ulbra-to.br · Web view(NBR 5738/2003). Figura 9 - Cura dos corpos de prova submersos na água. Fonte: Autor. 3.5.3. Compressão axial Compressão é um esforço axial que tende a

FÁBIO DA CUNHA

APLICAÇÃO DO REJEITO DO QUARTZO DO MUNICÍPIO DE CRISTALÂNDIA-

TO COMO ADIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO EM CONCRETOS CONVENCIONAIS

Palmas - TO

2015

FÁBIO DA CUNHA



Projeto de pesquisa elaborado e apresentado como requisito parcial para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso II (TCC II) do curso de bacharel em Engenharia de Minas pelo Centro Universitário Luterano de Palmas CEULP/ULBRA orientado pelo Prof. M.Sc. Joaquim José de Carvalho.

Palmas – TO

2015

FÁBIO DA CUNHA



Projeto apresentado como requisito parcial da TCC II do Curso de Engenharia de Minas, orientado pelo Professor M.Sc. Joaquim José de Carvalho e co-orientado pelo professor M.Sc. Rodrigo Meirelles Matos Rodrigues.

Aprovada em ____de_______________ 2015.

BANCA EXAMINADORA

___________________________________________________

Prof. M.Sc Joaquim José de Carvalho Centro Universitário Luterano de Palmas

___________________________________________________

Prof. M.Sc Daniel dos Santos Costa Centro Universitário Luterano de Palmas

___________________________________________________

Prof. Esp. Valério Sousa Lima Centro Universitário Luterano de Palmas

Palmas - TO

2015

A minha família, que não mediu esforços para me ajudar e apoiar em todos os momentos para que alcançasse meus objetivos.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus por ter me abençoado até aqui e me ajudado a superar todas as batalhas, pela sabedoria e pelo esforço.

Ao CEULP/ULBRA pela oportunidade de cursar o curso de Engenharia de minas, ao corpo docente, direção e administração pela confiança no mérito е ética aqui presentes.

Aos professores Joaquim Carvalho e Rodrigo Meireles pela orientação apoio e confiança.

Aos demais professores por me proporcionar o caráter е afetividade da educação no processo de formação profissional.

Aos meus pais pelo amor, incentivo e apoio incondicional e toda minha família.

A todos os meus amigos e colegas que fizeram parte da minha formação acadêmica.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Quartzo direito (a) e esquerdo (b) com os eixos ortogonais definidos de acordo com

a norma IRE (1949) e projeção das posições atômicas no plano basal (0001) (c).................10

Figura 2 - Lascas de quartzo natural coordenada por verificação visual..............................14

Figura 3 - Faixas granulométricas das areias de acordo com a norma NBR 7211.................19

Figura 4 - Britagem do quartzo......................................................................................24

Figura 5 - Moagem do quartzo.......................................................................................25

Figura 6 - Peneiramento do quartzo................................................................................26

Figura 7 - Mistura do concreto.......................................................................................27

Figura 8 - Moldagem dos corpos de prova.......................................................................31

Figura 9 - Cura dos corpos de prova submersos na água...................................................32

Figura 10 - Compressão axial dos corpos de prova...........................................................33

Figura 11 - Classificação granulométrica do quartzo após a britagem.................................34

Figura 12 - Classificação granulométrica das partículas após a moagem.............................35

Figura 13 - Resistência à ruptura dos corpos de prova com os tratamentos de adição do pó de

quartzo aos 7, 14, 28 e 63 dias de cura............................................................................37

Figura 14 - Resistência à ruptura dos corpos de prova com os tratamentos de adição do pó de

quartzo aos 7, 14 e 28 dias de cura.................................................................................39

Figura 15 - Resistência à ruptura dos corpos de prova da substituição da areia fluvial pela

areia artificial do quartzo aos 7, 14, 28 e 63 dias de cura...................................................42

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Traço do concreto convencional referência utilizado........................................27

Tabela 2 - Traço do concreto com dição de quartzo..........................................................28

Tabela 3 - Traço do concreto com substituição da areia fluvial pela areia de quartzo...........29

Tabela 4 – Análise comparativa do incremento do pó d quartzo (percentual) na mistura do

concreto.......................................................................................................................36

Tabela 5 – Resistência à ruptura (Mpa) dos concretos após o incremento em porcentagem do

pó do quartzo na mistura...............................................................................................37

Tabela 6 – Expressões matemáticas para os tratamentos com adição do pó de quartzo.........38

Tabela 7 – Expressões matemáticas para os tratamentos de adição do pó de quartzo............39

Tabela 8 - Análise comparativa do incremento com a substituição da areia fluvial pela

artificial do quartzo.......................................................................................................40

Tabela 9 - Resistência à ruptura (Mpa) dos concretos após a substituição em porcentagem da

areia do quartzo na mistura............................................................................................41

Tabela 10 – Expressões matemáticas para os tratamentos de substituição da areia fluvial pela

areia artificial do quartzo...............................................................................................42

Lista de Abreviações

TSAM Traço de substituição do agregado miúdo

TSPQ Traço de adição do pó de quartzo

Fcj Resistencia em relação à quantidade de dias

Fck Resistencia característica do concreto

CCV Concreto Convencional

WWI Segunda guerra Mundial

CP Corpos de prova

IBRACON Instituto Brasileiro de concreto

CPR Concretos de pós reativos

RPC Reative powder concrete

N-S Norte sul

MG Minas Gerais

TO Tocantins

GO Goiás

BA Bahia

EUA Estados Unidos da América

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

NBR Norma Brasileira

CETEM Centro de Tecnologia mineral

Lista de símbolos

Kg/M3 Quilograma por metro cúbico

# mesh

mm Milímetro

Ton Tonelada

g Gramas

% por cento

cm Centímetro

g/ cm3 grama por centímetro cúbico

µm Micrômetro

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO......................................................................................................8

2.1. Quartzo...............................................................................................................9

2.1.1. Regularidade e composição.............................................................................9

2.1.2. Características físicas do quartzo...................................................................10

2.1.3. Principais ocorrências geológicas de quartzo no mundo...................................11

2.1.4. Exploração do quartzo..................................................................................12

2.1.5. Beneficiamento............................................................................................12

2.1.6. Uso e funções do quartzo..............................................................................14

2.2. Concreto............................................................................................................15

2.3. Constituições do concreto convencional................................................................16

2.3.1. Constituintes................................................................................................16

2.3.2. Cimento Portland.........................................................................................17

2.3.3. Agregados...................................................................................................17

2.3.4. Agregado miúdo..........................................................................................18

2.3.5. Agregado graúdo..........................................................................................19

2.3.6. Água...........................................................................................................20

2.3.7. Aditivos......................................................................................................20

2.4. Dosagens do concreto.........................................................................................21

2.5. Curas do concreto...............................................................................................21

2.6. Concretos de pós-reativos....................................................................................22

3. METODOLOGIA.....................................................................................................23

3.1. Etapas para o beneficiamento do quartzo...............................................................23

3.1.1. Britagem.....................................................................................................23

3.1.2. Moagem......................................................................................................24

3.1.3. Peneiramento...............................................................................................25

3.2. Traços base do concreto convencional..................................................................26

3.3. Traço com adição do pó de quartzo......................................................................28

3.4. Traço com a substituição da areia de quartzo.........................................................29

3.5. Atividades de laboratório para ensaios mecânicos dos corpos de prova....................30

3.5.1. Moldagem dos corpos de prova.....................................................................30

3.5.2. Cura dos corpos de provas.............................................................................31

3.5.3. Compressão axial.........................................................................................32

3.6. Análise estatística dos dados................................................................................33

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES..............................................................................34

4.1 Processamento final do quartzo.............................................................................34

4.1.1. Britagem.....................................................................................................34

4.1.2. Moagem......................................................................................................35

4.2 Análises do concreto com adição do pó de quartzo..................................................35

4.2.1 Compressão axial das adições.........................................................................37

4.3 Análises do concreto com substituição do areia fluvial pela areia artificial do quartzo 40

4.3.1 compressão axial das substituições..................................................................41

5.0 CONSIRERAÇÕES FINAIS...................................................................................44

5.1 Sugestões para trabalhos futuros...........................................................................44

7

ResumoCUNHA, FÁBIO. APLICAÇÃO DO REJEITO DO QUARTZO DO MUNICÍPIO DE

CRISTALÂNDIA- TO COMO ADIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO EM CONCRETOS

CONVENCIONAIS. 2015. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Curso de

Engenharia de Minas, Centro Universitário Luterano de Palmas, Palmas/TO, 2015.

Este trabalho tem como objetivo de desenvolver concretos convencionais, utilizando como

adição o pó e a areia de quartzo em concretos convencionais, visando avaliar o limite da

resistência que esse material obterá com a adição do rejeito de quartzo da região de

Cristalândia- TO. Determinar a resistência do material através da compressão axial após os

7,14,28 e 63 dias de cura do concreto. A utilização de areia de quartzo (areia artificial) para a

produção de concretos de cimento Portland pode ser uma alternativa de melhorar a qualidade

do concreto, tendo em vista o custo de areias naturais em algumas regiões do Estado do

Tocantins, além dos danos ambientais que sua exploração por dragagem pode ocasionar. O

presente trabalho apresenta um estudo sobre a viabilidade da utilização de areia e do pó de

quartzo da região de Cristalândia, no Estado do Tocantins, em substituição à areia natural de

rio, e o pó como adição no concreto.

