CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: SANEAMENTO AMBIENTAL
JORGE LUÍS MELO DA SILVA
UTILIZAÇÃO DE ESGOTO TRATADO EM SISTEMA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO COMO ÁGUA DE AMASSAMENTO E CURA DE CONCRETO
JORGE LUÍS MELO DA SILVA
UTILIZAÇÃO DE ESGOTO TRATADO EM SISTEMA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO COMO ÁGUA DE AMASSAMENTO E CURA DE CONCRETO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, área de concentração: Saneamento Ambiental, do Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial necessário à obtenção do título de Mestre.
Orientador: Prof. Dr. Francisco Suetônio Bastos Mota
S58u Silva, Jorge Luís Melo da
Utilização de esgoto tratado em sistemas de lagoas de estabilização como água de amassamento e cura de concreto / Jorge Luís Melo da Silva, 2008.
141 f. ;il.; enc.
Orientador: Prof. Dr. Francisco Suetônio Bastos Mota Área de concentração: Saneamento Ambiental
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Fortaleza, 2008.
JORGE LUÍS MELO DA SILVA
UTILIZAÇÃO DE ESGOTO TRATADO EM SISTEMA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO COMO ÁGUA DE AMASSAMENTO E CURA DE CONCRETO
A presente dissertação foi submetida como requisito parcial necessário à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, área de concentração: Saneamento Ambiental, do Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental da Universidade Federal do Ceará e se encontra à disposição de todo e qualquer interessado na Biblioteca Central da referida universidade.
A citação de todo e qualquer trecho desta dissertação é permitida, desde que seja feita em conformidade com as normas da ética científica.
_________________________________________ Jorge Luís Melo da Silva
Dissertação defendida e aprovada em 07/08/2008 pela seguinte banca examinadora:
___________________________________________ Prof. Dr. Francisco Suetônio Bastos Mota (orientador)
Universidade Federal do Ceará
___________________________________________ Prof. Dr. José de Paula Barros Neto
Universidade Federal do Ceará
___________________________________________ Prof. Dr. Roberto Sérgio Farias de Souza
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, por me dar forças para sempre seguir em frente, conquistando meus objetivos de vida.
À minha família, pelo apoio incondicional, sobretudo, nas horas de maior dificuldade.
À minha namorada Lisandra, por estar sempre presente, me incentivando a buscar sempre o melhor de mim.
Ao prof. Suetônio Mota, pela orientação durante a pesquisa.
Aos professores do curso de Mestrado, pelos ensinamentos tão necessários repassados.
Ao prof. Aldo Almeida (DEECC/UFC), pelo auxílio prestado no início da pesquisa.
Ao pessoal do Laboratório de Materiais de Construção do DEECC/UFC (Adriano e Geovanne), pelo suporte na dosagem de concreto.
A todos os meus colegas de curso, por compartilhar bons momentos e trocar experiências que foram e serão muito úteis em minha vida pessoal e profissional.
“O Senhor é meu pastor, nada me faltará. Deitar-me faz em verdes pastos, guia-me mansamente a águas tranqüilas.
Refrigera a minha alma; guia-me pelas veredas da justiça, por amor do seu nome. Ainda que eu caminhe pelo vale da sombra da morte, não temerei mal algum, porque tu estarás comigo; a tua vara e o teu cajado me consolam.
Preparas uma mesa perante mim na
presença de meus inimigos; unges a minha cabeça com óleo, o meu cálice transborda. Certamente que a bondade e a misericórdia do Senhor me seguirão todos os dias da minha vida; e habitarei na casa do Senhor por longos dias.”
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... ix
LISTA DE FIGURAS ... xi
LISTA DE SÍMBOLOS E UNIDADES ... xii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ... xiii
RESUMO ... xiv
ABSTRACT ... xv
1 INTRODUÇÃO ... 1
2 OBJETIVOS ... 8
2.1 Objetivo Geral ... 8
2.2 Objetivos Específicos... 8
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 9
3.1 Poluição das águas e tratamento de esgotos ... 9
3.2 Sistema de tratamento com lagoas de estabilização ... 11
3.2.1 Histórico ... 11
3.2.2 Definição ... 13
3.2.3 Classificação ... 14
3.2.3.1 Lagoas anaeróbias ... 14
3.2.3.2 Lagoas facultativas ... 15
3.2.3.3 Lagoas estritamente aeróbias ... 15
3.2.3.4 Lagoas de maturação ... 15
3.2.3.5 Lagoas de polimento ... 16
3.2.3.6 Lagoas aeradas ... 16
3.2.3.7 Lagoas com macrófitas ... 16
3.2.4 Eficiência e aplicabilidade das lagoas de estabilização ... 17
3.3 O cimento ... 20
3.3.1 Histórico ... 20
3.3.2 Definição ... 21
3.3.3 Tipos de cimento Portland ... 22
3.4 O concreto ... 24
3.4.1 Histórico ... 24
3.4.2 Definição ... 27
3.4.3.1 Trabalhabilidade ... 27
3.4.3.2 Adensabilidade ... 27
3.4.3.3 Permeabilidade ... 27
3.4.3.4 Durabilidade ... 28
3.4.3.5 Resistência ... 28
3.4.4 Principais tipos de concreto ... 30
3.5 Dosagem de concreto ... 30
3.5.1 Definição ... 30
3.5.2 Principais termos utilizados na dosagem ... 31
3.5.2.1 Agregados miúdo e graúdo ... 31
3.5.2.2 Séries Normal e Intermediária ... 32
3.5.2.3 Dimensão Máxima Característica (DMC) ... 33
3.5.2.4 Módulo de Finura (MF) ... 34
3.5.2.5 Massa específica (ρ)... 34
3.5.2.6 Massa unitária ... 34
3.5.2.7 Tempo de pega do cimento ... 34
3.5.2.8 Cura do concreto... 35
3.5.3 Parâmetros de dosagem experimental de concreto segundo a ABCP ... 35
3.5.3.1 Fundamentos do ET-67 ... 36
3.5.3.2 Fixação da Relação Água / Cimento ... 37
3.5.3.3 Consumo inicial de água (Ca) ... 39
3.5.3.4 Consumo inicial de cimento (Cc) ... 40
3.5.3.5 Consumo inicial de agregados graúdo (Cg) e miúdo (Cm) ... 40
3.5.3.6 O traço do concreto ... 41
3.6 Reúso de águas... 42
3.6.1 Definição ... 42
3.6.2 Tipos de reúso ... 43
3.6.3 Reúso na construção civil ... 46
3.7 A Norma Mercosul 137 ... 47
3.8 Efeitos da qualidade da água no concreto segundo a NM 137 ... 48
4. MATERIAIS E MÉTODOS ... 51
4.1 Origem das amostras de efluente tratado coletadas ... 51
4.3 Método de coleta das amostras de efluente para análises ... 52
4.4 Ensaios e análises realizados na pesquisa ... 52
4.4.1 Ensaios com agregados miúdo e graúdo ... 53
4.4.1.1 Determinação das composições granulométricas ... 53
4.4.1.2 Determinação das massas unitárias e massas específicas ... 53
4.4.2 Ensaios com o efluente de esgoto tratado ... 53
4.4.3 Ensaio de determinação do tempo de pega da pasta de cimento ... 54
4.4.4 Ensaios com o concreto produzido ... 55
4.4.4.1 Determinação da consistência ... 55
4.4.4.2 Determinação da resistência à compressão ... 55
4.4.5 Análise estatística dos resultados obtidos ... 56
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 57
5.1 Análise preliminar do efluente de esgoto tratado ... 57
5.1.2 Determinação de pH a 25°C ... 58
5.1.3 Determinação de Sólidos Totais ... 58
5.1.4 Determinação de Ferro total ... 58
5.1.5 Determinação de Cloretos e Sulfatos solúveis ... 58
5.2 Dosagem experimental de concreto ... 60
5.2.1 Determinação das composições granulométricas dos agregados ... 60
5.2.2 Determinação das massas unitárias e específicas dos agregados ... 62
5.2.3 Determinação da massa específica do cimento ... 62
5.2.4 Definição da relação água cimento ... 62
5.2.5 Definição da consistência requerida ... 62
5.2.6 Estimativa do consumo inicial de água ... 62
5.2.7 Estimativa do consumo inicial de cimento ... 62
5.2.8 Estimativa do consumo inicial de agregados graúdo e miúdo ... 63
5.2.9 Determinação do traço experimental e ajustes no traço obtido ... 64
5.3 Análise do tempo de pega da pasta de cimento produzida ... 65
5.4 Análise da resistência à compressão do concreto produzido ... 66
6 CONCLUSÕES ... 71
7 RECOMENDAÇÕES ... 72
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 73
