13, respeitou-se a seguinte ordem: o primeiro material a ser adicionado foi o agregado graúdo, brita 0, e parte da água calculada, em seguida o cimento, e parte da água, e pôr fim a areia e o restante da água calculada. Após todos os materiais terem se misturado de forma homogênea, foi realizado o Slump Test, ou ensaio de abatimento do tronco de cone, de acordo com a norma NBR NM 67 (1998), buscando encontrar o abatimento de 11 a 13 cm, conforme a figura 14. No concreto referência e nos concretos com substituição de agregado miúdo pelo lodo de ETA nos teores de 4%, 8% e 12%, foi necessário adicionar mais água para atingir o abatimento pré-definido.

Figura 37: Mistura dos agregados na betoneira

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Após atingir a o abatimento entre 12±1 cm, foi realizada a determinação da massa específica, definida pela NBR 9833 (2003). O ensaio consiste na compactação do concreto em três camadas de 25 golpes, em recipiente adequado e descrito pela norma, após finalizar a compactação, o recipiente deve ser rasado e pesado, definindo assim a massa específica do concreto.

Na realização da moldagem, os moldes receberam em sua parte interna, uma fina camada de óleo mineral, com o intuito de facilitar a desmoldagem. A moldagem ocorreu colocando duas camadas de concreto nos moldes de 10x20 cm, e cada camada recebeu 12 golpes com a haste de ferro. A haste deve ultrapassar toda a espessura de concreto da camada, no entanto, na segunda camada a haste não pode penetrar na primeira camada mais que 2 cm. A figura 15 ilustra a moldagem dos corpos de prova.

Figura 40: Abatimento de tronco de cone (Slump Test)

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Após a moldagem ser finalizada, os corpos de prova foram deixados por 24 horas em superfície rígida, para cura inicial, após esse período, os mesmos foram desmoldados, identificados e levados a câmara úmida com temperatura de 23±2ºC e umidade relativa do ar superior a 95%, ficando na câmara até a data dos rompimentos, aos 7, 28 e 56 dias.

Na tabela 9 estão apresentados os valores do Slump Test e a massa específica de cada traço moldado.

Tabela 13: Slump Test e massa específica

Traço Slump Test (cm) Massa Específica (Kg/m³)

REF 11,5 2192

4% 12,0 2150

8% 11,0 2100

12% 11,5 2092

Figura 43: Moldagem dos corpos de prova

(48)

3.5.2 Ensaio de resistência à compressão

O ensaio de resistência à compressão foi realizado de acordo com a NBR 5739 (2007). Para a execução do ensaio, se fez necessária uma prensa, a qual determinará a resistência dos corpos de prova nas idades de 7, 28 e 56 dias. O cálculo da resistência à compressão é definido pela expressão:

Equação 1: Obtenção da resistência à compressão

𝑓𝑐 = 4𝐹 𝜋. 𝐷²

Fonte: NBR 5739 (2007).

Onde:

fc = Resistência à compressão, em megapascals (MPa); F = Força máxima alcançada, em Newtons (N);

D = Diâmetro do corpo de prova, em milímetros (mm).

Para os traços de concreto REF, 4%, 8% e 12% foram rompidos três corpos de prova por idade, nas idades de 7, 28 e 56 dias após a moldagem. A partir da média aritmética desses resultados, foi obtido a resistência à compressão dos concretos em cada idade específica. Na figura 16 observa-se a prensa hidráulica executando o ensaio de resistência à compressão.

(49)

3.5.3 Ensaio de absorção por capilaridade

Para o ensaio de absorção por capilaridade foi seguido o que é prescrito pela NBR 9779 (1995). Aos 28 dias de cura úmida, os corpos de prova foram retirados da câmara úmida e colocados na estufa em temperatura de 105±5Cº. Seu peso foi monitorado diariamente até o ponto que se manteve estável, quando não havia mais umidade dentro do corpo de prova. Em seguida, os corpos de prova foram retirados da estufa e esfriaram a temperatura ambiente, os mesmos foram envoltos por sacos plásticos com o intuito de impedir a absorção da umidade presente no ar.

