UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA MESTRADO EM ENGENHARIA …livros01.livrosgratis.com.br/cp081490.pdf · 2016-01-24 · Dissertação apresentada ao Mestrado de Engenharia

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA

MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA

ANTÔNIO SÉRGIO RAMOS DA SILVA

AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE CONCRETO CONTENDO AGREGADO GRAÚDO DE ESCÓRIA DE FERRO-CROMO

Salvador 2006

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Dissertação apresentada ao Mestrado de Engenharia Ambiental Urbana da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia como requisito parcial para obtenção do título de mestre em Engenharia Ambiental Urbana. Orientador :Prof. Dr. Emerson Andrade Marques Ferreira

Salvador 2006

TERMO DE APROVAÇÃO



Dissertação aprovada com requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Ambiental Urbana.

BANCA EXAMINADORA:

Emerson de Andrade Marques Ferreira – Orientador _____________________________ Doutor em Engenharia Civil, Universidade de São Paulo, USP. Universidade Federal da Bahia

Ivan Ramalho de Almeida ______________________________________________ Doutor em Engenharia Civil, Universidade Técnica de Lisboa, U.T.LISBOA, Portugal. Universidade Federal Fluminense Washington Almeida Moura ______________________________________________ Doutor em Engenharia Civil (Estruturas), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, UFRGS. Universidade Estadual de Feira de Santana Luiz Aníbal Oliveira Santos ______________________________________________ Mestre em Engenharia Civil. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, PUC-RJ. Universidade Federal da Bahia

Adailton Oliveira Gomes _________________________________________________ Mestre em Engenharia Ambiental Urbana, Universidade Federal da Bahia, UFBA. Universidade Federal da Bahia

Salvador, 17 de março de 2006.

Aos meus pais, Antônio e Floracy (in memorium), um agradecimento a Deus por ter tido

a oportunidade de ser sido fruto desta união.

A Aninha, seu amor e companheirismo tem sido a base na nossa caminhada.

A Liz, Leonardo e Lucca, estas presenças iluminadas que

me estimulam na caminhada da vida.

AGRADECIMENTOS

A Deus, por tudo.

A minha família, meu pai, tia, irmãos, irmãs, sobrinhos, sobrinhas, cunhados e

cunhadas pelo incentivo.

Ao Prof. Emerson de Andrade Marques Ferreira, pelo acolhimento, pela valiosa

orientação, pela convivência agradável e estimulante, fundamentais ao

desenvolvimento desta pesquisa.

A Universidade Federal da Bahia, Escola Politécnica, especialmente aos colegas do

Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais, pelo apoio recebido nesta

jornada.

A Concreta, meu agradecimento e reconhecimento, especialmente aos Engos Minos

Trocoli de Azevedo e Vicente Mário Visco Mattos, pelo apoio para que este trabalho

fosse realizado e concluído.

A toda equipe do Laboratório da Concreta, especialmente Antônio Alves do Carmo,

Francisco Mota de Moraes, Jairo Cortes Araújo e José Tiago de Freitas Junior, pelo

constante apoio durante a realização deste trabalho.

Aos Engenheiros, professores, ex-chefes, José Marcílio Ladeia Vilasboas e Antônio

Freitas da Silva Filho com quem tive o grande prazer de trabalhar, meu

agradecimento pelo convívio técnico-profissional, ensinamentos e amizade nestes

quase 20 anos de caminhada como engenheiro.

A Rafael Mascarenhas Mota por suas contribuições técnicas, revisões, apoio,

disponibilidade e amizade durante a realização desta dissertação.

A Marcelo Valois Vilasboas e Júlia Cavalcante Fadul pelas contribuições, auxílio e

constante disponibilidade durante o desenvolvimento desta pesquisa.

Aos Professores Adailton Oliveira Gomes, Cybèle Celestino Santiago e Luiz Aníbal

de Oliveira Santos pelo incentivo, importante para que pudesse chegar ao final desta

jornada, aos funcionários Emanuel Rodrigues do Nascimento e Paulo César de

Jesus Sant’Anna pela disponibilidade e apoio na realização de ensaios.

Ao CEPED, especialmente a Enga Célia Maria Martins Neves e aos técnicos Luís

Orlando Batista Lima e Manoel Clementino Passos pelo apoio e ajuda na realização

de ensaios neste trabalho.

A Companhia de Ferro Ligas da Bahia – FERBASA pela disponibilização da escória

de ferro-cromo.

A Redimix, especialmente ao Engº Arnaldo Bresci Jr, pelo apoio e fornecimento dos

materiais, cimento e agregados naturais, utilizados neste trabalho.

A todos aqueles que, direta ou indiretamente, colaboraram para a realização deste

trabalho.

“é preferível arriscar coisas grandiosas do que formar fila com os pobres de espírito...”

(Franklin Delano Roosevelt)

“É incrível a força que as coisas tem quando elas

precisam acontecer.” (Caetano Veloso)

RESUMO

O aproveitamento racional e tecnológico de resíduos industriais está, cada vez mais, sendo discutido em diversos países. Os setores produtivos da construção civil precisam viabilizar, propor e solucionar, de maneira sustentável, a utilização de recursos naturais, melhorando seus ciclos de produção e adequando a destinação final destes resíduos, criando inclusive vantagens ambientais, técnicas e econômicas. Nesta pesquisa foi avaliado o comportamento de concretos produzidos com escória de ferro-cromo como agregado graúdo, quanto ao seu de desempenho nos ensaios de permeabilidade, absorção por imersão, absorção por sucção capilar e absorção por capilaridade, bem como a avaliação da resistência à compressão axial e módulo de deformação, em comparação aos produzidos com agregados graúdos da região de Salvador, Bahia. A partir dos resultados obtidos pode-se concluir que os concretos produzidos com agregado graúdo de escória de ferro-cromo apresentaram um desempenho equivalente quando comparados com os produzidos com agregado graúdo convencional.

Palavras chave : concreto. desempenho. escória de ferro-cromo. resíduo.

ABSTRACT

The rational and technological use of industrial residues have been discussed in several countries. The construction engineering productive sectors need to make possible, to consider and to solve in sustainable way the use of natural resources, improving its cycles of production and adjusting the final destination of these residues, creating, also, environmental, technical and economical advantages. In this research the behavior of concrete proprieties containing iron-chromium slag as a coarse aggregate was evaluated in the tests of permeability, absorption for immersion, absorption for capilarity suction and absorption for capillarity, as well as the evaluation of the axial compressive strength and static elasticity modulus, in comparison with concrete produced contain conventional coarse aggregate of the Salvador, Bahia. From the results obtained it can be concluded that the concrete produced from iron-chromium slag as a coarse aggregate had presented an equivalent performance when comparing with to the concrete produced with conventional coarse aggregate.

Keywords : concrete. performance. iron-chromium slag. residue.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Aspectos e desafios da Construção Sustentável............................................... 19 Figura 2 Ciclo de vida dos materiais................................................................................. 20 Figura 3 Aspecto da escória de aciaria solidificada e resfriada....................................... 34 Figura 4 Exemplos de aplicação de escória: revestimento asfáltico............................... 38 Figura 5 Exemplos de aplicação de escória:pré-moldados............................................ 38 Figura 6 Exemplos de aplicação de escória: lastro/sublastro.......................................... 38

Figura 7 Esquema simplificado da geração de escórias na aciaria elétrica (FEA) e à oxigênio (LD) ..................................................................................................... 40

Figura 8 Escória de aciaria sendo vazada da panela diretamente na baia de escória.... 40 Figura 9 Distribuição mundial das minas de cromita........................................................ 48 Figura 10 Grãos selecionados de escória de ferro-cromo.................................................. 52

Figura 11 Localização da FERBASA.................................................................................. 53 Figura 12 Fluxograma de produção.................................................................................... 54 Figura 13 Desenho esquemático para identificação de resíduos perigosos...................... 62 Figura 14 Armaduras em concreto não contaminado......................................................... 78 Figura 15 Tipos de corrosão de armadura e fatores que os provocam.............................. 79 Figura 16 Modelo de vida útil de Tuutti............................................................................... 81 Figura 17 Realização do ensaio de módulo de elasticidade no laboratório de EPUFBA... 89 Figura 18 Esquema de montagem do ensaio de permeabilidade...................................... 93 Figura 19 Relação entre profundidade de penetração e coeficiente de permeabilidade... 94 Figura 20 Realização do ensaio de permeabilidade no laboratório do CEPED................. 95 Figura 21 Detalhe do corpo-de-prova durante o ensaio..................................................... 95 Figura 22 Detalhe dos corpos-de-prova após a ruptura por compressão diametral para

determinação da profundidade de penetração da água (Concreto com brita à esquerda, concreto com escória à direita)......................................................... 95

Figura 23 Detalhe dos corpos-de-prova após a ruptura por compressão diametral para determinação da profundidade de penetração da água..................................... 96

Figura 24 Desenho esquemático do ensaio de absorção por capilaridade........................ 98 Figura 25 Detalhe da colocação dos corpos-de-prova durante o ensaio de absorção por

capilaridade........................................................................................................ 98 Figura 26 Detalhe dos corpos-de-prova após a ruptura por compressão diametral

