41
1 Universidade Federal do Espírito Santo – UFES Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil Avaliação de três métodos de ensaio para determinação do potencial de expansão de escórias de aciaria para uso em pavimentação Fábio Uliana de Oliveira, Mestrando Prof. Kátia Vanessa Bicalho, Orientadora Prof. Reno Reine Castello, Co-Orientador

Avaliação de três métodos de ensaio para determinação do ... · Limites de Consistência NP NP NP Massa específica dos sólidos [kg/m³] 2500 a 3100 3000 a 3700 3200 a 3800

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1

Universidade Federal do Espírito Santo – UFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Avaliação de três métodos de ensaio para determinação do potencial de expansão de escórias de aciaria para uso em pavimentação

Fábio Uliana de Oliveira, Mestrando

Prof. Kátia Vanessa Bicalho, Orientadora

Prof. Reno Reine Castello, Co-Orientador

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ObjetivosRevisão

Bibliográfica

Métodos Resultados Conclusões

Introdução

Estrutura desta apresentação

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3 ObjetivosRevisão

Bibliográfica Métodos ResultadosConclusões

Crescente demanda agregados Engenharia

Civil;

Esgotamento recursos naturais fontes de

agregados;

Crescimento produção industrial;

Introdução

Utilização de resíduos industriais na Engenharia Civil

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4 ObjetivosRevisão

Bibliográfica Métodos ResultadosConclusões

Utilização E.A. em pavimentação

Introdução

9% malha viária pavimentada;

recursos financeiros escassos;

indústria: agregar valor subproduto;

sociedade: ganhos ambientais e econômicos

OPORTUNIDADE

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5 ObjetivosRevisão

Bibliográfica Métodos ResultadosConclusõesIntrodução

Produção de Aço

Escória de Alto-Forno[200 a 300 kg / t aço]

Escória de Aciaria[116 a 120 kg / t aço]

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6

Expansibilidade

Principal limitação utilização das E.A. em pavimentação.

Métodos ResultadosConclusõesIntrodução

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7

Estudo experimental comparativo de três

métodos laboratoriais de determinação do

potencial de expansão de escórias de

aciaria (EA) brasileiras para pavimentação.

RevisãoBibliográfica Métodos ResultadosConclusõesObjetivos

Geral

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8

Específicos:

Caracterização física EA estudadas (ensaios de

laboratório);

Avaliação de três métodos laboratoriais de ensaio de

expansão selecionados;

Avaliação dos resultados (expansão x tempo) do

ensaio DMA-1/DER-MG/92;

RevisãoBibliográfica Métodos ResultadosConclusõesObjetivos

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9

Específicos (cont):

Definição de procedimento detalhado do método DMA-

1/DER-MG/92 apresentando, quando necessário,

sugestões de mudança;

Contribuição para banco de dados de expansão para

EA brasileiras do tipo LD e EAF

RevisãoBibliográfica Métodos ResultadosConclusõesObjetivos

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10 Métodos ResultadosConclusõesRevisão

Bibliográfica

Processo de produção de

Aço

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11 Métodos ResultadosConclusõesRevisão

Bibliográfica

Processo de produção de

Aço

Aciaria

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12

Processo LD

Também conhecido por BOF

Métodos ResultadosConclusõesRevisão

Bibliográfica

Processo EAF

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13

Expansibilidade

Efeito do CaO (rápido)

Hidratação →(Ca(OH)2) –

aumento 99% volume molar e

54% na superfície do cristal;

Efeito do MgO (lento)

MgO – Periclásio

Hidratação → (Mg(OH)2) –

aumento 119,5% volume

relação ao MgO

Métodos ResultadosConclusõesRevisão

Bibliográfica

Efeito do Ferro Metálico

(Fe0)

Oxidação e corrosão

FeO – aumento de 77,4% no

volume molar (70% das

reações)

Efeito C2S

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14

Expansibilidade

Métodos ResultadosConclusõesRevisão

Bibliográfica

Efeito C2S (ou 2CaO.SiO2) - transformação

alotrópica C2S

quatro formas distintas, denominadas α, α’, β e γ

pode haver a transformação direta da fase α’ para a

fase γ

transformação para γ-C2S mais prejudicial (maior aumento

de volume)

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15

Tratamentos

alterações no processo de escorificação

tratamentos na EA líquida;

tratamentos nas EA em estado sólido:

cura ao tempo (lenta);

cura acelerada: jatos de água quente;

percolação de vapor;

autoclave (vapor, temperatura e pressão);

