DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS
Curso de Pós Graduação Lato Sensu em Engenharia Industrial
CARLA LIANA RIBAS
REGISTRO DE POSSIBILIDADES DE REAPROVEITAMENTO DE
AREIA DESCARTADA DE FUNDIÇÃO EM SUBSTITUIÇÃO A AREIA
NATURAL NA FABRICAÇÃO DE BLOCOS E PISOS DE CONCRETO
Panambi/RS 2016
REGISTRO DE POSSIBILIDADES DE REAPROVEITAMENTO DE
AREIA DESCARTADA DE FUNDIÇÃO EM SUBSTITUIÇÃO A AREIA
NATURAL NA FABRICAÇÃO DE BLOCOS E PISOS DE CONCRETO
Monografia do Curso de Pós Graduação Lato Sensu em Engenharia Industrial apresentado como requisito parcial para obtenção de título de Especialista em Engenharia Industrial
Orientadora: Cristina Pozzobon
Panambi/RS 2016
REGISTRO DE POSSIBILIDADES DE REAPROVEITAMENTO DE AREIA DESCARTADA DE FUNDIÇÃO EM SUBSTITUIÇÃO A AREIA NATURAL NA
FABRICAÇÃO DE BLOCOS E PISOS DE CONCRETO.
Monografia defendida e aprovada em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora
Banca examinadora
________________________________________ Prof. Cristina Eliza Pozzobon, Mestre em Engenharia Civil
________________________________________ Prof. Doris Ketzer Montardo, Mestre em Geocências
Dedico esse trabalho a minha família que sempre me apoiou e esteve ao meu lado, compreendendo os momentos em que estive ausente, aos meus colegas pela parceria e companheirismo durante as viagens nos finais de semana para participar das aulas, à minha orientadora Cristina Pozzobon pela disponibilidade e dedicação e especialmente à empresa Fundimisa que me auxiliou nesta etapa tão importante.
RESUMO
Com o expressivo desenvolvimento industrial observa-se o aumento da geração de resíduos sólidos industriais. Um dos principais resíduos gerados no setor de fundidos é o resíduo de areia de fundição. A possibilidade do reaproveitamento deste resíduo como agregado na fabricação de blocos e pisos de concreto pode contribuir tanto para reduzir o volume de material descartado quanto para minimizar os impactos ambientais gerados pela retirada da areia natural do meio ambiente. Neste estudo foi analisada a viabilidade da incorporação do resíduo no processo industrial da construção civil. Durante o estudo foi analisada a caracterização e classificação da areia de fundição e realizados os testes em blocos e pisos de concreto, com e sem adição da areia de fundição, em diversas concentrações, com a finalidade de avaliar o melhor traço a ser incorporado e se o resíduo causa alguma modificação no produto final, em termos de resistência e absorção de água. Os resultados obtidos através do estudo foram satisfatórios e demonstram que a possibilidade do reaproveitamento deste resíduo é uma boa alternativa para ambas as áreas, indústria geradora do resíduo (fundição) e indústria que receberá o resíduo como matéria-prima para incorporação em seu processo produtivo (construção civil). Os resultados obtidos indicam que existe a possibilidade de utilização deste resíduo para a fabricação de blocos e pisos de concreto. Contudo, para colocar em prática este projeto e iniciar o envio do resíduo para a incorporação faz-se necessária a obtenção da autorização do órgão de fiscalização ambiental do Rio Grande do Sul – FEPAM, que será o próximo passo a ser seguido.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Linha de Moldagem de areia verde da empresa geradora do resíduo...14
Figura 2: Molde em areia verde...14
Figura 3: Fluxo de Processo – Areia de fundição...27
Figura 4: Local fechado e sinalização para o armazenamento da areia de fundição...28
Figura 5: Fluxo de Processo – Produção de blocos e pisos concreto...29
Figura 6: Blocos após terem sido secos em estufa...30
Figura 7: Blocos imersos em água...31
Figura 8: Blocos após terem sido capeados...31
Figura 9: Bloco após rompimento...32
LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ADF – Areias Descartadas de Fundição
ICT – Instituições de Ciências e Tecnologia
CETESB – Companhia de Tecnologia do Estado de São Paulo
SUMÁRIO INTRODUÇÃO ...10 1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...12 1.1 AREIA DE FUNDIÇÃO...12 1.2 AREIA VERDE...13 1.3 GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS...15
1.4 POSSIBILIDADE DE REUTILIZAÇÃO DA ADF...16
1.5 BLOCOS E PISOS DE CONCRETO...19
2 METODOLOGIA...21
2.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA...21
2.2 PROCESSO DE ORIGEM DA ADF...22
2.2.1 MOLDAGEM...23
Recebimento e estocagem de insumos...23
Sistema de areia...23
Máquina de moldar...23
2.2.2 MACHARIA...24
2.2.3 FUSÃO...24
Recebimento e estocagem de matéria-prima...24
Carregamento dos fornos...24
Vazamento...24
2.2.4 DESMOLDAGEM...25
2.2.5 SEPARAÇÃO DE CANAIS...25
2.2.7 REBARBAÇÃO...26
2.2.8 PINTURA...26
2.2.9 RESÍDUOS SÓLIDOS...26
2.3 PROCESSO DE INCORPORAÇÃO E OBTENÇÃO DO PRODUTO FINAL...27
PROCESSO DE CHEGADA DA MATÉRIA PRIMA...27
PROCESSOS DE MISTURA...28
3 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS...33
CONCLUSÃO ...35
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...36
ANEXO I - LAUDOS DE ANÁLISE DA ADF...38
INTRODUÇÃO
A transformação na matriz produtiva de uma região é discutida já há algum tempo no mundo contemporâneo por diversos ramos da sociedade. Entende-se que o principal agente presente nesse processo de transformação é o conhecimento, aparentemente é o novo fator primordial. Dessa forma, o desafio está em buscar esse conhecimento e transformá-lo em bens que possam modificar a estrutura produtiva de uma região, tendo como consequências o aprimoramento intelectual das pessoas que vivem nessa região e a produção de bens de consumo. Assim, a inovação passa a ser um fator importantíssimo para a região, pois pode reduzir o seu tempo de transformação, passando a fixar as melhores mentes produzidas na região para que elas sejam o agente transformador. No novo contexto econômico e técnico-científico brasileiro, transformar os resultados da pesquisa científica e tecnológica em benefício social, econômico e ecológico, na redução da degradação ambiental, requer o desenvolvimento pleno, o que gera uma estratégia adequada de aproximação entre os fatores que fazem a gestão e os fatores usuários de conhecimento regional. Essa estratégia tem provocado expressivas transformações estruturais, um exemplo disso são as Instituições de Ciência e Tecnologia (ICT). Diversos países vêm criando mecanismos de estímulo à inovação nas últimas três décadas, atingindo diretamente as ICT, em especial as universidades.