(Escória a esquerda e Brita a direita)................................................................. 99 Figura 27 Detalhe dos corpos-de-prova antes do ensaio de absorção por sucção capilar 101 Figura 28 Detalhe da balança digital e recipiente para imersão dos corpos-de-prova

antes do ensaio de absorção por sucção capilar............................................... 102 Figura 29 Detalhe dos corpos-de-prova durante o ensaio de absorção por sucção

capilar................................................................................................................. 102

Figura 30 Detalhe da pesagem hidrostática dos corpos-de-prova durante o ensaio de absorção por sucção capilar............................................................................... 102

Figura 31 Comparação entre as resistências médias 7 dias obtidas em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica............................................................. 115

Figura 32 Comparação entre as resistências médias aos 7 dias obtidas em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica................................................... 115







Figura 39 Comparação entre as resistências médias aos 365 dias obtidas em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica............................................. 119

Figura 40 Comparação entre as resistências médias aos 365 dias obtidas em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica............................................. 119

Figura 41 Comparação entre os módulos de elasticidade médios aos 28 dias obtidas em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica 121

Figura 42 Comparação entre os módulos de elasticidade médios aos 28 dias obtidas em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica........................... 122

Figura 43 Comparação entre as profundidades de penetração de água aos 28 dias obtidas em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica............... 124

Figura 44 Comparação entre a absorção de água por imersão aos 28 dias obtida em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica................................. 127

Figura 45 Comparação entre o índice de vazios aos 28 dias obtida em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica............................................................. 128

Figura 46 Comparação entre absorção de água por capilaridade aos 28 dias de idade obtida em corpos-de-prova moldados com escória e com brita gnáissica......... 131

Figura 47 Resultados de absorção por sucção capilar dos concretos com relação a/c = 0,40, CP´s nº 1................................................................................................... 132






Figura 53 Comparação entre a taxa da absorção aos 28 dias obtida em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica................................................... 136

Figura 54 Comparação entre a resistência capilar aos 28 dias obtida em corpos-de-prova moldados com escória e brita gnáissica................................................... 137

Figura 55 Correlações entre penetração de água sob pressão e demais características para avaliação de desempenho......................................................................... 140

Figura 56 Correlações entre resistência à compressão e demais características para avaliação de desempenho.............................. ................................................... 141

Figura 57 Correlações entre penetração de água sob pressão e demais características para avaliação de desempenho......................................................................... 142

Figura 58 Correlações entre absorção de água por imersão e demais características para avaliação de desempenho......................................................................... 142

Figura 59 Correlações entre absorção por capilaridade e demais características para avaliação de desempenho.................................................................................. 143

Figura 60 Correlação entre taxa de absorção e resistência capilar para avaliação de desempenho....................................................................................................... 143

Figura 61 Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por imersão............................................................................................................... 145

Figura 62 Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por capilaridade........................................................................................................ 145

Figura 63 Correlação entre penetração de água sob pressão e taxa de absorção........... 145 Figura 64 Correlação entre penetração de água sob pressão e resistência capilar.......... 146 Figura 65 Correlação entre resistência à compressão e absorção de água por

capilaridade........................................................................................................ 146 Figura 66 Correlação entre resistência à compressão e taxa de absorção....................... 146 Figura 67 Correlação entre resistência à compressão e resistência capilar...................... 147

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Percentual de geração de escória no Brasil e em outros países....................... 33

Tabela 2 Composição Química das Escórias Siderúrgicas no Brasil e no Exterior.......... 34

Tabela 3 Campo de aplicação de escórias de diferentes origens..................................... 37

Tabela 4 Composição química básica das escórias de aciaria de forno elétrico geradas em alguns países............................................................................................... 42

Tabela 5 Comparação das escórias produzidas por vários tipos de fornos...................... 43

Tabela 6 Composições químicas de escórias de alto-forno % em massa........................ 45

Tabela 7 Composições químicas de escórias de alto-forno.............................................. 45 Tabela 8 Produção de cromita no Brasil........................................................................... 49 Tabela 9 Produção de liga ferro-cromo alto carbono........................................................ 51

Tabela 10 Composição química básica das ligas ferro-cromo alto carbono (FeCrAC)....... 51

Tabela 11 Composição química da escória........................................................................ 55

Tabela 12 Análise química da escória................................................................................. 56

Tabela 13 Outros ensaios químicos.................................................................................... 57

Tabela 14 Comparação de resultados entre fabricante e laboratório externo.................... 57

Tabela 15 Teor de cloretos em normas estrangeiras e brasileira....................................... 59

Tabela 16 Análises físico – químicas – Extrato do lixiviado................................................ 63

Tabela 17 Análises físico – químicas – Extrato do solubilizado.......................................... 64 Tabela 18 Caracterização física de amostras de escórias de ferro-cromo......................... 66

Tabela 19 Resultados de resistência à compressão de testemunhos de concreto 69 Tabela 20 Resumo do planejamento do experimento para determinação da resistência

à compressão axial e módulo de elasticidade aos 28 dias de idade.................

90

Tabela 21 Ensaios físicos do cimento................................................................................. 103 Tabela 22 Análise química do cimento................................................................................ 104 Tabela 23 Resultados da caracterização do agregado miúdo............................................ 104 Tabela 24 Resultados da caracterização do agregado graúdo convencional (brita).......... 105 Tabela 25 Análise física da massa bruta de escória de ferro-cromo.................................. 105 Tabela 26 Análises físico – químicas da massa bruta da escória de ferro-cromo.............. 106 Tabela 27 Características dos ensaios de lixiviação........................................................... 107 Tabela 28 Análises físico – químicas do extrato do lixiviado.............................................. 107 Tabela 29 Análises físico – químicas do extrato do solubilizado........................................ 108 Tabela 30 Resultados da caracterização do agregado graúdo de escória de ferro-cromo 110

Tabela 31 Traços utilizados com escória e brita................................................................. 111 Tabela 32 Resultados do ensaio de abatimento................................................................. 112 Tabela 33 Resultados dos ensaios de resistência à compressão axial aos 7, 28, 63, 90

e 365 dias de idade............................................................................................ 113 Tabela 34 Variação percentual entre os resultados dos ensaios de resistência à

compressão axial de concretos com escória e brita aos 7, 28, 63, 90 e 365 dias de idade...................................................................................................... 114

Tabela 35 Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade aos 28 dias de idade........ 120 Tabela 36 Variação percentual entre os resultados ensaios de módulo de elasticidade

aos 28 dias de idade.......................................................................................... 121 Tabela 37 Resultados dos ensaios de determinação de água sob pressão aos 28 dias

de idade.............................................................................................................. 123 Tabela 38 Variação percentual entre os resultados dos ensaios de determinação de

água sob pressão aos 28 dias de idade............................................................. 123 Tabela 39 Correlação entre o coeficiente de permeabilidade e a profundidade média de

penetração da água aos 28 dias de idade......................................................... 124 Tabela 40 Resultados dos ensaios absorção de água por imersão aos 28 dias de idade. 126 Tabela 41 Variação percentual entre resultados dos ensaios de absorção de água por

imersão aos 28 dias de idade............................................................................ 126 Tabela 42 Resultados dos ensaios de índice de vazios aos 28 dias de idade................... 127 Tabela 43 Variação percentual entre resultados dos ensaios de índice de vazios aos 28

dias de idade...................................................................................................... 128 Tabela 44 Resultados dos ensaios de absorção de água por capilaridade aos 28 dias

de idade.............................................................................................................. 130 Tabela 45 Variação percentual entre resultados dos ensaios de absorção de água por

capilaridade aos 28 dias de idade...................................................................... 130 Tabela 46 Taxa de absorção aos 28 dias de idade............................................................ 135 Tabela 47 Variação percentual da taxa de absorção aos 28 dias de idade........................ 135 Tabela 48 Resultados dos ensaios de resistência capilar aos 28 dias de idade................ 137 Tabela 49 Variação percentual entre resultados de resistência capilar aos 28 dias de

idade................................................................................................................... 137 Tabela 50 Resumo dos resultados de avaliação de desempenho aos 28 dias de idade... 139 Tabela 51 Correlações entre as características determinadas para avaliação de

desempenho, os coeficientes de determinação (R2) encontrados, bem como sua avaliação qualitativa.................................................................................... 144

Tabela 52 Correlações entre as características determinadas para avaliação de desempenho individuais de escória e brita, os coeficientes de determinação (R2) encontrados, bem como sua avaliação qualitativa..................................... 147

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO................................................................................................................................... 17

1.1 JUSTIFICATIVA................................................................................................................................. 18

1.2 OBJETIVOS....................................................................................................................................... 27

1.2.1 Objetivo geral.................................................................................................................................. 27

1.2.2 Objetivos específicos...................................................................................................................... 27

1.3 PLANO DE TRABALHO................................................................................................................... 27

1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO................................................................................................... 28

2 CARACTERIZAÇÃO, UTILIZAÇÃO E IMPACTO AMBIENTAL DE ESCÓRIAS SIDERÚRGICAS............................................................................................................................. 30

2.1 ESCÓRIA DE ACIÁRIA..................................................................................................................... 39

2.2 ESCÓRIA DE ALTO FORNO............................................................................................................ 44

2.3 ESCÓRIA DE LIGAS DE FERRO-CROMO...................................................................................... 46

2.3.1 Análise química da escória............................................................................................................ 56

2.3.2 Classificação quanto ao risco ambiental........................................................................................ 60

2.3.3 Características físicas.................................................................................................................... 65

2.3.4 Propriedades do concreto no estado endurecido........................................................................... 67