8

1. INTRODUÇÃO

O presente trabalho tem por objetivo de desenvolver concretos convencionais com

adição do pó de quartzo e substituição da areia fluvial pela areia artificial gerada através da

britagem e moagem do quartzo. O quartzo que será utilizado para pesquisa é proveniente do

estado do Tocantins no município de Cristalândia, que tem uma grande ocorrência desse

mineral, e está sendo explorado manualmente pelos garimpeiros, onde o mineral de interesse

são as lascas de quartzo que tem uma estrutura cristalina bem formada, sendo este de boa

qualidade, o qual é menor concentração juntamente com os quartzos leitosos com

contaminações e impurezas.

As ocorrências de quartzo mais importantes do Estado do Tocantins estão diretamente

associadas à Província Geotectônica denominada Faixa Paraguai-Araguaia. Essa grande

estrutura corta o Tocantins na direção N-S, sendo encontrada desde o município de Araguaçú,

no sul, até o município de Xambioá, no norte do estado do Tocantins. Dentre estas várias

ocorrências, as que merecem mais destaque são as existentes nos municípios de Cristalândia,

Dueré e Pium - TO.

Como a comercialização é apenas das lascas de quartzo de boa qualidade há uma

grande concentração de rejeito gerado na Cooperativa de Cristalândia, gerando impactos

visuais que é um dos grandes problemas que se tornam para os garimpeiros de empilhar todo

esse rejeito. O principal composto do quartzo é a sílica que tem grande importância para o

mercado da construção civil, pois a sílica é um composto que melhora a composição do

concreto em reação com o cimento, melhorando a estrutura física e implica melhoras na

resistência do concreto.

Já a aplicação do quartzo como pó reativo para concretos foi iniciada a partir de

estudos realizados por Eugené Freyssinet na década de 1930 (FÁVERO & TUTIKIAN,

2013). Nesse estudo ele demonstrou que a adição de pó de quartzo como material reativo,

alterou positivamente as características físicas de resistência a compressão axial.

Com base nos estudos que serão abordados no quartzo, serão realizados os testes de

adição do pó (passante de 200#) no concreto convencional e substituição da areia fluvial pela

artificial gerada a partir da britagem do quartzo. O principal objetivo é de fazer o

aproveitamento desse material que não é aproveitado pelos garimpeiros, com finalidade de

9

minimizar os impactos ambientais provocados pelo grande empilhamento desse mineral que

não é de interesse para comercializar.

2. REFERENCIAL TEÓRICO

2.1. Quartzo

O quartzo é relativamente um dos minerais mais profusos da crosta terrestre. Possui

estrutura cristalina trigonal composta por tetraedros de sílica (dióxido de silício, SiO2). O

quartzo de melhor qualidade é empregado em seguimentos de alta tecnologia, dentre outras:

eletrônica, indústria óptica, equipamentos de instrumentação, fibras ópticas. Aquele com

qualidade inferior são utilizados como: abrasivos, cerâmicas, metalurgia, indústria civil e

outras. O Brasil detém as maiores e melhores reservas do mundo, porém sua participação

nesse segmento é reduzida devida á falta de domínio de tecnologias avançadas nessa área. É

também um material muito importante para várias aplicações industriais. Consiste no

emprego de areias e quartzitos como agregados para a construção civil, silício, o quartzo é o

material mais empregado na indústria eletrônica (CETEM, 2008).

Na caracterização do quartzo é importante o estudo do deposito da região, para

levantar informações corretas. A região de Cristalândia no Tocantins é uma das três áreas

produtoras de quarto e são descritos como veios epigenéticos, com formação posterior a rocha

encaixante, com saturação hidrotermais preenchendo zonas de falhas ou fendas tensionais

possivelmente associadas aos eventos termo tectônicos do Brasiliano (HUMMEL, 1989).

Nessa região, os veios de quartzo são hospedados em quartzo-feldspato xisto e

biotita-xisto pertencentes à Formação Pequizeiro, que está vinculado ao Grupo Estrondo.

Dezenas de garimpos manuais abandonadas podem ser encontradas nessa região. O peso dos

cristais explorados difere, variando geralmente a partir de 1 kg a duas toneladas. Cristais de

quartzo leitoso são mais comuns do que os transparentes. Segundo informações dos

garimpeiros, apenas cerca de 1% do quartzo explorada corresponde grau eletrônico (cristal de

rocha) (CETEM, 2008).

A aplicação do quartzo na construção civil tem o objetivo equalizar as proporções de

insumos, visando criar um material com o mínimo de defeitos, utilizando partículas sólidas de

pequenos diâmetros, variando entre 2,0 mm e 0,5μm. Gerando um concreto de alta densidade

e resistência e o mínimo de vazios. São essas características que definem o chamado Concreto

CPR (Concreto de Pós Reativos) (FÁVERO & TUTIKIAN, 2013).

10

2.1.1. Regularidade e composição

A Figura 1 (c) mostra as possíveis projeções dos átomos de Silício e Oxigênio no

plano perpendicular ao eixo projetado no quartzo. É possível observar que a célula unitária do

mineral de quartzo possui três átomos propriamente de silício e seis de oxigênio. Os íons

Silício têm arranjos tetraédricos, ou seja, eles ocupam os centros dos tetraedros cujos vértices

são ocupados pelos íons Oxigênio. A coesão no interior do tetraedro é garantida por forças

inter atômicas de natureza eletrostática, entre os íons de Silício e Oxigênio confinantes. Por

subsecutiva, sua estrutura pode acolher íons intersticiais, como H+, Li+ e Na+, sem provocar

grandes distorções nos átomos vizinhos. Graças a esses caminhos é possível fazer com que as

impurezas intersticiais sejam removidas (ou trocadas) mediante uma aplicação de um intenso

campo elétrico à aproximadamente 500°C, segundo as direções c e a, onde são conhecidos

como procedimento “sweeping” (CETEM, 2008).

Figura 1 - Quartzo direito (a) e esquerdo (b) com os eixos ortogonais definidos de acordo com a norma IRE (1949) e projeção das posições atômicas no plano basal (0001) (c).

Fonte: CETEM (2008).

A Figura 1 apresenta as projeções dos eixos ortogonais do quartzo de acordo com sua

estrutura e orientação cristalográfica, possuem poucos elementos de simetria, as propriedades

físicas do quartzo dependem vigorosamente da orientação cristalográfica devida sua formação

ser irregular provocado pelas altas temperaturas na formação geológica.

2.1.2. Características físicas do quartzo

O quartzo é um mineral com alta dureza, sendo medido na escala de “Mohs” atingindo

um grau 7,0. É um minera sutil com micro fissuras interna e não possui um plano de clivagem

pelo fato de sua estrutura ser uma cadeia tridimensional de tetraedros SiO4 interligados. O

11

aspecto morfológico da superfície fraturada do quartzo é tido como conchoidal ou

subconchoidal. O conjunto das fraturas também se manifesta na dureza e no índice de

tenacidade à fratura dos planos cristalinos do quartzo. Devido às características das estruturas

físicas e composição química o quarto é somente atacado pelo ácido fluorídrico quando se

encontra em temperatura ambiente. Esse ataque químico permite a retirada de suas impurezas

contidas. (GUZZO 2000).

2.1.3. Principais ocorrências geológicas de quartzo no mundo

As principais reservas mundiais de quartzo estão exclusivamente no Brasil, sendo

explorada a grande maioria através da lavra garimpeira. Algumas reservas geológicas podem

ser encontradas em alguns Países, já foram localizadas reservas minerais de quartzo, porém

com os cristais menores nos Estados Unidos, África do Sul, Angola, Ucrânia. Na América do

Sul existem ocorrências na Venezuela, mas as principais reservas estão localizadas no Brasil.

Destacam-se ainda as ocorrências de quartzo na cadeia dos Alpes, em particular na Suíça e

França. Além do Brasil, cristais hialinos de grandes dimensões foram encontrados apenas em

Madagascar. Tais cristais podem pesar até 10 ton. As reservas Localizadas no Brasil são de

grande porte, estão localizadas principalmente em Minas Gerais, Bahia, Goiás e Tocantins.

No estado do Tocantins estão localizadas as maiores reservas de quartzo do mundo, sendo

esta formação em veios hidrotermais que passa de norte a sul do estado. Estas ocorrências

estão localizadas no oeste do estado do Tocantins, localizada no município de Cristalândia,

Dueré e Pium (HUMMEL, 1989).

CASSEDANNE (1971) classificou as ocorrências de quartzo no território brasileiro da

seguinte forma:

Veios hidrotermais;

Pegmatitos;

Drusas em basalto;

Depósitos eluviais e aluviais.

