Avaliação da Viabilidade Técnica e Ambiental da Incorporação de
Escória de Forno Elétrico em Peças de Concreto para Pavimentação
para Uso em Tráfego Leve
Limeira
2017
Beatriz Leão Evangelista
Avaliação da Viabilidade Técnica e Ambiental da Incorporação de
Escória de Forno Elétrico em Peças de Concreto para Pavimentação
para Uso em Tráfego Leve
Dissertação apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestra em Tecnologia, área de concentração Ambiente.
Orientadora: Profa. Dra. Carmenlucia Santos Giordano Penteado
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA BEATRIZ LEÃO EVANGELISTA, E ORIENTADA PELA PROFA. DRA. CARMENLUCIA SANTOS GIORDANO PENTEADO.
______________________________________ Profa. Dra. Carmenlucia Santos Giordano Penteado
Limeira
Abaixo se apresentam os membros da comissão julgadora da sessão pública de defesa
de dissertação para o Título de Avaliação da Viabilidade Técnica e Ambiental da
Incorporação de Escória de Forno Elétrico em Peças de Concreto para Pavimentação
para Uso em Tráfego Leve em Tecnologia na área de concentração de Ambiente, a que
submeteu a (o) aluna (o) Beatriz Leão Evangelista, em 21 de Fevereiro de 2017 na
Faculdade de Tecnologia- FT/ UNICAMP, em Limeira/SP.
Prof. (a). Dr (a) Carmenlucia Santos Giordano Penteado
Presidente da Comissão Julgadora
Prof. Dr. Marco Aurélio Soares de Castro
Universidade Anhanguera.
Prof. Dr. Flávio de Miranda Ribeiro
CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica da aluna na Universidade.
Para meu avô Vaz (in memorian) pelos ensinamentos deixados de como ser uma pessoa do bem, e por sempre ter dito “força na caneta”, e para minha mãe pelo grande exemplo de força e persistência, sol que me ilumina.
À Deus por me dar saúde e força para percorrer este caminho cheio de obstáculos.
À minha querida Prof. Dra. Carmenlucia Santos Giordano Penteado, por acreditar na minha capacidade, pela orientação, pela dedicação, pelo zelo... por ser muito mais que uma grande profissional em minha vida; o laço que temos é único!
À minha amada irmã, pelo amor inexplicável que me sustenta. À minha mãe, por sempre ter sido um exemplo de vida, por me dar forças e me mostrar sempre o lado bom das coisas. Ao meu pai, que sempre fez questão de me levar para pegar o ônibus, para assegurar que eu viesse em busca desse sonho. Enfim, à família maravilhosa que tenho! Aos técnicos do laboratório de materiais de Construção Civil da Faculdade de Tecnologia, Reginaldo, Emerson e Ivonei, por serem ótimos profissionais, pelo carinho e dedicação dados a mim, e pelos conhecimentos compartilhados que ultrapassaram os limites da faculdade.
À Prof. Dra. Rosa Cristina Lintz por ser tão prestativa e não medir esforços para ajudar e por me tranquilizar em meio a problemas.
À Prof. Dra. Luísa Gachet e Profa Rosa pelas orientações no programa PED. Às minhas amadas amigas Isabella e Milena, que trilharam o caminho comigo, mesmo cada uma estando em um lugar do Brasil percorrendo o seu caminho. A amizade de vocês me incentiva a ser alguém melhor.
Ao Pedro Henrique Borges por facilitar o desenvolvimento deste estudo, e por tornar-se um amigo.
Ao Prof. Dr. Marco Aurélio S. de Castro por participar da banca de qualificação e agregar conhecimentos que foram fundamentais para a conclusão desse estudo.
À minha querida Laís Peixoto Rosado por ser uma pessoa com um coração gigante, por sempre me dar dicas, pelo companheirismo, aventuras e amizade. Você vale ouro! Ao Tiago Barreto Rocha pelo tempo prestados em me ajudar no estudo, pela paciência e conhecimentos compartilhados comigo.
À Coordenação de Pós-Graduação da FT, em especial ao Prof. Ivan de Oliveira, e aos secretários Fátima e Diego, o meu muito obrigado.
À CAPES pela bolsa de mestrado que possibilitou o desenvolvimento desta pesquisa.
“Nunca, jamais desanimeis, embora venha ventos contrários.” (Madre Paulina)
siderúrgicas semi-integradas, e após passar por processo de beneficiamento é denominada agregado siderúrgico (AS), o qual possui características que possibilitam o uso como matéria-prima em aplicações diversas. Esta pesquisa teve por objetivo desenvolver um estudo de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) comparativo de peças de concreto para pavimentação (pavers) com uso de agregado natural (AN) e com substituição deste pelo AS. Concretos produzidos com teores de incorporação de AS de 0%, 25%, 50%, 75% e 100% foram utilizados para produção de pavers, e submetidos a ensaios de avaliação da consistência, resistência à compressão e absorção de água. No estudo de ACV foram analisados os sistemas de produto do AN e do AS (unidade funcional de 1 tonelada) e da produção de paver (unidade funcional de 1m²). Na análise do inventário foram utilizados dados primários, obtidos nas plantas de produção dos agregados e de pavers, e dados secundários coletados no banco de dados Ecoinvent v.3.01. Para a caracterização dos impactos foram utilizados os métodos CML2 baseline 2000 e IMPACT2002+, a avaliação de impactos foi realizada utilizando o software SimaPro v.8.2.0.0. Os resultados obtidos na avaliação técnica dos pavers mostram que para o traço utilizado, a incorporação de até 50% de AS no concreto, atende as exigências normativas para uso em pavimentação para tráfego leve. A avaliação dos impactos ambientais mostrou que a produção do AN causa impactos mais significativos em comparação à produção de AS; e nas categorias em que o AS apresenta maiores impactos, os mesmos se devem ao transporte e ao consumo de diesel no processo. Considerando a distância real de 26,6 km, o transporte do AS resulta em impactos mais significativos para as categorias toxicidade humana, aquecimento global e energia não renovável. No método IMPACT 2002+, para a categoria de efeitos respiratórios de inorgânicos a distância máxima foi de 100 km e para a ecotoxidade terrestre de 150 km. Estes resultados demonstram que o uso do AS é viável do ponto de vista técnico e ambiental, entretanto, o transporte é um fator limitante no que se refere aos impactos ambientais.
Palavras-chave: Avaliação do Ciclo de Vida; Agregados; Blocos de Concreto .
semi-integrated facilities; after a recycling process it is named electric arc furnace aggregate, whose properties make possible its use as raw material in several applications. This research aimed to develop a comparative Life Cycle Assessment (LCA) of concrete paving blocks manufactured with natural aggregate (NA) and EAF aggregate. Concrete mixtures with 0%, 25%, 50%, 75% e 100% of EAF aggregate addition were used to produce paving blocks, and tested for slump, compression strength and water absorption. In LCA the product systems of NA and EAF aggregate (functional unit of 1 t) and paving blocks manufacturing (functional unit of 1m²) were analyzed. The inventory analysis was performed by using primary data gathered in the aggregate production facilities and in the paving blocks production facility, and secondary data from Ecoinvent v.3.01. The impact characterization was performed through the methods CML2 baseline 2000 and IMPACT2002+; the impact assessment was performed by using the software SimaPro v.8.2.0.0. The results show that for the concrete mixture used, the addition of up to 50% of EAF aggregate in concrete produce paving blocks suitable for use in light vehicle traffic. The LCA shows that the environmental impacts of NA production are more significant compared to EAF aggregate production; in the categories in which the EAF aggregate presents higher impacts, these result from transport and diesel consumption emissions. Considering the real distance of 26.6 km, the transport of EAF aggregate produced higher impacts for the categories human toxicity, global warming and non-renewable energy. In the method IMPACT 2002+, the maximum distances obtained were 100 km for the category respiratory effects – inorganics and 150 km for the category terrestrial ecotoxicity. These results demonstrate that the use of EAF aggregate is suitable from the technical and environmental aspects; however, the transport is a limiting factor when the environmental impacts are considered.