Métodos ResultadosConclusõesRevisão

Bibliográfica

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16

Características das EA

Aplicação EA - bases e sub-bases rodoviárias

Limites - norma DNIT EM 262/94

Microestrutura E. A.: heterogeneidade de constituição

Métodos ResultadosConclusõesRevisão

Bibliográfica

Angulosidade - - -

Granulometria - - -

Limites de Consistência NP NP NP

Massa específica dos sólidos [kg/m³] 2500 a 3100 3000 a 3700 3200 a 3800

Massa unitária [kg/m³] * 1520 1990 a 2210 1740 a 2090

Absorção [%] * 0,3 a 2,2 0,90 a 5,20 1,10 a 2,70

Abrasão Los Angeles [%] * 13 a 40 11,80 a 20,70 18,30 a 36,10

* Resultados obtidos com as amostras estudadas neste trabalho porPOLESE (2006) E RODRIGUES (2006)

E.A. EAFE.A. LDCaracterísticas físicasRochas

(basalto, granito, rochas calcáreas)

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17

E.A. brasileiras em estudo (12)

Minas Gerais

B – LD;

D – LD;

E – LD;

F – LD;

Espírito Santo

C – LD;

I – EAF;

Rio de Janeiro

H – EAF;

J – EAF;

São Paulo A – LD;

G – EAF;

L – EAF;

Bahia K – EAF

ResultadosConclusõesMétodos

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18

Amostragem das EA estudadas

ResultadosConclusõesMétodos

Minimizar efeitos de heterogeneidade de distribuição

300m³

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19

Métodos de caracterização física

Normas

Angulosidade -

Granulometria por peneiramento NBR 7181/84

Limites de consistência NBR 7180/84, NBR 6459/84

Massa específica dos grãos NBR 6508/84, NBR 6458/84

Métodos de ensaios

Caracterização física

ResultadosConclusõesMétodos

Método de compactação

NBR 7182/86 - Procedimento sem reuso de material

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20

Métodos determinação potencial expansão EA

Esquema da medição da expansão da escória de aciaria nos ensaios estudados

ResultadosConclusõesMétodos

IMERSÃO

↑ TEMPERATURA

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21

DMA-1/DER-MG/92 (PTM 130)

ResultadosConclusõesMétodos

Energia de compactação: Proctor Normal

Temperatura: 71±3ºCPeríodo: 07 dias

Temperatura: 71±3ºCPeríodo: 07 dias

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22

JIS A 5015/92

ResultadosConclusõesMétodos

Energia:Proctor Modificado

Temperatura: 80±3ºCPeríodo: 10 dias *

* 06h / dia

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ASTM D 4792/00

ResultadosConclusõesMétodos

Energia: Proctor Normal

Temperatura: 70±3ºCPeríodo: 07 dias

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Comparação ensaios expansibilidade estudados

ResultadosConclusõesMétodos

DMA-1/DER-MG/92 JIS A 5015/92 ASTM D 4792/00Origem Brasil (PTM 130) Japão EUA / Canadá

CompactaçãoEnergia Proctor Normal Proctor Modificado Proctor NormalGranulometria original especificada original

ImersãoPeríodo 07 dias 10 dias 07 diasTemperatura 71±3ºC 80±3ºC 70±3ºC

EstufaPeríodo 07 dias - -Temperatura 71±3ºC - -

Limite estabelecido 3% (14 dias) 2% (10 dias) 0,5% (07 dias)

MétodosEtapas

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25

Estudo experimental

ResultadosConclusõesMétodos

Etapa piloto

05 determ. / método / tipo E.A.

DMA-1/DER-MG/92

JIS A 5015/92

ASTM D 4792/00

Cálculo. nº min.determinações

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26

Estudo experimental

ResultadosConclusõesMétodos

Etapa ensaioscomparativos

25 determ. / método

DMA-1/DER-MG/92

JIS A 5015/92

ASTM D 4792/00

05 determ. / método

DMA-1/DER-MG/92

JIS A 5015/92

ASTM D 4792/00

EA - EAF

EA - LD

A – LDB - LDC - LDD - LDF - LD

K - EAF

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27 ResultadosConclusõesMétodos