Peças de perfeitas formações geológicas com alta beleza cristalina e com amplas

dimensões podem ser encontradas nos veios hidrotermais. Estes estudos de comprovações das

localizações destes cristais de quartzo foram descobertos e comprovados durante a Segunda

Grande Guerra Mundial (WWII). Os trabalhos de Stoiber et al (1945), são as principais

referências conhecidas internacionalmente sobre os veios de quartzo do Brasil. Os depósitos

localizados entre Sete Lagoas e Montes Claros (MG) e aqueles de Mimoso (BA), Cristalina

12

(GO) e Cristalândia (TO) foram os responsáveis pela maior quantidade de cristal de rocha

exportados para os EUA durante a WWII. Trabalhos recentes sobre a tipologia e aspectos

mineralógicos dos veios de quartzo da Serra do Espinhaço Meridional (MG) foram realizados

por Carvalho (1982), Favacho-Silva (2000) e Chaves et al.(2003). Recentemente, as gêneses

dos depósitos de quartzo localizadas estão localizadas entre Cristalândia e Pium (TO) estes

estudos e pesquisas das formações destes veios hidrotermais foram abordados por (MARKO

et al.2006).

2.1.4. Exploração do quartzo

As explorações das lavras de quartzo natural no Brasil ocorrem manualmente,

sobretudo em lavras a céu aberto proveniente de lavra garimpeira. Quando o quartzo está

aflorante, a extração começa utilizando escavações feitas manualmente em torno deste

afloramento utilizando pás e picaretas ou, quando muito uma mina com maior produção,

carregadeiras de pequeno porte. As explorações dos veios hidrotermais ocorrem verticalmente

sendo estas desenvolvidas em cavas. Quando encontrado, para remover as partes de

impurezas onde estão constituídos os contaminantes nas regiões leitosas e hialinas, à remoção

ocorre pela ação mecânica de marretas, martelos e em algumas ocasiões, explosivos, onde as

frentes de lavra podem atingir centenas de metros de comprimento e dezenas de metros de

profundidade. Geralmente, a quantidade de quartzo hialino não ultrapassa 1% do total do

quartzo explotado (MARKO et al. 2006).

Os quartzos dos corpos pegmatíticos são geralmente subprodutos oriundos da

explotação de gemas como água-marinha, berilo, topázio, ametista e turmalinas. Essas

explorações de gemas originada do quartzo são feitas em subsuperfície, seguindo de

escavações de pequeno porte realizada manualmente por garimpeiros com pás e picaretas. As

lavras exploradas a céu aberto concentram-se principalmente em depósitos secundários, em

aluviões, coluviões e elúvios e em pegmatitos intemperizados (FERREIRA et al. 2005).

Atualmente, muitos depósitos de quartzo das regiões produtoras encontram-se desativadas.

(MARKO et al. 2006) relatam essa situação para os veios de quartzo nos municípios de

Cristalândia e Pium no estado do Tocantins.

2.1.5. Beneficiamento

O beneficiamento do minério é um processo em que passa pelas operações unitárias

para atingir a granulometria adequada para determinado uso. Nessas etapas estão relacionados

britagem, moagem, classificação granulométrica, dente outros processos dependendo do tipo

de minério a ser beneficiado. A britagem é o primeiro processo que um minério passa, onde

13

após a detonação ficam os matacos que não é suficiente para atender a demanda desse

minério. A britagem é realizada por britadores de mandíbulas, britadores cônicos, de martelos,

rolos, dentre outros tipos de britadores. Após a britagem é realizado a moagem, onde a

finalidade é de reduzir a granulometria abaixo de 1,0 mm dependendo do tipo de minério, e

sua finalidade. Na classificação granulométrica define o acumulado retido em cada mesh das

peneiras, determinado a granulometria desejada (ADÃO BENVINDO DA LUZ, 2004).

O quartzo natural é processado em função de sua qualidade, como principais

características estão relacionadas ao seu tamanho, da sua transparência visual e da definição

de sua morfologia externa, ou seja, da existência de faces naturais perfeitas O. Com o

propósito de suprir a demanda das indústrias de dispositivos eletrônicos e ópticos, o seu

processamento ocorre com duas finalidades, quais sejam: a produção de lascas e o

processamento dos monocristais de grandes dimensões. Já no uso como aditivos em

concretos, o quartzo é lavado, britado e moído a uma granulometria extremamente fina, nesse

caso o beneficiamento é bem simples (CETEM, 2008).

A maior parte do quartzo natural lavrado dos veios hidrotermais destina-se à produção

de pequenos fragmentos, onde são conhecidas internacionalmente como “lascas”. De acordo

com sua transparência visual, as lascas são classificadas em seis classes: primeira, mista,

segunda, terceira, quarta e quinta essas classes variam de acordo com a pureza do quartzo,

onde a composição e grau de pureza são analisados para determinar o uso e função que cada

um apresenta. Apesar de esta classificação ser meramente subjetiva, ela está associada ao teor

de inclusões fluidas (regiões leitosas) e fissuras contidas na peça. Assim, uma lasca de

primeira, é aquela que com transparência total, despojada de inclusões e fissuras internas que

possam ser observadas a olho nu em ambiente bem iluminado. Para as classes subsequentes, a

transparência visual diminui gradativamente, pois o teor de inclusões e fissuras tende a

aumentar podendo ser observado visualmente a olho nu (CETEM 2008).

Para o beneficiamento do quartzo para uso na construção civil, é necessário passar

pelos processos de britagem e moagem juntamente com a classificação granulométrica para

determinar a melhor granulometria para o uso como aditivos ou agregados miúdos. No

município de Cristalândia – TO, o quartzo é lavrado apenas com o processo de desmonte

hidráulico, onde o principal foco dos garimpeiros é o aproveitamento das lascas de quartzo de

boa qualidade, sendo descartados os materiais que contém contaminantes. Após o desmonte

hidráulico, as lascas de interesse são coletadas manualmente pelos garimpeiros, sendo

escolhidas apenas pelo critério visual. Na Figura 2 constam algumas lascas de quartzo

classificadas de acordo com a inspeção visual adotada pelos garimpeiros (CETEM 2008).

14

Figura 2 - Lascas de quartzo natural coordenada por verificação visual. Fonte: Autor.

É possível observar na figura 2 as lascas de quartzo de acordo com sua inspeção

visual, que são classificadas de acordo com sua pureza, essas purezas são divididas em cinco

classes onde é determinada a classe de cada um dos minerais extraídos, os mais translúcidos

são as lascas de interesse para comercialização tanto para exportação, quanto para lapidação.

As lascas com a classificação três já é considerado rejeito por ser um mineral contidos de

impurezas (CETEM 2008).

O critério visual de classificação das lascas não está baseado em nenhum parâmetro

que leve em consideração aspectos como pureza ou perfeição cristalina. As lascas de primeira

são usadas na obtenção de sílica vítrea de alta pureza para confecção de vidros especiais e

pré-formas de fibras ópticas. As lascas de segunda são destinadas à produção de quartzo

cultivado, enquanto que as lascas de terceira, quarta e quinta são hoje usadas na produção de

silício grau metalúrgico que, após purificação química, é empregado na produção de fibras

ópticas e silício grau semicondutor. As lascas de transparência inferior também são destinadas

a diversas aplicações convencionais como a produção de vidros, tintas anticorrosivas podendo

ser beneficiada para agregados miúdos na construção civil e como pós reativos para concretos

especiais. (CETEM 2008).

15

2.1.6. Uso e funções do quartzo

Os recursos de quartzo natural são aplicados em diversos segmentos, desde aplicações

convencionais, onde, o mineral é utilizado diretamente após algum processamento primário,

como britagem, moagem, lavagem ou classificação, até as aplicações que requerem um

grande aporte de conhecimento tecnológico para processá-lo. Neste item, serão consideradas

as aplicações do segundo caso, ainda pouco difundidas nos setores de extração mineral do

Brasil e cujo impacto tecnológico e econômico é muito superior. Em particular serão

focalizadas a produção de quartzo cultivado e produção de silício e sílica vítrea de alta pureza.

As aplicações do quartzo, quartzitos e arenitos visando à produção de vidros (planos,

embalagens, tubos e bulbos, tendo uma grande utilidade na fabricação de sílica para adição

em concretos especiais cerâmicas refratárias, porcelanas, fibras de vidro dentre outras funções

(CETEM, 2008)).

O cristal de rocha, variedade incolor e transparente do quartzo, é usado em óptica para

a fabricação de prismas polarizadores, lentes côncavas e convexas e fotômetros. A

transparência aos raios ultravioletas faz do quartzo um elemento com uma substância

perfeitamente adequada para a fabricação das lentes de certos microscópios. Os minerais de

quartzo com melhores qualidades que contém uma cor violeta como o jaspe, o quartzo rosado

e outras variedades, se fabricam objetos e peças ornamentais. O arenito tem uma grande

composição de quartzo, é usado como material de construção. Como abrasivo, o quartzo se

usa para polir e afiar instrumentos, e para limpar grandes superfícies com a técnica de jato de

areia. O quartzo também tem aplicação em laboratórios, pois suas fibras apresentam ótimas

qualidades para aplicação de balanças de precisão as de extrema sensibilidade. Por suas

propriedades piezelétricas, o quartzo é utilizado para medir e controlar a frequência dos

impulsos elétricos (BIOQUÍMICA, 1999).