LISTA DE TABELAS
TABELA 1.1 – Custo hídrico estimado de alguns produtos de consumo ... 2 TABELA 3.1 – Características dos principais sistemas de lagoas para remoção de
DBO ... 18 TABELA 3.2 – Balanço de vantagens e desvantagens dos sistemas de lagoas de
estabilização ... 19 TABELA 3.3 – Conjunto de peneiras das séries Normal e Intermediária (abertura
nominal) ... 33 TABELA 3.4 – Relações a/c máximas permissíveis para concretos submetidos a
condições severas ... 37 TABELA 3.5 – Consumo de água aproximado em L/m³ ... 39 TABELA 3.6 – Volume compactado seco de agregado graúdo por m³ de concreto 40 TABELA 3.7 – Requisitos físicos necessários para o efluente analisado em
relação à água potável ... 47 TABELA 3.8 – Requisitos químicos necessários para o efluente analisado em
relação à água potável ... 48 TABELA 3.9 – Requisitos químicos para o concreto elaborado com o efluente
analisado em relação ao concreto elaborado com água potável ... 48 TABELA 4.1 – Características de projeto da ETE de Aquiraz-CE ... 51 TABELA 4.2 – Dimensões das lagoas de estabilização do sistema de tratamento
de esgotos de Aquiraz-CE ... 52 TABELA 5.1 – Resultados das análises químicas realizadas com o efluente de
esgoto tratado ... 57 TABELA 5.2 – Composição granulométrica do agregado miúdo utilizado ... 60 TABELA 5.3 – Composição granulométrica do agregado graúdo utilizado ... 60 TABELA 5.4 – Dimensão Máxima Característica e Módulo de Finura dos
agregados miúdo e graúdo utilizados ... 61 TABELA 5.5 – Valores de massa unitária (estado solto e compactado) e massa
específica dos agregados miúdo e graúdo utilizados ... 61 TABELA 5.6 – Resultados dos ensaios de determinação do tempo de pega
TABELA 5.7 – Resultados dos ensaios de determinação de resistência à compressão aos 07 dias utilizando água potável e o efluente de esgoto tratado ... 67 TABELA 5.8 – Resultados dos ensaios de determinação de resistência à
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1.1 – Distribuição de água no mundo ... 4 FIGURA 3.1 – Ábaco para determinação da relação a/c em função das
LISTA DE SÍMBOLOS E UNIDADES
ρ - massa específica α - nível de significância
‘ - minuto “ - segundo
® - marca registrada CO2 - gás carbônico
GPa - GigaPascal ha - hectare
kg/dm³ - quilograma por decímetro cúbico kg/m³ - quilograma por metro cúbico km - quilômetro
L - litro
L/m³ - litro por metro cúbico m - metro
m²/hab – metro quadrado por habitante m³ - metro cúbico
mg/L - miligramas por litro
mgCl-/L - miligramas de cloretos por litro mgFe/L - miligramas de ferro por litro mgSO42-/L - miligramas de sulfatos por litro
mgST/L - miligramas de sólidos totais por litro min - minuto
mm - milímetro
mm² - milímetros quadrados MPa - MegaPascal
pH - potencial hidrogeniônico R$/hab – Reais por habitante
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
a.C. – antes de Cristo
ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland
ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACI – American Concrete Institute
AGDS – Associação Global de Desenvolvimento Sustentado AMN – Associação Mercosul de Normalização
ANA – Agência Nacional das Águas
CAGECE – Companhia de Água e Esgoto do Ceará
CB-18 – Comitê Brasileiro de argamassas, cimento e concreto CBCS – Conselho Brasileiro de Construção Sustentável
CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo CIRRA – Centro Internacional de Referência em Reúso de Água
COGERH – Companhia de Gestão de Recursos Hídricos do Ceará CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente
CP – Cimento Portland
CRQ-IV – Conselho Regional de Química de São Paulo – 4a Região CSM 05 – Comitê Setorial Mercosul de Cimento e Concreto
d.C. – depois de Cristo
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio DECON – Departamento de Concreto
DEECC – Departamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil DMC – Dimensão Máxima Característica
DQO – Demanda Química de Oxigênio
EPUSP – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo ET – Estudo Técnico
ETE – Estação de Tratamento de Esgoto EUA – Estados Unidos da América
FIESP – Federação das Indústrias do Estado de São Paulo
MF – Módulo de Finura
MMA – Ministério do Meio Ambiente NBR – Norma Brasileira
NM – Norma Mercosul
NUTEC - Núcleo de Tecnologia NBR
PCI – Precast/Prestressed Concrete Institute RMF – Região Metropolitana de Fortaleza
SABESP – Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo SESP – Serviço Especial de Saúde Pública
Sinduscon-SP – Sindicato da Construção Civil do Estado de São Paulo SS – Sólidos Suspensos
UASB – Anaerobic Sludge Blanket UFC – Universidade Federal do Ceará
RESUMO
Estudou-se aqui a viabilidade, sob ponto de vista técnico, da utilização de um efluente de esgoto predominantemente doméstico oriundo de sistema de tratamento por lagoas de estabilização da ETE da CAGECE, localizada no município de Aquiraz-CE, como água de amassamento e cura de concreto produzido em escala laboratorial. Em análise química preliminar, o efluente analisado mostrou-se adequado à utilização para a produção de concreto. Os resultados obtidos nos ensaios de determinação de pH a 25°C, sólidos totais, ferro total, cloretos e sulfatos solúveis mostraram-se dentro dos limites exigidos. Não foi constatada diferença significativa entre os resultados obtidos nos ensaios de tempo de pega realizados com pasta de cimento produzida com o efluente analisado e os obtidos com a água potável, obedecendo ao limite de diferença exigido de 30min. Também não foi constatada diferença significativa entre os resultados obtidos nos ensaios de resistência à compressão aos 07 e 28 dias realizados com corpos-de-prova cilíndricos moldados e curados com o efluente analisado e os obtidos com a água potável, obedecendo ao limite de diferença exigido de 10%. Embora o efluente tratado tivesse um odor característico não muito agradável, a pasta de cimento, o concreto produzido e os corpos-de-prova moldados não sofreram alterações perceptíveis em relação ao seu odor. Comprovou-se que, baseado nos requisitos exigidos pela norma NM 137, o efluente de esgoto analisado é adequado para a utilização proposta.
ABSTRACT
It was studied the feasibility here on a technical point of view, the use of a predominantly domestic sewage effluent comes from the treatment system for stabilising the lagoons of the CAGECE’s Station Treatment of Sewage, located in the city of Aquiraz-CE as moulding and curing water of concrete produced in the laboratory scale. In preliminary chemical analysis, the effluent analysis proved to be suitable for use in the production of concrete. The results for tests to determine the pH to 25°C, total solids, total iron, chlorides and sulfates soluble showed itself within the limits required. No significant difference was found between the results in the tests of time to handle with paste made of cement produced with the effluent analysis and those obtained with drinking water, according to the required limit of difference of 30min. Nor was detected significant difference between the results obtained in testing for resistance to compression of 07 and 28 days achieved with corpses-of-proof cylindrical shaped and cured with the effluent analysis and those obtained with drinking water, according to the required limit of difference of 10%. While the treated effluent had a distinctive smell not very pleasant, the portfolio of cement, concrete and produced the bodies proof-of-shaped unchanged against its perceived odor. It has been proved that, based on the standard requirements demanded by NM 137, the sewage effluent is considered appropriate for the proposed use.
