CONCRETO PARA BLOCOS DE PAVIMENTAÇÃO INTERTRAVADA COM ADIÇÃO DE REJEITO DE MINÉRIO DE FERRO
Patrícia Heleno Galvão Silva1 Geizieli Maria da Cruz1 Douglas Delazari Martins2
José Sabino Souza3 Mateus Zanirate de Miranda4
douglasdelazari@hotmail.com
ÁREA DE CONHECIMENTO: Engenharias RESUMO
A atividade mineradora possui um papel significativo para o desenvolvimento no Brasil. Hoje, o país é o segundo maior produtor de minério de ferro do mundo (IBRAM, 2012). Com essa intensa produção, significativos volumes de resíduos são gerados e geralmente dispostos de forma direta sobre o terreno, formando as barragens de rejeitos. (BOSCOV, 2008). O acúmulo inapropriado desse resíduo, associado à falta de manute5nção nas barragens de contenção, pode acarretar grandes impactos ambientais, como ocorreu em Minas Gerais, nos municípios de Mariana (2015) e Brumadinho (2019). Buscando alternativas sustentáveis que possam minimizar esse problema, o setor da construção civil se mostra promissor para o reaproveitamento do rejeito de mineração. O presente trabalho visa avaliar a viabilidade do uso de rejeito de minério de ferro como substituto parcial do agregado miúdo para produção de concreto para blocos de pavimentação intertravada. Para isso, o rejeito foi caracterizado quanto à sua granulometria e foram produzidos corpos de prova de concreto com distintas porcentagens de rejeito, 10%, 50% e 80% em substituição do agregado miúdo, e outro tipo sem adição de rejeito, para servir como referência. Com base nos resultados obtidos, verificou-se que a utilização do rejeito de minério de ferro para este fim não é viável, porém outros estudos com um maior aprofundamento devem ser feitos para uma melhor constatação dessa viabilidade.
PALAVRAS-CHAVES: Rejeito de minério; concreto; blocos intertravados.
1. INTRODUÇÃO
A mineração no Brasil teve início, de fato, ainda no período colonial, no início
1
Acadêmicas do 10º período do curso de Engenharia Civil da Univértix. 2
Graduado em Engenharia Civil e Especialista em docência do ensino superior, professor do Curso de Engenharia Civil da Faculdade Vértice - UNIVÉRTIX - Matipó
3
Graduado em Geografia, Pós-Graduado em Engenharia de Manutenção, professor da Escola Técnica Vértice- UNIVETIX- Matipo
4
Graduado em Engenharia Civil e Especialista em docência do ensino superior, professor do Curso de Engenharia Civil da Faculdade Vértice - UNIVÉRTIX - Matipó
do século XVIII, quando foram descobertas consideráveis jazidas auríferas no interior de Minas Gerais. Essa atividade foi a base da economia da colônia por várias décadas, com ênfase na extração de ouro. Todavia, quando as jazidas de ouro entraram em colapso o minério de ferro se tornou o principal mineral extraído no país. Hoje o Brasil é o segundo maior produtor de minério de ferro do mundo, ficando atrás apenas da Austrália (IBRAM, 2012).
A atividade mineradora no Brasil contribui significativamente com o desenvolvimento econômico e social do país, influenciando diretamente na vida cotidiana da população. Desde o começo da mineração no Brasil, a indústria mineradora tem sido concentrada no estado de Minas Gerais, onde ocorre a maior produção de minério de ferro, ouro, zinco e nióbio do país (IBRAM, 2012). Com a produção das mineradoras, significativos volumes de resíduos gerados pelos processos de beneficiamento são geralmente dispostos de forma direta sobre a superfície do terreno, formando bacias de disposição, também conhecidas como barragens de rejeitos (BOSCOV, 2008).