3 DESEMPENHO E DURABILIDADE DO CONCRETO ................................................................ 70

3.1CONCEITOS........................................................................................................................................ 70

3.3.1 Desempenho................................................................................................................................... 70

3.3.2 Vida útil............................................................................................................................................ 71

3.3.3 Durabilidade.................................................................................................................................... 73

3.2FATORES DETERMINANTES........................................................................................................... 77

4 ESTUDO EXPERIMENTAL .............................................................................................................. 83

4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS............................................................................................. 84

4.1.1 Aglomerante hidráulico.................................................................................................................... 84

4.1.2 Agregado miúdo.............................................................................................................................. 84

4.1.3 Agregado graúdo convencional (brita) ........................................................................................... 85

4.1.4 Agregado graúdo de escória de ferro-cromo................................................................................... 86

4.1.4.1 Coleta de amostra........................................................................................................................ 86

4.1.4.2 Verificação do Risco Ambiental.................................................................................................... 86

4.1.4.3 Ensaios de caracterização........................................................................................................... 86

4.1.5 Água................................................................................................................................................ 87

4.2 ENSAIOS REALIZADOS NO CONCRETO....................................................................................... 87

4.2.1 Características do concreto no estado fresco................................................................................. 88

4.2.2 Características do concreto no estado endurecido......................................................................... 88

4.2.2.1 Determinação das propriedades mecânicas de concretos produzidos com agregado graúdo de escória de ferro-cromo e brita gnáissica................................................................................ 88

4.2.2.2 Avaliação de desempenho de concretos produzidos com agregado graúdo de escória de ferro-cromo.................................................................................................................................. 90

5 APRESENTAÇÃO, ANÁLISE DE RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................ 103

5.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS............................................................................................ 103

5.1.1 Aglomerante hidráulico................................................................................................................... 103

5.1.2 Agregado miúdo............................................................................................................................. 104

5.1.3 Agregado graúdo convencional (brita)........................................................................................... 104

5.1.4 Agregado graúdo de escória de ferro-cromo.................................................................................. 105

5.1.4.1 Verificação do Risco Ambiental.................................................................................................... 105

5.1.4.2 Caracterização do agregado graúdo de escória de ferro-cromo.................................................. 109

5.1.5 Água......................................................... ..................................................................................... 110

5.2 APRECIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO................................................................. 110

5.2.1 Apreciação das propriedades do concreto no estado fresco......................................................... 112

5.2.2 Apreciação das propriedades do concreto no estado endurecido................................................. 112

5.2.2.1 Determinação das propriedades mecânicas de concretos produzidos com agregado graúdo de escória de ferro-cromo e brita gnáissica................................................................................... 112

5.2.2.2 Avaliação de desempenho de concretos produzidos com agregado graúdo de escória de ferro-cromo............................................ ..................................................................................... 122

5.2.2.3 Correlações entre os resultados de avaliação de desempenho de concretos produzidos com agregado graúdo de escória de ferro-cromo............................................................................... 138

6 CONCLUSÕES............................................ ..................................................................................... 149

6.1 QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS DO AGREGADO GRAÚDO DE ESCÓRIA DE FERRO-CROMO.............................................................................................................................................. 149

6.1.1 Quanto ao risco ambiental......................... .................................................................................... 149

6.1.2 Quanto às características físicas.................................................................................................... 150

6.2 QUANTO À PROPRIEDADE DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO.......................................... 150

6.3 QUANTO ÀS PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO PRODUZIDOS COM AGREGADO GRAÚDO DE ESCÓRIA DE FERRO-CROMO E BRITA GNÁISSICA............. 151

6.4 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM AGREGADO GRAÚDO DE ESCÓRIA DE FERRO-CROMO................................................................................ 151

6.5 CONSIDERAÇÕES COMPLEMENTARES............................................ ......................................... 153

6.6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS............................................................................... 154

REFERÊNCIAS..................................................................................................................................... 155

APÊNCICE............................................................................................................................................. 164

ANEXO.................................................................................................................................................... 167

17

1 INTRODUÇÃO

O Mestrado de Engenharia Ambiental Urbana vem qualificando professores,

pesquisadores e profissionais objetivando estudar e propor soluções diversas para

os problemas da engenharia do ambiente urbano e sua adequada gestão.

Vale salientar, também, que a questão ambiental cada vez mais está sendo discutida

em diversos países e os setores produtivos precisam viabilizar, propor e solucionar

de maneira adequada, o aproveitamento racional e tecnológico dos seus

subprodutos e resíduos industriais, apresentando vantagens ambientais, técnicas e

econômicas.

Dentro deste enfoque foi possível aprofundar a formação científica e tecnológica,

ampliando e consolidando conhecimentos na área, além de possibilitar, inclusive,

uma melhoria nas habilidades para exercer as atividades como docente na

Universidade Federal da Bahia, Escola Politécnica, Departamento de Ciência e

Tecnologia dos Materiais.

Esforços, estudos e pesquisas foram desenvolvidos para contribuir com a ampliação

do conhecimento a cerca do resíduo, identificado como escória de ferro-cromo,

tendo como principal justificativa a redução do consumo de recursos naturais,

minimizando os efeitos nocivos de uma possível solubilização do cromo, que afetaria

consequentemente, a qualidade do meio ambiente.

No Brasil o uso da escória de alto-forno já é consagrado na adição a diversos tipos

de cimento. Sua utilização é bem aceita pelo mercado e existem normas técnicas

definidas para o seu emprego. Outra parte da escória disponível é granulada, vítrea,

com utilizações em aterros, pavimentação e como agregado miúdo. A utilização

deste subproduto como agregado graúdo tem sido insignificante, restrito a obras de

pequeno porte, em escala regional.

Esta pesquisa visa contribuir para ampliar o acervo de conhecimento sobre a

aplicação da escória de ferro-cromo como agregado graúdo a partir da avaliação do

18

desempenho de concreto produzido com este material através das propriedades

mecânicas de resistência à compressão e módulo de elasticidade, bem como do seu

desempenho quanto a permeabilidade, absorção por imersão, absorção por sucção

capilar e absorção por capilaridade, em comparação aos produzidos com agregados

de origem natural.

Desta maneira será possível fundamentar seu desempenho, quanto à

permeabilidade e conseqüente, susceptibilidade ao ataque de agentes agressivos,

obtendo-se subsídios para a produção de concretos mais duráveis e que conservem

todas as características mínimas de funcionalidade, resistência e suportando a ação

de agentes agressivos externos, aumentando sua vida útil.

Assim, espera-se ampliar, consolidar e transmitir os conhecimentos na área de

Engenharia Ambiental Urbana, e com isso contribuir com a sociedade e o meio

técnico para a melhoria do desempenho das Construções, com vistas a obter

soluções possíveis de serem aplicadas do ponto de vista econômico e tecnológico.

1.1 JUSTIFICATIVA

A questão ambiental é hoje, em todo mundo, motivo de grandes preocupações e a

exploração desenfreada de recursos naturais, bem como a geração de resíduos em

enormes quantidades têm desafiado toda a comunidade técnica e científica. Nesse

sentido é que o desenvolvimento sustentável atua para minimizar os impactos

ambientais da geração de resíduos (SILVA FILHO, 2001).

Segundo Isaia (2002), sustentabilidade representa equidade social, isto é, os

recursos naturais são de todos e para todos, devendo ser administrados visando o

menor impacto sobre o meio ambiente e pelo menor custo possível. Isto representa

a elaboração de produtos com menor energia agregada, menor consumo de matéria

prima, menor desperdício de recursos naturais, menor poluição e a maior

reutilização dos recursos disponíveis.

19

Segundo Weinstock e Weinstock (2000), “desenvolvimento sustentável é o

desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer a

capacidade das gerações futuras satisfazerem suas próprias necessidades”. Na

figura 1, são apresentados os aspectos e desafios da construção sustentável.

Figura 1 – Aspectos e desafios da construção sustentável (WEINSTOCK, 2000; WEINSTOCK, 2000,

p 72)

As modernas tecnologias e a fabricação de produtos impactam os seres vivos de

várias maneiras, de forma positiva ou de forma negativa. São impactos econômicos,

ambientais, sociais, onde os recursos geralmente são produzidos em diferentes

20

países, entretanto o resultado da prosperidade econômica não é global. Finalmente,

os impactos ambientais são avaliados além das fronteiras de cada país

individualmente.

É sabido que os materiais fazem parte de um complexo sistema que envolve

tecnologia, economia e meio ambiente. Este sistema está representado na figura 2,

que mostra desde a extração da matéria prima até a reciclagem ou sua disposição

em aterros.

Figura 2 – Ciclo de vida dos materiais (Adaptada de Universidade do Texas, 2003)

Vale registrar que cerca de 15 bilhões de toneladas de matérias primas diversas são

extraídas da Terra cada ano e somente parte delas são renováveis. A Terra é um

Areia, madeira, petróleo, rocha, plantas, carvão,

minério

Matéria-Prima

Jazi

da

Ext

raçã

o

Col

heita

Metais, químicos,

cimento, fibras, papel

Extração

Refino Processamento

Ligas, têxteis, cerâmicas, cristais, concreto, plásticos

Engenharia de Materiais

Processo

Produtos, eletrodomésticos,

estruturas

Fab

ricaç

ão

Lixo

Resíduo

Sucata

Disposição

RE

CIC

LAR

21

sistema fechado. Nossos recursos são, logicamente, finitos. Justificam-se os

esforços para que possamos utilizá-los mais eficientemente (CALLISTER, 1994).