Figura 1. Classificação dos resíduos sólidos quanto a periculosidade...28
Figura 2. Classificação dos resíduos sólidos quanto a origem...29
Figura 3. Processo de produção EAF do aço...32
Figura 3a. Escória de Forno Elétrico...32
Figura 3b. Escória de Forno Panela...32
Figura 4. Percentual de consumo da rocha britada em função do uso...39
Figura 5. Etapas da avaliação do ciclo de vida...42
Figura 6. Fluxograma de um sistema de produto para ACV...44
Figura 7. Procedimentos simplificados para análise de inventário...48
Figura 8. Elementos da fase de AICV...49
Figura 9. Exemplo da fase de classificação...51
Figura 10. Relação entre as categorias de impacto midpoint e endpoint...57
Figura 11. Resistência à compressão aos 7, 28 e 56 dias para o traço T1’...70
Figura 12. Resistência à compressão aos 7 e 28 dias obtida para os traços T1, T2 e T3...71
Figura 13. Pavers Moldados...72
Figura 14. Pavers na câmara úmida...72
Figura 15. Pavers desmoldados...72
Figura 16. Determinação da consistência do concreto...73
Figura 17. Pavers capeados...73
Figura 18. Prensa hidráulica para determinação da resistência à compressão...75
Figura 19. Curva granulométrica da areia...81
Figura 20. Curva granulométrica do pó de pedra...82
Figura 21. Curva granulométrica da brita 0...84
Figura 22. Curva granulométrica da EFE...86
Figura 23. Difratograma de Raios-X da EFE...87
Figura 24. Microscopia eletrônica de varredura da amostra de EFE...88
Figura 25. Determinação do abatimento do tronco de cone...89
Figura 26. Resistência à compressão aos 7 e 28 dias de idade dos pavers...90
Figura 27. Sistema de produto do agregado natural...92
Figura 31. Britador de Mandíbula...94
Figura 32. Correia transportadora e pulmão primário...94
Figura 33. Processo de beneficiamento do agregado natural...94
Figura 34. Sistema de produto da EFE...96
Figura 35. Transporte da EFE...97
Figura 36. Estocagem de EFE para beneficiamento...97
Figura 37. Início do processo de beneficiamento...97
Figura 38. Traseiro de planta...97
Figura 39. Britador...98
Figura 40. Sistema de produto da produção de pavers...99
Figura 41. Materiais nas baias...99
Figura 42. Cimento acondicionado em Silos...99
Figura 43. Transporte ao misturador...101
Figura 44. Misturador e esteira transportadora para a prensa...101
Figura 45. Pavers moldados...101
Figura 46. Fronteira do sistema para a produção de 1 m2 de paver...103
Figura 47. Impactos ambientais para a produção de AN utilizando o método CML2.112 Figura 48. Impactos ambientais para a produção de AN utilizando o método IMPACT 2002+...112
Figura 49. Análise de contribuição para a categoria eutrofização pelo método CML2...114
Figura 50. Análise de contribuição para a categoria eutrofização pelo método IMPACT2002+...115
Figura 51. Impactos normalizados da produção do AN pelo o método CML2...115
Figura 52. Contribuição das substâncias na produção do AN na categoria ecotoxicidade aquática marinha pelo método CML2...116
Figura 53. Contribuição das substâncias na produção do AN na categoria de toxicidade humana pelo método CML2...116
Figura 54. Contribuição das substâncias na produção do AN na categoria de acidificação pelo método CML2...117
Figura 55. Impactos normalizados da produção do AN pelo método IMPACT2002+...118
IMPACT2002+...118 Figura 57. Contribuição das substâncias na produção do AN na categoria de aquecimento global pelo método IMPACT2002+...119 Figura 58. Contribuição das substâncias na produção do AN na categoria de energia não renovável pelo método IMPACT2002+...119 Figura 59. Impactos ambientais para produção do AS pelo método CML2...120 Figura 60. Impactos ambientais para produção do AS pelo método IMPACT 2002+...120 Figura 61. Contribuição das substâncias na categoria eutrofização para a produção do AS pelo método CML2...121 Figura 62. Contribuição das substâncias na categoria eutrofização para a produção do AS pelo método IMPACT2002+...121 Figura 63. Normalização dos impactos da produção do AS pelo método CML2...122 Figura 64. Contribuição das substâncias na categoria ecotoxicidade aquática marinha na produção do AS pelo método CML2...122 Figura 65. Contribuição das substâncias na categoria toxicidade humana na produção do AS pelo método CML2...123 Figura 66. Contribuição das substâncias na categoria depleção abiótica de combustíveis fósseis na produção do AS pelo método CML2...123 Figura 67. Impactos normalizados para a produção de AS pelo método IMPACT2002+...124 Figura 68. Contribuição das substâncias na categoria aquecimento global para o AS pelo método IMPACT2002+...124 Figura 69. Contribuição das substâncias na categoria ecotoxicidade terrestre para o AS pelo método IMPACT2002+...125 Figura 70. Contribuição das substâncias na categoria não carcinogênicos para o AS pelo método IMPACT2002+...126 Figura 71. Comparação dos impactos da produção de AN e AS pelo método CML2.126 Figura 72. Comparação dos impactos entre a produção de AN e AS pelo método IMPACT2002+...127 Figura 73. Impactos normalizados da produção de AN e AS pelo método CML2...128
Figura 75. Impactos normalizados da produção de AN e de AS pelo método IMPACT2002+...129 Figura 76. Comparação dos impactos da produção de pavers pelo método CML2...129 Figura 77. Comparação dos impactos da produção de pavers pelo método IMPACT2002+...130 Figura 78. Impactos normalizados dos pavers para o método CML2...131 Figura 79. Análise de contribuição para a categoria ecotoxicidade aquática de água marinha para a produção de pavers pelo método CML2...131 Figura 80. Análise de contribuição para a categoria toxicidade humana na produção de pavers pelo método CML2...132 Figura 81. Impactos normalizados dos pavers para o método CML2 excluindo a categoria de EAM...132 Figura 82. Análise de contribuição para a categoria aquecimento global na produção de pavers pelo método CML2...133 Figura 83. Impactos normalizados dos pavers para o método IMPACT2002+...133 Figura 84. Análise de contribuição para a categoria efeitos respiratórios de inorgânicos na produção de pavers pelo método IMPACT2002+...134 Figura 85. Substâncias responsáveis pela categoria de energia não renovável para pavers pelo método IMPACT2002+...134 Figura 86. Análise de sensibilidade para o transporte pelo método IMPACT2002+ para a categoria de efeitos respiratório de inorgânicos...136 Figura 87. Análise de sensibilidade para o transporte pelo método IMPACT2002+ para a categoria de ecotoxicidade terrestre...137
Tabela 1. Compostos presente no cimento...36
Tabela 2. Principais tipos de cimento comercializados...37
Tabela 3. Exemplo de termos usados na AICV...50
Tabela 4. Métodos de AICV utilizados em estudos sobre gerenciamento de resíduos..53
Tabela 5. Softwares disponíveis para estudos de ACV...60
Tabela 6. Ensaio de abatimento do tronco de cone (T1’)...69
Tabela 7. Dosagem experimental do concreto referência...70
Tabela 8. Ensaio de abatimento do tronco de cone...71
Tabela 9. Fator multiplicativo p...74
Tabela 10. Coeficiente de Student (nível de confiança de 80%)...75
Tabela 11. Massa específica do cimento...79
Tabela 12. Distribuição granulométrica da areia...80
Tabela 13. Massa específica da areia...81
Tabela 14. Absorção de água da areia...81
Tabela 15. Distribuição granulométrica do pó de pedra...82
Tabela 16. Massa específica do pó de pedra...83
Tabela 17. Absorção de água do pó de pedra...83
Tabela 18. Distribuição granulométrica da brita 0...83
Tabela 19. Massa específica da brita 0...84
Tabela 20. Absorção de água da brita 0...84
Tabela 21. Composição química da EFE...85
Tabela 22. Distribuição granulométrica da EFE...86
Tabela 23. Massa específica da EFE...87
Tabela 24. Absorção de água da EFE...87