Essa má disposição do rejeito associado a um grande acúmulo dele tem causado graves problemas ambientais, sociais e econômicos. Um exemplo disso ocorreu nos recentes desastres nos municípios de Mariana (2015) e Brumadinho (2019) em Minas Gerais, causando um grande impacto ambiental e a morte de centenas de pessoas. Tecnologias de gestão de resíduos que oferecem melhor desempenho ambiental e social devem ser preferencialmente adotadas, incluindo oportunidades para a reutilização de rejeitos (EDRAKI et al., 2014). Diante dessa situação, a busca por alternativas sustentáveis para a disposição do rejeito tem tomado grande importância.
Uma aplicação em potencial é como substituto do agregado natural para produção de produtos de concreto, produtos cerâmicos, pigmentos entre outros. Atualmente, a extração de agregados naturais chega a números exorbitantes. De acordo com o Instituto Brasileiro de Mineração – IBRAM (2015), no ano de 2014, foram produzidos 673 milhões de toneladas de agregados naturais, cuja maior parte do consumo foi na região Sudeste. Dessa forma, além do fato de a reutilização de rejeito de minério contribuir para a redução do acúmulo desse material em barragens de rejeito, também pode trazer vantagens com a redução de extração de agregados naturais. Trazendo, assim, um considerável benefício ambiental, como também
social e econômico.
Com a mesma finalidade de encontrar uma solução sustentável para disposição do rejeito de mineração, trabalhos anteriores foram feitos. Fontes (2013) produziu argamassas de revestimento e assentamento utilizando o rejeito de minério como agregado. Sant’Ana Filho (2013) também utilizou como agregado para fabricação de blocos intertravados e Bastos (2013) como matéria-prima para infraestrutura rodoviária.
Também se deve destacar o impacto econômico que a reutilização do rejeito pode gerar. Trata-se de um resíduo da mineração e o custo da sua utilização seria muito inferior se comparado ao custo do agregado convencional.
Nesse trabalho, será avaliada a viabilidade da substituição de parte do agregado miúdo por rejeito de minério de ferro para produção de concreto para blocos intertravados. O objetivo é avaliar a resistência à compressão de corpos de prova com distintas porcentagens de rejeito para comparar os resultados obtidos com as exigências da NBR 9781 (2013). Dessa forma, será possível analisar se o uso do rejeito na produção de blocos intertravados permite que os mesmos alcancem a resistência a compressão, estabelecida pela norma, constatando, assim, se é viável ou não essa forma de reutilização do rejeito de minério.
O uso do rejeito na fabricação dos blocos de pavimentação configura uma destinação sustentável para o resíduo de mineração e também traz vantagens para o setor da construção, principalmente para o aspecto econômico, por se tratar de um material residual, como também para o aspecto ambiental, por resultar em uma diminuição da necessidade de agrados naturais para esse fim.
2. REFERENCIAL TEÓRICO 2.1. Rejeito de minério de ferro
Os rejeitos de minério de ferro são compostos principalmente por óxidos de ferro, sílica e alumina, resultando em um material fino, denso, estável e cristalino (BASTOS et al., 2016).
De acordo com o Instituto Brasileiro de Mineração – IBRAM (2019), o Brasil é destaque mundial na produção de minério de ferro. Em 2018, foram exportados um total de 409 milhões de toneladas de bens minerais, sendo 68% desse total só de minério de ferro. A mineração é entendida como a extração de produtos minerais
com valores econômicos para a população. Para sua obtenção, ocorrem desafios em todas as suas etapas, sejam eles técnicas sustentáveis ou humanas.
Segundo a FEAM (2011), foram inventariados no estado de Minas Gerais, em 2010, um total de 484.327.125,06 toneladas de resíduos sólidos de mineração. Desse total, 53,75% são de estéril que — segundo a Revista Pesquisa FAPESP (2016) — é um material de rocha agregada ao itabirito, que por sua vez é a rocha que contém o minério de ferro, 43,96% de rejeito e apenas 2,29% são de outros resíduos.
2.2. Barragem de rejeito de minério
De acordo com a Vale (2016), as barragens de rejeito são estruturas usadas para depositar os resíduos e a água provenientes da mineração. Elas são formadas a partir de um barramento maciço, que pode ser feito de solo compactado, blocos de rocha ou rejeitos. Esse barramento possui dispositivos de drenagem e impermeabilização.