Deve-se juntar a essa consideração, a questão do uso de energia para produzir e

fabricar materiais e produtos. A energia, também, é um recurso limitado quanto ao

abastecimento e quanto a quantidade. Assim, justifica-se a necessidade de

conservar e utilizar mais adequadamente os materiais na produção, aplicação e

disposição de quaisquer produtos.

Segundo Dorsthorst e Hendriks citados por Ângulo, Zordan e John (2001), na

verdade sabe-se que ações isoladas não irão solucionar os problemas advindos de

resíduos e que a indústria deve tentar fechar seu ciclo produtivo de tal forma que

minimize a saída de resíduos e a entrada de matéria-prima não renovável.

Deve-se considerar que o impacto causado ao meio ambiente está presente em

todas as etapas de produção, desde a extração de matérias primas, passando pela

produção indo até a avaliação da vida útil do material. Em cada etapa são evidentes

os danos causados ao meio ambiente através da devastação das florestas, emissão

de poluição para o ar e água e disposição inadequada de resíduos químicos. O

produto fabricado deve contemplar possibilidades de reciclagem para que sua

disposição cause o mínimo de degradação ambiental.

Com o crescimento da industrialização nos países em desenvolvimento, torna-se

emergencial definir uma estratégia para o gerenciamento dos resíduos sólidos

produzidos nas atividades industriais. Os resíduos sólidos, muitas vezes de forte

potencial tóxico, provêm, em quantidade cada vez maior, das atividades industriais,

da despoluição ou da depuração dos efluentes gasosos ou líquidos. Sua destinação,

muitas vezes inadequada, pode representar sérios comprometimentos ambientais,

sendo motivo de matérias veiculadas pela mídia, em geral, de conteúdo mal

informado, que comprometem a imagem governamental e até mesmo das próprias

indústrias (CAMPOS, 1998).

22

A teoria dos 3 R’s, citada por Weinstock e Weinstock (2000), John (2000) e Angulo

(2001), trata do assunto resíduo, e cujo significado é: Reduzir a geração de

resíduos, reutilizar e/ou reciclar o resíduo.

O meio ambiente seria mais preservado se a ordem de prioridade começasse com o

Reduzir. Esta é a forma mais interessante para a preservação ambiental ou a

preservação dos recursos naturais. Significa, na prática, utilizar recursos no exato

limite das nossas necessidades. Do ponto de vista da produção industrial, em função

da tecnologia ser mais complexa, esta é uma situação difícil de resolver. Porém

alguns exemplos têm obtido sucesso, como a recirculação total das águas de um

processo industrial, que reduz o consumo de água.

O segundo R significa reutilizar. Esta forma de tratar os resíduos demanda pouca

tecnologia ou de mudança da forma de destinação do resíduo. Na prática, é a

mudança da forma de uso com a reutilização do resíduo para outra finalidade, que

pode ser o pó de pedra de pedreiras em argamassa ou uma embalagem ou

recipiente plástico sendo utilizado com outra finalidade, ao invés efetuar seu

descarte.

Finalmente, o terceiro R significa reciclar, ou seja, aproveitar a matéria prima ainda

existente num resíduo para fabricar o mesmo ou outro tipo de produto, tal como é

feito com latas de alumínio, restos de alimentos, pneus e plásticos. Vale salientar

que no terceiro R, o esforço da reciclagem exige sempre um consumo suplementar

de energia e pode significar uma maneira de incentivar ainda mais a produção,

aumentando-se o consumo de matéria-prima, contribuindo para esgotar recursos

naturais, mesmo levando-se em consideração a possibilidade da reciclagem.

O termo sustentabilidade provavelmente implica a manutenção de estoques globais

dos materiais disponíveis tanto tempo quanto possível, enquanto, ao mesmo tempo,

se preserva o ambiente geral em condições qualitativas de vida, pelo tempo que for

possível. Esta última condição deveria ser verdadeira para a disposição final e

também para armazenagem (FROSCH, 1997).

23

A reutilização e reciclagem de materiais são mais desejáveis que a disposição em

aterros, pois permitem reduzir a extração de matérias primas, preservando recursos

naturais e evitando poluição do meio ambiente, além de que é necessária uma

menor demanda de energia para processar materiais reciclados.

Segundo John (2000), a primeira e mais evidente das contribuições ambientais da

reciclagem é a preservação de recursos naturais, substituídos por resíduos,

prolongando a vida útil das reservas naturais e reduzindo a destruição da paisagem,

flora e fauna. Esta contribuição é importante mesmo nos casos onde os recursos

naturais são abundantes, como é o caso do calcário ou argila, porque a extração de

matérias primas prejudica a paisagem e pode afetar ecossistemas.

A construção civil é uma das atividades mais antigas que se tem conhecimento e

desde os primórdios da humanidade foi executada de forma artesanal, gerando

como subproduto grande quantidade de entulho mineral. Tal fato despertou atenção

dos construtores já na época da edificação das cidades do Império Romano e desta

época datam os primórdios registros de reutilização de resíduos minerais da

construção civil na produção de obras novas (LEVY, 2000).

Conforme Weinstock e Weinstock (2000), a construção civil pela sua abrangência e

pela quantidade de materiais empregados, mão de obra e energia que manuseia,

certamente interfere muito com o meio ambiente. Infelizmente, sua cadeia produtiva,

em nível internacional, demorou a perceber este impacto e atualmente se vê forçada

a mudanças culturais, tecnológicas e de comportamento para atender às demandas

de uma sociedade cada vez mais esclarecida e exigente em relação à preservação

do meio ambiente.

Importante ressaltar que a indústria da construção civil no Brasil é responsável por

14% do PIB – Produto Interno Bruto, superando inclusive a indústria automobilística,

representando um importante segmento da economia do país. Por outro lado, é a

indústria da construção civil a responsável por 15% a 50% do consumo dos recursos

materiais extraídos em território nacional. Consome-se no Brasil 1 a 8 toneladas de

agregados naturais por habitante/ano (JOHN, 2002).

24

Metha (1994) afirma que o concreto de cimento Portland é presentemente o mais

utilizado material manufaturado. Julgando pelas tendências mundiais o futuro do

concreto parece ser ainda mais promissor, porque para a maioria das aplicações ele

oferece propriedades adequadas a baixo custo combinado com os benefícios

ecológicos e de economia de energia.

Sendo o concreto um dos materiais mais consumidos pelo homem e, considerando

que cerca de 70% do mesmo é constituído de agregado, é bastante relevante a

preocupação da população com a extração de agregados naturais. Cerca de 220

milhões de toneladas de agregados naturais são consumidos anualmente no Brasil

somente na produção de concretos e argamassas (JOHN, 2003).

Assim, segundo Isaia (2002), sustentabilidade das estruturas de concreto significa

maximizar a potencialização da escolha dos materiais constituintes, otimizar o

projeto em termos de resistência, durabilidade e vida útil, envolvendo todos os

agentes da cadeia produtiva, desde o proprietário, projetista, construtor até o usuário

final.

Segundo Silva Filho (2001), em cidades como Salvador, a escassez de agregados

graúdos implicará que estes sejam transportados a distâncias de cerca de 100 km, o

que tornará o preço deste insumo bem mais elevado, além de gerar maior consumo

de energia e poluição.

A construção civil, ao mesmo tempo em que é uma grande geradora de resíduos, é

também, potencialmente, uma grande recicladora de resíduos originários de

indústrias, tais como: siderurgia, química e petroquímica. Resíduos como sílica ativa,

cinza volante, escória de aciaria e escória de alto forno têm sido incorporados a

argamassas e concretos, além de outros usos.

Em Salvador, estudos para aproveitamento de resíduos na fabricação de materiais

de construção vêm sendo desenvolvidos. Recentemente, Nascimento (2002)

realizou pesquisa sobre a utilização de fluoreto de cálcio na produção de blocos

25

cerâmicos indicando a possibilidade de uso deste resíduo permitindo a reciclagem

do resíduo sólido industrial de fábrica instalada no Pólo Petroquímico de Camaçari.

Outro exemplo de pesquisa desenvolvida em Salvador foi realizada por Carneiro

(2001) que estudou viabilidade da reciclagem de entulho de obras, resíduos das

atividades de construção e demolição, para produção de materiais de construção

como base e sub-base de pavimentos, tijolos de solo estabilizado com cimento e

argamassas de revestimento. Os resultados obtidos foram satisfatórios e indicaram

redução de custo quando comparados com os materiais convencionais da região.

Segundo Geyer (1995), a construção civil é, dentre os setores industriais, um dos

mais apropriados para o aproveitamento de resíduos. Isto se deve a uma série de

fatores, tais como o elevado número de insumos consumidos, além do déficit

habitacional associado aos altos custos dos insumos básicos para o

desenvolvimento de projetos habitacionais. Isto torna indispensável o

desenvolvimento de materiais e/ou tecnologias alternativas.

Segundo Metha (1994), fazendo-se uma análise técnica, econômica e ecológica,

não há melhor alternativa de destino final que o concreto para os milhões de

toneladas de subprodutos pozolânicos e cimentícios (cinzas volantes e escória de

alto forno). A estocagem desses produtos no solo causa a poluição do ar, enquanto

que o seu despejo em lagos e córregos ocasiona a liberação dos metais tóxicos

normalmente presentes em pequenas quantidades.