1 INTRODUÇÃO
A Terra vive numa enorme contradição: embora dois terços de sua superfície sejam cobertos por água, um terço da população mundial não dispõe desse líquido em quantidade suficiente para atendimento de suas necessidades básicas (ingestão, higienização, limpeza, e preparo de alimentos). Caso o aumento de consumo continue na mesma proporção, estima-se que no ano de 2050, sejam dois terços da população mundial que sofrerão com esse problema (Revista “VEJA”, 2008).
Tal fato se dá porque, apesar da água ser um recurso natural renovável e, até certo ponto, distribuído com fartura na maior parte do planeta, a ação antrópica afetou de maneira decisiva a renovação natural dos recursos hídricos. Em certas partes do globo, a água vem sendo consumida em um ritmo mais acelerado que sua capacidade de renovação.
Estima-se que cerca de 50% dos rios do mundo estejam poluídos com esgotos, dejetos industriais e agrotóxicos, sendo que em alguns casos, a água desses rios jamais poderá voltar a ser utilizada, levando-se em conta as tecnologias existentes e seu custo para implantação em larga escala (Revista “VEJA”, 2008).
Nos últimos 100 anos, o consumo anual de água saltou de 312.500 litros para 633.333 litros per capita. Enquanto a população mundial cresceu 3,75 vezes, o consumo mundial de água cresceu 7,6 vezes. Isso significa que para cada copo de água em 1900 gastam-se agora quase oito copos (Revista “VEJA”, 2008).
TABELA 1.1 – Custo hídrico estimado de alguns produtos de consumo
Produto Custo hídrico (litros)
Gasolina (L) 10
Açúcar (kg) 100
Café (xc*) 140
Ovo (un) 200
Arroz (kg) 2.400
Frango (kg) 6.000
Carne bovina (kg) 15.000
(*) xc = xícara (aprox. 237mL).
Fonte: Adaptado da Revista “VEJA”, 2008.
Há muito tempo ouve-se falar que a água é um bem finito. Muitos classificam-na com o “insumo do século” e afirmam ainda que ela será a causadora de inúmeros confrontos internacionais visando a sua obtenção. Muitos especialistas temem que num futuro não muito distante haja guerras não mais por petróleo e sim por água. Isso se deve em parte ao fato de que nenhum país é totalmente dono de sua própria água. A maior reserva de água subterrânea do mundo, o aqüífero Arenito Núbia, está distribuído pelos subsolos da Líbia, Egito, Chade e Sudão. O aqüífero Guarani, segundo maior em extensão, é dividido entre Brasil, Argentina, Paraguai e Uruguai. Mais de 200 rios em todo o mundo cruzam fronteiras nacionais (Revista “VEJA”, 2008).
Tudo isso tem um ponto em comum. Classificam a disponibilidade de água como sendo um dos fatores fundamentais dos dias atuais. Sem dúvida, quem detiver controle sobre a água, sob aspecto quantitativo e qualitativo (este último talvez, mais relevante) conseguirá obter vantagens significativas.
A água é insumo básico de muitos processos industriais. É vital para a produção de alimentos. Concomitantemente, o crescimento populacional vem demandando, cada vez mais, água em quantidade e qualidade suficientes.
Seja pela falta de controle, seja pela falta de investimentos em coleta, tratamento e disposição final e adequada de esgotos e resíduos sólidos, muitos dos mananciais utilizados encontram-se cada vez mais poluídos. Novos mananciais encontram-se cada vez mais distantes dos centros de consumo.
Por conta disso, disponibilizar água de boa qualidade, dentro dos padrões brasileiros de potabilidade, torna-se cada vez mais dispendioso, induzindo-se a priorização para abastecimento humano. O uso de água potável para processos industriais tem se tornado cada vez mais proibitivo com a utilização de tarifas cada vez mais elevadas.
Projetando um futuro talvez não muito distante, as águas subterrâneas serão preferencialmente destinadas ao abastecimento público, considerando-se a limitação de mananciais da superfície terrestre.
Em decorrência disso, uma boa alternativa para a escassez de água para as atividades humanas seria a utilização da “água de reúso”. Esse termo passou a ser mais utilizado, a partir da década de 1980, quando as águas destinadas ao abastecimento foram se tornando cada vez mais caras, o que onerava o preço final dos produtos, quando estas eram utilizadas nos processos de fabricação.
Na indústria, a alternativa de utilização da água de reúso, com o reaproveitamento dos próprios efluentes gerados, passou a ser bastante explorada. A obtenção de produtos de qualidade, minimizando cada vez mais os custos com os processos de obtenção dos mesmos, passou a ser adotada de maneira mais contundente.
extremamente reduzido. Como se pode observar na FIGURA 1.1 a seguir, quase toda a água do planeta está concentrada nos oceanos. Apenas uma pequena fração está em terra e a maior parte está sob a forma de gelo e neve ou abaixo da superfície (água subterrânea). Só uma fração muito pequena de toda a água terrestre está diretamente disponível ao homem e aos outros organismos, sob a forma de lagos e rios, ou como umidade presente no solo, na atmosfera e como componente da biomassa(VITORATTO; SILVA, 2004).
Oceanos 96,5%
Águas subterrâneas 1,7%
Calotas polares e gelerias 1,8%
Rios e lagos 0,013%
Pântanos, biomassa e vapor de atmosfera
0,002%
Fonte: Vitoratto e Silva, 2004.
FIGURA 1.1 – Distribuição de água no mundo.
Tal constatação está relacionada ao atual estágio de desenvolvimento tecnológico. Em outras palavras, quando se fizer necessário, novas tecnologia serão desenvolvidas, ou ainda, as atuais serão mais acessíveis para a exploração das demais fontes de água. Entretanto, a questão ambiental reside no fato de que a exploração incontida dos mananciais de água provoca deslocamento do equilíbrio ecológico das espécies aquáticas e indiretamente afeta todo o ecossistema do entorno (VITORATTO; SILVA, 2004).
consome água (cerca de 70%). O uso industrial perfaz aproximadamente 22%, seguido do uso doméstico com cerca de 8%.
É possível atenuar a diminuição das reservas locais de água de duas maneiras: pode-se aumentar a captação, represando-se rios ou consumindo-se o capital – "minando-se" a água subterrânea; e podem-se conservar as reservas já exploradas, seja aumentando-se a eficiência na irrigação ou importando-se alimentos em maior escala – estratégia que pode ser necessária para alguns países, a fim de reduzir o consumo de água na agricultura. Assegurar a quantidade de água necessária não basta. É preciso manter a qualidade da água (LA RIVIÈRE, 1989).
Milhares de lagos estão atualmente sujeitos à acidificação ou à eutrofização (do grego “eu”, bem, bom, e “trofos”, nutrição) – processo pelo qual grandes aportes de nutrientes, particularmente fosfatos, levam ao crescimento excessivo de algas. Quando as algas em quantidade excessiva morrem, sua degradação microbiológica consome grande parte do oxigênio dissolvido na água, piorando as condições para a vida aquática (LA RIVIÈRE, 1989).