2.2. Concreto

O termo concreto é denominado como um material constituído pela amalgamação de

cimento, água, agregado graúdo (brita, cascalho) e agregado miúdo (areia). Após adicionar os

materiais que constituem o concreto e realizar o amassamento, ele se torna um material

endurecido com alta resistência à compressão axial e baixa resistência à tração. A dureza do

concreto está ligada diretamente do fator relação água/cimento, quantidade de agregados,

tipos de agregados, e também da homogeneização no momento da aplicação na obra. Uma

homogeneização mal caracterizada pode interferir na resistência física do concreto, fazendo

com que se torne uma pasta inviável para aplicação na construção civil. (NOGUEIRA, 2010).

16

2.3. Constituições do concreto convencional

2.3.1. Constituintes

Os concretos convencionais empregados na construção civil possuem constituintes

compostos por quatro materiais: cimento Portland, água, agregado miúdo, agregado graúdo. O

cimento e a água formam uma pasta que enche a maior parte dos espaços vazios entre os

agregados. Algum tempo depois de misturado o concreto, devido à reação da água no cimento

a pasta endurece formando um material sólido e resistente. Os agregados são considerados

materiais inertes enquanto a pasta (água + cimento) constitui um material mais ligante que

juntam as partículas dos agregados em uma massa sólida. O cimento com a água é

responsável em fazer com que os agregados se unem e fixam entre si juntamente com a água e

o cimento forma uma massa homogênea (ANDOLFATO, 2002).

As propriedades ligantes da pasta são produzidas por reações químicas entre o cimento

e a agua, a quantidade de agua para ocorrer essa reação dever ser relativamente pequena,

porém se usa uma quantidade menor para obter trabalhabilidade, permitindo também uma

maior quantidade de agregado. A adição de água no concreto interfere diretamente a sua

resistência, quanto mais água adicionar no concreto durante o amassamento, menor será a

resistência. A água adicionada em quantidades superiores ao limite através dos cálculos

realizados da proporção e qualidade dos agregados prejudica a reação do cimento,

neutralizando parte de suas reações na formação de uma pasta mais resistente. O tipo de

agregado interfere positivamente a resistência do concreto, sua escolha é fundamental para

moldar uma pasta de concreto, pois são eles que reduzem o custo, devido o alto custo do

cimento, e a proporção de seus constituintes que variam de 60% a 80% do concreto

(ANDOLFATO, 2002).

Segundo ANDOLFATO (2002) os agregados devem atender as seguintes condições:

Serem estáveis nas condições de exposição do concreto, não contendo

materiais com efeitos prejudiciais como materiais orgânicos e outras impurezas;

Apresentar resistência satisfatória a compressão e ao desgaste;

Serem graduados de modo a reduzir o volume da pasta, que devem encher os

espaços entre os agregados.

Além dos agregados indicados para adição, o concreto contém cerca de 1% a 2% de ar,

que fica preso durante a mistura. Esses poros contidos no concreto como bolhas de ar são

provenientes do ar que fica contido no interior do concreto mesmo com uma boa compactação

17

não é possível eliminar todo ar contido, sendo assim, todo concreto possui uma pequena

porcentagem de ar em sua estrutura interna.

2.3.2. Cimento Portland

Os cimentos Portland são cimentos hidráulicos produzidos pela pulverização de

clínquer (“o clínquer que pode ser definido como um material obtido através da sinterização

de rochas carbonáticas e argilosas. Estes materiais, previamente são moídos, dosados e

homogeneizados e depois de submetidos a tratamento térmico em forno rotativo, na

temperatura de queima de 1450°C, onde ocorrem fusões parciais e, durante o resfriamento,

nódulos de clínquer são produzidos”.) formado essencialmente por silicatos de cálcio

hidratados, com adições de cálcios e outros compostos (MARINGOLO, 2001).

Segundo o Instituto Brasileiro de Concreto (2011), o cimento Portland consiste de um

grande valor agregado, sendo o constituinte mais caro do concreto. Como todo produto

industrial, o cimento apresenta variações em sua característica ao longo do tempo. No

mercado existem vários tipos de cimento, e como o estudo de dosagem do cimento no

concreto varia de acordo com determinado cimento, pode ocorrer que, depois de um traço de

concreto ter sido otimizados, mudanças no tipo de cimento podem comprometer o

desempenho do concreto se não fizer os cálculos de acordo com as especificações do

fabricante. Cimentos que apresentam quaisquer alterações na textura do concreto, sugerindo a

formação de grumos (pequena porção de matéria cujas partículas estão aglomeradas) não

deverão ser empregados na produção de concretos, pois interfere na estrutura física do

mesmo.

2.3.3. Agregados

Os agregados devem ser formados de rochas com alta resistência, para suas partículas

se tornam duras e compatíveis, isenta de produtos deletérios como argilas, micas, siltes, sais,

matérias orgânicas, dentre outros, não tem forma ou volume definidos, as dimensões e

propriedades são estabelecidos para uso em obras de construção civil, sendo eles naturais e

artificiais (LASERNA & REZENDE, 2006).

A composição granulométrica dos agregados é determinada em ensaios padronizados

de peneiramento de acordo com a norma (NBR 248). As curvas granulométricas devem ficar

dentro de certos limites, fiados nas especificações, de modo que os agregados quando se

tornam homogêneos apresentam um bom comportamento para que diminua o volume de

espaços vazios entre as partículas quando moldado o concreto na construção civil. Esse bom

18

entrosamento resulta em economia da pasta de cimento que é o material mais caro do concreto

(LASERNA & REZENDE, 2006).

A porcentagem acumulada é denominada como o material retido em uma determinada

peneira quando realiza ensaios para realizar uma classificação granulométrica. Esse material

fica acumulado em peneiras com a abertura menor que os seu tamanho, dando a especificação

de sua granulometria em relação ao diâmetro da peneira o qual ficou retido. Após esse ensaio

é gerado uma curva de granulometria de acordo com os agregados retido em cada peneira,

esse gráfico é gerado a partir de dados de porcentagem de acumulado em relação a

porcentagem de retido, no eixo das abcissas representam as aberturas das peneiras e no eixo

das ordenadas as porcentagens acumuladas. Os agregados são relativamente baratos e não

entram em complexas reações químicas com a água. Por isso, têm sido comumente tratados

como material de enchimento inerte no concreto. As características relevantes do agregado

para a composição do concreto incluem porosidade, composição ou distribuição

granulométrica, absorção de água, forma e textura superficial, resistência à compressão,

módulo de elasticidade e tipo de substâncias deletérias presentes (ANDOLFATO, 2002).

A forma do grão é o principal parâmetro para que se tenha uma mistura de concreto

que alcance a plasticidade desejada com o menor consumo de água e consequentemente

menor consumo de cimento para uma determinada resistência característica do concreto (Fck)

e durabilidade. Esta forma depende muito da origem geológica da jazida, mas pode ser

melhorada com a utilização de equipamentos próprios para este fim, os equipamentos de

beneficiamento que utilizam para redução da granulometria são britadores de mandíbulas,

britadores cônicos, com essa britagem, reduzem-se a granulometria do agregado e através de

ensaios de classificação determina o tamanho adequado para aplicação no concreto

(ANDOLFATO, 2002).

2.3.4. Agregado miúdo

As areias são divididas em grossas, médias finas e muito finas, conforme o valor de seu

módulo de finura. Esse resultado é obtido através da soma das percentagens do acumulado em

cada peneira. As areias se dividem de acordo com o seu módulo de finura de acordo com a

norma (7211) onde estão descritas a seguir:

a) Areia grossa - módulo de finura entre 3,35 e 4,05;

b) Areia média – módulo de finura entre 2,40 e 3,35;

c) Areia fina – módulo de finura entre 1,97 e 2,40;

d) Areia muito fina – módulo de finura menor que 1,97.

19

Esses valores determinados da classificação das areias em relação ao seu módulo de

finura são aproximados e indicados de acordo com a norma (NBR 7211 de 1983). Para

melhor entender a classificação granulométrica dentre as faixas ótima em relação ao grau de

finura e as faixas utilizáveis na mistura dos concretos convencionais, estão demostradas na

figura 3.

Figura 3 - Faixas granulométricas das areias de acordo com a norma NBR 7211.Fonte: ANDOLFATO (2002).

A figura 1 demostra um ensaio granulométrico que foi determinado de acordo com a

norma 7211 da ABNT para determinar as faixas ótimas do agregado miúdo (areia), em

relação percentagem de acumulados em cada peneira. A faixa amarela e verde representa a

percentagem ótima da quantidade de material acumulado em relação às aberturas das peneiras

em mm para adicionar em concretos convencionais. E entre a faixa vermelha e a amarela são

os que são mais utilizados levando em consideração o grau de finura de cada material retido

nas faixas granulométricas.

2.3.5. Agregado graúdo

Os agregados graúdos são classificados conforme os tamanhos das partículas

componentes (diâmetros máximos e mínimos) a seguir, sendo esses os tamanhos mais

utilizados na construção civil:

a) Brita 0 – 4,8 a 9,5mm;

20

b) Brita 1 – 9,5 a 19 mm;

c) Brita 2 – 19 a 38 mm;

d) Brita 3 – 23 a 50 mm.