Tabela 25. Determinação do abatimento do tronco de cone...89
Tabela 26. Absorção de água dos pavers aos 28 dias...91
Tabela 27. Equipamentos utilizados no beneficiamento do AN...95
Tabela 28. Equipamentos de britagem do AS...98
Tabela 29. Equipamentos utilizados no processo de produção dos pavers e suas respectivas potências...100
Tabela 30. Cenários e alternativas para o uso de AS como substituto do AN na produção de pavers...102
Tabela 32. Categorias de impactos selecionadas a partir do método IMPACT2002+.105 Tabela 33. Entradas do inventário do ciclo de vida da produção de agregado natural.106 Tabela 34. Base de dados e processos utilizados para elaboração do inventário do ciclo de vida da produção do agregado natural...107 Tabela 35. Entradas do inventário do ciclo de vida da produção de agregado siderúrgico...108 Tabela 36. Base de dados e processos utilizados para elaboração do inventário do ciclo de vida da produção do agregado siderúrgico...109 Tabela 37. Encargos diretos da produção de agregado natural e encargos diretos e indiretos da produção de agregado siderúrgico, relacionados à unidade funcional...110 Tabela 38. Dados utilizados para produção dos pavers...111 Tabela 39. Processos utilizados no software SimaPro relacionados à produção dos pavers...111
AA – Acidificação Aquática
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland AC – Acidificação
ACV – Avaliação do Ciclo de Vida AF – Areia de Fundição
AG – Aquecimento Global AN – Agregado Natural
ANEPAC - Associação Nacional das Entidades de Produtores de Agregados para Construção
AICV – Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida AS – Agregado Siderúrgico
As – Arsênio
AT – Acidificação Terrestre Al2O3 - Óxido de alumínio
Ba – Bário
BaO – Óxido de bário
Be – Berílio
BOF - Blast Oxigen Furnace ou Conversor a Oxigênio CA – Carcinogênicos
CaO – Óxido de Cálcio CFC - Clorofluorcarboneto CH4 – Metano Cl – Cloro CO2 – Dióxido de Carbono Co – Cobalto CR – Concreto Referência Cr – Cromo Cu – Cobre
CuO – Óxido de cobre CV – Cinzas Volantes
C2H3Cl – Cloroeteno; Cloreto de vinila C6H6 – Benzeno
C8H14ClN5 - Atrazina C9H10Cl2N2O2 – Linuron C12H8Cl16 - Aldrin
DA – Depleção de Recursos Abióticos
DAC – Depleção de Recursos Abióticos – Combustíveis Fósseis DCB – Diclorobenzeno
DCO – Depleção da Camada de Ozônio DQO – Demanda Química de Oxigênio DRX – Difração de Raios – X
EA – Eutrofização Aquática
EAD – Ecotoxicidade Aquática – Água Doce
EAF - Eletric Arc Furnace ou Forno Elétrico a Arco EAM – Ecotoxicidade Aquática – Água Marinha EAQ – Ecotoxicidade Aquática
EFE – Escória de Forno Elétrico EFP – Escória de Forno Panela EM – Extração Mineral
ENR – Energia Não Renovável
ERI – Efeitos Respiratórios – Inorgânicos ERO – Efeitos Respiratórios – Orgânicos ET – Exotoxicidade Terrestre
EU – Eutrofização
FRX - Fluorescência de Raios-X Fe2O3 – Óxido de ferro (III) g – Grama
GEE – Gases de Efeito Estufa Gt – Gehlenita
GWP - Global Warming Potential h – Hora
ICDD - International Centre for Diffraction Data ICV – Análise de Inventário do Ciclo de Vida IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change kg – Quilograma
Kt – Kirschsteinita K2O – Óxido de potássio L – Litro
MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura MgO – Óxidos de Magnésio
MnO – Óxido de manganês
MJ – MegaJoule Mo – Molibdênio
MoO3 – Trióxido de molibdênio MPa - MegaPascals
N – Newtons
NCA – Não Carcinogênicos NH3 – Amônia
Ni – Níquel
NOx – Óxidos de Nitrogênio NO3- - Nitrato
N2O – Monóxido de Dinitrogênio Nb2O5 – Óxido de nióbio (V) OF – Oxidação Fotoquímica
OH - Open Heart ou Siemens Martin OS – Ocupação do solo
P – Fósforo
Pavers – Peças de Concreto para Pavimentação PNRS – Política Nacional de Resíduos Sólidos PO43- - Fosfato
P2O5 – Pentóxio de fósforo
RCD – Resíduos de Construção e Demolição RI – Radiação Ionizante
Sb – Antimônio Se – Selênio
SETAC - Society for Environmental Toxicology and Chemistry SISNAMA - Sistema Nacional de Meio Ambiente
SNVS - Sistema Nacional de Vigilância Sanitária SO – Monóxido de enxofre
SOx – Óxidos de enxofre SO2 – Dióxido de enxofre SO3 – Óxido sulfúrico SiO2 – Dióxido de sílicio SrO - Óxido de estrôncio
SUASA - Sistema Único de Atenção à Sanidade Agropecuária t – Tonelada
TEG – Trietilenoglicol TH – Toxicidade Humana TI – Tálio
TiO2 - Dióxido de titânio
tkm – tonelada por quilometro
UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas V – Vanádio
V2O5 – Pentóxido de vanádio Wt – Wustita
WO3 –Trióxido de tungstênio Zn – Zinco
ZnO – Óxido de zinco
1 INTRODUÇÃO...23 1.1 Justificativa...25 2 OBJETIVOS...26 2.1 Objetivo Geral...26 2.2 ObjetivosEspecíficos...26 3 REVISÃO DE LITERATURA...27 3.1Resíduos Sólidos...27
3.1.1 Classificação dos Resíduos...28
3.2 Indústria Siderúrgica...30
3.2.1 Escória de Forno Elétrico – EFE...32
3.2.1.1 Gerenciamento da EFE...33
3.3 Peças de Concreto para Pavimentação...35
3.3.1 Matérias-Primas...35
3.3.1.1 Cimento Portland...35
3.3.1.2 Agregados...37
3.3.1.3 Aditivos Químicos...39
3.4 Avaliação de Ciclo de Vida...40
3.4.1 A Metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida...40
3.4.2. Etapas da Avaliação do Ciclo de Vida...41
3.4.2.1 Definição do Objetivo e Escopo...42
3.4.2.2 Análise de Inventário do Ciclo de Vida (ICV)...46
3.4.2.3 Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV)...48
3.4.3 Métodos de Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida...52
3.4.3.1. Método CML 2002...53
3.4.3.1.1 Categorias de Impacto...53
3.4.3.2 Método IMPACT 2002+...56
3.4.3.2.1 Categorias de Impacto...56
3.4.4 Base de Dados e Softwares Auxiliares para a ACV...59
4 MATERIAIS E MÉTODOS...66
4.1 Preparação das Peças de Concreto para Pavimentação...66
4.1.1 Caracterização dos Materiais...66
4.1.1.1 Granulometria...66
4.1.1.2 Massa Específica...67
4.1.1.3 Absorção de Água...67
4.1.1.4 Classificação quanto à Periculosidade ...67
4.1.1.5 Expansibilidade...68
4.1.1.6 Fluorescência de Raios-X...68
4.1.1.7 Difração por Raios-X...68
4.1.1.8. Microestrutura Eletrônica de Varredura...69
4.1.2 Dosagem Experimental do Concreto...69
4.1.3 Produção dos Pavers...71
4.1.4 Caracterização das Peças de Concreto para Pavimentação...72
4.2 Avaliação do Ciclo de Vida dos Pavers...76
4.2.1 Definição do Objetivo e Escopo...76
4.2.2 Análise de Inventário do Ciclo de Vida (ICV) ...76
4.2.3. Avaliação de Impactos do Ciclo de Vida (AICV)...77
4.2.4 Interpretação...78
5 RESULTADOS ...79
5.1 Preparação das Peças de Concreto para Pavimentação...79
5.1.1 Caracterização dos Materiais...79
5.1.2 Caracterização dos Pavers...88
5.2 Avaliação do Ciclo de Vida...91
5.2.1 Definição do Objetivo e Escopo...91
5.2.2 Análise do Inventário do Ciclo de Vida...105
5.2.3 Avaliação de Impactos do Ciclo de Vida...112
5.2.4 Interpretação...135
1 INTRODUÇÃO
O aço pode ser produzido em usinas integradas ou semi-integradas; as primeiras empregam como matéria-prima o ferro-gusa, que é fundido nos altos-fornos, enquanto as segundas adotam a fusão de metálicos (sucata, gusa e/ ou ferro-esponja) em fornos elétricos (aciaria elétrica), para produzir o metal líquido, que posteriormente é solidificado (INSTITUTO AÇO BRASIL, 2016). A aciaria elétrica é responsável por mais de 40% de todo o aço produzido mundialmente; e por utilizar sucatas como matéria-prima básica, representa um processo mais competitivo e sustentável (PELLEGRINO, et al., 2013), no qual é produzida a escória de forno elétrico (EFE), também chamada de escória de aciaria ou escória oxidante, que é o objeto desta pesquisa. A geração de EFE em geral corresponde de 15 a 20% do aço produzido (CHUNLIN et al., 2011). No Brasil foram produzidas em 2015 cerca de 19,8 x 106 t de escórias de todos os tipos (INSTITUTO AÇO BRASIL, 2016).