As barragens devem obedecer a diversos parâmetros de segurança para que seu funcionamento ocorra de forma correta sem comprometer sua estabilidade estrutural podendo levar ao rompimento delas. As técnicas de construção de barragens estão no centro das discussões técnico-científicas, sobretudo a partir dos recentes rompimentos envolvendo essas obras de contenção. Observa Soares (2010) que tais estruturas devem atender às exigências de proteção ambiental e de segurança, além de inserir-se como parte integrante do processo produtivo, atendendo, por exemplo, às necessidades de recuperação e introdução da água no circuito da mina e da usina de concentração. Deve-se, também, ter como horizonte a possibilidade de, no futuro, reaproveitar esse rejeito como um bem mineral, pois o avanço tecnológico e a escassez de bens minerais poderão viabilizar este empreendimento.
É importante salientar que as mineradoras costumam criar um dique inicial, ou aterro, capaz de suportar entre dois e três anos de produção (ZARDARI, 2010 apud THOMÉ, PASSINI, 2018). Após esse período, caso seja necessário, o volume disponível para a deposição de rejeitos pode ser incrementado pela técnica conhecida como alteamento.
2.3. Blocos de concreto para pavimentação intertravada
São blocos maciços de concreto, com boa durabilidade e resistência permitindo uma vida útil longa gerando economia em relação ao custo benefício. (OLIVEIRA, 2018). Segundo a NBR 9781 (2013), as dimensões dos blocos são largura de, no mínimo 97 mm, comprimento de, no máximo, 250 mm e altura de, no mínimo, 60 mm e a resistência mínima é de 35 MPa para tráfego de pedestres, veículos leves e veículos comerciais de linha e de 50 MPa para tráfego de veículos especiais e solicitações capazes de produzir efeitos de abrasão acentuados.
2.4. Pavimentação de blocos intertravados
Conforme a NBR 15953 (2011), pavimento é a estrutura construída após a terraplenagem, com a finalidade de resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais, melhorar as condições de rolamento e resistir aos esforços horizontais, tornando mais durável a superfície de rolamento.
Também, de acordo com a NBR 15953 (2011), o pavimento de blocos intertravados é um pavimento flexível, composto por uma camada base, ou base e sub-base, seguida por camada de revestimento composta por blocos de concreto sobrepostos em uma camada de assentamento, com as juntas preenchidas por material de rejuntamento e o intertravamento do sistema é proporcionado pela contenção dos blocos.
Esse sistema de pavimentação teve início na Europa do pós-guerra e foi inserido no Brasil nos meados de 1970. Conforme Fioriti, Ino, & Akasaki (2007) se um pavimento de blocos intertravados for executado seguindo alguns requisitos básicos — como uma boa sub-base, blocos de qualidade e com bom assentamento — sua vida útil pode chegar a 25 anos.
3. METODOLOGIA
De acordo com Garces (2010), o presente estudo trata-se de uma pesquisa experimental, pois consiste na obtenção de resultados em uma situação controlada, com a manipulação de variáveis para a análise de seus efeitos.
Para a realização deste trabalho, foram feitos, inicialmente, ensaios para caracterização do rejeito de minério. Neles foi determinada a sua granulometria. Foram produzidos corpos de prova de concreto para blocos de pavimentação para
realização dos ensaios de resistência à compressão, sendo quatro tipos de tratamentos: um tipo com traço de referência, para servir como parâmetro de comparação, e outros três tipos com substituição parcial do agregado miúdo por rejeito de minério, em proporções de 10%, 50% e 80%, respectivamente, sendo cinco corpos de prova de cada tipo. Passado um período de 24 horas, os corpos de prova foram desmoldados e imersos em tanque com água. Após a cura de quatorze e vinte oito dias, foram feitos ensaios da resistência à compressão de cada corpo de prova. Com os resultados obtidos, foi feita a comparação com o corpo de prova de referência e com as normas referentes às exigências mínimas para blocos de pavimentação. Com está comparação, foi feita a constatação se a utilização de rejeito de minério como material para blocos de pavimentação é viável ou não.