Jonh (2000) afirma que muitas vezes, a incorporação de resíduos permite um

aumento da durabilidade da construção em determinadas situações, como já

comprovado por inúmeros estudos e pesquisas sobre adições de escória de alto

forno e de pozolanas ao cimento.

Segundo John (2002) se na ponta geradora do resíduo a reciclagem significa

redução de custos e até mesmo novas oportunidades de negócio, na outra ponta do

processo, a cadeia produtiva que recicla reduz o volume de extração de matéria

prima, preservando os recursos naturais limitados.

26

A indústria cimenteira recicla aproximadamente mais de 5 milhões de toneladas por

ano de escória de alto forno, cinzas volantes, pneus, etc (JONH, 2000).

Segundo Yamamoto citado por Jonh (2000) em 1996 a substituição do clínquer por

cinzas volantes e escórias resultou em uma redução no consumo de combustível de

28% na indústria cimenteira do Brasil.

Na região da Salvador, segundo informações das empresas fornecedoras de

concreto, estima-se para o 2º semestre de 2005 em 20.000 m3/mês o mercado de

fornecimento de concreto pré-misturado. Desta maneira, considerando-se um

consumo médio de cimento da ordem de 320 kg/m3 e que a quantidade de agregado

graúdo convencional (brita) nos traços é de cerca de 45%, podemos estimar que a

quantidade consumida destes agregados em volume é da ordem de 9.000 m3/mês.

Segundo a FERBASA (2004), a geração de escória de ferro-cromo em 2004, de

acordo com informações colhidas em visita à empresa, atingiu 25.000t por mês, que

corresponde a cerca de 15.600 m3 de escória por mês, superior portando, à

quantidade de brita utilizada nos concretos em Salvador, tendo capacidade,

portanto, de substituir parcial ou totalmente o uso dos agregados naturais na região

metropolitana e adjacências.

A necessidade de se ampliar os estudos para se avaliar o comportamento de

concretos com uso de escória de ferro-cromo tem como principal justificativa a

redução do consumo de recursos naturais, além de reduzir o volume de resíduos

dispostos no meio ambiente e conseqüentemente, minimizar os efeitos nocivos de

uma possível solubilização do cromo que afetaria a qualidade do meio ambiente com

a contaminação do solo e dos mananciais hídricos nas proximidades da metalúrgica

colocando em risco a saúde da população local devido a alta toxidade comprovada

por sua ação carcinogênica.

Apesar da utilização destes agregados na produção de concretos, alguns

questionamentos se fazem à sua capacidade de preservar suas características ao

longo da vida útil em serviço, suportando a ação do meio ambiente, ao ataque

27

agressivo de substâncias químicas, à abrasão ou a qualquer outro processo de

deterioração, mantendo ao longo do tempo a sua forma original (ALMEIDA, 2001).

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo geral

A pesquisa tem como objetivo principal avaliar e estudar o desempenho de

concretos contendo escória de ferro-cromo como agregado graúdo para concreto.

1.2.2 Objetivos específicos

Como desdobramentos da pesquisa a ser realizada pretende-se alcançar os

seguintes objetivos específicos:

• identificar a situação atual das pesquisas na área de aproveitamento de resíduos

de escórias siderúrgicas, notadamente de ferro-cromo.

• avaliar através de ensaios comparativos as propriedades mecânicas de

resistência à compressão e módulo de elasticidade em concretos produzidos com

e sem escória;

• avaliar seu comportamento quanto aos ensaios de permeabilidade, absorção por

imersão, absorção por sucção capilar e absorção por capilaridade em concretos

produzidos com e sem escória.

1.3 PLANO DE TRABALHO

Para a realização da pesquisa os trabalhos foram subdivididos em quatro etapas,

indicadas a seguir:

• Revisão Bibliográfica

28

A revisão bibliográfica foi efetuada com base em material existente nacional e

internacionalmente, obtidos através da Internet, em anais de congressos, revistas

técnicas, dissertações de mestrado, teses de doutorado e bancos de dados.

• Realização de ensaios de caracterização

Foram realizados amostragem, os ensaios de caracterização física e determinação

de índices de qualidade do resíduo e dos agregados naturais, incluindo a verificação

do risco ambiental da escória de ferro-cromo.

• Desenvolvimento do trabalho experimental

Foram realizados estudos de dosagem com vistas à definição de traços de concreto

para cada um dos agregados graúdos (brita e escória), tendo sido determinadas as

diversas características do concreto, avaliando suas propriedades no estado fresco e

no estado endurecido (resistência à compressão axial e módulo de deformação

estática) e da avaliação de desempenho quanto a permeabilidade, absorção por

imersão, absorção de água por sucção capilar e absorção por capilaridade.

• Análise de resultados e discussão

Nesta etapa procedeu-se a avaliação e discussão dos resultados, enfocando a

influência do uso do resíduo e seu comportamento quanto ao desempenho dos

concretos produzidos, indicando sugestões para trabalhos futuros a partir da

experiência adquirida nesta pesquisa.

1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

O primeiro capítulo será a introdução do trabalho enfocando as questões

abrangentes do tema da dissertação, buscando sua contextualização em relação ao

tema da pesquisa.

29

O segundo capítulo da dissertação tratará do histórico do emprego de resíduos na

construção civil, em especial escórias siderúrgicas, fundamentado em revisão

bibliográfica sobre o tema, com destaque para a escória de ferro-cromo e os vários

aspectos da durabilidade do concreto, além de abordar o avanço do conhecimento

desta área no mundo, no Brasil e na Bahia, bem como as expectativas para o futuro

do uso desse resíduo na produção de concretos duráveis.

O terceiro capítulo abordará conceitos de durabilidade, ressaltando a evolução e

absorção destes conceitos pela indústria da construção civil no Brasil, em especial

pelo setor de edificações.

O quarto capítulo relatará o estudo experimental desenvolvido, a metodologia

adotada e analisará o desempenho de concretos, tratará dos materiais empregados

para a produção dos concretos, apresentando resultados de caracterização química,

física e quanto aos ensaios de avaliação de desempenho realizados;

O quinto capítulo tratará da apresentação e discussão dos resultados, com base nos

resultados dos ensaios mecânicos (resistência à compressão e módulo de

elasticidade), bem como seu desempenho quanto à permeabilidade, absorção por

imersão, absorção por sucção capilar e absorção por capilaridade, comparando os

concretos com e sem escória.

O sexto capítulo apresentará as conclusões e as considerações complementares

sobre os resultados obtidos e enfocará a influência do uso do resíduo na qualidade

ambiental e seu comportamento quanto ao desempenho dos concretos produzidos,

em como indicará sugestões para trabalhos futuros a partir da experiência adquirida

nesta pesquisa.

30

2 CARACTERIZAÇÃO, UTILIZAÇÃO E IMPACTO AMBIENTAL DE ESCÓRIAS

SIDERÚRGICAS

Escória siderúrgica é o nome dado a um resíduo não metálico fusível gerado durante

a produção de metais. Ela é formada a partir da reação química de um fundente com

a ganga do minério, com as cinzas do coque ou com as impurezas oxidadas durante

o refino de um metal. Em função do seu poder de dissolução, da densidade mais

baixa e da atividade química, as escórias dissolvem impurezas contidas no metal

tanto na produção do gusa quanto na produção do aço (GEYER, 1995).

Segundo Gentil (1996), escória é um produto líquido ou pastoso produzido durante

operações pirometalúrgicas, geralmente contendo sílica, que se torna solído à

temperatura ambiente.

Os agregados siderúrgicos são resíduos da metalurgia do ferro, através de

processamento em altas temperaturas, geralmente acima de 1900ºC. Neste

processo uma carga composta por minério de ferro (hematita Fe2O3), limonita

(Fe2O3.2H2O) ou magnetita (Fe3O4), carvão coque, um fundente e calcário (CaCO3),

é introduzida na parte superior do forno e, através da ação térmica, é obtido o ferro-

gusa e a escória (VIDAL, 2004).

Segundo Geyer (2000) a escória fundida, ao sair do forno à temperatura próxima de

1500°C, pode ser submetida a diferentes processos de resfriamento. Estes

processos são normalmente utilizados para as escórias de alto-forno. Se a escória é

resfriada naturalmente ao ar, os seus óxidos componentes se cristalizam e perdem

as características hidráulicas, podendo ser considerada inerte. A escória obtida pelo

resfriamento rápido, sendo previamente expandida pela aplicação de uma

quantidade controlada de água, ar ou vapor é conhecida como escória expandida. A

solidificação assim acelerada, aumenta a natureza vesicular da escória, produzindo-

se assim um material leve, que é em seguida moído e classificado

granulometricamente.

31

Finalmente, a escória obtida por resfriamento brusco, conhecida como escória

granulada, é previamente fragmentada por jato d'água e posteriormente resfriada em

tanque com água, onde se granula. Dessa forma, se obtém uma escória vítrea,

resultando em pouca ou nenhuma cristalização, de granulometria semelhante à da

areia de rio e com massa unitária em torno de 1000 kg/m³. Apresenta estrutura

porosa e textura áspera.

Segundo o IISI (International Iron and Steel Institute) citado pela Associação

Brasileira de Metalurgia e Materiais (2004) a produção mundial de aço bruto somou

962,5 milhões de toneladas em relação ao patamar de 2002, crescendo neste

período de 6,6%. No mês de dezembro, o aumento foi de 7,7% em comparação com

o mesmo mês do ano anterior, totalizando 80,1 milhões de toneladas.