A EFE é um material pedregoso, coeso, ligeiramente poroso, pesado, duro e resistente, e de cor negra. Aproximadamente 80% em peso corresponde a óxidos de cálcio, ferro e sílica; óxidos de alumínio, magnésio, manganês e fósforo também estão presentes em menores quantidades (ARRIBAS et al., 2015); no Brasil normalmente é classificada como um resíduo não perigoso e inerte, segundo a ABNT NBR 10.004/2004.
O uso de EFE na construção civil se intensificou nas últimas décadas (LIAPIS e PAPAYIANNI, 2015), em virtude da alta demanda por matérias-primas e a progressiva escassez de recursos naturais, e a consequente necessidade de uso de materiais alternativos na produção de concreto e seus artefatos; entretanto, a substituição de agregados naturais por materiais alternativos esbarra na falta de incentivos econômicos e legais (ZHAO et al., 2010). Os países que fornecem instrumentos para a implementação de novas tecnologias e para a criação de normas e regulamentos para incentivar a utilização de resíduos na produção de concreto, são aqueles que apresentam as taxas de reciclagem mais elevadas (ANASTASIOU
et al., 2014). Conforme destacam Thomaz et al. (2013), a baixa utilização de materiais
alternativos como agregados em concreto se deve ao fato de os agregados naturais de boa qualidade ainda estarem disponíveis a um baixo custo na maioria dos países, e também, devido a necessidade de pesquisas que avaliem as propriedades do concreto usando agregados alternativos.
Concretos produzidos com EFE apresentam boas propriedades mecânicas, e sua elevada densidade é uma vantagem adicional quando o peso do concreto é determinante, tais como em blocos para barreiras de contenção, fundações, paredes de escoramento, barreiras sonoras, dentre outras aplicações (MANSO et al., 2006). Apesar das boas qualidades da EFE
como agregado reciclado, ainda existem questões relacionadas à durabilidade física e química dos concretos com adição de EFE que precisam ser pesquisadas, para garantir o uso seguro em aplicações estruturais (ARRIBAS et al., 2014). Um dos principais fatores a serem analisados é a sua instabilidade volumétrica, devido à presença de alguns compostos expansivos tais como óxidos de cálcio e magnésio livres, enxofre, sulfatos, cloretos e óxidos de ferro. Dependendo das concentrações, tais compostos podem causar processos de desintegração da matriz cimentícea e redução do desempenho e durabilidade do concreto (FRÍAS e SÁNCHEZ, 2004). A presença de óxidos de cálcio e magnésio livres é a principal causa da expansão; o primeiro, em contato com água se hidrata rapidamente devido à rápida reação de expansão, enquanto o segundo reage de forma mais lenta, resultando em expansão retardada (Pellegrino et al., 2013).
Diversos estudos ressaltam a viabilidade do uso da EFE no setor da construção civil, entretanto, há a necessidade de uma avaliação ambiental sistemática dos reais benefícios e limitações do uso deste sub-produto em substituição aos materiais convencionais, e tal avaliação é a questão norteadora desta pesquisa.
Para realizar a avaliação ambiental do uso da EFE na produção de peças de pavimentação, será utilizada a avaliação do ciclo de vida (ACV) é uma metodologia que permite comparar os encargos ambientais de processos, produtos e serviços (produção, uso e fim de vida) para um sistema de fronteiras pré-definidas, e é considerada uma ferramenta de avaliação confiável. Um estudo de ACV tradicionalmente consiste de quatro fases: definição do objetivo e escopo, análise de inventário, avaliação de impacto e interpretação (ABNT, 2009; VAN DEN HEEDE e DE BELIE, 2012).
1.1 Justificativa
A ACV é uma importante ferramenta de análise de viabilidade ambiental de produtos/processos e, portanto, foi utilizada nesta pesquisa para avaliar os impactos ambientais do uso da EFE na produção de peças de concreto para pavimentação, possibilitando uma ampla análise das vantagens e limitações.
A partir da revisão de literatura realizada nesta pesquisa, verifica-se uma lacuna no que se refere a estudos brasileiros sobre o uso da ACV na avaliação de viabilidade de uso de resíduos em substituição aos materiais de construção civil convencionais. Os estudos identificados têm sido desenvolvidos principalmente em países da Europa (Bélgica, Itália, Grécia, Espanha, Eslovênia) e nos Estados Unidos.
Desta forma, os resultados desta pesquisa poderão subsidiar ações e políticas para disseminar o uso da EFE como material alternativo ao agregado convencional, e ainda contribuir para a pesquisa sobre ACV no Brasil, através da elaboração de inventário de ciclo de vida (ICV) utilizando dados primários.
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Esta pesquisa tem como objetivo geral avaliar a viabilidade técnica e ambiental da incorporação de escória de forno elétrico (EFE) em peças de concreto para pavimentação para tráfego leve.
2.2 Objetivos Específicos
De forma a alcançar o objetivo geral proposto, foram definidos os seguintes objetivos específicos:
Avaliação técnica do uso da EFE na produção de peças de concreto para pavimentação Avaliação ambiental do uso da EFE na produção de peças de concreto para pavimentação, por meio da metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV).
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Resíduos Sólidos
O aumento da população, a expansão econômica, a rápida urbanização e a evolução da qualidade de vida da sociedade, têm resultado no aumento da geração de resíduos sólidos em todo o mundo. A quantidade total de resíduos sólidos produzidos foi estimada em 11 bilhões de toneladas em 2011 (SONG et al., 2015).
Quando os resíduos sólidos não são manuseados de forma correta, estes podem gerar a proliferações de vetores, emissões atmosféricas, contaminação do solo, das águas superficiais e subterrâneas e geração de mau odores (ROSADO, 2015).
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) define resíduos sólidos, em sua norma técnica ABNT NBR 10.004, como:
“Resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgoto ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível” (ABNT, 2004a, p.1).
A Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), que foi estabelecida pela Lei nº 12.305 de 02 de agosto de 2010 – define resíduos sólidos como:
“Material, substância, objeto ou bem descartado resultante de atividades humanas em sociedade, a cuja destinação final se procede, se propõe proceder ou se está obrigado a proceder, nos estados sólido ou semissólido, bem como gases contidos em recipientes e líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgoto ou em corpos d’água, ou exijam para isso soluções técnica ou economicamente inviáveis, em face da melhor tecnologia” (BRASIL, 2010, p.2).
“Resíduos sólidos que, depois de esgotadas todas as possibilidades de tratamento e recuperação por processos tecnológicos disponíveis e economicamente viáveis, não apresentem outra possibilidade que não a disposição final ambientalmente adequada” (BRASIL, 2010, p.2).
Outras definições importantes para a compreensão dos conceitos de resíduos e rejeitos são a destinação final ambientalmente adequada e a disposição final ambientalmente adequada. A primeira remete a destinação de resíduos que inclui a reutilização, a reciclagem, a compostagem, a recuperação e o aproveitamento energético ou outras destinações admitidas pelos órgãos competentes do Sistema Nacional de Meio Ambiente (SISNAMA), do Sistema Nacional de Vigilância Sanitária (SNVS) e do Sistema Único de Atenção à Sanidade Agropecuária (SUASA). Já a segunda trata da distribuição ordenada de rejeitos em aterros, observando normas operacionais específicas de modo a evitar danos ou riscos à saúde pública e a segurança e a minimizar os impactos ambientais adversos (BRASIL, 2010).
3.1.1 Classificação dos Resíduos Sólidos
Segundo a norma ABNT NBR 10.004:2004 a classificação de resíduos sólidos envolve a identificação do processo ou atividade que lhes deu origem, de seus constituintes e características, e a comparação destes constituintes com a listagem de resíduos e substâncias cujo impacto a saúde e ao meio ambiente é conhecido (ABNT, 2004a). A mesma norma classifica os resíduos sólidos quanto ao risco à saúde pública e ao meio ambiente em dois grupos – perigosos e não perigosos; este último grupo se divide em inerte e não inerte (Figura 1).
Figura 1. Classificação dos resíduos sólidos quanto a periculosidade.
Fonte: elaborado pelo autor baseado na NBR 10.004 (ABNT, 2004a). Resíduos Sólidos
Classe I
Perigosos
Classe II
Não Perigosos
Resíduos Classe I - Perigosos: são os resíduos que apresentam periculosidade por significar risco à saúde pública ou qualidade ambiental, ou uma das seguintes características: corrosividade, toxicidade, inflamabilidade, reatividade e patogenicidade.
Resíduos Classe II A – Não Inertes: aqueles que não se enquadram nas classificações de resíduos Classe I ou de resíduos classe II B – Inertes. Estes resíduos podem ter propriedades de biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água.
Resíduos Classe II B – Inertes: resíduos que quando amostrados de uma forma representativa, segundo a ABNT NBR 10.007 (ABNT, 2004b), e submetidos a um contato dinâmico e estático com água destilada ou desionizada, à temperatura ambiente, conforme ABNT NBR 10.006 (ABNT, 2004c), não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água, excetuando-se aspecto, cor, dureza, sabor e turbidez.
A PNRS (Brasil, 2010) classifica os resíduos, além de periculosidade, quanto a origem (Figura 2).
Figura 2. Classificação dos resíduos sólidos quanto a origem.
Fonte: elaborado pelo autor baseado em Brasil (2010).
Resíduos sólidos urbanos: dividem-se em resíduos domiciliares, ou seja, aqueles originários de atividades domésticas em residências; e resíduos de limpeza urbana, que são os originários de varrição, limpeza de logradouros e vias públicas e outros serviços de limpeza urbana.
Resíduos de estabelecimentos comerciais e prestadores de serviços: os gerados nessas atividades, exceto os referidos como resíduos de limpeza urbana, saneamento básico, serviços de saúde, construção civil e de transportes.
Resíduos de serviços públicos de saneamento básico: os gerados nessas atividades, exceto os referidos como domiciliares e de limpeza urbana.
Resíduos de serviços de saúde: os gerados nos serviços de saúde, conforme definido em regulamento ou em normas estabelecidas pelos órgãos do SISNAMA e do SNVS.
Domiciliares Limpeza Urbana Comerciais e Serviços Saneamento Industriais Serviços de Saúde Construção Civil Agrossilvopastoris Serviços de Transporte Mineração Resíduos Sólidos
Resíduos de Construção Civil: os gerados em construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, incluídos os resultantes da preparação e escavações de terrenos para obras civis.
Resíduos Agrossilvopastoris: os gerados nas atividades agropecuárias e silviculturais, incluídos os relacionados a insumos utilizados nessas atividades.
Resíduos de Serviços de Transportes: os originários de portos, aeroportos, terminais alfandegários, rodoviários e ferroviários e passagens de fronteira.
Resíduos de mineração: os gerados na atividade de pesquisa, extração ou beneficiamento de minérios.
Resíduos industriais: os gerados nos processos produtivos e instalações industriais. A classificação dos resíduos sólidos possibilita a identificação dos processos ou atividades que lhes deram origem, de seus constituintes e características. A comparação destes constituintes com a listagens de resíduos facilita a gestão dos mesmos, prevenindo possíveis impactos à saúde e ao meio ambiente (PEDROZA, 2011).
3.2 Indústria Siderúrgica
As indústrias de variados setores estão cada vez mais se conscientizando sobre o comprometimento na manutenção de recursos naturais, minimização de geração e aumento da reciclagem interna dos resíduos a fim de promover redução do impacto ambiental e cumprimento da PNRS, a qual estabelece que o gerenciamento de resíduos sólidos deve seguir a ordem de prioridade: não geração, redução, reutilização, reciclagem, tratamento dos resíduos sólidos e disposição final ambientalmente adequada dos rejeitos.
Com o desenvolvimento econômico e industrial, o uso do aço tem estado cada vez mais presente. Embora exista a concorrência com outros materiais como alumínio, plástico, madeiras e outros metais, o aço é o material imperante em muitas aplicações, tais como: transporte, construção civil, construção naval, máquinas e equipamentos diversos, mineração e indústrias ligadas à produção e transporte de energia, bens de consumo duráveis e objetos de uso cotidiano nas residências e escritórios (CAVALCANTI, 2012; LIAPIS e PAPAYIANNI, 2015).
O aço é uma liga metálica composta de ferro e carbono – até 2,0%, e outros compostos. Sua produção pode ser feita por três grandes processos, os quais se diferenciam pelo tipo de forno empregado na etapa de refino primário: Conversor a Oxigênio (Linz e
Donawits – LD ou Blast Oxigen Furnace - BOF), Siemens Martin (Open Heart - OH) e Forno
década de 1990, devido o tempo necessário para produção de aço; desde então os sistemas mais usuais são o BOF e EAF (WESSELING, 2005; FRONEK, 2012; LOBATO et al., 2015).
No processo BOF, o ferro é fundido em alto forno e combinado com metais de sucata e um composto – cal ou pedra calcaria – é inserido para manter o fluxo do forno. Em seguida, o oxigênio é soprado no forno, reduzindo o teor de carbono do ferro fundido, resultando em uma reação que produz um aço de alta qualidade e escória de forno a oxigênio como subproduto (FRONEK, 2012; LARSSON et al., 2015).