Segundo o Instituto Brasileiro de Concreto (IBRACON) os agregados graúdos devem

ser escolhidos levando em consideração o tamanho do grão e a forma geométrica. A

composição granulométrica desse agregado é de grande importância, pois quando há

alterações na composição, interfere na quantidade de cimento s ser inserido na massa, pois

quando os grãos se tornam uniformes de mesmo tamanho, diminui a trabalhabilidade do

concreto fazendo com que diminua sua resistência. Os tamanhos mais utilizados na mistura de

concretos convencionais para construção civil estão o tamanho de brita zero. As britas são

indicadas, essencialmente na confecção do concreto, tendo em vista a redução do custo em

relação ao cimento, dando maior resistência ao desgaste também ao fogo (FERNANDES,

2014).

2.3.6. Água

A água a ser utilizada na confecção do concreto deve ser potável, não devendo conter

resíduo industriais ou substancias orgânicas que possa interferir na composição e na reação do

concreto, a água com impurezas pode interferir na reação química com o cimento podendo

prejudicar a dureza da pasta de cimento e agregados (ANDOLFATO 2002).

A presença de impurezas na água ou elementos contaminantes durante o amassamento

pode ocorrer alterações indesejadas. A água para utilizar no concreto deve ser potável livre de

qualquer impureza, mesmo sendo de fontes subterrâneas deve passar por análises químicas.

Dentre os fatores que implicam na contaminação da água estão os óleos, produtos químicas,

graxas, dente outros, essas contaminações são provocadas durante os períodos chuvosos, onde

as águas que escoam de locais com esses resíduos são levadas para os rios e também infiltram

no subsolo, provocando essas contaminações (IBRACON, 2011).

2.3.7. Aditivos

Denominam-se aditivos os materiais adicionados além dos agregados constituintes do

concreto durante o amassamento para obter as propriedades de resistência desejada tais como:

aumento da plasticidade, controle do tempo de pega, aumento da resistência, diminuição dos

poros dentre outros. Os aditivos para concreto são em geral explorados comercialmente por

fabricantes especializados, cujos catálogos contêm informação pormenorizada sobre o seu

melhor emprego. (ANDOLFATO, 2002).

21

Atualmente os aditivos mais utilizados no mercado da construção civil é a sílica ativa

um subproduto da fabricação do silício metálico, é uma adição que melhora as propriedades

do concreto tanto no estado fresco como no endurecido. Cinzas volantes, que são os resíduos

da queima de carvão mineral em pó, proveniente de fornos que usam carvão mineral moído

como combustível. O pó, bastante nocivo ao meio ambiente, é coletado por filtros de mangas

ou filtros eletrostáticos. A cinza gerada após a queima da casca do arroz é um material que

aumenta gradativamente a resistência do concreto (VANDERLEI & GIONGO, 2006).

2.4. Dosagens do concreto

Na dosagem do concreto o principal objetivo é de produzir uma pasta de ótima qualidade

que atenda as especificações necessária para obter um material resistente de modo atender

uma boa resistência e uma plasticidade suficiente para atender as exigências da construção

civil. De acordo com o instituto Brasileiro de Concreto (IBRACOM), no proporcionamento

de dosagem do concreto é necessário colocar o cimento em um misturador definido com uma

proporção de cimento, geralmente número de sacos, ou na unidade definida pela central de

concreto para em seguida adicionar os agregados. Os agregados são adicionados de acordo

com a norma de dosagem de concretos convencionais. Para um saco de cimento adiciona 199

kg de agregado miúdo (areia), 254 kg de agregado graúdo (brita), e 46 litros de água, sendo

assim formando uma mistura. A mistura do concreto é uma operação de grande importância,

geralmente realizadas por betoneiras, caminhões “mixer”, e de forma manual, através dela que

obterá uma homogeneidade que determinará a resistência do concreto, assim definindo sua

qualidade.

A resistência adotada como referência para a dosagem é a resistência média com 28

dias obtidos em corpos de provas padronizados de acordo com a Associação Brasileira de

Normas técnicas (NBR 5738).

2.5. Curas do concreto

A cura do concreto tem como objetivo de manter a umidade do concreto para que a

água reaja com o cimento durante o período de hidratação evitando ocorrências de fissuras e

retrações do mesmo (ANDOLFATO 2002). De acordo com IGOR (2012), a finalidade de

realizar a cura do concreto é para que a água reaja com o cimento quando se encontra em

repouso para que os elementos aditivos passem pela reação para melhorar a resistência do

mesmo, sendo essa cura relacionada proporcionalmente a temperatura de hidratação, quanto

maior a temperatura da hidratação, maior a resistência do concreto. A cura é de grande

importância para garantir a continuidade das reações de hidratação do cimento e minimizar os

22

efeitos da retração, fazendo com que assegura o aumento da resistência ao longo do tempo e

minimiza os efeitos de retrações que se traduzem pelos efeitos de fissuras no concreto.

2.6. Concretos de pós-reativos

O concreto de pós-reativos (CPR) ou RPC (Reative Powder Concrete) como também é

chamado, é um composto de cimento comum, sílica ativa, pó de quartzo, super plastificante,

água, fibras de polipropileno e agregado miúdo todos os materiais com diâmetro menor que

2,0 mm, o que proporciona uma mistura de alta densidade e o mínimo de espaços vazios. A

produção desse concreto é semelhante ao convencional, porém com uma baixíssima relação

água/cimento que é possível com o uso de aditivo super plastificante. No concreto

convencional a brita auxilia na dispersão dos finos, no caso do CPR, como não tem agregado

graúdo é necessário à utilização do misturador forçado. O processo de mistura do CPR

obedece a seguinte ordem: homogeneização do material seco, fluidificação da pasta pela

adição de aditivos e colocação da água de hidratação e por fim a adição das fibras.

(VANDERLEI & GIONGO, 2006).

A distribuição granulométrica dos grãos e o empacotamento das partículas que

compõem o CPR (Concreto de Pós Reativos) são os principais fatores que determinam as

características desejadas para concretos de alto rendimento. O estudo do empacotamento é

bastante amplo e existem alguns métodos bem desenvolvidos. Como o CPR é um material de

granulometria fina e também bastante compacta, ele se assemelha aos compósitos cerâmicos

(VANDERLEI & GIONGO, 2006).

23

3. METODOLOGIA

O presente trabalho tem como objetivo produzir um concreto convencional que possa

atingir as especificações técnicas e resistência desejada com adição do pó de quartzo e

substituição da areia fluvial por areia artificial oriunda da britagem e moagem do rejeito de

quartzo a partir de um CCV de traço pré-determinado por literatura especifica.

Para realização do beneficiamento do quartzo até o produto final, o pó e areia, foram

realizados processos de britagem, moagem e classificação granulométrica, sendo assim

obtidos os produtos finais para realização da pesquisa.

Foram realizados nove corpos de prova com diâmetro de 5,0 cm de cada traço, para

determinar sua resistência à compressão axial, foram rompidos três corpos de prova por

tempo de cura. Os tempos de curas foram de 7, 14, 28 e 63 dias.

Após a obtenção dos resultados foram realizados métodos estatísticos através de

tabelas e gráficos, a partir da utilização da planilha eletrônica Excel; e também, foram

construídos modelos matemáticos para expressar a relação entre a dose do incremento e os

parâmetros que qualificam o concreto.

3.1. Etapas para o beneficiamento do quartzo

3.1.1. Britagem

A britagem é a operação que fragmenta os blocos obtidos na lavra, mas como existe

uma série de tipos de equipamentos, esta operação deve ser repetida diversas vezes, mudando-

se o equipamento, até se obter um material adequado à alimentação da moagem (LUZ, 2010).

A britagem foi realizada no laboratório de engenharia de minas do CEUP/ULBRA por

um britador de mandíbulas de eixo excêntrico de laboratório modelo BM2-9060 mm.

Primeiramente foi realizada a quebra dos blocos de quartzo maiores para adicionar no

britador, após atingir o tamanho proporcional para o “gape” do equipamento em seguida foi

britado o quartzo.

24

Figura 4 - Britagem do quartzo. Fonte: Autor.

É possível observar na figura 4 a britagem do quartzo no britador de mandíbula, essa

britagem tem por finalidade de reduzir a granulometria do material para que em seguida seja

realizada a moagem para obter o produto final desejado.

3.1.2. Moagem

A importância da operação de fragmentação pode ser percebida em toda a sua

magnitude, se for destacado o fato que a maior parte da energia gasta no processamento de

minérios é absorvida pela fragmentação. Isso nos leva a supor que grande parte dos custos

operacionais de uma usina de tratamento de minérios se deve à fragmentação (CETEM,

2010).

O processo de moagem foi realizado em moinho de bolas de laboratório (modelo jarro

200x300mm DXC) no laboratório de engenharia de minas do CEULP/ULBRA. Os jarros

utilizados na moagem foram fabricados especialmente para suportar os desgastes do processo

e moer quantidades de material até 1000 g por jarro.

Após o material ser britado, foi levado para o moinho de bolas uma quantidade de

1000g de quartzo fragmentado por moagem com uma rotação de 250 rpm. Para realizar a

moagem do material, foram inseridas 20 esferas de aço com diâmetro de 36 mm com massa

de 190g cada esfera. O processo de moagem foi realizado de uma forma em que cada ensaio

obteve um tempo de 15 minutos, sendo estes classificados e separados a granulometria para

25

ser aplicado no concreto como agregado miúdo, o material que foi utilizado para esse teste

foram os retidos nas peneiras de 4,75 mm a 75 µm.