Em 2004, a produção mundial de aço alcançou 1 bilhão de toneladas pela primeira

vez. Em 2003, a China, maior produtor mundial de aço bruto, contribuiu com 220,1

milhões de toneladas desse total. Volume que representa incremento de 21,2% em

relação ao ano anterior (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE METALURGIA E

MATERIAIS, 2004). Esta foi a primeira vez em que a produção de um país superou

200 milhões de toneladas. A China responde hoje por quase 23% de todo o aço

bruto produzido no mundo. O Japão e os Estados Unidos mantiveram-se na

segunda e terceira posição no ranking, respectivamente. Porém, enquanto a

produção japonesa de aço bruto cresceu 2,6%, a norte-americana ficou estável, com

ligeira queda de 0,2% (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE METALURGIA E

MATERIAIS, 2004).

Embora o Brasil tenha expandido em 5,1% sua produção, para 31,1 milhões de

toneladas, sua posição no ranking caiu de oitava para nona. Isso porque o volume

produzido pela Índia cresceu 10,4%, para 31,8 milhões, conferindo ao país asiático a

oitava colocação. Se considerado o crescimento por região, a Ásia apresentou

expansão de 11,1% e o Oriente Médio, de 7,6% (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE

METALURGIA E MATERIAIS, 2004).

32

Os volumes de escória gerados na fabricação do aço são elevados. Acumular estes

subprodutos em depósitos ou aterros representa perda de material e causa sérios

problemas de poluição ambiental. Este fato implicou na necessidade de estudar seu

destino de forma a se avaliar corretamente os riscos ambientais envolvidos (ROSA,

1998).

A quantidade total de resíduos gerados por uma moderna usina siderúrgica

integrada a coque, por exemplo, se situa em torno de 700 kg/t de aço líquido. A um

nível de produção mundial de 700 milhões de toneladas por ano, pode-se supor que

a geração anual de resíduos é de cerca de meio bilhão de toneladas (PEREIRA,

1995 citado por GEYER, 1995).

As siderúrgicas do mundo vêm enfrentando um problema comum, que consiste no

que fazer para que a totalidade da escória gerada no refino do aço em aciarias

elétricas ou à oxigênio tenha uma solução de aproveitamento melhor do que vem

sendo feito atualmente. Na fabricação do aço as escórias são geradas em duas

etapas: a primeira provém do chamado refino oxidante (forno elétrico a arco ou

convertedor à oxigênio) e a segunda do refino redutor em processos de metalurgia

na panela (forno-panela) (GEYER, 2000).

Segundo Krüger (1995), a indústria siderúrgica se caracteriza por grandes volumes

de efluentes sólidos, líquidos e gasosos, em geral não tóxicos, entretanto é a

industria mais poluente pela quantidade do que pela toxidade dos seus resíduos.

O excedente desse subproduto vem crescendo devido à impossibilidade de sua

utilização total pela indústria cimenteira. Alguns trabalhos têm sido feitos por

pesquisadores brasileiros, buscando empregos alternativos como agregado miúdo

em substituição à areia (SCANDIUZZI; BATTAGIN, 1990).

Segundo Cassa (1996), os crescentes estoques nas siderúrgicas e usina de ferro-

liga vêm se tornando um motivo de preocupação para parte dos metalurgistas, com

vistas à utilização racional desse subproduto industrial e, consequentemente,

minimização de um problema ambiental.

33

A tabela 1 a seguir apresenta o percentual de geração de escória no Brasil e em

outros países após beneficiamento, em milhões de toneladas/ano (VIDAL, 2004).

Tabela 1

Geração de escória no Brasil e em outros países

Discriminação Brasil

(*) EUA Canadá UK França Alemanha Itália Japão Coréia

Total 9

Países

Produção de Gusa 202 48,7 8,7 12,8 12,8 30,2 11,1 77,7 22,5 244,7

% Aço Bruto 76% 49 56 69 65 67 43 74 53 62

Produção Aço Bruto 264 98,5 15,6 18,5 19,8 45 25,7 104,5 42,6 396,6

Conversores LD 21,6 55,4 9,2 14,0 11,9 33,1 11,0 70,3 24,2 250,7

Fornos elétricos 4,8 43,1 6,4 4,5 7,9 11,9 14,7 34,2 18,4 145,9

Geração de escória 8,3 24,7 3,6 6,0 6,3 12,2 6,9 35,8 14,2 118,5

Altos-fornos 5,4 13,0 1,9 4,0 4,5 7,5 3,4 23,3 8,5 71,4

Aciarias 3,0 11,7 1,7 2,0 1,8 4,8 3,5 12,5 6,0 47,0

Conversores LD 2,3 5,6 0,8 1,6 1,0 3,5 1,9 9,4 3,9 30,0

Fornos elétricos 0,6 6,1 0,9 0,4 0,8 1,3 1,6 3,1 2,1 17,0

Índices Médios de

Geração

Altos-fornos (1) 266 267 218 313 352 247 302 300 362 292

Aciarias (2) 112 119 108 108 91 106 138 120 142 119

Conversores LD 107 101 83 114 84 105 177 134 161 120

Fornos elétricos 132 142 143 89 101 108 108 91 136 116

Global (2) 315 251 230 324 318 272 268 343 333 299

(*) Dados de 1998. Demais Países: Dados de 1997 (1) Em kg/t de gusa produzido (2) Em kg/t de aço bruto produzido Fonte : VIDAL, 2004 Segundo Geyer (2000), a escória solidificada e resfriada apresenta-se em diversos

formatos. A escória utilizada, depois de moída em moinho de bolas, por um período

mínimo de três horas até que passe na peneira número 200 (Série Tyler),

aparentemente fica com aspecto muito semelhante ao cimento Portland, como pode

ser observado na figura 3.

34

Figura 3 - Aspecto da escória de aciaria solidificada

e resfriada (GEYER, 2000).

A tabela 2 a seguir apresenta um quadro-resumo contendo a composição química

das escórias siderúrgicas no Brasil e no Exterior (VIDAL, 2004).

Tabela 2

Composição Química das Escórias Siderúrgicas no Brasil e no Exterior (%) (VIDAL, 2004)

Escória de Alto-Forno Escória de Aciaria

Elemento Brasil

AF-CV (*)

Brasil

AF-CQ (**) 8 Países

Brasil

Conv. LD

Brasil

FEA (***) 8 Países

Óxido de Cálcio (CaO) 26,0-35,4 41,5-43,6 30,46 36,2-45,6 28,0-50,0 24-60

Óxido de Magnésio (MgO) 6,2-13,0 6,2-7,1 5-48 5,5-12,5 4,0-17,0 1-15

Dióxido de Silício (SiO2) 41,4-45,0 34,8-39,9 31-42 11,0-15,4 8,0-25,0 10-20

Óxido de alumínio (Al2O3) 9,8-15,8 9,8-12,6 7-18 0,8-4,0 1,5-13,0 1-13

Óxidos de Ferro 0,4-1,5 0,2-1,8 0,1-1,5 14-22(iv) 10-28(iv) 14-30(iv)

Basicidade

(CaO + MgO) / SiO2 0,87-0,99 1,22-1,41 1,0-1,8 >3,0 ≅ 3,0 >3,0

Médio 1,34 3,79 3,00 3,33

(*) AF-CV: alto forno a carvão vegetal

(**) AF-CQ: alto forno a coque

(***) FEA: forno elétrico

(iv) Ferro total

Bijen (1996) indica que a escória granulada de alto-forno tem sido utilizada como um

agente cimentício para o concreto há mais de um século. O cimento de escória de

alto-forno, uma composição de escória, do clinker de Portland e de gêsso, foi

introduzido no mercado da Alemanha em 1888.

35

John (1995) em sua tese de doutorado faz uma vasta revisão histórica do

surgimento deste tipo de cimento. Cita o autor que em dezembro de 1909 era

editada a norma alemã de cimento Portland com adição de até 30% de escória de

alto-forno. Em 1917 foi editada a norma de cimento de alto-forno que permitia a

adição de até 85% de escória.

Em 1911 era editada a norma russa para cimentos de alto-forno, introduzido no

mercado por volta de 1916. Em 1952 a normalização em países como a Bélgica,

Inglaterra, França, Alemanha, Holanda e Estados Unidos, permitia a adição de 65%

de escória nos cimentos de alto-forno. Em 1959 os cimentos de alto-forno

compreendiam aproximadamente 35,3% da produção de cimento na ex-URSS e, no

Japão, eram produzidas entre 1,5 e 2 milhões de toneladas. Na década de 70 mais

de 30% do cimento produzido em países como a Polônia, Holanda, Bélgica,

Romênia, França e URSS continha escória, em teores entre 5 e 95%.

No Brasil a adição de escória de alto-forno ao cimento Portland iniciou-se em 1952 e

tem crescido continuamente. É importante lembrar que, dos 7 milhões de toneladas

de escória de alto-forno produzidas anualmente no Brasil, cerca de 2,5 milhões são

provenientes da produção de ferro gusa em altos-fornos que empregam carvão

vegetal, gerando uma escória ácida, menos reativa do que as escórias básicas

produzidas nos altos-fornos que utilizam carvão coque.