Na produção de aço pelo processo de EAF, a preparação da carga fria – sucata – ocorre em função do tipo de aço desejado. A sucata é levada para o forno elétrico, e em seguida os eletrodos são reduzidos. Elementos químicos, como magnésio, alumínio e silício, são adicionados à mistura para ajudar a remover as impurezas do aço fundido. Forma-se então uma corrente elétrica produzida pelos eletrodos, e um arco é produzido para fundir a sucata de aço – refino primário. Após total fusão e atingida temperatura de aproximadamente 1580ºC, o aço fundido é vertido em outro forno, chamado de forno panela, onde ocorrerá o tratamento do aço líquido; esta etapa é chamada de refino secundário (Figura 3). Este processo gera dois subprodutos: escória de forno elétrico a arco (EFE), também conhecida como escória preta (devido sua cor), decorrente da etapa de refino primário (Figura 3a), e escória de forno panela (EFP) ou cal de panela, produzida no refino secundário (Figura 3b) (ROCHA, 2011).
Apesar da similaridade química (óxidos presentes) e sua apresentação como material pedregoso das escórias BOF e EAF, pode-se ter impressão errônea de que elas são o mesmo material. Porém, estas escórias diferem na quantidade de óxidos de cálcio livre – CaO - também chamada de cal livre, na qual a escória de BOF possui maior quantidade de CaO (ARRIBAS et al., 2015).
Figura 3. Processo de produção EAF de aço
Fonte: Elaborado pelo autor baseado em BROTTI (2014).
Fonte: Autor (2015)
3.2.1 Escória de Forno Elétrico – EFE
Ao fim de uma corrida na produção do aço no forno elétrico, as escórias de refino primário e secundário são encaminhadas para o pátio da usina, onde permanecem por 48 a 72 horas para completo resfriamento. Decorrido este tempo, inicia-se o processo de beneficiamento da escória do refino primário, através da britagem. O sistema é composto por um ciclo fechado de eletroímã, correias transportadoras e britadores. Inicialmente, a escória passa por uma correia que contém eletroímã, com a finalidade de recuperar a maior fração metálica ainda presente; em seguida a escória é britada e levada para a área de armazenamento a céu aberto (FARIA, 2007; SETÍEN et al., 2009).
EFP EFE Matéria Prima Lingotamento Refino Primário Refino Secundário Laminação
Há um consenso de que o principal problema da EFE é sua expansividade volumétrica, devido principalmente à atividade química dos óxidos de cálcio (CaO), e magnésio (MgO). A EFE contem menor quantidade desses óxidos, em comparação às demais escórias siderúrgicas, apresentando uma menor expansividade. Essa característica pode ser controlada e minimizada durante o processo industrial, deixando o material exposto a intempéries, em um período de no mínimo dois meses. (FRÍAS et al., 2010; ARRIBAS et al., 2015).
3.2.1.1 Gerenciamento da EFE
No Brasil, a geração de EFE é aproximadamente de 150 Kg por tonelada de aço produzido, com destinação para a reutilização interna, estoque e/ou disposição em aterros1 (INSTITUTO AÇO BRASIL, 2016). A busca pela sustentabilidade tem disparado a preocupação com a reutilização de subprodutos industriais para reduzir o consumo de recursos naturais, por este fato a transformação de resíduos em produtos mais valiosos é uma questão urgente em todo o mundo (YUE et al., 2014; ARRIBAS et al., 2015).
Diversos estudos apontam para o uso de escória de indústria siderúrgica no campo da construção civil. As escórias de BOF tem sido utilizadas na produção de vidros alumino-silicatos (YUE et al, 2014), esferas de vidros (SALAZAR et al., 2014), vidro-cerâmica (ZHAO et al., 2012; DING et al., 2015), estabilização de solo (MANSO et al., 2013; GOODARZI e SALIMI, 2015; LARSSON et al., 2015), produção de argamassa (ÖZODABAS e YILMAZ, 2013; BINICI et al., 2014), na produção de cimento (CROSSIN, 2015; SAADE et al., 2015) e produção de concreto (DEB e SAKER, 2014; ZHAO et al., 2015).
Da mesma forma, diversos outros estudos apontam para o uso da EFE na produção de concreto asfáltico (WESSELING, 2005; PASSETO e BALDO, 2011; FRONEK, 2011; OLUWASOLA et al., 2015), na produção de cimento (HEKAL et al., 2013; IACOBESCU et al., 2013; KIM et al., 2015), além de diversos estudos direcionados a produção de concreto, foco deste trabalho. Arribas et al. (2015) afirmam que as principais características físicas e químicas da EFE para uso em concreto em substituição ao agregado natural, são a sua alta densidade e o teor de óxido de cálcio livre, as quais afetam o peso e integridade do concreto.
Eishah et al. (2012) investigaram a viabilidade do uso da EFE na produção de cinco tipos de concreto, para os quais foram analisadas a trabalhabilidade, as propriedades mecânicas e a durabilidade dos concretos. Os concretos feitos com EFE apresentaram elevada
1
resistência mecânica. Os autores também verificaram que a ductilidade do concreto com EFE pode ser melhorada com a incorporação de fibras de aço; já a durabilidade é melhorada com a adição de cinzas volantes e sílica ativada. Devido sua alta densidade, o concreto produzido com EFE, pode ser aplicado em vários setores da construção civil, tais como em lastro de embarcações, lajes, câmaras de raio –x, entre outros.
Anastasiou et al. (2014) produziram concretos com cinzas volantes (CV), resíduo de construção civil (RCC) e EFE, analisando suas propriedades mecânicas e durabilidade. Foram feitas misturas de argamassa e concreto, com diferentes proporções de resíduos nas misturas. Nas argamassas, avaliou-se a resistência à compressão aos 7 e 28 dias, e absorção por capilaridade. Nos concretos foram feitos ensaios de densidade, resistência a tração na flexão, modulo de ruptura e elasticidade aos 28 dias e durabilidade; a resistência a compressão foi feita aos 7, 14, 28, 90 e 365 dias. Os autores concluíram que o uso de RCC (como agregado miúdo) e EFE (como agregado graúdo) na mesma mistura de concreto aumenta a resistência mecânica (atingiu 30 MPa aos 28 dias) e melhora a microestrutura do concreto, apresentando adequada durabilidade para aplicações de baixo grau.
Arribas et al (2014) avaliaram a durabilidade de três tipos de concreto, utilizando EFE de duas indústrias distintas. Os concretos passaram por ciclos de congelamento/descongelamento, resistência à compressão aos 28 dias, alta temperatura e umidade relativa, ataque ao sulfato, reação álcali-agregado, exposição a ambiente marinho, penetração de cloreto e corrosão. O concreto com EFE, nos ciclos de congelamento/descongelamento, teve resistência mecânica superior que o concreto referência (CR); após submetido a altas temperaturas e umidade relativa permaneceu mais estável que o CR.
Brand e Roesler (2015) estudaram a composição química e mineralógica, expansividade e presença de óxidos livre de escória de BOF, EFE e EFP. Foram produzidos quatro tipos de concreto, os quais tiveram a durabilidade e resistência mecânica avaliadas, com substituição de até 100% do agregado graúdo pela EFE. Verificou-se que a EFE possui características menos expansivas do que as outras escórias. O uso da EFE aumentou a resistência mecânica, melhorou a qualidade do concreto diminuindo as fraturas ocasionadas por forças mecânicas, porém apresentou maior encolhimento nos ciclos de congelamento/descongelamento.
3.3 Peças de Concreto para Pavimentação
As peças de concreto para pavimentação, conhecidas comercialmente como pavers, vem sendo aplicadas pelo homem desde a Idade Média. Seu processo de evolução é exprimido por quatro tipos de materiais: blocos de tijolos de argila, pedras talhas e aparelhadas manualmente, blocos de tijolos de madeira e peças pré-moldadas de concreto (TAVEIRA, 2010).
A cada cinco anos dobra a quantidade utilizada de pavers nos Estados Unidos, onde em 1980 a utilização chegou a ocupar 4 milhões de metros quadrados e em 2000 atingiu a marca de 40 milhões a mais de metros quadrados aplicados. Crescimento similar tem sido visto na Alemanha, Nova Zelândia, Bélgica e África do Sul. No Brasil seu uso teve início no final dos anos 50, mas com utilização em larga escala apenas na década de 70. A Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) registrou que o paver é um dos mais utilizado produtos pré-moldados que utilizam o cimento Portland (TAVEIRA, 2010; ABCP, 2015).