Os corpos de prova foram colocados sobre a água, ficando 5 mm da sua altura submersa, nível esse que foi mantido constante, ficando somente a face inferior em contato com a água, assim a mesma penetra apenas por capilaridade. Leituras foram realizadas em 3, 6, 24, 48, e 72 horas após o início do ensaio. Na figura 17 pode-se observar os corpos de prova durante a execução do ensaio.

Figura 46: Execução do ensaio de resistência à compressão

(50)

O cálculo da absorção de água é feito pela seguinte equação:

Equação 2: Obtenção da absorção de água por capilaridade

𝐶 = 𝐴−𝐵

𝑆 Fonte: NBR 9779 (1995)

Onde:

C = Absorção de água por capilaridade (g/cm²);

A = Massa do CP que permanece com uma das faces em contato com a água durante um período de tempo especificado (g);

B = Massa do CP seco, assim que este atingir a temperatura de (23 ± 2)ºC (g); S = Área da seção transversal (cm²).

Para cada traço de concreto, foi realizado o ensaio com três corpos de prova, e após, feita a média aritmética entre os resultados, a fim de obter um resultado mais homogêneo.

Figura 49: Ensaio de absorção por capilaridade

Figura 50: Corpos de prova cortados em pastilhas para o ensaio de carbonatação aceleradaFigura 51: Ensaio de absorção por capilaridade

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3.5.4 Ensaio de carbonatação acelerada

Ainda não existe no Brasil normas que especifiquem o ensaio da carbonatação acelerada, sendo assim, o ensaio foi baseado na norma LNEC E - 391 (1993), do Laboratório Nacional de Engenharia Civil em Portugal. A norma tem por objetivo avaliar a resistência da penetração de gás carbônico (CO2) no concreto.

Para a realização do ensaio, os CPs foram cortados em pastilhas medindo 10 cm de diâmetro e 5 cm de altura (figura 18), essas pastilhas ficaram expostas a temperatura ambiente por 7 dias, para então serem levados para a câmara, ficando expostos a concentração de CO2 de 5% ± 0,5,

umidade relativa do ar entre 90% ± 5, e temperatura de 20 °C a 26ºC.

Após 28 dias, as pastilhas foram retiradas da câmara de carbonatação, rompeu-se as mesmas ao meio, para então serem expostas a solução de álcool de fenolftaleína, na face exposta do concreto. Essa solução é capaz de medir a carbonatação, já que faz com que fique roxa as partes não carbonatadas, e onde não apresentar coloração roxa, indica a região que sofreu o processo de carbonatação. Para o ensaio, foram consideradas apenas as laterais das pastilhas, já que na câmara de carbonatação as pastilhas estavam umas sobre as outras, conforme a figura 19 demostra.

Figura 52: Corpos de prova cortados em pastilhas para o ensaio de carbonatação acelerada

Figura 53: Pastilhas na câmara de carbonatação aceleradaFigura 54: Corpos de prova cortados em pastilhas para o ensaio de carbonatação acelerada

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Para a realização da medição das profundidades de carbonatação, foi feito um registro fotográfico da pastilha com uma régua em escala, após as fotos foram importadas para o AUTOCAD onde foi realizada a medição através das cotas do programa.

Com o ensaio de carbonatação é possível avaliar a durabilidade das estruturas de concreto, medindo assim a sua vulnerabilidade a agressão do CO2. Para cada traço de concreto, foram levados

a câmara de carbonatação apenas um corpo de prova, divido em três pastilhas, o resultado final foi obtido através da média aritmética dos valores das pastilhas.

Figura 55: Pastilhas na câmara de carbonatação acelerada

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4 RESULTADOS

Nesse capitulo são apresentados os resultados dos ensaios laboratoriais desenvolvidos no projeto.

4.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Para o ensaio de resistência à compressão, moldou-se três corpos de prova para cada traço de concreto REF, 4%, 8% e 12% de Lodo em substituição ao agregado miúdo natural. Os resultados apresentados foram obtidos através da média aritmética dos três CPs para cada traço. Os CPs foram rompidos aos 7, 28 e 56 dias após a moldagem. Na figura 20 e na tabela 10 estão apresentados os resultados.