É possível restaurar a qualidade da água nos lagos, mas há um custo e o processo requer tempo. Embora a poluição dos lagos e dos rios seja potencialmente reversível, o mesmo não acontece com a água subterrânea. Como a água subterrânea não recebe oxigênio atmosférico, sua capacidade de autodepuração é muito baixa, pois o trabalho de degradação microbiana demanda oxigênio. A única abordagem racional é evitar a contaminação (LA RIVIÈRE, 1989).
O uso de efluentes domésticos, brutos ou tratados, vem sendo extensivamente estudado e aplicado em todo o mundo. A técnica, denominada “Reúso de Águas”, é comum em regiões onde há escassez de recursos hídricos e demandas crescentes para o desenvolvimento urbano, agrícola ou industrial.
O reúso de água é largamente utilizado em países localizados nas regiões áridas e semi-áridas do planeta, como no Oriente Médio (países como Israel, Kuwait) e em algumas regiões desérticas dos EUA (Califórnia, Arizona, Nevada, Colorado), e vem se alastrando por países que possuem políticas de recursos hídricos voltadas para o futuro e para a preservação de suas fontes de água para abastecimento, tais como Austrália, Japão, Itália, Grécia, Portugal entre outros (VITORATTO; SILVA, 2004).
No Brasil, apesar da aparente abundância de recursos hídricos, o reúso de água vem conquistando espaço principalmente nos grandes centros urbanos, onde a escassez representa altos investimentos e custos operacionais para captação e adução de águas a grandes distâncias.
De acordo com a Política Nacional de Recursos Hídricos, quando houver escassez, o uso prioritário da água deverá ser para o abastecimento humano e a dessedentação de animais, o que induz a repensar as estratégias de abastecimento para os diversos outros fins (VITORATTO; SILVA, 2004).
processos na construção civil que não necessitem de uma água com padrão de qualidade elevado, desde que haja uma prévia certificação de que essa alternativa seja viável sob determinados aspectos, principalmente no tocante aos padrões de segurança nas edificações.
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Avaliar o emprego de esgoto doméstico tratado como água de amassamento e cura de concreto, em escala laboratorial, visando a sua reutilização na construção civil, contribuindo para a redução do consumo de água potável em empregos que requeiram uma água de menor qualidade em obras de construção civil e estimulando o reúso de águas por parte das empresas de construção civil no Estado do Ceará.
2.2 Objetivos Específicos
• Verificar a viabilidade, sob o ponto de vista técnico, da utilização de um efluente
de esgoto predominantemente doméstico, oriundo de sistema de tratamento por lagoas de estabilização, como água de amassamento e cura de concreto produzido em escala laboratorial;
• Verificar se o efluente de esgoto tratado atende aos requisitos físicos e químicos
exigidos pela Norma Mercosul 137 para utilização do mesmo como água de amassamento e cura de concreto;
• Verificar se a resistência à compressão do concreto pode ser comprometida e
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Poluição das águas e tratamento de esgotos
Conforme definido na Política Nacional de Meio Ambiente (Lei Federal n° 6.938/81), poluição é a degradação da qualidade ambiental resultante de atividades que direta ou indiretamente:
• Prejudiquem a saúde, a segurança e o bem-estar da população; • Criem condições adversas às atividades sociais e econômicas; • Afetem desfavoravelmente a biota;
• Afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio;
• Lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais
estabelecidos.
Por sua vez, entende-se por degradação ambiental toda e qualquer alteração adversa das características do meio.
Atualmente, sobretudo devido ao crescimento desordenado dos centros urbanos, o lançamento indiscriminado de esgotos domésticos ou industriais nos corpos hídricos é considerado um tipo de poluição grave que necessita ser combatido fortemente.
De acordo com von Sperling (2002), o tratamento de esgotos é usualmente classificado através dos seguintes níveis:
• Preliminar: visa a remoção de sólidos grosseiros (areia e materiais de maiores
dimensões, como garrafas, galhos de árvores etc) por meio de mecanismos físicos;
• Primário: visa a remoção de sólidos sedimentáveis e, em decorrência, parte da
matéria orgânica inerentes a eles por meio de mecanismos físicos;
• Secundário: tem como objetivo principal a remoção de matéria orgânica e
eventualmente nutrientes (nitrogênio e fósforo) por meio de mecanismos biológicos;
• Terciário: objetiva a remoção de poluentes específicos (metais pesados, tóxicos
ou compostos não biodegradáveis) ou ainda a remoção de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário. Bastante raro no Brasil.
Existem ainda o tratamento e o tratamento quaternário. O pré-tratamento consiste em tratar o esgoto antes do mesmo ser lançado na rede coletora, visando adequá-lo ao sistema de tratamento que irá receber tal afluente.
O tratamento quaternário (ou avançado), também bastante raro no Brasil, consiste na remoção de materiais dissolvidos e em suspensão remanescentes no esgoto após tratamento biológico normal quando este é requerido para aplicações em reúso de águas, podendo tornar águas servidas novamente potáveis.
formando substâncias cancerígenas (cloraminas e trihalometanos). Usualmente, a cloração é considerada a fase final de um tratamento secundário.
3.2 Sistema de tratamento com lagoas de estabilização
3.2.1 Histórico
O modo como as pequenas comunidades tratavam seus dejetos antigamente foi o percussor dos sistemas de lagoas de estabilização utilizados nos dias atuais para tratamento de esgotos. À medida que esses dejetos domésticos eram encaminhados para corpos hídricos de águas lênticas (lagos, lagoas etc), fossem eles naturais ou artificiais, desencadeavam-se processos de autodepuração ou estabilização da matéria orgânica contida neles.
De acordo com Kellner e Pires (1998), estima-se que em 1901, na cidade de Santo Antonio (Texas, EUA) foi construída uma lagoa com o objetivo de armazenar esgoto para utilização na irrigação. Tal lagoa era conhecida como “Mitchel” e possuía aproximadamente 280ha. Observou-se nessa lagoa que o efluente tinha melhor qualidade que o afluente.
Segundo Jordão e Pessôa (2005), o pioneirismo na utilização de lagoas de estabilização, mesmo que de forma acidental ocorreu na cidade de Santa Rosa (Califórnia, EUA) em 1924 e, um pouco mais tarde, em 1928, na cidade de Fessenden (Dakota do Norte, EUA).
Já na cidade de Fessenden, a construção de um sistema de tratamento de esgotos para uma nova rede coletora não pôde ser concretizada. Como não dispunham de um corpo receptor adequado, optaram por descartar o esgoto da rede em uma depressão do terreno, nas imediações da cidade. Passados alguns meses, as autoridades locais surpreenderam-se com a qualidade do efluente final, comparada a de um tratamento secundário. Por durante trinta anos, a lagoa criada permaneceu em operação.
Foi apenas nos últimos cinqüenta anos que experimentos objetivos e critérios racionais de projeto começaram a ser desenvolvidos, de modo a se estabelecer parâmetros de carga orgânica, tempo de detenção, profundidade etc. Já na década de 40 apareciam lagoas com acompanhamento operacional, e a partir do qual se procurava conhecer melhor, parâmetros para dimensionamento, e melhor entendimento de seu funcionamento (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
Os Estados da Dakota do Norte e Dakota do Sul foram os primeiros na pesquisa objetiva nos Estados Unidos. Em 1948, entrou em operação a primeira lagoa projetada especificamente para receber e tratar esgoto bruto (lagoa de Maddock). Aproximadamente nesta mesma época, na Austrália desenvolveram-se estudos para realizar o tratamento de esgotos em lagoas, sendo este país o pioneiro no uso de lagoas em série, que alguns chamam de “lagoas australianas” (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
A partir de 1950 os principais pesquisadores começaram a publicar seus trabalhos, e já em 1960 estabeleceu-se um intercâmbio de informações e experiências entre o meio técnico dos países, que de forma definitiva aceitavam e defendiam o uso de lagoas. O maior desenvolvimento tem-se dado nos EUA, Austrália, Nova Zelândia, Israel, África do Sul, Índia, Canadá, e na América Latina, no Brasil, México, Colômbia, Peru, Costa Rica, Cuba, Equador (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
Tais lagoas foram construídas no sistema australiano, sendo duas lagoas em série, uma anaeróbia seguida de uma facultativa. Foi fruto de um convênio entre o Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo, a Fundação SESP e a Prefeitura de São José dos Campos. A finalidade do convênio era operar esta lagoa a ser construída e estabelecer parâmetros de projeto de lagoas em nosso país. Embora o acompanhamento da operação tenha sofrido descontinuidades, a lagoa de São José dos Campos foi a primeira experiência de lagoas em nosso país. Em 1963, no Rio de Janeiro, foi construída uma lagoa também pioneira, de Cidade de Deus, inicialmente facultativa e depois aerada (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
No Estado do Ceará, a primeira lagoa de estabilização foi construída em 1974, no Conjunto Ceará, conjunto habitacional situado na zona oeste da cidade de Fortaleza (ARAÚJO, 2000).