Figura 5 - Moagem do quartzo. Fonte: Autor.

3.1.3. Peneiramento

Entende-se por peneiramento, a separação de um material em duas ou mais classes,

estando estas limitadas uma superior e outra inferiormente. O material retido na tela da

peneira é denominado oversize o passante, undersize (CETEM, 2010).

O peneiramento foi feito por peneiras e agitador de peneiras de laboratório. As

peneiras granulométricas são essenciais para os processos voltados para a extração em síntese.

É com elas que é feitos as analises granulométricas, estudo que permite identificar o tamanho

e a distribuição dos grãos, e junto a composição mineralógica, permite obter o grau de

liberação.

As peneiras granulométricas possuem diferentes aberturas que são padronizadas

internacionalmente, o número de abertura por polegada é chamado de “mesh” é determinado

de que quanto maior o mesh, menor o número de abertura e mais fino deverá ser o grão que

passará por ela. (LUZ, 2010).

26

Figura 6 - Peneiramento do quartzo.Fonte: Autor.

O material foi classificado por peneiras de laboratório tamanho 8x2 juntamente com o

agitador de peneiras eletromecânico com capacidade de 6 peneiras sendo utilizado peneiras de

12,5 mm a de maior abertura até a de 200 mesh menor abertura. Para realização dos ensaios

foram recolhidos os materiais retidos nas faixas de 4,75 mm a 75 µm para obter um agregado

miúdo para substituição da areia fluvial pela areia artificial originada do rejeito do quartzo da

região de Cristalândia – TO. Para utilizar o quartzo como aditivo o material recolhido foi o

passante da fração de 75 µm, um material proveniente fino onde será feito a adição como pó

reativo, e sua percentagem adicionada foi em relação à massa do cimento.

3.2. Traços base do concreto convencional

Primeiramente foi realizado um traço base de um concreto convencional (CCV) para

determinar a resistência dessa mistura. As especificações das proporções de agregado,

cimento e água para esse traço referência foram determinadas pelo Instituto Brasileiro de

Concreto (IBRACON). Na tabela 1 estão listados os dados das proporções calculadas e as

proporções que foram utilizadas na dosagem do concreto. Esse traço referência foi moldado

com objetivo de avaliar a resistências do mesmo em relação aos traços com a adição de

agregado miúdo e pó reativo originado do quartzo cominuído passante da malha de 75 µm.

27

Figura 7 - Mistura do concreto.Fonte: Autor.

Tabela 1 – Traço do concreto convencional referência utilizado.

Traço do Concreto de Referência Utilizado

Características dos Insumos

Cimento CP II - Z – 32 Massa Esp. 3,1 g/cm³

Agregado Miúdo Areia Natural Media

Massa Específica: 2,65 g/cm³

Massa Unitária: 1,52 g/cm³

Inchamento Médio:1,15

Umidade Critica 4,3%

Agregado Graúdo GranitoMassa Específica: 2,64 g/cm³

Massa Unitária: 1,65 g/cm³

Traço Referência

Teor de Argamassa 54%

FcK 25 Mpa

Fcj 28 34,1 Mpa

28

Consumo de Cimento

(Kg/m³) 394

Fator Água /Cimento 0,46

Dosagem em Massa para 1 m³ de Concreto (1-1,99-2,54-046)

Cimento CP-II-Z-32 394 Kg

Areia Natural 782 Kg

Brita (0) 1002 Kg

Agua 181,2 l

Dosagem em Massa para 0,001746 m³ de Concreto (1-1,99-2,54-046)

Cimento CP-II-Z-32 0,7 Kg

Areia Natural 1,4 Kg

Brita (0) 2,43 Kg

Água 0,32 l

Fonte: Autor.

A tabela 1 especifica os procedimentos que foram realizados na dosagem do concreto.

Primeiramente está relacionada uma proporção para um volume de 1m3 tendo em base esse

dado em seguida foi dimensionado as dosagens de agregados e cimento a serem utilizados na

moldagem dos corpos de prova com um volume de 1,746x10-3 m3 considerando um aumento

de 10% devido asa perdas na moldagem dos corpos de prova. Esse volume representa a

quantidade total de concreto que foram utilizados para moldagens de 08 corpos de prova com

capacidade de 0,194 x10-3 m3

3.3. Traço com adição do pó de quartzo

O traço com a adição do pó de quartzo foi realizado após a moldagem do traço base

citado no item 3.1. Foram analisadas três percentagens de adição do pó de quartzo,

primeiramente foram adicionados 5% desse pó passante de 200#, depois foi adicionado 10%,

e por último uma adição de 20% desse pó, como mostram as especificações dos traços na

tabela 2.

Tabela 2 - Traço do concreto com dição de quartzo.

TRAÇO 1-1,99-2,54-0,46

Traços Teor de

Adição (%)

Cimento

(kg)

Agregado

Miúdo

Agregado

graúdo

Água

Pó de Areia Fluvial Granito

29

Quartzo(kg) Kg Kg Kg Kg a/c

Referência - 0,7 1,37 1,8 0,32 0,46

01 TAPQ 5% 0,035 0,7 1,37 1,8 0,32 0,46

02 TAPQ 10% 0,07 0,7 1,37 1,8 0,32 0,46

03 TAPQ 20% 0,140 0,7 1,37 1,8 0,32 0,46

Fonte: Autor.

Na tabela 2 especifica os procedimentos que foram realizados na dosagem do concreto

com adição do quartzo em diferentes percentagens. Nesse experimento foi adicionado pó de

quartzo no concreto convencional para avaliar a qualidade de cada composição adicionada.

3.4. Traço com a substituição da areia de quartzo

O traço para a substituição de areia foi realizado com base no item 3.1, em que ocorreu

primeiramente a substituição da areia fluvial pela areia artificial do rejeito do quartzo do

garimpo de Cristalândia – TO. Na primeira etapa foram substituídos 25% da areia fluvial pela

areia artificial do quartzo, na segunda etapa foram substituídos 50%, e na terceira etapa foram

substituídos 100% da areia fluvial pela areia de quartzo, como especificado na tabela 3.

Tabela 3 - Traço do concreto com substituição da areia fluvial pela areia de quartzo.

TRAÇO 1-1,99-2,54-0,46

Traços

Teor de Sub.

%Cimento

Agregado MiúdoAgregado

graúdoÁgua

Agregado

Miúdo

Areia

Natural

Areia de

QuartzoGranito

Kg Kg Kg Kg Kg a/c

Referencia - 0,7 1,37 - 1,8 0,32 0,46

01 TSAM 25 25% 0,7 1,027 0,343 1,8 0,32 0,46

02 TSAM 50 50% 0,7 0,685 0,685 1,8 0,32 0,46

03 TSAM 100 100% 0,7 - 1,37 1,8 0,32 0,46

Fonte: Autor.

Na tabela 3 especifica os procedimentos que foram realizados nas dosagens do

concreto com a substituição da areia fluvial pela areia de quartzo. Nesses experimentos foram

avaliados os ensaios com proporções dessa substituição, com objetivo de avaliar a viabilidade

da areia artificial do quartzo em função da resistência dos corpos de prova.

30

3.5. Atividades de laboratório para ensaios mecânicos dos corpos de prova

As atividades realizadas em laboratórios para determinação da qualidade do concreto

são de grande importância para obtenção das análises das características do mesmo, onde

contém equipamentos capazes de realizar os testes físicos como durabilidade e desempenho

do concreto. Através das pesquisas de laboratório que são determinados a qualidade ótima de

qualquer material ou insumos utilizados do dia a dia. Por isso foram realizados testes com

diferentes matérias, composições e concentrações. Para demonstrar os resultados da pesquisa

desse projeto, foram utilizados os equipamentos disponibilizados no laboratório de engenharia

civil do CEULP/ULBRA.

3.5.1. Moldagem dos corpos de prova

Os corpos de provas são cilíndricos e devem ter altura igual ao dobro do diâmetro. O

diâmetro deve ser de 5,0cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm ou 45 cm. As medidas

diametrais têm tolerância de 1% e a altura, 2%. Os planos das bordas circulares extremas do

molde devem ser perpendiculares ao eixo longitudinal do molde (NBR 5738/2003). Nesse

trabalho foram utilizados corpos de provas cilíndricos com o diâmetro de 5,0 cm. Foram

moldados 08 corpos de provas para cada ensaio de substituição da areia do quartzo e 08

corpos de prova para cada ensaio de adição do pó do quartzo.

31

Figura 8 - Moldagem dos corpos de prova. Fonte: Autor.

3.5.2. Cura dos corpos de provas

A cura garantirá uma melhor hidratação do cimento e minimizará os efeitos de

retração do concreto, e assim aumentando sua resistência. Os corpos de provas CP foram

desmoldados após 24h da moldagem e permaneceram em cura úmida até a data dos ensaios.

(NBR 5738/2003).

32

Figura 9 - Cura dos corpos de prova submersos na água.Fonte: Autor.