3.1. Caracterizações dos materiais
Os materiais utilizados para a produção dos blocos intertravados foram cimento Portland tipo CPV-ARI, brita e areia comerciais, rejeito de minério em estado in natura como agregado artificial e água. O rejeito de minério foi cedido pela empresa de mineração Anglo American, e é proveniente da barragem localizada no município de Conceição do Mato Dentro, MG.
Para a caracterização do rejeito foi realizado ensaio de granulometria, que seguiu as recomendações da NBR 7217 (1987).
3.1.1. Ensaios preliminares com o rejeito de minério
A amostra foi previamente preparada com secagem ao ar livre, até atingir uma umidade próxima à umidade higroscópica ótima. Os torrões foram desmanchados, evitando-se a quebra dos grãos. Foi separada uma quantidade do material suficiente para a realização dos ensaios.
Para a determinação da granulometria, foi utilizada uma amostra de 500g, atendendo à especificação para grãos com dimensão máxima característica inferior a 4,8 mm. A amostra foi peneirada utilizando um vibrador mecânico e, posteriormente, as massas retidas foram pesadas.
Figura 1: Material retido nas peneiras no ensaio de granulometria. Fonte: Autoria própria.
3.2. Produção dos corpos de prova
Os corpos de prova foram moldados em moldes de PVC, com dimensões de 20 cm de altura e 10 cm de diâmetro. Atendendo à NBR 5738 (2015) que normatiza que o molde cilíndrico deve conter altura igual ao dobro do diâmetro e que o diâmetro, por sua vez, deve ser maior que o dobro da maior dimensão de agregado contido no concreto. Antes da realização dos ensaios de resistência à compressão, os corpos de prova foram capeados com pasta de cimento para regularização de suas bases.
Figura 2: Corpos de prova, sendo um de referência, um com 10% de rejeito, um com 50% de rejeito e um com 80% de rejeito, da esquerda para a direita, respectivamente.
Fonte: Autoria própria.
3.2.1. Traço adotado
O traço adotado neste trabalho é o mesmo utilizado por Batista et al. (2016), sendo de 1:1,03:1,8 (cimento: agregado graúdo: agregado fino) e relação de água/cimento igual a 0,30. Para os corpos de prova com adição de rejeito, foram feitos traços com substituição parcial da areia por rejeito de minério nas proporções de 10%, 50% e 80%, respectivamente.
3.3. Ensaio de resistência à compressão (fck)
O ensaio da resistência à compressão segue as especificações da NBR 5739 (2018) que especifica como deve ser o ensaio de compressão em corpos de prova cilíndricos.
Foram realizados ensaios de compressão com quatorze e vinte e oito dias de cura do concreto. Para a realização do ensaio, as peças de concreto foram saturadas durante 24hrs. Após esse tempo, foram submetidas aos ensaios de compressão. Os valores dos ensaios foram anotados e o cálculo que foi utilizado para determinação da resistência à compressão é dado pela equação:
RC = FA
Onde, RC = Resistência à compressão F = Força aplicada.
A = Área de aplicação da força.
Após a obtenção dos resultados, os valores foram analisados e comparados com o corpo de prova de referência e com as normas da NBR 9781(2013).
4. RESULTADO E DISCUSSÕES
4.1. Caracterização granulométrica do rejeito
A composição granulométrica do rejeito bruto está apresentada na Tabela 1, e sua respectiva curva granulométrica encontra-se na Figura 3.
Tabela 1: Composição granulométrica do rejeito.
Peneiras (mm) Massa retida (g) Massa retida
acumulada (g)
Massa que passa (g) Porcentagem que passa (%) 9,5 0 0 500 100 6,3 0 0 500 100 4,75 0 0 500 100 2,36 0 0 500 100 1,18 0 0 500 100 0,45 34,94 34,95 465,05 93,01 0,3 38,7 73,64 391,41 78,28 0,15 268,5 342,14 42,97 8,59 fundo 157,85 500 0 0
Figura 3: curva granulométrica do rejeito bruto. Fonte: elaborado pelos autores.