3.2.2 Definição
Segundo Jordão e Pessôa (2005), as lagoas de estabilização são sistemas de tratamento biológico de esgoto em que a estabilização da matéria orgânica se dá pela oxidação bacteriológica (oxidação aeróbia ou fermentação anaeróbia) e/ou redução fotossintética das algas.
Na verdade, as lagoas de estabilização são lagoas, quer naturais ou artificiais, em que prevalecem condições técnicas adequadas aos fenômenos físicos, químicos e biológicos que caracterizam a autodepuração. A matéria orgânica é estabilizada principalmente pela ação das bactérias, embora alguns fungos e protozoários também participem do processo. As bactérias produzem ácidos orgânicos, sob condições anaeróbias, ou CO2 é água sob condições aeróbias. Uma
vez que a DBO do efluente tratado é menor nos casos em que o produto final do metabolismo é CO2 e água, dá-se preferência à realização do processo sob
Segundo von Sperling (2002), as lagoas de estabilização geralmente são bastante indicadas para regiões de clima quente e países em desenvolvimento devido aos seguintes aspectos:
• Suficiente disponibilidade de área em um grande número de localidades; • Clima favorável (elevadas temperaturas e taxas de insolação);
• Simples operação e manutenção;
• Necessidade de poucos ou nenhum equipamento.
Em grande parte do Brasil, em especial na região Nordeste, o sistema de lagoas de estabilização é largamente utilizado, sobretudo pelo custo de implantação e manutenção do mesmo.
Segundo Brandão (2004), no Estado do Ceará, somente a Região Metropolitana de Fortaleza conta com 21 ETEs operando com sistemas de lagoas de estabilização, localizadas em áreas não servidas pelo sistema de disposição oceânica (emissário submarino). No litoral e no interior estão localizados mais 62 sistemas. Desse total de lagoas, foram construídos 35 sistemas de lagoas facultativas primárias e 48 sistemas configurados em série.
3.2.3 Classificação
Segundo Jordão e Pessôa (2005), de acordo com a forma predominante pela qual se dá a estabilização da matéria orgânica a ser tratada, as lagoas costumam ser classificadas em: anaeróbias, facultativas, estritamente aeróbias, de maturação, de polimento, aeradas e com macrófitas.
3.2.3.1 Lagoas anaeróbias
por meio do lançamento de uma grande concentração de matéria orgânica por unidade de volume da lagoa, fazendo com que a taxa de consumo de oxigênio seja várias vezes superior à taxa de produção do mesmo. Geralmente utilizam-se lagoas facultativas posteriormente as anaeróbias para aumentar a eficiência na diminuição da DBO (sistema australiano).
3.2.3.2 Lagoas facultativas
As lagoas facultativas são a variante mais simples dos sistemas de lagoas de estabilização. Basicamente, o processo consiste na retenção dos esgotos por um período de tempo longo o suficiente para que os processos naturais de estabilização da matéria orgânica se desenvolvam (VON SPERLING, 2002). Segundo Jordão e Pessôa (2005), a lagoa facultativa se caracteriza por possuir uma zona aeróbia superior, em que os mecanismos de estabilização da matéria orgânica são a oxidação aeróbia e a redução fotossintética, e uma zona anaeróbia na camada de fundo, onde ocorrem os fenômenos típicos da fermentação anaeróbia. Dentre essas duas zonas, existe uma outra zona dita facultativa, onde são predominantes os processos de oxigenação aeróbia e fotossintética.
3.2.3.3 Lagoas estritamente aeróbias
Segundo Jordão e Pessôa (2005), nessas lagoas chega-se a um equilíbrio da oxidação e da fotossíntese, o que garante condições aeróbias em todo o meio. É comum chamar-se de aeróbias as lagoas facultativas, embora não seja correto.
3.2.3.4 Lagoas de maturação
3.2.3.5 Lagoas de polimento
Segundo Jordão e Pessôa as lagoas de polimento têm como principal objetivo o refinamento de outro processo biológico em particular de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), visando uma remoção adicional de DBO, nutrientes e patógenos. São conceitualmente similares às lagoas de maturação.
3.2.3.6 Lagoas aeradas
Conforme von Sperling (2002), são utilizadas quando se deseja ter um sistema predominantemente aeróbio e as dimensões mais reduzidas que as lagoas facultativas ou o sistema de lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas. As lagoas aeradas podem ser estritamente aeradas ou aeradas facultativas. A principal diferença com relação às lagoas facultativas convencionais é quanto à forma de suprimento de oxigênio. Enquanto na convencional o oxigênio é advindo da fotossíntese, na aerada, o oxigênio é obtido principalmente com a utilização de aeradores mecânicos. As lagoas aeradas de mistura completa devem ser seguidas de lagoas de sedimentação, pois, com a aeração mecânica, ocorre turbulência do líquido e muitos sólidos ficam em suspensão.
3.2.3.7 Lagoas com macrófitas
3.2.4 Eficiência e aplicabilidade das lagoas de estabilização
As lagoas apresentam excelente eficiência de tratamento. A matéria orgânica dissolvida no efluente das lagoas é bastante estável, e a DBO geralmente encontra-se numa faixa de 30 a 50mg/L, nas lagoas facultativas (havendo uma separação de algas, essa concentração pode reduzir-se para 20 a 30mg/L. Em termos de diminuição de DBO, a faixa típica situa-se entre 75 e 85% (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
TABELA 3.1 – Características dos principais sistemas de lagoas para remoção de DBO Sistema de lagoas
Item geral Item específico
Facultativa Anaeróbia - facultativa
Aerada facultativa
Estritamente aerada - sedimentação
DBO (%) 75-85 75-85 75-85 75-85
DQO (%) 65-80 65-80 65-80 65-80
SS (%) 70-80 70-80 70-80 80-87
Amônia (%) < 50 < 50 < 30 < 30 Nitrogênio (%) < 60 < 60 < 30 < 30 Fósforo (%) < 35 < 35 < 35 < 35 Eficiência
Coliformes (%) 90-99 90-99 90-99 90-99 Área (m²/hab) 2,0-4,0 1,5-3,0 0,25-0,5 0,2-0,4 Requisitos
Potência (W/hab) 0 0 1,2-2,0 1,8-2,5 Implantação
(R$/hab)
40-80 30-75 50-90 50-90
Custos*
Operação
(R$/hab.ano) 2,0-4,0 2,0-4,0 5,0-9,0 5,0-9,0 (*) Preços correntes do ano de 2002 (US$1,00 = R$2,50).
TABELA 3.2 – Balanço de vantagens e desvantagens dos sistemas de lagoas de estabilização
Sistema Vantagens Desvantagens
Lagoa facultativa
• Satisfatória eficiência na remoção de
DBO;
• Razoável eficiência na remoção de
patógenos;
• Construção, operação e manutenção
simples;
• Ausência de equipamentos
mecânicos;
• Satisfatória resistência a variações de
carga de esgoto
• Remoção de lodo necessária somente
após períodos superiores a 20 anos.