A escória de alto-forno é usualmente adicionada ao clínquer Portland para produção

de cimentos como o CP II-E (cimento Portland com adição de 6 a 34% de escória

NBR 11578/1991) e o CP III (Cimento de Alto-Forno, com adição de 35 a 70% de

escória- NBR 5733/1991), normalizados no Brasil desde 1964.

Este tipo de material é utilizado por causa de sua excelente ligação hidráulica. O

produto não cristalizado é moído à finura adequada e usado como adição ao

cimento Portland.

Conforme já comentado, a construção civil é um setor com grande potencial para

reciclagem, reutilização e reaproveitamento de resíduos. Isto em função do volume

36

de matéria-prima que consome. Além disso, os materiais utilizados na construção

de obras consomem energia e recursos cada vez mais escassos, gerando também,

grandes volumes de resíduos. Deste fato resulta a necessidade de desenvolver

estudos para propiciar a utilização de resíduos, reduzindo, por conseguinte, o

consumo de combustível no processo de obtenção de novos produtos. Como

resultado, permitir-se-á uma redução no custo das construções e a preservação do

meio ambiente.

Segundo John (2000), a reciclagem, por outro lado, é uma oportunidade de

transformação de uma fonte importante de despesa em uma fonte de faturamento

ou, pelo menos, de redução das despesas de disposição. Uma grande siderúrgica,

por exemplo, produz mais de 1 milhão de toneladas de escória de alto forno por ano

que valem no mercado cerca de 10 milhões de reais, sem contar a eliminação das

despesas com o gerenciamento do resíduo. Contrariamente à disposição controlada

dos resíduos, a reciclagem é atrativa às empresas.

Segundo John (1995) a incorporação de resíduos na produção de materiais também

pode reduzir o consumo energia, tanto porque estes produtos freqüentemente

incorporam grandes quantidades de energia quanto porque podem reduzir as

distâncias de transporte de matérias primas. No caso das escórias e pozolanas, é

este nível de energia que permite produção de cimentos sem a calcinação da

matéria prima, permitindo uma redução no consumo energético de até 80%.

Finalmente, a incorporação de resíduos no processo produtivo muitas vezes permite

a redução da poluição gerada. Por exemplo, a incorporação de escórias e pozolanas

reduz substancialmente a produção de CO2 no processo de produção do cimento.

Segundo Moura (2000), a viabilidade de reciclagem de um resíduo depende de

alguns fatores, tais como:

• proximidade da instalação de processamento;

• custo de transporte dos resíduos;

• volume de resíduos disponível para o reprocessamento;

• custo de estocagem do resíduo no local de geração ou afastado da origem.

37

Deste modo, a viabilidade técnica e econômica da utilização de um resíduo como

subproduto está condicionada, também, ao custo de reciclagem ser igual ou inferior

ao custo total para descartá-lo adequadamente. O estudo da viabilidade técnica da

reciclagem de um determinado resíduo pressupõe basicamente as seguintes etapas:

• levantamento de dados sobre a disponibilidade do resíduo;

• caracterização quanto à sua composição química;

• identificação das propriedades físicas e mecânicas;

• seleção de possíveis aplicações;

• identificação das propriedades do produto final.

A tabela 3 apresenta um quadro-resumo do campo de aplicação de escórias de

diferentes origens.

Tabela 3 Campo de aplicação de escórias de diferentes origens

PROCEDÊNCIA DA ESCÓRIA

CAMPO DE APLICAÇÃO ACIARIA ALTO-FORNO FERRO-LIGA

Ferroviário Lastro/sub-lastro X X

Base/sub-base X X X

Rev. asfáltico X X X

Dreno/canaleta X X X

Proteção talude X X

Pátio industrial X X X

Estacionamento X X X

Rodoviário

Meio-fio X X X

Piso de concreto X X X

Pré-moldados X X X

Concreto X X X Construção Civil

Manilhas/tubos X X X

Substituto calcário X

Minério de ferro X Fábrica de cimento

Clínquer X X

Metalúrgico Fundente/redução X X

Fonte : Adaptado de BRUN e YUAN citado por GEYER, 1995.

Geyer (1995) registra as escórias de aciaria necessitam de cura por

aproximadamente 6 (seis) meses para que se possa controlar o fenômeno de

expansibilidade causada pela presença de cal livre não reagida. Estudos mais

38

detalhados devem ser realizados para avaliação do comportamento deste material

quando utilizado em concreto.

Segundo a SOBREMETAL (2004), as características principais das escórias são:

- elevada resistência mecânica, aliada a uma textura rugosa e uma morfologia de

alta cubicidade;

- estrutura física caracterizada por uma elevada densidade e porosidade;

- coloração predominantemente cinza clara;

- elevada resistência a variações climáticas;

- alta estabilidade com longa durabilidade para todas as aplicações;

- inexistência de material orgânico em sua composição;

- elevada resistência à abrasão (desgaste);

- intertravamento automático, produzindo uma superfície estável (excelente

tração), em virtude de seu formato cúbico;

- baixo custo comparado com seus concorrentes (brita);

- recursos ilimitados;

- material reciclável.

As figuras 4, 5 e 6 apresentam a seguir exemplos de aplicação de escória

(SOBREMETAL, 2004).

Figura 4 -

Revestimento asfáltico Figura 5 -

Pré-moldados Figura 6 -

Lastro / sub-lastro

Vale registrar que a utilização dos diversos tipos de escória deve ser sempre

precedida de avaliação quanto aos seus índices de qualidade, especialmente quanto

ao fenômeno de expansão, quando se trata das escórias de aciaria, devido a

presença de óxidos potencialmente expansivos.

39

Segundo Masuero et al (1998) citado por Moura (2000) as escórias siderúrgicas são

os resíduos que em maior volume são gerados no mundo. Destes, as escórias de

alto-forno e de aciaria constituem um pouco mais da metade de todos os outros

resíduos metalúrgicos gerados.

Apresentamos a seguir, uma abordagem sobre estas escórias, destacando a sua

potencialidade de uso na construção civil.

2.1 ESCÓRIA DE ACIÁRIA

As escórias de aciaria são geradas na conversão do ferro-gusa em aço, a partir da

combinação do fundente cal, com os produtos das reações de oxidação no forno de

aço (LOUZADA, 1991).

Considerando que o ferro gusa é uma liga de ferro-carbono na qual o carbono e as

impurezas normais (Si, Mn, P e S, principalmente as duas primeiras) se encontram

em elevados teores, a sua transformação em aço, que é uma liga de teores baixos

de C, Si, Mn, P e S, corresponde a um processo de refino, no qual a quantidade dos

elementos é reduzida até valores pré-fixados. Na transformação do ferro-gusa em

aço, utilizam-se “agentes oxidantes”, os quais podem ser de natureza gasosa, como

ar e oxigênio, ou de natureza sólida, como minérios na forma de óxidos

(CHIAVERINI, 1986 citado por SILVA FILHO, 2001).

A escória de aciaria é um subproduto da produção do aço. Este material é portanto

resultado da agregação de diversos elementos que não interessam estar presentes

no material aço. Tem como características marcantes ser composta de muitos

óxidos, como CaO e MgO e ser expansível, devido às reações químicas desses

óxidos. As limitações encontradas no material são basicamente: heterogeneidade;

alto teor de cal livre e a ausência de atividade hidráulica (FILEV, 2004).

Em geral, a escória de aciaria é processada para recuperação da fração metálica,

empregada na sintetização, no alto forno e na aciaria mesmo. Em média, essa

recuperação corresponde a 30% de sua geração (GEYER, 1995).

40

A figura 7 mostra o circuito da geração de resíduos na aciaria elétrica (FEA) e na

aciaria à oxigênio (LD), com a geração aproximada da escória em cada etapa

(GEYER et al, 1996 citado por GEYER, 1997).

Figura 7 - Esquema simplificado da geração de escórias na aciaria elétrica (FEA) e à oxigênio (LD)

(GEYER et al, 1996 citado por GEYER, 1997).

A figura 8 mostra a escória de aciaria sendo vazada da panela diretamente na baia

de escória (GEYER, 2000).

Figura 8 - Escória de aciaria sendo vazada da panela diretamente na baia de escória (GEYER,

2000).

41

As escórias de refino (aciaria) diferem das escórias de redução (alto-forno) porque

participam ativa e fundamentalmente do processo, enquanto que as últimas

incorporam as impurezas. Quando é possível, sem prejuízo da principal função de

uma escória redutora que é a fusão de todos os minérios da ganga numa

temperatura adequada, a composição deve ser tal que o refino seja possível

(GEYER, 1997).

As escórias de aciaria são compostas, principalmente, por óxidos básicos. A

composição química da escória é função da matéria prima, da tecnologia de

produção do aço e até mesmo do revestimento do alto forno (FILEV, 2004).

A geração de escória de aciaria elétrica tem crescido consideravelmente nos últimos

anos. Nos Estados Unidos e na Europa, 45% e 38% do aço fabricado,

respectivamente, é por esse processo. Em países como a Indonésia, Malásia,

Tailândia e Vietnã todo o aço é produzido em forno elétrico. Enquanto que nas

Filipinas é de, aproximadamente, 71% e no Japão 34% (BUSINESS LINE citado por

LIMA, 1999).

O volume mundial gerado de escória de aciaria é da ordem de 84 milhões de

toneladas por ano. Por isso a importância de se estudar a sua reciclagem como

forma de resolver o problema de destinação ou “bota fora”.