Com o expressivo progresso no setor industrial mundial unido a novas tecnologias, vêm o aumento da geração de resíduos sólidos e a preocupação com a correta gestão dos mesmos.
Um dos maiores problemas do setor de fundição é a geração de resíduos sólidos, constituídos principalmente pelas denominadas areias residuais ou areias descartadas de fundição. O descarte adequado desses resíduos é um desafio para as indústrias, cada vez mais consciente da necessidade de preservar o meio ambiente, na busca do desenvolvimento sustentável a longo prazo.
No Brasil, a produção de fundidos, em 2008, ultrapassou os três milhões de toneladas, com a geração de, aproximadamente, uma tonelada de resíduo para cada tonelada de metal produzido. A principal destinação destes resíduos atualmente se dá em aterros de descarte industrial que, além de terem um alto custo, constituem-se em preocupação ambiental cada vez maior às empresas.
Aqui neste país, assim como no mundo, a preocupação com o meio ambiente é crescente, em função da disponibilidade de recursos energéticos, matérias-primas, resíduos gerados que ocasionam aumento expressivo das áreas de aterro. A frente desta questão vem as indústrias, cada vez mais cobradas a atuar na minimização dos aspectos e impactos ambientais negativos gerados no processo de transformação da matéria prima em produto. Sendo assim, a minimização desses impactos e a gestão socioambiental são fatores essenciais na busca pela da sustentabilidade. Para além da geração de resíduos sólidos, é necessário relatar que as indústrias de fundição e metalúrgicas possuem uma expressiva contribuição quanto aos impactos gerados no meio ambiente, em seu processo industrial, consumo de recursos energéticos e utilização de matérias-primas.
Na região das Missões existem algumas indústrias de fundição onde é utilizada a areia para a fabricação de moldes nos processos de fundição, como ocorre mundialmente na indústria de fundição. A Região das Missões não apresenta ainda dados confiáveis de quantas toneladas de areia de fundição são produzidas, enquanto no Brasil, estima-se que 3 milhões de toneladas são geradas. A maioria das areias são areias verdes, que utilizam argilas (por exemplo, bentonita, caulinite) como o agente de ligação (COBETT, 2002). Conforme padrões brasileiros, areias de fundição são classificadas como um resíduo classe II-A não inerte, devido à lixiviação de íons metálicos. Já há algum tempo pesquisadores mostram que a maioria das areias verdes do processo de moldagem possuem concentrações orgânicas semelhantes àquelas encontradas em solos naturais e não são perigosas à natureza.
Tendo em mente que o maior problema ambiental tratado é a correta destinação da grande quantidade de areia de descarte de fundição (ADF) gerada no processo de fundição, visando a minimização dos custos com descarte e a redução dos impactos ambientais, faz-se necessária a reutilização das ADF em outros processos industriais. Assim, o objetivo deste trabalho é registrar as possibilidades de aproveitamento da areia descartada de fundição em substituição à areia natural na fabricação de blocos e pisos de concreto de cimento Portland.
Os principais objetivos do trabalho são analisar a possibilidade de reutilização da ADF em outro processo industrial, caracterizar e classificar o resíduo de areia de fundição e propor o melhor traço para incorporação do resíduo no processo de produção de blocos e pisos de concreto, através de estudos, análises e testes realizados com o resíduo.
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1.1 Areia de fundição
As areias têm um amplo uso nas fundições, na fabricação de moldes para o vazamento do metal, dar a forma ao metal. São utilizadas por diversas características, como baixo custo, alta capacidade refratária, facilmente aglutináveis quando misturadas com argila, compostos aditivos orgânicos e inorgânicos.
No processo de fundição, a areia é combinada a aglomerantes podendo estes serem orgânicos (naturais ou sintéticos) ou inorgânicos, água e aditivos. Entre os exemplos de aglomerantes orgânicos naturais tem-se: óleos secativos (óleo de linhaça, mamona, entre outros), farinha dos cereais (mogul, dextrina) e, ainda, dentro dos aglomerantes orgânicos há os sintéticos como as resinas (resinas furânicas e resina fenólica). Dentre os aglomerantes inorgânicos, podem ser citados: argilas (bentonita é a mais utilizada), cimento Portland e silicato de sódio (Klinsky,2008).