Analisando os dados apresentados na tabela 1 e na figura 3, verifica-se que a maior parte das partículas do material possui um diâmetro inferior a 0,3mm, ficando a maior parte retida na peneira com abertura de 0,15mm. Evidenciando uma grande concentração de material fino.
No trabalho de Dauce (2017), também foram obtidos resultados que evidenciam a característica do rejeito de minério de ferro como agregado fino, como é mostrado na curva granulométrica (figura 5) resultante dos ensaios realizados com o rejeito de minério neste trabalho. Percebe-se que a maior parte do rejeito ficou retida na faixa de aberturas próximas a 100µm, ou seja, 0,1mm.
Figura 4: Distribuição granulométrica dos agregados.
0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% 90.00% 100.00% 0.1 1 10 P orc en tag em P as s an te
Diâmetro das Particulas (mm)
CURVA GRANULOMÉTRICA DO REJEITO DE MINÉRIO DE FERRO
Fonte: Dauce (2017).
Conforme Weidmann (2008), os agregados muito finos concedem à mistura de concreto maior coesão. Todavia, devido a sua elevada superfície específica, demandam um maior consumo água, o que pode ser prejudicial economicamente ou até resultar em segregação. Também deve-se ressaltar que frações de partículas próximas a 0,15mm de diâmetro, ainda que com elevada área superficial, parecem atuar como lubrificantes dentro do concreto, o que facilita a acomodação das partículas dentro da mistura. (NEVILLE, 1997 apud WEIDMANN, 2008).
4.2. Resistência à compressão dos corpos de prova
Os ensaios de resistência à compressão foram realizados no laboratório de mecânica dos solos da Faculdade Univértix. Os corpos de prova foram selecionados aleatoriamente e rompidos na prensa hidráulica com 14 e 28 dias de cura respectivamente. Os resultados estão apresentados na Figura 5.
Figura 5: Resultado do ensaio de resistência à compressão dos corpos de prova com 14 e 28 dias. Fonte: Elaborado pelos autores.
De acordo com a NBR 9781 (2013), um bloco de pavimentação deve ter no mínimo 35Mpa de resistência a compressão para tráfego de pessoas, veículos leves e veículos comerciais de linha. Analisando os resultados obtidos, verifica-se que apenas o corpo de prova de concreto produzido com 50% de rejeito atingiu, aos 28
0 5 10 15 20 25 30 35 40 REFERENCIA 10% RBMF 50% RBMF 80% RBMF 17.58 10.67 12.84 13.64 21.38 11.79 36.13 15.96 RESIST ÊNC IA À CO M PRES SÃO (M Pa ) 14 dias (Mpa) 28 dias (Mpa)
dias, um valor de resistência a compressão aceitável para ser usado em blocos de pavimentação.
Nota-se que dentre os tratamentos com adição de rejeito, quanto maior a porcentagem do material reciclado, maior a resistência à compressão atingida. Isso ocorreu tanto aos 14 quanto aos 28 dias de cura. A exceção foi o corpo de prova com 50% de rejeito que, aos 28 dias, alcançou a maior resistência à compressão dentre todos os outros.
No trabalho de Batista et al. (2016), os resultados obtidos para os mesmos traços não foram semelhantes. Os valores de resistência à compressão foram consideravelmente maiores, tendo todos eles ultrapassado a resistência de 35Mpa. Também percebe-se que os tratamentos com maior porcentagem de rejeito alcançaram resistências menores à compressão se comparado com os de menor porcentagem de rejeito. Neste trabalho, a viabilidade do uso do rejeito como substituto parcial do agregado miúdo para produção de blocos de pavimentação foi comprovada, já que obtiveram resultados positivos e que atendem às normas.