• Elevados requisitos de área;
• Dificuldade em satisfazer padrões de
lançamentos restritivos;
• A simplicidade operacional pode
acarretar descaso na manutenção (crescimento de vegetação, proliferação de insetos);
• Possível necessidade de remoção de
algas do efluente para o cumprimento de padrões rigorosos;
• Performance variável com as
condições climáticas (temperatura e insolação);
Lagoa anaeróbia +
lagoa facultativa
• Idem das lagoas facultativas;
• Requisitos de área inferiores aos das
lagoas facultativas únicas.
• Idem das lagoas facultativas; • Necessidade de um afastamento
razoável das residências circunvizinhas, pois existe a possibilidade de geração de maus odores na lagoa anaeróbia;
• Necessidade de remoção contínua ou
periódica do lodo da lagoa anaeróbia.
Lagoa aerada facultativa
• Construção, manutenção e operação
relativamente simples;
• Requisitos de área inferiores aos
sistemas de lagoas facultativas e anaeróbio-facultativas;
• Maior independência das condições
climáticas que os sistemas de lagoas facultativas e anaeróbio-facultativas;
• Satisfatória resistência a variações de
carga;
• Reduzida possibilidade de maus
odores.
• Introdução de equipamentos; • Ligeiro aumento no nível de
sofisticação;
• Requisitos de área ainda elevados; • Requisitos de energia relativamente
elevados;
• Baixa eficiência na remoção de
coliformes;
• Necessidade de remoção contínua ou
periódica do lodo;
Lagoa estritamente
areada + lagoa de sedimentação
• Idem das lagoas facultativas; • Menores requisitos de área de todos
os sistemas de lagoas.
• Idem das lagoas aeradas facultativas
(exceção: requisitos de área);
• Preenchimento rápido da lagoa de
sedimentação com o lodo (2 a 5 anos);
• Necessidade de remoção contínua ou
periódica do lodo.
Lagoa de maturação
• Idem do sistema de lagoas anterior; • Elevada eficiência na remoção de
patógenos;
• Razoável eficiência na remoção de
nutrientes.
• Idem do sistema de lagoas anterior; • Requisitos de área bastante elevados.
3.3 O cimento
3.3.1 Histórico
O termo “cimento” é originado do latim caementu, que designava na velha Roma uma espécie de pedra natural não esquadrejada existente nos rochedos. A origem do cimento remonta há cerca de 4.500 anos. Os imponentes monumentos do Egito antigo já utilizavam uma liga constituída por uma mistura de gesso calcinado. As grandes obras gregas e romanas, como o Pantheon e o Coliseu, foram construídas com o uso de solos de origem vulcânica da ilha grega de Santorino ou das proximidades da cidade italiana de Pozzuoli, que possuíam propriedades de endurecimento sob a ação da água (BATTAGIN, 2008).
O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 1756 pelo inglês John Smeaton, que conseguiu obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e argilosos. Em 1818, o francês Louis Vicat obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários. Vicat é considerado o inventor do cimento artificial. Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Aspidn percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland (BATTAGIN, 2008).
Alemanha. Em 1860, tem início a era do cimento Portland em sua composição moderna (KAEFER, 1998).
No Brasil, a primeira tentativa de aplicar os conhecimentos relativos à fabricação do cimento Portland ocorreu aparentemente em 1888, quando o comendador Antônio Proost Rodovalho empenhou-se em instalar uma fábrica na fazenda Santo Antônio, de sua propriedade, situada na cidade de Sorocaba, em São Paulo. Posteriormente, várias iniciativas esporádicas de fabricação de cimento foram desenvolvidas. Assim, chegou a funcionar durante três meses em 1892 uma pequena instalação produtora na ilha de Tiriri, na Paraíba. A usina de Rodovalho operou de 1897 a 1904, voltando em 1907 e extinguindo-se definitivamente em 1918. Em Cachoeiro do Itapemirim, o governo do Espírito Santo fundou em 1912 uma fábrica que funcionou até 1924, sendo então paralisada, voltando a funcionar em 1936, após modernização (BATTAGIN, 2008).
Todas essas etapas não passaram de meras tentativas que culminaram, em 1924, com a implantação pela Companhia Brasileira de Cimento Portland de uma fábrica na cidade de Perus, Estado de São Paulo, cuja construção pode ser considerada como o marco da implantação da indústria brasileira de cimento. As primeiras toneladas foram produzidas e colocadas no mercado em 1926. Até então, o consumo de cimento no país dependia exclusivamente do produto importado. A produção nacional foi gradativamente elevada com a implantação de novas fábricas e a participação de produtos importados oscilou durante as décadas seguintes, até praticamente desaparecer nos dias de hoje (BATTAGIN, 2008).
3.3.2 Definição
Segundo a ABCP (2008), o cimento pode ser definido como um pó fino, com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação de água.
características, o concreto é o segundo material mais consumido pela humanidade, superado apenas pela água. O cimento natural é obtido pela calcinação e moagem de um calcário argiloso denominado “rocha de cimento” ou “marga”.
O cimento Portland é o tipo mais usado nos dias de hoje. Segundo Silva (1991), seus principais constituintes são: o silicato tricálcico (42-60%), o silicato dicálcico (10-35%), o aluminato tricálcico (6-13%) e o aluminoferrito tetracálcico (5-12%).
3.3.3 Tipos de cimento Portland
Segundo a ABCP (2008), os diferentes tipos de cimentos normalizados são designados pela sigla e pela classe de resistência. A sigla corresponde ao prefixo CP acrescido de algarismos romanos I a V, e os algarismos arábicos 25, 32 e 40.
Os algarismos romanos correspondem às adições de materiais à mistura durante o processo de moagem (tipo do cimento). Os algarismos arábicos apontam os valores mínimos de resistência à compressão (expressos em MPa), garantidos pelos fabricantes, após 28 dias de cura (classe do cimento). De acordo com essa designação, tem-se:
• CP I (Cimento Portland Comum): é o cimento Portland sem quaisquer adições
além do gesso (utilizado como retardador da pega);
• CP I-S (Cimento Portland Comum com Adições): com adição de 5% de material
• CP II (Cimento Portland Composto): Gera calor numa velocidade menor do que o
gerado pelo Cimento Portland Comum. Também apresenta melhor resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo. Podem ser adicionados durante a moagem materiais pozolânicos (CP II-Z), escórias granuladas de alto-forno (CP II-E) ou fíler (CP II-F). O fíler é um material muito fino obtido pela moagem do calcário;
• CP III (Cimento Portland de Alto Forno): apresenta maior impermeabilidade e
durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos;
• CP IV (Cimento Portland Pozolânico): o concreto feito com este produto se torna
mais impermeável, mais durável, apresentando resistência mecânica à compressão superior à do concreto feito com Cimento Portland Comum, a idades avançadas. Apresenta características particulares que favorecem sua aplicação em casos de grande volume de concreto devido ao baixo calor de hidratação.
• CP V ARI (Cimento Portland de Alta Resistência Inicial): possui resistência inicial
elevada e desforma rápida. O desenvolvimento dessa propriedade é conseguido pela utilização de uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer, e pela moagem mais fina do cimento. Assim, ao reagir com a água o CP V ARI adquire elevadas resistências, com maior velocidade.
O Cimento Portland Branco (CPB) se diferencia por sua coloração, e está classificado em dois subtipos: estrutural e não estrutural. A cor branca é obtida a partir de matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês, em condições especiais durante a fabricação, tais como resfriamento e moagem do produto e, principalmente, utilizando o caulim no lugar da argila. O índice de brancura deve ser maior que 78%.