O Brasil possui um grande parque industrial de fundições de pequeno porte e grande porte, com produção anual de milhões de toneladas de fundidos. Levando-se em consideração o descarte de areia, estima-se que para cada tonelada produzida, uma tonelada de areia é descartada, levando-se ainda em consideração que parte da areia é reaproveitada pelo próprio sistema produtivo, se não fosse isso este número seria ainda maior.
Dependendo do tipo e da quantidade de substâncias presentes nos excedentes de areia de fundição, as mesmas podem ser classificadas como perigosas ou não perigosas, segundo a NBR 10004:2004, (Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2004). A referida norma classifica essa areia de fundição como um resíduo não perigoso Classe II, dependendo de cada situação ou processo.
Conforme Fernandes (2004), a areia de fundição pode ser definida como um insumo, constituído de areia base, aglomerante ou ligante químico e agente de cura, utilizado para a fabricação dos moldes. A areia possui características de refratariedade, variando com o tipo de areia base. A areia é o componente com maior volume na mistura preparada, chegando a 98%, mas não tem a característica de aglutinação.
A areia base utilizada no processo de fundição é constituída de grãos de tamanhos entre 0,05 mm e 2 mm, que são peneirados para separação de acordo com seu tamanho. No Brasil essa areia base é extraída de jazidas de cava ou de rios, sendo considerado um bem não renovável, cujo beneficiamento invariavelmente causa impactos ambientais adversos. Para o preparo dos moldes, a areia recebe a adição de um ligante que tem a função de polimerização e representa a fusão de várias moléculas formando longas cadeias moleculares, ao polimerizar ocorre o endurecimento da areia formando um bloco sólido e quimicamente inerte com resistência mecânica e térmica.
1.2 Areia verde
O processo com este tipo de areia, tem sido um dos mais utilizados em fundição durante décadas, por ser o mais econômico, rápido e convencional, além de sua utilização ser possível para a grande maioria dos tipos de metais (ferrosos e não ferrosos), segundo Peixoto (2003).
São constituídos essencialmente por areia, argila e água, podendo ainda conter agentes modificadores ou aditivos. Quando aplicadas com o devido critério a moldagem a verde permite produzir peças com boa qualidade na maioria dos metais, tanto ferrosos como os não ferrosos. Este processo responde pela maior parcela de peças fundidas produzidas em todo o mundo, sendo que no Brasil 80% das fundições utilizam areias verdes.
Nas Figuras 1 e 2 estão apresentados o processo de moldagem de areia verde da empresa geradora do resíduo e o molde em areia verde.
Figura 1: Linha de Moldagem da empresa geradora do resíduo
1.3 Gerenciamento de resíduos
Para as indústrias brasileiras, gerenciar os resíduos transformou-se em um dos principais desafios enfrentados. É necessário caracterizar e quantificar quais são os resíduos industriais perigosos, não perigosos e inertes gerados, além de definir as etapas de manuseio, armazenamento, transporte, tratamento, reutilização e disposição final.
A implantação de uma política de crescimento sustentável do país abrange, de forma direta, a tratativa da questão dos resíduos sólidos industriais, sendo que o desenvolvimento e o domínio de tecnologias e de técnicas de reutilização desses resíduos implicarão, sem dúvida, em um crescimento industrial, comercial e econômico.
No moderno gerenciamento de resíduos sólidos industriais, o princípio dos três R’s (Reutilizar, Reaproveitar, Reciclar) é de fundamental importância. Na impossibilidade de reutilização, reaproveitamento ou reciclagem, é necessário aplicar as tecnologias existentes para um tratamento e/ou disposição final efetivamente segura. Entre as principais alternativas de minimização do impacto ambiental da areia de fundição, apresentam-se soluções como: o descarte em centrais de resíduos industriais, a regeneração e o reúso (Biolo, 2005).
A geração de um grande volume de resíduos sólidos de areia de fundição é um dos grandes impactos ambientais causados pela indústria de fundição. A reutilização desses resíduos reduz os impactos ambientais negativos, pois a areia reutilizada impede o consumo de novo insumos, além de diminuir os custos com descarte desses resíduos nos aterros industriais e custos de matéria prima para a empresa que fará a incorporação em seu processo (Lopes, 2009).
Em termos de políticas econômicas e de gestão de qualidade e preservação do meio ambiente, a questão do reaproveitamento de resíduos, passou a ser uma forte estratégia adotada pelas indústrias.
Por força dos órgãos nacionais e internacionais de controle do meio ambiente, que ganharam grande importância com a Norma ISO 14000, a questão da reciclagem e do reaproveitamento de resíduos passou a ser uma forte estratégia. Estão sendo igualmente cada vez mais procuradas formas diversas e oportunidades de valorização de resíduos nos materiais e componentes de construção civil. A implantação de modelos de produção mais limpa em processos industriais tem sido também um importante elemento na minimização dos resíduos gerados (Rocha e Cheriaf apud Biolo, 2005).
A disposição de areia de fundição em centrais de resíduos era até pouco tempo, a única opção de descarte das fundições brasileiras, o que influencia no custo do processo produtivo, pois a média de valores para a disposição desse tipo de resíduo em aterros licenciados é de R$ 100,00 / m3 sem levar em consideração o valor do transporte que também
é cobrado por metro cúbico (m3).
1.4 Possibilidades de reutilização da ADF
A indústria da construção civil apresenta-se com um grande potencial para a solução dos problemas dos descartes dos resíduos gerados nesse setor, pois apresenta uma grande potencialidade em incorporar esses resíduos nos materiais de construção, possibilitando a redução dos custos dos produtos de construção, além de contribuir para a diminuição da emissão de resíduos ao meio ambiente (Biolo, 2005).