Uma provável explicação para esta diferença entre os resultados deste trabalho e os obtidos na pesquisa de Batista et al. (2016) consiste na metodologia executada. A de Batista et al. (2016) foi mais criteriosa, tendo um controle maior sobre os processos produtivos executados.
Deve-se ressaltar que a resistência à compressão do concreto é um parâmetro de grande importância, responsável por garantir a segurança e a durabilidade das estruturas de concreto, como também é fundamental para a avaliação da qualidade deste produto (CERQUEIRA, 2000).
5. CONCLUSÃO
Considerando os resultados do presente estudo, conclui-se que a utilização do rejeito de minério como substituto parcial do agregado miúdo para produção de blocos de pavimentação não é viável. Os testes realizados não atingiram um resultado satisfatório quanto a resistência à compressão do concreto. Porém deve-se analisar todos os fatores que podem ter causado alterações nos resultados da pesquisa, como, por exemplo, erros de execução.
Outro ponto que leva a perceber a necessidade de aprimoramento nesta pesquisa é o resultado obtido por outros estudos realizados anteriormente. Como
ocorreu no estudo de Batista et al. (2016) que também utilizaram tratamentos com 10%, 50% e 80% de rejeito como substituto do agregado miúdo e obtiveram resultados positivos em que todos os tratamentos se mostraram viáveis para utilização como bloco de pavimentação.
Para se ter uma melhor avaliação, seria necessário refazer a pesquisa aprimorando a execução da mistura e traços utilizados, bem como os processos de capeamento dos corpos de prova e estudando mais os materiais para buscar maior viabilidade na aplicação do rejeito para este fim.
Todavia os resultados de resistência à compressão atingidos mostram a viabilidade do uso deste concreto para produção de blocos de alvenaria, sabendo que a NBR 6136 (2094) estabelece que a resistência característica mínima necessária é de 6 Mpa.
Deve-se salientar, também, que, segundo Bezerra (2017), a disposição do rejeito de mineração constitui um grande problema ambiental, pois a crescente exploração de jazidas com baixo teor de minério de ferro tem causado a necessidade de grandes áreas para sua deposição, tendo como agravante o seu potencial de contaminação do solo e águas superficiais e subterrâneas.
A construção civil é um setor promissor para a reciclagem do rejeito de mineração (BEZERRA, 2017). De acordo com o IBRAM (2016), são diversas as possibilidades de aplicações e, apesar do benéfico impacto ambiental, também deve-se considerar o fator econômico, pois o transporte por longas distâncias pode tornar o uso deste material inviável economicamente, mesmo sendo um material residual (COSTA, GUMIERI E BRANDÃO, 2014).
Ainda assim, a utilização do rejeito de minério de ferro na construção civil deve ser encorajada, pois a diminuição do acúmulo deste material em barragens de contenção minimiza os riscos de rompimento e garante uma finalidade sustentável para o rejeito. Além disso, o Brasil é um país com alta atividade mineradora, o que significa a existência de inúmeras barragens de contenção, levando a um custo menor de transporte do material das barragens até os locais de reciclagem.
Portanto, a importância de reaproveitar o rejeito de minério não é somente uma questão ambiental, também favorece a qualidade de vida das comunidades que se localizam próximo às mineradoras. Vale ressaltar que as atividades de reaproveitamento podem trazer benefícios econômicos e sociais aos trabalhadores,
pois podem gerar empregos para a comunidade. Inclusive já existe um projeto de lei (PL 1496/2019), criado pelo senador Jaques Wagner (PT-BA), que visa a obrigar as mineradoras a destinarem parte dos resíduos de mineração para produção de artefatos e materiais para construção civil, que deverão ser utilizados em prol das comunidades de baixa renda próximas às áreas de mineração (AGÊNCIA SENADO, 2019). Os princípios de sustentabilidade geram um crescimento econômico e a preservação ambiental avalia os valores éticos e morais da comunidade, ao invés de enfatizar apenas crescimento no valor comercial da empresa (AMADE; LIMA, 2009
apud KNEIPP et al., 2012).
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