O Cimento Portland Resistente a Sulfatos (CP RS) oferece resistência aos meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos. De acordo com a NBR 5737 (1992), cinco tipos básicos de cimento – CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V ARI – podem ser resistentes a sulfatos.
3.4 O concreto
3.4.1 Histórico
Segundo Kaefer (1998), em 12.000 a.C., no território onde hoje é Israel, reações entre calcário e argila xistosa durante combustão espontânea formaram um depósito natural de compósitos de cimento. Entre 8.000 e 4.000 a.C., na Europa, surgem as primeiras construções de pedra, principalmente entre os povos do Mediterrâneo e da Costa Atlântica. No território onde hoje é o Iraque, escavações arqueológicas revelaram vestígios de uma construção datada de aproximadamente 4.000 a.C. executada parcialmente em concreto.
Por volta de 3.500 a.C., devido à escassez de outros materiais de construção na região, tais como pedra e madeira, os povos da região da Mesopotâmia, sobretudo os sumérios, desenvolveram a fabricação de tijolos de barro e a construção sobre solos com pouca capacidade de suporte. Estes povos já sabiam da natureza frágil dos tijolos, por isso fizeram uso de esteiras de fibras vegetais para reforçar a estrutura de suas edificações, combatendo os esforços de tração que tendem a desmoronar o maciço. Entre 3.000 e 2.500 a.C., os egípcios utilizaram barro misturado com palha para fabricação de tijolos (secos ao ar livre) e argamassas de gipsita e de cal na construção das pirâmides (KAEFER, 1998).
uma cidade situada a 64km de Roma e no século II a.C. este novo material começou a ser usado em edificações em Roma. Os romanos usaram a cal como material cimentíceo. Gordura animal, leite e sangue foram usados como aditivos para incorporar ar à mistura (KAEFER, 1998).
Na Idade Média, arquitetos utilizaram pedras na maioria de suas construções. A Idade Média não trouxe maiores novidades no emprego de argamassas e concretos. Inovações expressivas só começam a ocorrer no século XVIII no tocante ao uso de cimentos e argamassas (KAEFER, 1998).
Em 1770, em Paris, a associação do ferro com a pedra natural modernamente aparece pela primeira vez na estrutura da Igreja de Santa Genoveva. Com a invenção do cimento ocorre uma inversão no processo de fabricação, executando-se primeiro a armação, tornando mais fácil e barato o emprego desta técnica em larga escala (KAEFER, 1998).
Em 1779, em Londres, o físico irlandês Bryan Higgins, após uma série de cuidadosos estudos laboratoriais, patenteou o “stucco”, espécie de cimento hidráulico contendo cal, areia e cinzas de ossos, utilizado no reboco externo de várias casas. Entretanto esse material não resistia bem à ação do clima e desapareceu com a competição do cimento romano de James Parker, cimento hidráulico patenteado em 1796, obtido da calcinação de nódulos de calcário impuro contendo argila (KAEFER, 1998).
Pode-se dizer que a descoberta do concreto armado aconteceu, na França, por obra de Joseph Lambot, que construiu um barco com armação de barras finas e grossas de ferro, formando uma armação com o formato desejado, preenchida com argamassa de cimento. Obteve em 1855 a patente para seu produto, então denominado de "cimento armado" (designação que perdurou até o início do século XX), durante a Exposição Mundial de Paris, ocasião em que expôs seu famoso barco (KAEFER, 1998).
análises básicas do cimento são normalizadas. Em 1920, a qualidade do mistura do concreto passa a ser muito melhor controlada após a introdução do concreto preparado em usina. Em 1930, agentes incorporadores de ar são introduzidos para aumentar a resistência do concreto aos danos devidos ao efeito congelamento/descongelamento. Em 1936, são construídas as primeiras grandes barragens de concreto, Hoover Dam e Grand Coulle Dam, ambas nos EUA (KAEFER, 1998).
Já na década de 70 ocorre a introdução do concreto reforçado com fibras e de concretos de alta resistência. Na década de 80, os superplastificantes são introduzidos nas misturas. Em 1985, fumo de sílica é introduzido como um aditivo pozolânico. O concreto mais resistente jamais obtido é usado na construção do Union Plaza em Seattle, EUA (KAEFER, 1998).
Em 1996 era inaugurado o complexo comercial Petronas Towers, em Kuala Lumpur, Malásia. As torres gêmeas de 88 andares possuem uma altura total de 452m cada (KAEFER, 1998). Tal complexo foi considerado o edifício comercial mais alto do mundo construído em concreto armado até o ano de 2005, quando foi superado pelo Taipei 101, localizado no distrito de Taipei, Taiwan, cuja altura total é 509m. Por sua vez, em setembro de 2007, o Taipei 101 foi superado pelo Burj Dubai (“Torre de Dubai”), localizado na cidade de Dubai (Emirados Árabes Unidos), que ainda em fase de construção, já conta com 555m de altura (WIKIPÉDIA, 2008).
3.4.2 Definição
O concreto é um material resultante da mistura íntima e proporcionada de um aglomerante (cimento), agregados miúdos, agregados graúdos com água (SILVA, 1991). Essa mistura, em proporções prefixadas, forma uma massa compacta que endurece com o tempo, adquirindo elevada resistência mecânica.
3.4.3 Principais características do concreto
3.4.3.1 Trabalhabilidade
A trabalhabilidade é a primeira propriedade considerada, de acordo com o tipo de obra. É definida como a maior ou menor facilidade com que o concreto é colocado na forma, sem haver segregação. É uma propriedade subjetiva, uma vez que pode variar para diferentes tipos de peças a serem concretadas de acordo com: menor dimensão da peça, espaçamento entre armaduras, método de adensamento etc. A trabalhabilidade do concreto, normalmente, é determinada através da medida de sua consistência, a qual é influenciada pelo traço, teor água / materiais secos, granulometria e forma de grãos, aditivos, tempo e temperatura (SILVA, 1991).
3.4.3.2 Adensabilidade
3.4.3.3 Permeabilidade
Permeabilidade é a propriedade segundo a qual o concreto retém a água nos poros e condutos capilares (SILVA, 1991). É um fator muito importante, pois mesmo no caso em que não haja necessidade de impermeabilização do concreto, a penetração da água pode oxidar a armadura, prejudicando o concreto. Um concreto bem dosado é impermeável por si só, porém a sua colocação, se bem vibrado e despejado em camadas horizontais finas e contínuas, vai definir a sua impermeabilidade ou não. Aditivos impermeabilizantes são recomendados em certos casos, devendo-se antes testar os efeitos destes sobre a resistência do concreto.
3.4.3.4 Durabilidade
A durabilidade do concreto pode ser definida como sendo a sua capacidade de resistir à ação do tempo, aos ataques químicos, abrasão ou qualquer outra deterioração. A durabilidade depende, portanto, do tipo de ataque, físico ou químico, a que o concreto será submetido, devendo ser analisados criteriosamente antes da escolha dos materiais e da dosagem do concreto. No que concerne à abrasão ou erosão, a durabilidade estará diretamente ligada à resistência do concreto (RODRIGUES, 1995).
3.4.3.5 Resistência
• Resistência da pasta de cimento endurecida: depende, basicamente do seu grau
de hidratação e de sua porosidade (que pode ser medida pela sua relação água / cimento). Quanto maior for esta relação, menor será a resistência final. Em concretos de baixa e média resistência (15-35MPa) a relação água / cimento pode ser considerada o único parâmetro a influenciar a resistência mecânica. Já para concretos de alta resistência (acima dos 35MPa), outros fatores devem ser levados em consideração.
• Resistência do agregado: deve ser compatível com a do concreto. Quando isto
ocorre, o módulo de elasticidade é a única propriedade mecânica do agregado que influi no concreto. Módulo de elasticidade é parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um determinado material sólido.Segundo Kaplan (1959), o módulo de elasticidade é o mais importante parâmetro que caracteriza a resistência à tração na flexão do concreto. Segundo Johnston (1970), uma variação de mais 20GPa no módulo de elasticidade do agregado pode incrementar em até 9% a resistência à tração em até 20% a resistência à compressão do concreto.