Muitos estudos estão sendo ou já foram realizados visando encontrar soluções viáveis para a destinação dos resíduos industriais e, ainda, reduzir os impactos ao meio ambiente oferecendo matéria-prima para a construção civil. Várias empresas já conquistaram a autorização municipal ou estadual, para a incorporação desses resíduos no seu processo produtivo.
Como exemplo, pode ser citado o resultado de um projeto desenvolvido por alunos da Universidade de Caxias do Sul (UCS), com o apoio de indústrias caxienses, que já estão licenciadas para utilizar as ADFs como matéria-prima na construção de blocos de concreto. Bolsistas da Universidade comprovaram, após muitos estudos, testes e análises da areia e do produto final, a viabilidade desse reaproveitamento. Foi constatado que esse resíduo substitui a areia quartzosa, conhecida como areia natural. A meta da pesquisa era verificar se o material teria a resistência exigida pela Associação de Normas Técnicas e ficaria abaixo do limite de toxicidade permitido pelo Conselho Estadual de Meio Ambiente, o que foi comprovado na pesquisa.
Um dos trunfos da iniciativa é a redução dos impactos ambientais: diminuição das áreas de armazenamento do que é rejeitado pela indústria e a redução da extração de areia natural. No caso da região de Caxias, essa areia vem da desagregação de rochas, do Rio Jacuí e outros que compõe a bacia. Mesmo legalizadas, a extração sempre acaba impactando o meio ambiente. Em São Paulo o reuso da areia de fundição como opção para construção civil por
meio de blocos e também em asfalto já é feito há mais tempo, assim também em outros países como Espanha e Alemanha.
Para a realização do estudo em questão o repasse da areia deu-se através de duas indústrias geradoras do resíduo da cidade de Caxias do Sul e outra indústria da mesma localidade fabricou os blocos de concreto. A combinação utilizada para a fabricação foi de 35% da massa total dos blocos fabricados com resíduos industriais.
Esses projetos permitem que as indústrias deixem de gerar um passivo para dar origem a um ativo. A criação da Norma ABNT NBR 15702, de 05/06/2009 – Areia Descartada de Fundição – Diretrizes para aplicação em asfalto e em aterro sanitário, permitiu a realização deste e de outros projetos.
Bonet (2002) propôs o reaproveitamento da areia residual de fundição como agregado fino no Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) e Coutinho (2004) estudou a possibilidade de utilizá-la em misturas asfálticas densas; o primeiro trabalho recomendou a utilização de 8% do resíduo, em peso, na mistura asfáltica, enquanto Coutinho (2004) concluiu que até 15% de incorporação de areia na mistura asfáltica, em peso, produz materiais com boas propriedades mecânicas sem impactos ambientais significativos. Na busca de aplicações que permitam a reutilização da areia residual de fundição em quantidades maiores, Klinsky (2008) avaliou a possibilidade de reutilizar o resíduo como base e sub-base de pavimentos de baixo volume de tráfego, através de sua incorporação a solos argilosos. O autor concluiu que teores de areia de 40 a 60% poderiam ser incorporados a solos lateríticos argilosos para obter materiais com comportamento semelhante ao do Solo Arenoso Fino Laterítico, material ideal para ser utilizado em bases e sub-bases de pavimentos de baixo custo.
No Rio Grande do Sul, o destino das areias de fundição está distribuído da seguinte forma: Aterros licenciados pela Fepam: 81%, aterros particulares: 8%, reaproveitamento: 6%, aterros Municipais: 3%, estocado: 2% (Bonet, 2002).
A alternativa de destinar os excedentes da areia para o reuso externo exige pouco investimento e os custos operacionais tendem a ser baixos (Biolo, 2005).
O reaproveitamento da Areia Descartada de Fundição será inevitável em um futuro próximo, tendo em vista o fato de que os custos e dificuldades de disposição final deste tipo de resíduo vêm aumentando sistematicamente e a legislação ambiental está cada vez mais
restritiva, além da necessidade de minimizar o impacto ambiental decorrente da extração da areia nova (Stolf, 2007).
O estudo realizado por Stolf (2007), em relação à recuperação de areia fenólica oriunda do processo de fabricação de machos e moldes na indústria de fundição, indica que este resíduo pode ser reutilizado para a confecção de blocos e bloquetes, pois os resultados dos níveis de fenol presente nas amostras de areia e de argamassa foram inferiores aos limites estabelecidos pela CETESB. O autor afirma que esta alternativa permitirá uma diminuição dos descartes destas areias em aterros industriais e também uma redução nos gastos das empresas com a disposição final destes resíduos. Adicionalmente, pode até fomentar a criação de outro setor dentro das indústrias de fundição, na área de recuperação de resíduos.
Há também muito estudos para utilização das ADF como cobertura de aterros de resíduos domésticos, teoricamente é a solução ideal pois são grandes volumes em áreas já licenciadas para receber resíduos classe IIA e pode reduzir custos e impactos ambientais na gestão destes aterros, eliminando a necessidade de buscar terra para cobertura. É uma alternativa muito utilizada no exterior, principalmente nos Estados Unidos. A CETESB se manifestou favoravelmente desde que sejam em aterros licenciados e seja feito um trabalho de engenharia que comprove a viabilidade técnica na manutenção ou melhorias nas características das coberturas originalmente prevista em projeto.