Análise estatística comparativa

Resultados ANOVA

Coef. Variação

Análise comparativa

Procedimentos

Indicaçãométodo

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28 ConclusõesResultados

A - LD B - LD C - LD D - LD E - LD F - LD G - EAF H - EAF I - EAF J - EAF K - EAF L - EAF

Ang2 S-Ang3 Ang S-Ang Ang Ang Ang Ang Ang S-Ang Ang Ang

DNIT 1 A D C C B B - - - - - A

SUC GW SP-SM SW-SM SP-SM GP-GM GP GP SP GP GP GW GP

HRB A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a

NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP

3343 3348 3561 3616 3357 3621 3602 3612 3941 3602 3826 3403

2120 1990 3160 2110 2010 2210 1790 1740 2030 1800 2090 1910

5,20 2,20 1,20 0,90 1,30 1,00 2,70 1,40 1,20 1,50 1,10 2,00

14,70 20,70 13,10 11,90 16,10 11,80 22,40 36,10 21,90 18,60 18,30 20,80

1 DNIT ES 303/972 Ang: Angulosa3 S-Ang: Sub-Angulosa

E.A. EAFE.A. LDCaracterísticas físicas

Massa específicados sólidos [kg/m³]

Angulosidade

Granulometria

Limites de Consistência

* Resultados obtidos com as amostras estudadas neste trabalho por POLESE (2006) e RODRIGUES (2006)

Massa unitária [kg/m³] *

Absorção [%] *

Abrasão Los Angeles [%] *

Resultados caracterização física

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29

EA EAF

ConclusõesResultados

EA LD

Limite DNIT

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Tempo [dias]

Exp

ansã

o a

cum

ula

da

[%]

A-LD 1 A-LD 2 A-LD 3

A-LD 4 A-LD 5 MÉDIA

Limite JIS A 5015/92

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Tempo [dias]

Exp

ansã

o a

cum

ula

da

[%]

A-LD 1 A-LD 2 A-LD 3

A-LD 4 A-LD 5 MÉDIA

Limite ASTM D 4792/00

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8Tempo [dias]

Exp

ansã

o a

cum

ula

da

[%]

A-LD 1 A-LD 2 A-LD 3

A-LD 4 A-LD 5 MÉDIA

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tempo [dias]

Exp

ansã

o a

cum

ula

da

[%]

K-EAF 1 K-EAF 2 K-EAF 3

K-EAF 4 K-EAF 5 MÉDIA

DM

A-1

/DE

R-M

G/9

2JI

S A

50

15/9

2A

ST

M D

479

2/0

0

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Tempo [dias]

Exp

ansã

o a

cum

ula

da

[%]

K-EAF 1 K-EAF 2 K-EAF 3

K-EAF 4 K-EAF 5 MÉDIA

Limite ASTM D 4792/00

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8Tempo [dias]

Exp

ansã

o a

cum

ula

da

[%]

K-EAF 1 K-EAF 2 K-EAF 3

K-EAF 4 K-EAF 5 MÉDIA

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30 ConclusõesResultados

Resultados expansão

A - LD B - LD C - LD D - LD E - LD F - LD G - EAF H - EAF I - EAF J - EAF K - EAF L - EAF

Min 3,15 1,83 2,52 3,14 4,11 3,42 0,04 0,11 0 0 0,25 0,12

Max 5,28 4,41 3,74 4,03 5,59 4,71 0,18 0,26 0,05 0,17 0,35 0,32

Min 1,95 1,84 2,93 3,01 - 3,23 - - - - 0 -

Max 4,77 2,18 3,58 3,34 - 4,65 - - - - 0,28 -

Min 3,03 1,95 2,16 2,79 - 3,24 - - - - 0,25 -

Max 4,99 4,31 3,53 3,79 - 4,57 - - - - 0,35 -

DMA-1/DER-MG/92

JIS A 5015/92

ASTM D 4792/00

E.A. EAFE.A. LDMétodos

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31 ConclusõesResultados

Resultados expansão

MétodoTipo de escória

de aciariaValor mínimo

[%]Valor máximo

[%]LD 1,83 5,59

EAF 0,00 0,35LD 1,84 4,77

EAF 0,00 0,28LD 1,95 4,99

EAF 0,25 0,35ASTM D 4792/00

JIS A 5015/92

DMA-1/DER-MG/92

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32

EA EAF

ConclusõesResultados

EA LD

ANOVAASTM D4792/00

JIS A5015/92

PTM 130/78 p-valor

N (número dedeterminações)

25 25 25

Mínima [%] 1,705 1,845 1,827Máxima [%] 4,990 4,770 5,280Média [%] 3,220 3,252 3,469Desvio-padrão [%] 0,788 0,816 0,754Coeficiente devariação [%]

24,464 25,099 21,732

ExpansibilidadeMétodos

0,480

ANOVAASTM D4792/00

JIS A5015/92 PTM 130/78 p-valor

N (número dedeterminações)