A peça de concreto se caracteriza pela facilidade de execução e rápido treinamento de mão de obra. Em geral, não necessita de equipamentos especiais e de grande porte, permitindo a utilização de mão-de-obra local e frentes de trabalho simultâneas, resultando em economia de tempo de construção e liberação ao tráfego imediata (CARNIN, 2010).
Devido a sua estética agradável, durabilidade e resistência ao movimento e ruptura, as peças para pavimentação são utilizadas, mundialmente, em calçadas, praças e ruas (UYGUNOGLU et al. 2012). Estas características reduzem os custos de manutenção, aumentam a vida útil do pavimento e prorrogam o ciclo de substituição. Além disso, o seu uso elimina o escoamento superficial de águas pluviais (ICPI, 2015 apud PENTEADO, et al., 2015).
3.3.1 Matérias-Primas
Os materiais utilizados para fabricação dos pavers são os mesmos do concreto convencional, que é constituído de uma mistura de cimento, agregados (graúdo e miúdo), água e aditivos (SOUSA, 2007).
Para melhor compreensão de como estes constituintes influenciam na mistura final, é de vital importância o conhecimento das características dos mesmos.
3.3.1.1 Cimento Portland
O cimento Portland é uma designação convencional mundialmente adotada para o material usualmente conhecido na construção civil como cimento. De acordo com a ABNT
NBR 5732:1991 o cimento Portland comum é um aglomerante hidráulico obtido pela moagem do clínquer Portland – é constituído em sua maior parte por silicatos de cálcio com propriedades hidráulicas.
Sendo assim, trata-se de um pó fino que é constituído principalmente por silicatos e aluminatos de cálcio, que sozinho não é considerado um aglomerante, mas desenvolve propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes quando misturado com a água, como resultado da hidratação, que é uma reação química entre os minerais de cimento com a água (BROTTI, 2014). A Tabela 1 exibe a relação dos principais óxidos de elementos presentes no cimento Portland.
Tabela 1. Compostos presente no cimento.
Compostos Denominação Caraterísticas
3CaO.SiO2 C3S - Silicato tricálcico - alita Reage rapidamente com a
água e alta resistência inicial
2CaO.SiO2 C2S - Silicato dicálcico - alita
Reage mais lentamente com a água e alta resistência inicial
3CaO.Al2O3 C3A - Aluminato tricálcico Reage rapidamente com a
água e baixa resistência
4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF - Ferro aluminato
tetracálcico
Reage rapidamente com a
água e resistência
desprezível Fonte: SOUSA (2007).
Existem vários tipos de cimento no Brasil, que se diferem principalmente em sua composição. São eles o cimento Portland comum, Portland composto, de alto forno, pozolânico, de alta resistência inicial, resistente a sulfatos, de baixo calor de hidratação e o cimento branco. Os principais tipos de cimento comercializados são apresentados na Tabela 2 (ABCP, 2009).
Para cada tipo de cimento, são estabelecidos limites de exigências químicas, físicas e mecânicas. As exigências químicas pretendem limitar o teor de adições, a pré-hidratação e as falhas no processo de fabricação. Já as exigências físicas e mecânicas asseguram o mecânico e reológico2 (SOUSA, 2007).
2 A reologia é a parte da mecânica que apura as propriedades e o comportamento mecânico dos corpos de prova
Tabela 2. Principais tipos de cimento comercializados. Tipo de cimento
Portland
Sigla Composição (% em massa)
Clínquer + Gesso Escória granulada de alto forno (E) Material Pozolânico (Z) Material carbonático (F) Comum CP I 100 - - CP I-S 99 – 95 - 1 – 5 - Composto CP II-E 94 – 56 6 – 34 - 0 - 10 CP II-Z 94 – 76 - 6 – 14 0 – 10 CP II-F 94 – 90 - - 6 – 10
Alto Forno CP III 65 – 25 35 – 70 - 0 – 5
Pozolânico CP IV 85 – 45 - 15 – 50 0 – 5 Alta Resistência Inicial CP V – ARI 100 – 45 - - 0 – 5 Fonte: ABCP (2009). 3.3.1.2 Agregados
Os agregados são os insumos mais consumidos no setor da construção civil, devido ao seu uso em argamassas e concretos, sendo essenciais na maioria das obras de construção. Esses materiais são classificados em agregados miúdos e agregados graúdos. São granulares, possuem dimensões e propriedades adequadas para a construção civil, apresentam custos relativamente baixos e não participam de reações químicas com a água, como sucede com o cimento (ROSSI, 2013).
Os agregados ocupam de 60 a 80% do volume total do concreto. Um total de 90% dos agregados utilizados na construção civil são de origem natural, incluindo areia, brita e cascalhos originados de jazidas naturais. Assim sendo, a função do agregado, dependendo de sua dimensão e propriedade intrínseca, é de exercer grande influência na estabilidade dimensional, resistência e durabilidade do concreto. Além disso desempenha papel significativo na determinação do custo e trabalhabilidade da mistura (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
No Brasil, a demanda de agregados para a construção civil partiu de 460 milhões de toneladas em 1997 para 673 milhões de toneladas em 2011, com crescimento de 46,2%. Tomando-se o período de 2001 a 2011, o crescimento foi de 92,3%, representando um aumento notável do consumo (IBRAM, 2012).
O consumo per capita brasileiro evoluiu de 3,3 toneladas de agregado por habitante/ano em 2010 para 3,5 toneladas por habitante/ano em 2011, com um incremento de 6%. Comparado aos países desenvolvidos, como os Estados Unidos, o Brasil ainda está muito distante do valor médio histórico de 6 a 7 toneladas por habitante/ano. Estima-se que o crescimento no período de 2012 a 2022 a demanda por esses materiais passe de 696 milhões de toneladas em 2012 para 1,12 bilhões de toneladas em 2022 (IBRAM, 2012).
A ABNT NBR NM 52:2003 define agregado miúdo como aquele que passa na peneira com abertura de malha de 4,75 milímetros, e fica retido quase totalmente na peneira de 75 micrometros. Estes materiais são divididos entre areia e pó de pedra. A areia é geralmente de origem natural e o pó de pedra é oriundo do britamento de rochas.
Os agregados são classificados quanto a origem em naturais e artificiais, quanto à densidade em leves, normais e pesados e quanto ao tamanho do fragmento em miúdo e graúdo.
A brita é classificada como artificial, devido à sua forma de extração, em blocos que necessitam passar por fragmentação (ROSSI, 2013). A densidade é classificada como normal e quanto a granulometria, em graúdo pelo tamanho do fragmento, com dimensões entre 4,8 a 100 mm (ABNT NBR 7225:1993).
A produção de agregado graúdo é dividida em quatro etapas: extração, beneficiamento, armazenagem e transporte. Na extração a brita é obtida em lavra a céu aberto, com avanço de meia encosta e desmonte de explosivos. Após o material ser desmontado, é transportado por caminhões para usinas de beneficiamento para a britagem. No beneficiamento, ocorre uma sequência de operações unitárias de peneiramento e britagem, que consiste na redução do diâmetro do material. Após isso o material é armazenado provisoriamente em pilhas ou a céu aberto para ser destinado aos centros consumidores. O transporte é uma etapa crítica da produção, pois influencia em 1/3 a 2/3 do custo final do produto. Como o transporte geralmente é rodoviário, há uma indução à formação de micromercados regionalizados. Essa restrição imposta pela distância desfavorece a entrada desses produtos no mercado (ROSSI, 2013).
Segundo dados da Associação Nacional das Entidades de Produtores de Agregados para Construção - ANEPAC (2009), o consumo de brita é destinado predominantemente a área de construção civil (Figura 4).
Figura 4. Percentual de consumo da rocha britada em função do uso.