No ano de 2000, entrou em operação no interior do estado de São Paulo, a primeira empresa da América Latina fabricante de artefatos de concreto utilizando a areia descartada de fundição como substituta da areia comum. Com esta substituição, os produtos não perderam qualidade e tornaram-se 15% mais baratos se comparados aos similares convencionais.
As aplicações em artefatos de concreto são mais indicadas para pequenas e médias gerações de areia descartada de fundição. Para grandes volumes, as utilizações em obras de pavimentação e coberturas de aterros sanitários, são mais adequadas. Na pavimentação, estas areias podem substituir o pó de pedra em obras de cobertura asfáltica, enquanto que nos aterros sanitários a ADF substitui a terra para cobertura diária.
No final de 2007 a CETESB – Companhia de Tecnologia do Estado de São Paulo liberou a Decisão de Diretoria Nº 152, que estabelece os procedimentos que devem ser seguidos pelas empresas instaladas no estado de São Paulo que pretendem reaproveitar as
ADF na produção de artefatos de concreto ou na pavimentação asfáltica. A partir desta data, várias fundições conseguiram o parecer técnico favorável deste órgão ambiental para o reaproveitamento da ADF. Algumas destas fundições já estão com projetos bem adiantados para a implantação do processo completo de reaproveitamento.
Seguindo estes passos, os órgãos ambientais dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul também estabeleceram as suas diretivas para o reaproveitamento das ADF. Atualmente também estão sendo elaborados vários trabalhos com o objetivo de comprovarem a viabilidade técnica e ambiental do reaproveitamento das ADF em obras de base e sub-base de pavimentos asfálticos.
1.5 Blocos e pisos de concreto
Os blocos de concreto para pavimentação são hoje utilizados para proporcionar um melhor rendimento na pavimentação unindo qualidade, resistência e muita praticidade. Usados em pavimentações industriais e residenciais, são ecologicamente corretos, pois não degradam o meio ambiente, em sua colocação, preservando o solo.
Muitas são as vantagens dos blocos de concreto, entre eles: fácil colocação, duráveis, resistentes, custo benefício, fácil drenagem, conforto, entre outros.
A construção dos pavimentos intertravados é simples: basta assentar os blocos sobre uma camada de areia grossa, compactar a superfície e, em seguida, espalhar areia fina para o preenchimento das juntas. Depois, devem-se compactar as peças novamente até que as juntas estejam totalmente preenchidas com areia. Dessa forma, consegue-se o intertravamento das peças, estado desejável para o bom desempenho do pavimento. Para alcançar o travamento adequado, este tipo de pavimento requer sempre algum tipo de contenção lateral, comumente meios-fios. No pavimento, as peças pré-moldadas de concreto comportam-se como uma camada flexível e única devido à propriedade de intertravamento. É o intertravamento que proporciona resistência a estes pavimentos e os diferem dos demais. Depois de intertravadas, as peças de um pavimento adquirem a capacidade de resistir a movimentos de deslocamento individual, seja ele vertical, horizontal, ou de rotação em relação a suas vizinhas. Um bom travamento confere às peças de concreto a capacidade de transmitir as cargas superficiais
aplicadas em pequenas áreas, ampliando-as a áreas mais extensas nas camadas de base, mantendo as tensões no subleito dentro de limites admissíveis.
Perfeitos para a pavimentação de ruas, calçadas de condomínios e casas, pátios industriais, acesso a garagens, praças e jardins, aeroportos e outros, os pavimentos intertravados são de fácil manuseio e de muito bom gosto.
Disponíveis em diversos formatos, cores e padronagens, permitem inúmeras soluções, facilitando e qualificando o trabalho de arquitetos, paisagistas e decoradores. Preferência dos melhores profissionais, os pisos de concreto para pavimentação enriquecem seus projetos e apresentam inúmeras vantagens:
• Utilização imediata do pavimento; • Liberdade de criação: Desenho e cores;
• Resistência e durabilidade, desde que atendam a ABNT;
• Redução da temperatura ambiental se comparado ao pavimento asfáltico; • Redução dos gastos com iluminação da área;
•Possibilidade de manejo fácil de tubulações e interferências sob o pavimento; podendo ser removidos e reutilizados mantendo as características iniciais;
2 METODOLOGIA
2.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA
Quanto a sua natureza, é classificada em pesquisa aplicada. A pesquisa aplicada caracteriza-se por seu interesse prático, isto é, que os resultados sejam aplicados ou utilizados imediatamente na solução de problemas que ocorrem na realidade. A pesquisa básica estaria mais ligada ao incremento do conhecimento científico, sem objetivos comerciais, ao passo que a pesquisa aplicada seria suscitada por objetivos comerciais através do desenvolvimento de novos processos ou produtos orientados para as necessidades do mercado. Quanto aos seus objetivos, a pesquisa pode ser classificada em exploratória, descritiva, explicativa.
Para avaliar a viabilidade de reutilização destes resíduos, primeiramente fez-se uma pesquisa acerca do assunto, através de uma revisão bibliográfica e verificação de estudos realizados em fundições que já possuem autorização para destinar as ADF como matéria-prima em outros processos industriais, bem como as legislações específicas para esta atividade.
A segunda etapa foi de coleta do resíduo, onde seguiu-se o procedimento de amostragem e preparo das amostras exigidos na ABNT NBR 10007:2004. As coletas foram realizadas durante um período de 5 dias no final da linha de produção, onde os resíduos permaneciam em caçambas. Os resíduos coletados foram armazenados dentro de sacos plásticos identificados, cada embalagem com um volume de 1Kg, onde foram realizados os ensaios de granulometria e densidade no laboratório da empresa. Para o ensaio de granulometria utilizou-se o seguinte método: o resíduo foi pesado inicialmente, secado em estufa, e colocado em um agitador de peneira (com peneiras 20, 30, 40, 50, 70, 100, 140, 200, 270 e prato).