5 5 5

Mínima [%] 0,000 0,000 0,253Máxima [%] 0,018 0,288 0,350Média [%] 0,005 0,182 0,294Desvio-padrão [%] 0,008 0,116 0,039Coeficiente devariação [%] 149,250 63,747 13,425

Expansibilidade

Métodos

0,000

Não apresenta diferença

estatisticamente significante

Diferençaestatisticamente

significante

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33 ConclusõesResultados

DMA-1/DER-MG/92 – Amostras EA LD

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34 ConclusõesResultados

DMA-1/DER-MG/92 – Amostras EA LD

Tempo[dias]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

12 0,00003 0,0000 0,00004 0,0000 0,0000 0,00015 0,0000 0,0000 0,0000 0,00606 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,12757 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0019 0,39578 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0005 0,2106 0,97719 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0002 0,1386 0,9436 1,000010 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0001 0,0935 0,8951 1,0000 1,000011 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0001 0,0463 0,7735 0,9999 1,0000 1,000012 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0270 0,6617 0,9996 1,0000 1,0000 1,000013 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0139 0,5220 0,9973 0,9999 1,0000 1,0000 1,000014 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0077 0,4073 0,9907 0,9994 0,9999 1,0000 1,0000 1,0000

Teste de Tukey

Não apresentam diferenças estatisticamente significante

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35 ConclusõesResultados

Método de ensaio DMA-1/DER-MG/92

Equipamentos:

estufa;

banho-térmico;

relógios comparadores

Procedimentos

compactação (umidade *);

controle temperatura *;

transporte corpos-de-prova

* RAPOSO, 2005

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36 Conclusões

Resultados caracterização: Angulosidade - angulosas e sub-angulosas

Granulometria

Uniforme EA LD – tamanho “areia”

EA EAF – tamanho ”pedregulho”

Limites de consistência - não plásticas (NP)

massa específica dos sólidos

LD (C, D, E) e EAF (G, H, I, J e K) acima limite DNIT-EM 262/94 (3000 a 3500 kg/m³)

Compactação: Amostras EA não apresentam parâmetros de compactação definidos

(comportamento materiais granulares sem finos)

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37 Conclusões

Ensaios expansão (DMA-1/DER-MG/92, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00)

Comparação estatística:

EA - LD : não apresentam diferenças estatisticamente significantes;

EA – EAF : apresentam diferenças estatisticamente significantes;

Coeficiente de variação CV

EA – LD : valores de CV próximos

EA – EAF : DMA-1 < 10 ASTM D (necessita maiores estudos);

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38 Conclusões

Ensaios expansão (DMA-1/DER-MG/92, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00)

Comparação procedimentos:

Tempo de ensaio: ASTM (7 dias) DMA-1 (14 dias)

Teste de Tukey (medidas repetidas) : DMA -1 - EA -LD

a partir 7ª dia resultados não apresentam ≠ estatisticamente significantes,

pode indicar etapa estufa não exerça grande influência resultado final;

Limites aceitáveis (?): ASTM ( 0,5% ) DMA-1 (3 %)

procedimentos semelhantes

resultado mais favorável avaliação estatística

Resta comprovar que os limites do método são aceitáveis;

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39 Conclusões

Ensaios expansão (DMA-1/DER-MG/92, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00)

Resultados expansão obtidos:

EA - LD (> 3%) e EA - EAF (< 0,5 %);

amostras EA LD acima limites estabelecidos

Critério de aceitação: Raposo (2005)

Heterogeneidade (distribuição) dos resultados:

Amostragem criteriosa

Controle de qualidade rigoroso:

ampliação mercado EA (bases e sub-bases)

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40 Conclusões

Sugestões estudos futuros:

Avaliar o tempo de duração do ensaio DMA-1/DER-MG/92 para

diferentes escórias de aciaria;

Modelo matemático método DMA-1/DER-MG/92;

Correlação resultados laboratório e de campo para pavimentos

rigorosamente controlados, construídos com EA, para melhor

avaliação limites de expansão;

Revisão limites DNIT-EM 262/94.

Avaliar novos métodos de determinação da expansão de EA

(expansão controlada)

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41

Agradecimentos

USP – Poli

Profª Liédi Bernucci

UFES – PPGEC

Profª Kátia Bicalho

Profº Reno Castello

Profª Maristela Silva

Profª Eliana Zandonade

FINEP / IBS / NEXES

Família e amigos

“Obstáculos são coisas assustadoras que vemos quando desviamos nossos

olhos de nosso objetivo”

Henry Ford (1863-1947)