Na figura 20, é possível analisar que as resistências vão aumentando conforme o tempo vai passando, é perceptível também, que quanto maior o teor de substituição do agregado miúdo natural pelo lodo de ETA, menor é a resistência obtida.

Figura 58: Resistência à compressão em MPa

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Tabela 14: Valores de resistência em MPa em função do tempo de moldagem

Analisando-se os resultados obtidos, constata-se a diminuição da resistência à compressão conforme aumenta o teor de substituição no traço. Aos 7 dias os teores de 4%, 8% e 12% de lodo, diminuem 9,81%, 31,95%, e 40,88% respectivamente, em relação ao concreto referência. Aos 28 dias, 11,34%, 28,37% e 33,80% em relação ao REF e aos 56 dias, 7,44%, 22,16%, e 35,44%, também em relação ao referência. Percebe-se que os traços de 4% e 8% aos 56 dias, tiveram uma redução na resistência menor que o de 12% aos 56 dias, em relação ao concreto referência o que indica um ganho de resistência menor nos ensaios aos 7 e 28 dias, e maior nos 56.

Na tabela 11, está exposto os percentuais de ganho de resistência com o passar do tempo, comparando os valores obtidos aos 28 dias com a resistência do primeiro rompimento aos 7 dias, e os valores dos 56 dias em comparação aos valores dos 28 dias.

Tabela 15: Porcentagem de ganho de resistência

Analisando a tabela 11, identifica-se que o ganho de resistência do concreto REF até os 28 dias é maior que após, sendo 18,38% e 14,25% respectivamente, visto que houve uma redução considerável no ganho da resistência. Já no traço de 4% de substituição, o ganho de resistência até

REF 4% Lodo 8% Lodo 12% Lodo

7 Dias 31,29 MPa 28,22 MPa 21,95 MPa 18,50 MPa 28 Dias 37,04 MPa 32,84 MPa 26,53 MPa 24,52 MPa 56 Dias 42,32 MPa 39,17 MPa 32,94 MPa 27,32 MPa

% de ganho de resistência aos 7 dias

% de ganho de resistência aos 28 dias % de ganho de resistência aos 56 dias REF 100% 18,38% 14,25% 4% Lodo 100% 16,37% 19,27% 8% Lodo 100% 20,86% 24,16% 12% Lodo 100% 32,54% 11,41%

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os 28 dias em relação ao rompimento do sétimo dia é de 16,37%, e aos 56 dias chega aos 19,27%, havendo um aumento, e indicando que há um acréscimo da resistência com o decorrer do tempo. Já no traço de 8% de substituição, há uma semelhança com o de 4%, o ganho de resistência até os 28 dias é de 20,86% e aos 56 dias, de 24,16%, ocorreu novamente um aumento, o que indica que a resistência aumenta no decorrer da cura do concreto.

De acordo com Tafarel e Macioski (2016), substituições de agregado miúdo natural por lodo de ETA em teores superiores a 10% resultam em diminuições consideráveis na resistência à compressão, tornando inviável a sua incorporação.

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4.2 ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE

No ensaio de absorção por capilaridade, foram executados os ensaios com três CPs para cada traço de concreto, e feita a média aritmética para obter os resultados que estão expostos na figura 21.

As medições foram realizadas 3, 6, 24, 48 e 72 horas após os corpos de provas serem expostos a água. A maior absorção por capilaridade foi no concreto com 8% de lodo, com 1,30 (g/cm²), a segunda maior absorção foi do concreto REF, com 1,23 (g/cm²), o concreto com 12% de lodo foi a terceira maior absorção com 1,21 (g/cm²), e a menor absorção dentre os quatro traços de concreto que foram produzidos, foi o do concreto com 4% de lodo, com 1,01 (g/cm²).

Na tabela 12 estão apresentados os dados de absorção por capilaridade para melhor compreensão.

Figura 21: Absorção por capilaridade em (g/cm²)