Executou-se, então, as etapas de mistura do resíduo e preparo das amostras para enviar ao laboratório. As amostras foram enviadas para análise laboratorial de caracterização e classificação do mesmo, ensaios de lixiviação e solubilização, conforme ABNT NBR 10004:2004, 10005:2004 e 10006:2004, bem como do extrato aquoso para verificação dos
parâmetros indicados na ABNT NBR 15702:2009. As análises foram realizadas por laboratório terceirizado e cadastrado na FEPAM, que emitiu os laudos técnicos, em anexo.
Os testes em escala de bancada foram realizados no período de agosto de 2013 a abril de 2014, na indústria de blocos de concreto situada em Santo Ângelo e os ensaios nos laboratórios de engenharia civil da URI - Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões, Unidade de Pesquisa, situada em Santo Ângelo – RS, esta foi considerada a terceira etapa.
Foram confeccionados corpos de prova com incorporação da ADF em diferentes concentrações, em ordem crescente a cada 5% substituindo a areia natural pela areia de fundição. Na qual foram analisados os traços de 5% a 100%, para a fabricação dos blocos e do produto sem adição da ADF, visando a obtenção do melhor traço para a incorporação do resíduo e comparação entre o produto com e sem adição da ADF. Os ensaios realizados com os corpos de prova do produto obtido foram: estruturais (resistência a compressão e absorção de água), conforme especificações da ABNT NBR 6136:2010, NBR 12118:2012 e NBR 9781:2013.
A próxima etapa foi a realização dos testes em escala industrial, conforme Plano Operacional. Os testes foram iniciados após a obtenção da autorização junto à FEPAM. Em seguida, os blocos estruturais foram levados para a universidade para a realização dos ensaios em laboratório. Foram colocados em câmera úmida, por um período de 28 dias após sua fabricação. Após esse período, os blocos foram capeados e rompidos na prensa hidráulica, para a verificação da resistência. Em seguida foi realizado o ensaio de absorção nos blocos restantes.
Após a conclusão de todo o estudo, foram encaminhados à FEPAM os laudos que comprovam a viabilidade técnica e ambiental da reutilização das ADF como matéria-prima no referido processo industrial, visando a obtenção do licenciamento ambiental junto a instituição.
2.2. PROCESSO DE ORIGEM DA ADF
A areia é amplamente utilizada na indústria de fundição para fabricação dos moldes, onde o metal é vazado, no final do processo as peças são desmoldadas, e a areia utilizada na
confecção destes, sai do sistema como resíduo de fundição, chamado de ADF. Parte deste, é retornado ao sistema e o restante é descartado, sendo que o destino atualmente é o aterro de resíduos sólidos.
As areias descarte de fundição (ADF) são resíduos da areia base que compõe a mistura descartada (areia 98,81%, aglomerantes - aditivos bentonita 0,83%, amido de milho 0,06%, carvão 0,30% e água), proveniente da moldagem, pós-vazamento, do exaustor da moldagem, da quebra de canal, jateamento e macharia.
2.2.1 Moldagem
a) Recebimento e estocagem de insumos
Estes insumos são descarregados de caminhões com uma talha e empilhados para estocagem. Seu destino é o molde de areia, pois fazem parte dos materiais constituintes da areia. Após saírem dos bags, vão para silos de estocagem de onde saem via transporte pneumático para dentro do misturador.
b) Sistema de areia
Após um tempo no misturador resfriador a areia está em condições de uso. Este misturador resfriador libera para moldagem 80 tons/h de areia em média. Após a desmoldagem ela vai entra no sistema de retorno, onde é peneirada e armazenada em silos até que seja usada novamente. Sempre sendo transportada por esteiras ou elevadores de caneca.
c) Máquina de moldar
As máquinas de moldar têm a finalidade de produzir os moldes utilizados no vazamento do ferro líquido na etapa de fusão, este é um processo que utiliza a areia à verde, mistura de areia, amido de milho, carvão, bentonita e água. A coleta de particulados das moldadoras e do sistema de areia é feita por exaustores. Estes resíduos são coletados em caçambas com capacidade de 3 m3, e quando necessário enviados ao Aterro de Resíduos Sólidos, licenciado, da própria empresa.
2.2.2 Macharia
O processo está compreendido de máquinas elaboradas para soprar e gazar areia preparada para confecção de machos utilizados nos moldes e tem a finalidade de formar canais ou furos específicos de cada peça. Os machos são confeccionados basicamente de areia e resinas, este material é resistente o suficiente para suportar o processo de vazamento do metal fundido, mas quebrável após o processo de solidificação e esfriamento, para que possa ser retirado da peça.
2.2.3 Fusão
a) Recebimento e estocagem de matéria-prima
A matéria prima chega em caminhões equipados com sistema de basculamento e descarregada em baias com capacidade de estocagem para aproximadamente 30 dias de produção, em área totalmente coberta.
b) Carregamento dos fornos
O carregamento se dá através de uma ponte rolante, equipada com um eletro imã para içar a matéria prima metálica, uma célula de carga para realizar a pesagem, um silo canguru para uma pré-carga. Mais um carro carregador que faz o transporte da matéria prima até o forno, acoplando plenamente com a tampa do forno, para que não haja vazamento de fumaça nem na hora do carregamento do forno, quando ele está totalmente aberto.