3.5.3. Compressão axial

Compressão é um esforço axial que tende a provocar um encurtamento ou até o

rompimento do corpo submetido a este esforço. Em ensaios de compressão realizados em

concretos, são produzidos corpos de prova com dimensões padronizadas e submetidos a uma

força axial distribuída de modo uniforme em toda seção transversal do corpo de prova e indica

a resistência do corpo de prova diante de esforços de tensão cisalhante.

Este tipo de ensaio é indicado para as mais diversas finalidades, como a determinação

de estruturas na construção civil. Para isso, serão moldados corpos de provas seguindo

parâmetros pré-determinados pela ABNT. Todos os ensaios de compressão axial foram

realizados de acordo com as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (NBR

5739/1993). Sendo realizado o primeiro ensaio de compreensão axial no 7° dia após a cura,

outro no 14° dia, no 28° dia e por último aos 63 dias de cura. Cada compressão axial utilizada

nos tempos de cura foi feitos duas repetições por cada teste.

33

Figura 10 - Compressão axial dos corpos de prova. Fonte: Autor.

3.6. Análise estatística dos dados

Tendo o estudo deste fenômeno ocorrido por meio do método experimental; tendo em

vista que ocorrerá a variação de apenas uma causa que tem influência sobre o fenômeno em

questão, e as demais causas permanecerão constantes. Neste caso, a análise dos tratamentos

estudados ocorrerá por meio do delineamento inteiramente casualizado, em a análise da

variância será realizada ao nível de 5% de significância, conforme Gomes (2000). A

comparação das médias foi realizada a partir do teste Tukey ao nível de 5% de significância.

A representação dos dados foi realizada através de tabelas e gráficos, a partir da utilização da

planilha eletrônica Excel; e também, foram construídos modelos matemáticos para expressar a

relação entre a dose do incremento e os parâmetros que qualificam o concreto.

34

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Processamento final do quartzo

Para atingir os parâmetros necessários para aplicar o quartzo na construção civil como

agregado e pó reativo é preciso que esse material passe por uma série de beneficiamento

incluindo britagem e moagem.

4.1.1. Britagem

Os resultados da britagem do quartzo representou a seguinte curva de classificação

granulométrica:

Figura 11 - Classificação granulométrica do quartzo após a britagem.

Após a britagem o material foi classificado para a realização da moagem para atingir

os parâmetros necessários para os ensaios do concreto. A figura 4 mostra o comportamento

das granulometrias após a britagem do quartzo. Uma grande concentração de partículas em

média de 80% ficou retida na fração 6,30 mm, sendo o tamanho adequado para adicionar no

moinho de bolas para obter um bom processo de moagem.

Tendo em vista que o material adicionado na alimentação da britagem do quartzo

obteve um A80 de 52 mm e após ser britado não obteve praticamente um P80, levando em

consideração a curva teórica o P80 será o material passante de 13 mm com esse valor

podemos determinar que a relação de redução do equipamento é 1:4.

35

4.1.2. Moagem

Tendo o material britado com granulometrias abaixo de 6,3mm, tamanho proporcional

para adicionar ao moinho de bolas, o material foi moído e classificado para obter as

granulometrias necessárias para atingir a demanda dos agregados a serem utilizados na

confecção dos corpos de provas. O material após a moagem determinou a seguinte curva

granulométrica:

Figura 12 - Classificação granulométrica das partículas após a moagem.

A figura 12 mostra a classificação granulométrica após o ciclo de moagem de 15

minutos e com as especificações listadas acima. O material de interesse para fazer o traço do

concreto por cada ciclo de moagem foi de aproximadamente 40% por cada processo de

moagem.

4.2 Análises do concreto com adição do pó de quartzo

Para analisar os dados estatisticamente foram calculadas as variações de acordo com a

tabela 4 onde foram analisados os tratamentos de 7, 14,28 e 63 dias de cura do concreto

convencional, determinando seu desvio padrão, intervalos nos limites superiores e inferiores e

índices de confiabilidade de cada tratamento realizado.

36

Tabela 4 – Análise comparativa do incremento do pó d quartzo (percentual) na mistura do concreto.

CP1 CP2 Média DesvPad CV Erro(MPa) (MPa) (%) (MPa) Linf Lsup

T0 22,0 18,0 20,0 2,8 14,1 25,4 -5,4 45,4 ABT5 27,0 34,0 30,5 4,9 16,2 44,5 -14,0 75,0 AB

T10 27,1 30,0 28,6 2,1 7,2 18,4 10,1 47,0 ABT20 34,7 28,8 31,8 4,2 13,1 37,5 -5,7 69,2 AB

CP1 CP2 Média DesvPad CV (%) Erro IC (95%)(MPa) (MPa) (MPa) (%) (MPa) Linf Lsup

T0 30,0 22,6 26,3 5,2 19,9 47,0 -20,7 73,3 ABT5 23,0 27,0 25,0 2,8 11,3 25,4 -0,4 50,4 AB

T10 28,6 31,8 30,2 2,3 7,5 20,3 9,9 50,5 ABT20 33,9 26,7 30,3 5,1 16,8 45,8 -15,5 76,1 AB

CP1 CP2 Média DesvPad CV Erro IC (95%)(MPa) (MPa) (MPa) (%) (MPa) Linf Lsup

T0 32,2 29,5 30,9 1,9 6,2 17,2 13,7 48,0 BCT5 36,5 35,0 35,8 1,1 3,0 9,5 26,2 45,3 BC

T10 26,5 27,0 26,8 0,4 1,3 3,2 23,6 29,9 BT20 36,9 37,3 37,1 0,3 0,8 2,5 34,6 39,6 A C


T0 32,3 29,0 30,7 2,3 7,6 21,0 9,7 51,6 ABT5 38,2 36,5 37,4 1,2 3,2 10,8 26,5 48,2 AB

T10 35,3 26,5 30,9 6,2 20,1 55,9 -25,0 86,8 ABT20 33,1 37,3 35,2 3,0 8,4 26,7 8,5 61,9 AB

Tratamento com 7 dias de cura




Tratamentos IC (95%)(MPa)

Analisando os resultados com o índice de confiabilidade de 95% é possível determinar

que os tratamento não houveram uma diferença significativa no aumento da resistência com o

pó de quartzo, possivelmente é provável essa diferenciação, pois as letras representativas de

cada intervalam não tiveram variações, quando as letras variam de um tratamento para o outro

significa que houve uma diferenciação dos resultados com a dição dos incrementos exceto do

tratamento com adição de 20% de pó de quartzo aos 28 dias de cura. Os resultados não

apresentaram aumentos significativos com a adição do pó do quartzo em razão da quantidade

de número de corpos de prova que foram utilizados para os tratamentos de cada percentagem

de adição do mesmo. Com o pequeno número de corpos de prova obtém – se um erro com

altos valores, tornando o intervalo dos limites com uma grande variação e um valor que não

varia de acordo com cada adição.

37

4.2.1 Compressão axial das adições

A tabela abaixo apresenta os resultados médios dos testes de compressão tanto do

traço referência, quanto das adições do pó do quartzo aos tempos de cura especificados, nas

moldagens com as adições a relação água/cimento foi constante em todos que obteve essa

adição. Os corpos de prova foram ensaiados conforme a norma NBR 5739 de cada traço

moldado foram realizados ensaios de compressão axial de dois corpos de prova por dia de

cura e por teor de adição do pó do quartzo.

Tabela 5 – Resistência à ruptura (Mpa) dos concretos após o incremento em porcentagem do pó do quartzo na mistura.

Tratamentos Tempo de cura, dias.7 14 28 63

T0 20,0 26,3 30,9 30,7T5 30,5 25,0 35,8 37,4

T10 28,6 30,2 26,8 30,9T20 31,8 30,3 37,1 35,2

A Figura a seguir apresenta a resistência média à ruptura dos corpos de prova de cada

tratamento obtido pela adição do pó do quartzo em relação aos dias de cura.

Figura 13 - Resistência à ruptura dos corpos de prova com os tratamentos de adição do pó de quartzo aos 7, 14, 28 e 63 dias de cura.

38

Observa-se de acordo com a figura 13 que a moldagem que possui uma melhor

resistência em relação ao teor de adição possivelmente é o tratamento T20 onde apresentou

melhor crescimento de resistência à ruptura em relação aos dias de cura. Esse aumento da

resistência indica que possivelmente o melhor teor de pó de quartzo para obter um concreto

com maior resistência é com o tratamento de adição de 20%.

Pode- se inferir que os resultados tanto do tratamento T20 e T5 obtiveram os maiores

valores de resistência à ruptura aos 28 dias de cura. O tratamento T10 obteve valores abaixo

que o tratamento T0.

A tabela a seguir representa os modelos matemáticos de cada tratamento obtido com a

adição do pó de quartzo em relação aos dias de cura, para melhor representar as curvas foram

adotados as de modelo logaritmo e polinomiais.

Tabela 6 – Expressões matemáticas para os tratamentos com adição do pó de quartzo.

Tratamento Modelos matemáticos R2

RT0 R(t) = 4,9239ln(t) + 12,104 0,8301

RT5 R(t) = 4,3123ln(t) + 19,148 0,5266

RT10 R(t) = 0,0034t2 – 0,2131t+30,851 0,576

RT20 R(t) = -0,0051 t2 +0,4474t+27,458 0,6866

Na tabela 6 estão especificados os modelos matemáticos das rupturas dos corpos de

prova com as adições dos incrementos em relação aos dias de cura.