Fonte: ANEPAC, 2009.
3.3.1.3 Aditivos Químicos
Segundo Sousa (2007), o aditivo químico tem como finalidade aumentar a plasticidade do concreto sem aumentar o teor de água, reduzir a exsudação e a segregação, retardar ou acelerar o tempo de pega, acelerar a velocidade de desenvolvimento da resistência mecânica nas primeiras idades, retardar a taxa de evolução do calor e aumentar a durabilidade em condições específicas de exposição.
Segundo Melo (2005) e Sousa (2007), os aditivos são classificados pela função exercida no concreto, apresentando muitas vezes mais de uma função:
Aceleradores: sua principal função é acelerar a evolução da resistência inicial do concreto durante o endurecimento, também acelerando o tempo de pega.
Incorporadores de ar: atuam formando bolhas de ar no concreto que não coalescem. A utilização deste tipo de aditivo é mais visada para concretos resistirem a ciclos de congelamento/descongelamento.
Retardadores: são materiais que retardam o tempo de pega da pasta de cimento, aumentando o tempo de transporte e aplicação do concreto.
Plastificantes: são conhecidos como os redutores de água, pois reduzem uma quantidade de água necessária para produzir um concreto com uma determinada consistência.
Superplastificantes: apresenta ação equivalente dos plastificantes, porém com um efeito mais intenso. São capazes de reduzir de três a quatro vezes, em um determinado traço, a quantidade de água, sem alterar a consistência da pasta.
65,68% 4,02%
12,44% 14,35%
3,51%
construção civil pavimentação asfáltica
outras construção/manutenção de estradas
3.4 Avaliação do Ciclo de Vida
Os próximos itens irão detalhar a metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida, conhecida como uma ferramenta de gestão ambiental, tendo como objetivo avaliar os impactos ambientais de um produto, processo ou em todo o seu ciclo de vida.
3.4.1 A Metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida
O início dos estudos de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), ocorreu em 1960, quando as grandes organizações industriais decidiram realizar inventários do consumo de energia utilizada na produção de seus produtos, para melhorar o uso de recursos naturais e buscar melhores alternativas para o uso de energia durante a primeira crise do petróleo (VIEIRA et al., 2016).
Após a crise do petróleo, os interesses pelos estudos de ACV diminuíram, porém, na década de 1980 devido ao crescente interesse pelo meio ambiente, estes estudos voltaram a ser feitos, com ênfase no ciclo de vida do produto, desde a aquisição de matéria-prima, passando pelo processo de fabricação, distribuição, reuso, até destinação e disposição final dos resíduos. Nesta nova fase o controle ambiental é integrado às práticas e processos produtivos, deixando de ser uma atividade de controle de poluição e tendo como princípio básico a prevenção (COLTRO, 2007; LOBO e LIMA, 2011).
Durante os anos seguintes, as avaliações ambientais ganharam popularidade. A diversidade de estudos e os resultados apresentados pela aplicação da ACV demonstraram a necessidade de obter-se um método padrão e estabelecer critérios rigorosos para orientar a realização de estudos antes de se tornarem públicos. Assim, em 1970, a Society for
Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC), a primeira instituição a começar a
trabalhar na padronização e sistematização de termos e critérios para ACV, foi criada (VIEIRA et al., 2016).
Em 1993, a ISO formou o Comitê Técnico 2007, propondo a elaboração de normas para a gestão ambiental de assentimento internacional (CHEHEBE, 1997).
Em 1997 foi criada a primeira norma ISO 14040, que se referia a padronização da metodologia da ACV. Nos anos seguintes vieram à série ISO 14040 (14040, 14041, 14042 e 14043). Junto com essas normas, foram publicados dois relatórios técnicos: ISO/TR 14047 e ISO/TR 14049. Em 2006, todo esse conjunto de normas foi rearranjado em duas normas:
ISO/FDIS 14040 – Environmental management – Life cycle assessment – Principles and framework (2006).
ISO/FDIS 14044 – Environmental management – Life cycle assessment – Requirements and Guidelines (2006).
Em 2009 a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) publicou as versões em português destas normas:
ABNT ISO 14040 – Gestão Ambiental – Avaliação do ciclo de vida – Princípios e estrutura (2009).
ABNT ISO 14044 – Gestão Ambiental – Avaliação do ciclo de vida – Requisitos e orientações (2009).
3.4.2 Etapas da Avaliação do Ciclo de Vida
A Avaliação do Ciclo de Vida (Life Cycle Assessment – LCA) é a mais avançada metodologia, padronizada, utilizada para avaliar os impactos ambientais de bens e serviços, quantificando-os em diferentes fases do ciclo de vida. Essa avaliação inclui o ciclo de vida completo do produto, processo ou atividade, ou seja, a extração e o processamento de matérias-primas, o transporte e a distribuição; o uso, o reemprego, a manutenção; a reciclagem, a reutilização e a disposição final; considerando os balanços de entradas e saídas de um determinado sistema produtivo (SWARR, et al. 2011; LAURENT et al., 2014).
O estudo de ACV é realizado em quatro etapas: a primeira é a definição do objetivo e escopo, que determina o propósito do estudo, os limites do sistema e a seleção das unidades adequadas; a segunda etapa é a análise de inventário do ciclo de vida (ICV), que é o processo de coleta de dados de todas as entradas e saídas relevantes para o estudo; a terceira etapa é a avaliação de impactos do ciclo de vida (AICV), que utiliza os dados do ICV e avalia os potenciais impactos ambientais; e a última etapa é a interpretação, que identifica problemas significativos, avalia os resultados para chegar a conclusões e fornece recomendações. Estas etapas são interdependentes, sendo possível o retorno em alguma delas em qualquer momento do estudo, conforme destaca a Figura 5 (BARBIERE e CAJAZEIRA, 2009, RASHID e YUSOFF, 2015).
Figura 5. Etapas da avaliação do ciclo de vida.
Fonte: adaptado da ABNT (2009a).
3.4.2.1 Definição do Objetivo e Escopo
O objetivo de uma ACV deve apresentar a aplicação pretendida do estudo, declarando as razões para sua execução, o público a quem pretende-se comunicar os resultados obtidos, e também se existe a intenção de utilizar os resultados em afirmações comparativas a serem divulgadas publicamente (ABNT, 2009a; WILLERS et al., 2013).
O escopo deve ser suficientemente bem definido para certificar que a abrangência, detalhamento e profundidade do estudo sejam compatíveis e suficientes para atender o objetivo declarado (ABNT, 2009a). Portanto, é de suma importância atentar aos seguintes itens: sistema de produto, função, unidade funcional, fluxo de referência, fronteira do sistema, procedimentos de alocação, metodologia para avaliação de impactos e tipos de impactos, tipo e fonte de dados, comparação entre os sistemas e considerações quanto a análise crítica.
Sistema de produto, função, unidade funcional e fluxo de referência
O sistema de produto compreende as etapas a serem estudadas pela ACV. Este item agrupa unidades de processo conectadas, por fluxos de energia e materiais, que realizam uma ou mais funções definidas (ABNT, 2009a).
A função e a unidade funcional são os elementos centrais do estudo de ACV e equivalem à especificação qualitativa e quantitativa, respectivamente, do objeto analisado. A função do produto expressa suas características de desempenho. A unidade funcional é a unidade referência do estudo, onde todos os fluxos de entrada e saída do sistema de produto serão relacionados a esta unidade; logo essa unidade necessita ser bem definida e mensurável. Posteriormente a definição da unidade funcional, será definido o fluxo de referência, que é a
Etapa 1 Objetivo e Escopo Etapa 2 Análise do Inventário Etapa 3 Avaliação de Impacto Eta pa 4 Int er p ret aç ão Usos: o Desenvolvimento e melhoria do produto; o Planejamento estratégico; o Elaboração de Políticas Públicas; o Marketing; o Outras.