Os aditivos não metálicos, que são os constituintes da liga são adicionados através de uma central de aditivos, que lança estes diretamente no carro, com o restante. Os resíduos gerados neste processo são escória do forno e refratário das panelas de vazamento.
c) Vazamento
O transporte de material do forno para os moldes se dá por monovia. O metal é vazado por uma panela automática que está interligada com a máquina de moldar. Estes dois atuam
juntos, de maneira que cada molde produzido seja vazado o mais breve possível. As temperaturas de vazamento do ferro no molde variam de 1280ºC a 1470ºC, dependendo do tipo de ferro a ser vazado e as especificações.
2.2.4 Desmoldagem
Esta etapa compreende em quebrar os moldes, pelo giro do tambor e fazer um pré resfriamento da areia, através de uma névoa de água. As peças entram neste tambor através de uma calha vibratória e saem via esteira. Os resíduos de areia são coletados em caixas no final da linha e posteriormente enviados ao aterro.
2.2.5 Separação dos canais
O processo de separação de canais se dá por cunhas hidráulicas. As peças passam na linha de separação em uma esteira. O operador efetua o número de fraturas necessárias com esta cunha e libera a peça para o jateamento.
2.2.6 Jateamento
Duas máquinas de limpeza com capacidade de 4 a 6 tons/h. O funcionamento destas se dá a partir de um compartimento fechado, dotado de uma esteira metálica. A qual tem por finalidade rolar as peças para que sejam expostas todas as superfícies das peças contidas no compartimento ao fluxo de granalha. A peça fica limpa com o efeito do choque destas pequenas esferas de aço-carbono nas peças.
A entrada das peças neste equipamento se dá através de uma caçamba com um sistema de basculamento eletromecânico. E após a limpeza estas peças são despejadas em uma correia transportadora, para que sejam levadas até o próximo processo. O material particulado é retido no sistema de exaustão e enviado ao aterro, quando necessário.
2.2.7 Rebarbação
É o processo onde são rebarbados os excessos das peças, é realizado por um conjunto de moto esmeril, mais, algumas ferramentas manuais para desbaste pneumáticas ou elétricas. Possui um ponto de captação de particulados, acoplado a um ciclone e posteriormente a um filtro, adequado ao volume produtivo e os resíduos coletados por estes são encaminhados ao aterro.
2.2.8 Pintura
As peças são imergidas em tanques com tinta à base d'água, com a finalidade de proteger as peças e de dar uma base (fundo) para a pintura de acabamento. Permanecem em movimentando em uma monovia de circuito fechado.
2.2.9 Resíduos sólidos
O armazenamento temporário dos resíduos sólidos industriais gerados nos processos de fusão (escória), moldagem e desmoldagem (areia de fundição), macharia (areia de fundição), exaustores e demais pontos de geração, são realizados no próprio local de geração e posteriormente encaminhados a destinação final no aterro licenciado da empresa. A Figura 3 apresenta o fluxo do processo da areia de fundição:
Figura 03: Fluxo de processo – Areia de fundição
2.3 Descrição do processo de incorporação e obtenção do produto final
a) Processo de chegada da matéria prima
O agregado miúdo (areia) chega com transporte rodoviário. O processo inicial feito através da Central de Concretos Automática que pesa a dosagem correta dos agregados (matéria prima). Depois de pesados sofrem o processo de mistura em outros equipamentos, chamado MP20 Misturados Planetário, onde são inseridos água e aditivos, pelo primeiro equipamento citado, e depois de homogêneo o concreto é transportado pela esteira até a MBP 6 - Máquina de Modelagem e Prensagem onde é finalizada a fabricação dos produtos.
Na Figura 4 está apresentado o local de armazenamento da matéria-prima areia de fundição.
Figura 04: Local fechado e sinalização para o armazenamento da areia de fundição b) Processos de mistura
Os agregados são depositados em silos separados, sendo que esse setor podendo utilizar vários agregados ao mesmo tempo. A quantidade de agregado a ser utilizado em cada mistura é passada pelo operador da máquina aonde ele programa a quantidade do agregado a ser utilizada em Kg. Após esse processo o programa da máquina informa os silos de agregados. Cada agregado sai do silo através da esteira e é depositado em uma balança. Essa balança transfere todo o agregado para levar a mistura de agregados até o misturador. No misturador é depositada a mistura introduzindo a quantidade de cimento, de água e de aditivo, e faz-se a homogeneização dessa mistura. Após esse processo, a mistura pronta é levada através de uma correia de transporte para a máquina que faz a prensagem do bloco. Para cada produto a ser fabricado tem os moldes específicos, sendo que o molde que é preenchido com a mistura e prensado.
Figura 05: Fluxo de processo – Produção de blocos e pisos concreto
Nas Figuras 6, 7, 8, 9 e 10 apresentam-se os blocos após secagem em estufa, blocos imersos em água, blocos após serem capeados, blocos após o rompimento e as dimensões dos blocos, respectivamente.
Figura 07: Blocos imersos em água
Figura 09: Bloco após rompimento
3 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
A Tabela 1, a seguir, apresenta os resultados dos ensaios de granulometria da ADF. Tabela 1: Resultados dos ensaios de granulometria da ADF
AREIA DE FUNDIÇÃO AREIA DE RIO BRITA 1
Diâmetro máximo 0,6mm 1,2mm 19mm
Módulo de finura 1,66 2,068 6,58
Massa Unitária solta 1,36 Kg/dm3 1,63 Kg/dm3 1,56 Kg/dm3
Massa específica 2,48 g/cm3 2,31 g/cm3 2,95 g/cm3
Estes resultados demonstram que a granulometria da ADF é equivalente a granulometria da areia utilizada pela indústria, portanto no aspecto granulométrico foi comprovada a viabilidade de utilização deste resíduo.