Comparando os resultados no gráfico com a cura até os 28 dias de é possível observar

que não houve um aumento significativo nos resultados à ruptura depois que atingiu o fck 28,

resultado da resistência máxima que um concreto pode atingir ao ensaio mecânico.

39

Figura 14 - Resistência à ruptura dos corpos de prova com os tratamentos de adição do pó de quartzo aos 7, 14 e 28 dias de cura.

A figura 14 apresenta os mesmos resultados da resistência à ruptura e relação aos dias

de cura dos corpos de provas com as adições dos incrementos, porém demonstra que a partir

dos 28 dias de cura não houve aumento de resistência dos corpos de prova, há uma

estabilização da resistência quando atinge os dias de cura.


substituição da adição do pó do quartzo, para melhor representar as curvas foram adotados as

de modelo logaritmos e polinomiais.Tabela 7 – Expressões matemáticas para os tratamentos de adição do pó de quartzo.


RT0 R(t) = 7,826ln(t) + 5,0618 0,9914

RT5 R(t) = 0,074t2 – 2,3393t+43,25 1

RT10 R(t) = 0,0033t2 – 0,9t+36,433 1

RT20 R(t) = -0,023t2 +0,7179t+24,65 1

Na tabela 7 estão especificados os modelos matemáticos das rupturas dos corpos de

prova com as adições dos incrementos em relação aos dias de cura.

40

4.3 Análises do concreto com substituição do areia fluvial pela areia artificial do quartzo

Com os tratamentos de substituição da areia de aluvionar pela areia artificial gerada a

partir do quartzo foram calculadas as mesmas variações de acordo com a tabela8 onde os

mesmos parâmetros foram analisados os tratamentos de 7, 14,28 e 63 dias de cura do concreto

convencional, determinando seu desvio padrão, intervalos nos limites superiores e inferiores e

índices de confiabilidade de cada tratamento realizado.

Tabela 8 - Análise comparativa do incremento com a substituição da areia fluvial pela artificial do quartzo.

Tratamentos CP1 CP2 Média DesvPad CV Erro IC (95%)(MPa) (MPa) (MPa) (%) (MPa) Linf Lsup

T0 22,0 18,0 20,0 2,8 14,1 25,4 -5,4 45,4 ABT25 27,2 23,1 25,2 2,9 11,5 26,1 -0,9 51,2 ABT50 30,4 29,7 30,1 0,5 1,6 4,4 25,6 34,5 AB

T100 26,7 24,4 25,6 1,6 6,4 14,6 10,9 40,2 AB


T0 30,0 22,6 26,3 5,2 19,9 47,0 -20,7 73,3 ABT25 27,3 32,1 29,7 3,4 11,4 30,5 -0,8 60,2 ABT50 33,7 34,0 33,9 0,2 0,6 1,9 31,9 35,8 A CT100 26,7 25,6 26,2 0,8 3,0 7,0 19,2 33,1 AB


T0 32,2 29,5 30,9 1,9 6,2 17,2 13,7 48,0 BCT25 21,2 25,4 23,3 3,0 12,7 26,7 -3,4 50,0 BCT50 36,1 25,9 31,0 7,2 23,3 64,8 -33,8 95,8 BCT100 25,3 35,3 30,3 7,1 23,3 63,6 -33,3 93,9 BC


T0 32,3 29,0 30,7 2,3 7,6 21,0 9,7 51,6 ABT25 24,4 26,6 25,5 1,6 6,1 14,0 11,5 39,5 ABT50 34,4 29,9 32,2 3,2 9,9 28,6 3,6 60,7 ABT100 35,6 28,0 31,8 5,4 16,9 48,3 -16,5 80,1 AB





Analisando o mesmo parâmetro da tabela anterior com as análises da adição do pó do

quartzo com 95% de confiabilidade é possível determinar que os tratamento não obtiveram

variações no aumento da resistência, pois as letras representativas de cada intervalo não teve

41

variação, exceto do tratamento com a substituição da areia fluvial pela areia artificial do

quartzo de 50% aos 14 dias de cura. Os resultados não apresentaram variações com a

substituição dos incrementos da substituição da areia fluvial pela areia artificial do quartzo em

razão da quantidade de número de corpos de prova que foram utilizados para os tratamentos

de cada percentagem de adição do mesmo. Com o pequeno número de corpos de prova obtém

– se um erro com altos valores, tornando o intervalo dos limites com uma grande variação e

um valor que não varia de acordo com cada adição.

4.3.1 compressão axial das substituições

Para o traço com a substituição da areia fluvial pela areia artificial do quartzo manteve

as mesmas concentrações e parâmetros dos traços. Porém nesse traço o objetivo principal era

de manter a mesma resistência do traço referência repetindo as substituições de diferentes

concentrações como mostra na tabela abaixo. Foram ensaiados dois corpos de prova por dia

de cura e para cada teor de substituição da areia fluvial pela areia artificial do quartzo.

Tabela 9 - Resistência à ruptura (Mpa) dos concretos após a substituição em porcentagem da areia do quartzo na mistura.

Tratamentos Tempo de cura, dias.7 14 28 63

T0 20,0 26,3 30,9 30,7T25 25,2 29,7 23,3 25,5T50 30,1 33,9 31,0 32,2T100 25,6 26,2 30,3 31,8

A tabela 9 representa a resistência média à ruptura dos corpos de prova de cada tratamento em relação aos dias de cura.

A figura 15 representa graficamente o comportamento de cada variação dos corpos de

prova das resistências média de cada tratamento, onde é possível observar que todos os

tratamentos obtiveram valores variáveis.

42

Figura 15 - Resistência à ruptura dos corpos de prova da substituição da areia fluvial pela areia artificial do quartzo aos 7, 14, 28 e 63 dias de cura.

Quanto aos resultados de resistência à compressão com os tratamentos da substituição

da areia fluvial pela areia artificial do quartzo, observa-se que possivelmente o melhor

resultado obtido foi com o tratamento T50. Com a substituição de 25% o resultado

permaneceu o mesmo ao traço referência, o tratamento T100 obteve uma boa média em

relação ao traço referência significando uma possível viabilidade do uso dessa areia oriunda

do quartzo da região de Cristalândia – TO para aplicação na construção civil.


substituição da areia fluvial pela areia artificial do quartzo, para melhor representar as curvas

foram adotados as de modelo polinomiais.

Tabela 10 – Expressões matemáticas para os tratamentos de substituição da areia fluvial pela areia artificial do quartzo.


RT0 R(t) = 0,0004 t3 – 0,0451 t2 + 1,7212t+ 10,034 1

RT25 R(t) = 0,0011 t3 – 0,1081 t2 + 2,533t+ 12,33 1

RT50 R(t) = 0,0007t3– 0,0709 t2 + 1,7838t+ 20,789 1

RT100 R(t) = 0,00043t3+ 0,0233 t2 -0,3113t+ 26,789 1

43

A tabela 10 representa os modelos matemáticos obtidos a partir das curvas geradas

pela resistência média a ruptura dos tratamentos com a substituição da areia fluvial pela areia

artificial gerada do quartzo da região de Cristalândia – TO.

44

5.0 CONSIRERAÇÕES FINAIS

Através dos ensaios realizados com a substituição da areia fluvial pela areia artificial

do quartzo e das adições do pó reativo com 5% de significância foi possível determinar no

geral que as adições e as substituições do incremento não houve uma diferença relevante nos

ensaios de resistência à ruptura em relação ao concreto referência.

Levando em consideração ao tratamento da adição T20 aos 28 dias de cura e da

substituição T50 aos 14 dias de cura, é possível notar uma variação na resistência à ruptura,

pois os mesmos ocorreram às variações, uma causa que tem influência sobre o fenômeno em

questão, e as demais causas permaneceu constante. O aumento de sua resistência ocorreu

devido o quartzo ser composto de sílica o mesmo provoca uma expansão no concreto

fechando todos os poros vazios.

Os resultados não apresentaram aumentos significativos com a adição do pó do

quartzo e com a substituição da areia fluvial pela areia artificial gerada do quartzo em razão

da quantidade de número de corpos de prova que foram utilizados para os tratamentos de cada

percentagem de adição e substituição do mesmo. Com o pequeno número de corpos de prova

obtém – se um erro com altos valores, tornando o intervalo dos limites com uma grande

variação e um valor que não varia de acordo com cada adição.

Para melhor analisar as resistências médias dos tratamentos com adição e substituição

do incremento é necessário realizar uma pesquisa com maiores números de corpos de prova

para que o erro dê um valor baixo, sendo assim pode-se verificar o comportamento do mesmo

em relação à resistência a ruptura.

5.1 Sugestões para trabalhos futuros

Analisar um estudo com diferentes cargas moedoras para fabricação do pó reativo;

Estudo de DRX em cada tratamento com adição e substituição do incremento;

Fazer tratamentos térmicos na cura dos corpos de provas com essas adições e

substituições em cada tratamento;

Produzir maiores números de corpos de prova para cada tratamento;

Estudo de caracterização antes de realizar os tratamentos físicos;

Estudo de caracterização da concentração do pó reativo com e sem tratamento térmico.

45

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