• Resistência da ligação pasta-agregado: depende, basicamente, da forma, textura
3.4.4 Principais tipos de concreto
• Concreto leve: é o concreto executado com argila expandida ou poliestireno
expandido, e utilizado para enchimentos, isolamento térmico e acústico, divisórias ou em locais onde se deseja reduzir o peso próprio da estrutura;
• Concreto celular: trata-se de concreto leve, sem função estrutural, que consiste
de pasta ou argamassa de cimento Portland com incorporação de minúsculas células de ar no lugar dos agregados. É indicado para isolamento térmico em lajes de cobertura e terraços, enchimentos de pisos e rebaixamento de lajes, fabricação de pré-moldados etc;
• Concreto de alta resistência: é aquele com valores de resistência acima dos
concretos comumente utilizados, ou seja, maiores que 50MPa. Este concreto exige um rigoroso controle tecnológico, tendo como campo de aplicação pilares de edifícios, obras marítimas, pisos de alta resistência, reparos de obras de concreto etc;
• Concreto armado: é a associação do concreto com o aço, formando uma
armadura. O aço resiste bem a esforços de tração enquanto o concreto resiste bem a esforços de compressão. A união dos dois materiais tem como resultado um material extremamente resistente, atualmente utilizado em larga escala na construção civil;
• Concreto protendido: concreto armado que, durante sua secagem é mantido sob
alta compressão com o auxílio de cabos de aço;
• Concreto ciclópico: utiliza pedras aparentes e de formas irregulares, comumente
3.5 Dosagem de concreto
3.5.1 Definição
A dosagem do concreto pode ser definida como sendo o proporcionamento adequado dos materiais constituintes (cimento, água, agregados, e eventualmente aditivos) de modo que o produto resultante dessa mistura, no estado fresco, possua boa trabalhabilidade, garantindo assim transporte, lançamento e adensamento adequados do mesmo e, no estado endurecido, possua resistência, durabilidade e permeabilidade adequadas à sua utilização. Além disso, a dosagem deve viabilizar economicamente à utilização do concreto, tornando-o de menor custo possível para que sua utilização seja competitiva com outros materiais alternativos existentes no mercado (RODRIGUES, 1995).
3.5.2 Principais termos utilizados na dosagem
3.5.2.1 Agregados miúdo e graúdo
Pela NBR 9935 (ABNT, 2005), agregado é definido como material sem forma ou volume definido, geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para produção de argamassas e concreto.
Desempenhando uma função econômica da máxima importância – pois geralmente é o elemento de custo mais baixo por unidade, de volume no concreto e no concreto betuminoso – o agregado atua de forma decisiva no incremento de certas propriedades, tais como: a redução da retração (bastante grande na pasta de cimento), aumento da resistência ao desgastes, além de outras. Podem-se classificar os agregados quanto à origem, às dimensões e à massa unitária.
• Transmitir as tensões aplicadas ao concreto através de seus grãos. Geralmente,
a resistência à compressão dos agregados é superior a do concreto;
• Reduzir o efeito das variações volumétricas ocasionadas pela retração (redução
de volume). Nessa lógica, quanto maior o teor de agregados em relação à pasta de cimento, menor será a retração;
• Reduzir o custo do concreto.
No concreto, utilizamos dois tipos de agregados: o miúdo e o graúdo. Segundo a NBR 7211 (ABNT, 2005), agregado miúdo é a areia de origem natural ou resultante do britamento de rochas estáveis, ou a mistura de ambas, cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150µm. Os agregados miúdos têm influência
preponderante sobre a plasticidade do concreto, devido a sua característica de possuir uma elevada área específica. Plasticidade é a propriedade física de um corpo mudar de forma de modo irreversível, ao ser submetido a uma tensão.
Uma areia adequada não deve conter grãos de um único tamanho, ou seja, deve-se procurar adquirir agregados com boa distribuição granulométrica. A quantidade de água no concreto é um fator importante que condiciona inclusive a resistência e durabilidade da estrutura. Dessa forma, é importante considerar a quantidade de água presente na areia (umidade) na dosagem do concreto. Qualquer alteração do seu teor na mistura irá provocar alterações significativas no consumo de água e, conseqüentemente, no de cimento. Alterações no consumo de areia refletem diretamente no custo final do concreto produzido, haja vista ser o cimento o insumo mais caro.
3.5.2.2 Séries Normal e Intermediária
As peneiras das séries Normal e Intermediária são utilizadas nos ensaios de determinação granulométrica de agregados para dosagem de concreto. A TABELA 3.3 a seguir mostra a abertura nominal em milímetros das malhas metálicas quadradas dessas peneiras:
TABELA 3.3 – Conjunto de peneiras das séries Normal e Intermediária (abertura nominal) Série Normal Série Intermediária
75,0mm -
- 63,0mm
- 50,0mm
37,5mm -
- 31,5mm
- 25,0mm
19,0mm -
- 12,5mm
9,5mm -
- 6,3mm
4,75mm -
2,36mm -
1,18mm -
600µm -
300µm -
150µm -
Fonte: NBR 7211 – Agregados para concreto – Especificação, ABNT, 2005.
3.5.2.3 Dimensão Máxima Característica (DMC)
3.5.2.4 Módulo de Finura (MF)
Segundo a NM 248, é a soma das percentagens retidas acumuladas em massa de um agregado, nas peneiras da série normal, dividida por 100. Quanto maior for o MF, mais grosso será o agregado.
3.5.2.5 Massa específica (ρ)
A massa específica de uma substância é a razão entre a massa de uma quantidade dessa substância e o seu volume correspondente, excluindo-se o volume de vazios entre as partículas componentes da substância.
3.5.2.6 Massa unitária
A massa unitária de uma substância é a razão entre a massa de uma quantidade dessa substância e o seu volume correspondente, considerando-se o volume de vazios. A massa unitária pode ser medida no estado solto ou compactado da substância.
3.5.2.7 Tempo de pega do cimento
3.5.2.8 Cura do concreto
É o conjunto de medidas que devem ser tomadas para evitar a evaporação prematura da água de amassamento utilizada no concreto. Esta água é essencial para a hidratação do cimento. A cura adequada é fundamental para o concreto alcançar um melhor desempenho. A cura inadequada causará redução da resistência (até cerca de 30%) e da durabilidade do concreto, provocando fissuração (trincamento) e deixando a camada superficial fraca, porosa e permeável, vulnerável à entrada de substâncias agressivas provenientes do ambiente.
O tempo de duração da cura depende das condições ambientais locais (temperatura, umidade, ventos etc), da composição do concreto e da agressividade do meio durante o uso (esgoto, contato com água do mar etc). A duração da cura deve ser de pelo menos 07 dias, no caso de cimento Portland comum (pois nesse período o cimento irá desenvolver aproximadamente 60% da sua resistência final) e de 14 dias, no caso de cimento Portland de alto-forno e pozolânico. No entanto, quanto mais tempo durar a cura (até 04 semanas), melhor será para o concreto.
3.5.3 Parâmetros de dosagem experimental de concreto segundo a ABCP
As dosagens de concreto no Brasil são atualmente realizadas utilizando-se o ET-67 deutilizando-senvolvido pela ABCP. Tal método foi deutilizando-senvolvido com bautilizando-se nos métodos do ACI e PCI, adaptando-os às condições brasileiras.
Essa metodologia de dosagem experimental tem por objetivo final a determinação da quantidade com que cada material – cimento, água e agregados – é inserido na composição do concreto, isto é, o consumo desses materiais por m³ de concreto a ser produzido.