Quanto a classificação e caracterização da areia de fundição, esta apresentou-se dentro dos limites permitidos pela ABNT NBR 1004:2004. No ensaio de lixiviação pela ABNT NBR 10.005:2004 os parâmetros satisfazem os limites permitidos, o resíduo apresentou-se como NÃO TÓXICO.
Para a classificação do resíduo, os resultados indicaram que a ADF é classificada como resíduo NÃO PERIGOSO CLASSE II A - NÃO INERTE, conforme ABNT NBR 10.006:2004, apenas o parâmetro Alumínio ultrapassou o limite máximo permitido, porém este não foi significativo, sendo que ultrapassou apenas 0,053 mgAl/L. Estes resultados comprovam a possibilidade de reutilização deste resíduo na fabricação de pisos e blocos de concreto. Foram realizadas ainda análises do extrato aquoso e lixiviado conforme ABNT NBR 15702:2009 onde os resultados apontaram que todos os parâmetros satisfazem os limites permitidos. Os laudos que comprovam estes resultados encontram-se no anexo I (Relatórios de Análise Nº 8843/2013-1.0, 8838/2013-2.0, 8838/2013-1.0).
Nos ensaios realizados com os corpos de prova, foi incorporado o resíduo de ADF à mistura dos demais agregados, nas proporções de 5%, 10%, 30%, 35%, 40%, 45% e 50%, obtendo-se os seguintes resultados (Tabela 2).
Os laudos com os resultados dos ensaios do laboratório estão no Anexo II. Classificação do resíduo: A ADF é classificada como resíduo NÃO PERIGOSO CLASSE II A - NÃO INERTE.
Estes resultados comprovam a possibilidade de reutilização deste resíduo na fabricação de pisos e blocos de concreto.
Nos ensaios realizados com os corpos de prova, foi incorporado o resíduo de ADF à mistura dos demais agregados, nas proporções de 5%, 10%, 30%, 35%, 40%, 45% e 50%, obtendo-se os seguintes resultados:
a) Blocos de concreto:
A amostra atende às especificações de resistência. Quanto a resistência a compressão, os traços com a incorporação de 15%, 30 e 45%, cuja a resistência foi de 12,11Mpa, e também o traço de 70% obteve a resistência de 10,57Mpa.
b) Pisos de concreto:
A norma NBR 9781/2013, estabelece que 35 Mpa é o necessário para solicitações de veículos comerciais de linha, ou seja, as amostras devem oferecer uma resistência igual ou superior a 35MPa. A amostra que possui igual 35% de substituição da areia verde por areia de fundição satisfaz a norma: 35,30 MPa, e a que possui 75% também satisfaz a norma: 37,00 MPa. Os pisos de concreto sem a mistura ADF resultaram em 22,5 Mpa
Quanto a absorção de água nos pisos concreto: As amostras analisadas estão em conformidade com as especificações de absorção. O melhor resultado traços 30% a 50% de acordo com a NBR 9781/2013 para peças de pavimentação.
E, nos blocos de concreto, as amostras analisadas estão em conformidade com as especificações de absorção. O melhor resultado é o de 35% de substituição de areia natural por areia de fundição.
CONCLUSÃO
Durante o estudo pode-se observar que as propriedades da areia de fundição derivam da quantidade e do tipo de aglutinantes e aditivos usados, ou seja, cada areia residual é única para o tipo de processo industrial utilizado. Devido a isso, o uso de aditivos e ligantes limita a reutilização da areia no próprio processo produtivo, o que obriga as indústrias utilizarem aterros de descartes como maneira de minimizar o impacto no meio ambiente, apesar da boa qualidade que a areia apresenta para reutilização principalmente na construção civil (na fabricação de tijolos, blocos de concreto, asfalto). O reaproveitamento dos resíduos em ADF pode reduzir os custos do descarte e ainda os custos dos produtos fabricados com este resíduo.
Através dos resultados encontrados pode-se concluir que a melhor solução para as ADF é a reutilização em outros processos produtivos, tendo em vista ainda a reutilização através do licenciamento ambiental já conquistado por outras indústrias no Estado do Rio Grande do Sul. Como exemplo pode ser citada uma empresa de Farroupilha que reutiliza os resíduos de ADF, gerada em uma indústria de fundidos de Caxias do Sul, em seu processo para incorporação como base para asfalto em CBUQ. O licenciamento ambiental foi concedido pela FEPAM em 2011.
Visando esta reutilização e o Licenciamento Ambiental para incorporação do resíduo para fabricação de blocos e pisos de concretos, foi solicitado à FEPAM a autorização para incorporação do resíduo de ADF no processo de fabricação de blocos e pisos de concreto. Além da diminuição dos impactos ambientais a reutilização destes resíduos permitirá a redução do consumo de novo insumos e matérias-primas e consequentemente a extração destes da natureza.
Através dos resultados encontrados pode-se concluir que a melhor solução para as ADF é a reutilização em outros processos produtivos. Além da diminuição dos impactos ambientais a reutilização destes resíduos permitirá a redução do consumo de novo insumos e matérias-primas e consequentemente a extração destes da natureza. Os projetos para reutilização dos resíduos de fundição continuam em outras áreas de aplicação, como por exemplo, pavimentação asfáltica.
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