Segundo dados do Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS, 2002), a geração e

comercialização de escória de aciaria LD nas siderúrgicas brasileiras é de,

respectivamente, 2,6 e 0,53 milhões de toneladas por ano, enquanto que a de

escória de aciaria elétrica é de 0,6 e 0,52 milhões de toneladas/ano,

respectivamente.

De acordo com Lima (1999), em geral a obtenção do aço pelo processo de forno

elétrico utiliza 90 a 100% de sucata mais os fundentes, gerando dois tipos de

escórias, denominadas oxidantes e redutoras. Na Bahia a Gerdau-Usiba utiliza na

sua aciaria elétrica, também, o ferro-esponja junto com sucata para a produção de

aço (SILVA FILHO, 2001).

42

A escória LD-NP é um co-produto decorrente do processo de fabricação e refino do

aço em conversores LD, consistindo essencialmente de silicatos de cálcio, óxido de

ferro e ferrita cálcica. Geralmente é estocada em pátio abertos, sem qualquer

processamento (NP) e sua granulometria pode variar de 0 (zero) mm a 300

(trezentos) mm (FILEV, 2004).

As escórias de aciaria de conversor a oxigênio apresentam composição variável em

função do tipo de ferro, matérias primas utilizadas, tipos de aço fabricados e práticas

de funcionamento. Os compostos principais são o cálcio, silício e ferro (LIMA, 1999).

Na tabela 2.4 pode-se verificar a composição química básica das escórias de aciaria

de forno elétrico geradas em alguns países (GEYER et al., 1994 citados por

MOURA, 2000).

Tabela 4 Composição química básica das escórias de aciaria de forno elétrico

geradas em alguns países

COMPOSTO BRASIL (%) EUA (%) JAPÃO (%) ITÁLIA (%) ALEMANHA (%)

CaO 33 41 40 41 32

SiO2 18 17 25 14 15

Al2O3 6 8 5 7 4

FeO 30 18 19 20 31

MgO 10 10 4 8 10

MnO 5 4 7 6 4

S - 0,2 0,06 0,1 0,1

P2O5 - 0,6 - 0,9 1,4

Fonte : GEYER et al.,1994 citados por MOURA, 2000.

Na Tabela 5 é apresentada uma comparação das escórias produzidas por vários

tipos de fornos (FILEV, 2004).

43

Tabela 5 Comparação das escórias produzidas por vários tipos de fornos

Composição (%)

Tipo SiO2 Cão Al2O3 FeT MgO S MnO TiO2

Escória de convertedor

(LD) 13.8 44.3 1.5 17.5 6.4 0.07 5.3 1.5

Escória

Oxidada 19.0 38.0 7.0 15.2 6.0 0.38 6.0 0.7 Escória de

Forno

Elétrico Escória

Reduzida 27.0 51.0 9.0 1.5 7.0 0.50 1.0 0.7

Fonte : FILEV, 2004

As escórias de aciaria têm como destinação mais comum o uso como agregado na

construção civil, na pavimentação de estradas de rodagem e como lastro de

ferrovias, sendo que nestas últimas ela deve passar, antes, por um período de cura

(KRUGER, 1995).

Entretanto há alguns inconvenientes no uso deste produto, uma vez que a cal que

participa no processo de produção do aço permanece como matéria-prima não

reagida presente na escória. Como a cal, em presença de umidade, reage, formando

compostos expansivos, é necessário um período de “cura” de três meses a um ano

(RUBIO; CARRETERO citados por GEYER, 1997), limitando-se ainda mais o seu

uso. Estudos mais detalhados devem ser realizados para verificar a eficiência desse

processo e conseqüentemente, para avaliação do comportamento deste material

quando utilizado na construção civil (GEYER, 1995; LIMA, 1999; GUMIERI, 1999;

MACHADO, 2000, MASUERO, 2001).

Segundo Gumieri (1999), grande parte das escórias de aciaria é empregada em

pavimentações, lastros de ferrovia, aterros, bases e sub-bases de rodovias.

44

2.2 ESCÓRIA DE ALTO-FORNO

As escórias de alto-forno são geradas no processo de fabricação do ferro-gusa,

material obtido nas siderúrgicas no processo de redução do minério de ferro.

(RIBEIRO,1992).

As escórias de alto-forno e aciaria correspondem a cerca de 75% do total dos

resíduos de uma usina. São principalmente elas as responsáveis pela tipificação dos

resíduos de usinas siderúrgicas como volumosos e de baixa toxidez (KRÜGER,

1995).

A escória de alto-forno consiste principalmente de sílica e alumina, do minério e do

carvão/coque, combinados com óxidos de cálcio e de magnésio dos fundentes. Ela é

retirada a uma temperatura em torno de 1500ºC (GEYER, 1995).

O resfriamento lento da escória de alto-forno em grandes moldes de ferro viabiliza

um produto que pode ser moído e granulado para se obter partículas densas e

resistentes para uso como agregado (METHA, 1994).

Segundo Neville (1997), como a escória é produzida ao mesmo tempo em que o

ferro-gusa, o controle da produção assegura uma variabilidade baixa dos dois

materiais. A escória é, em seguida, granulada ou pelotizada. Por conveniência,

geralmente se usa a expressão granulada.

Segundo Masuero et al (1998) citado por Silva Filho (2001), a produção mundial de

escória de alto-forno é de 120 milhões de toneladas para uma produção de 700

milhões de toneladas de aço líquido por ano. A geração e comercialização de

escória de alto-forno granulada nas siderúrgicas brasileiras, segundo dados de 2000

do IBS – Instituto Brasileiro de Siderurgia é de, respectivamente, 5,6 e 5,55 milhões

de toneladas por ano.

A cada 4 t de ferro-gusa produzida, é gerada, em média, 1 t de escória de alto forno.

O Brasil é o sexto maior produtor mundial de ferro-gusa, com uma produção anual

45

de cerca de 25 milhões de toneladas, o que corresponde a geração de cerca de 6,25

milhões de toneladas de escória por ano. (VIDAL, 2004).

As tabelas 6 (GUTT; NIXON., 1979 citado por LIMA, 1999) e 7 (CINCOTTO et al

1992 citado por GEYER, 1995 e CINCOTTO, 1988 citado por SILVA FILHO 2001)

apresentam composições químicas típicas de escórias em diversos países e no

Brasil (GUTT; NIXON., 1979 citado por LIMA, 1999).

Tabela 6

Composições químicas de escórias de alto-forno % em massa

Componentes Austrália USA África do Sul Alemanha Inglaterra França

SiO2 33-37 34-38 30-36 35 34 31-36

Al2O3 15-18 34-38 9-16 12,2 13,5 11-21

CaO 39-44 11-15 30-44 41 40,9 39-45

MgO 1-3 45-47 8-21 8 5,5 4-8

TiO2 0,6 1-3 0,1-0,8 - 0,8 0,4-0,7

FeO 0,7 - - 0,25 0,5 0,1-1

MnO 0,3-1,5 1,3-4,5 - 0,5 0,8 0,1-0,2

NaO2 0,2 - 0,2-0,9 1,2 0,7 0,2-0,8

K2O 0,5 - 0,5-1,4 - 0,8 0,2-1,5

S 0,6-0,8 - 1,0-1,6 0,6 0,53 0,7-1,0

P2O3 - - - - 0,6 -

Fonte : GUTT e NIXON, 1979 citado por LIMA, 1999

Tabela 7 Composições químicas de escórias de alto-forno

Componentes CSN (%) COSIPA

(%)

USIMINAS

(%)

Média no Brasil (CINCOTTO

et al 1992 citado por GEYER

1995) (%)

Média

Mundial

(%)

SiO2 37,40 37,00 33,80 34,45 30-42

Al2O3 11,60 10,50 11,20 13,66 5-19

CaO 40,20 41,40 43,70 41,95 30-50

MgO 6,66 6,50 6,60 6,07 1-21

TiO2 0,40 0,66 1,58 0,51 < 0,4

Fe2O3 1,00 1,00 1,20 0,35 < 0,3

Mn2O3 0.69 0,74 0,75 - < 0,2

Na2O 0,25 0,17 0,12 - < 0,2

46

Componentes CSN (%) COSIPA

(%)

USIMINAS

(%)

Média no Brasil (CINCOTTO

et al 1992 citado por GEYER

1995) (%)

Média

Mundial

(%)

K2O 0,84 0,54 0,23 - -

S 1,02 1,04 1,16 0,91 -

Resíduo insolúvel 0,49 0,92 0,50 - -

Ferro metálico 0,14 0,12 0,50 - -

Fonte : CINCOTTO et al 1992 citado por GEYER, 1995 e CINCOTTO, 1988 citado por SILVA FILHO 2001

A escória dos altos-fornos pode ser considerada um resíduo para o qual existe uma

solução de reciclagem de caráter definitivo e satisfatório (KRÜGER, 1995).

A escória pode ter variadíssimas aplicações: como inerte para concreto ou para

estradas, como matéria-prima para produção de inerte leve para concreto, lã de

escória para isolamentos térmicos, e, finalmente, para a indústria do cimento, não só

como matéria-prima para sua fabricação (adicionada ao calcário e entrando no forno

para produção do clínquer) mas, também, como adição ao cimento (COUTINHO,

1997).

Estas escórias são utilizadas na indústria de aglomerantes há muito tempo, sendo

interessante que desde 1862 Eugene Langen, em Troisdorf, efetuou os primeiros

ensaios de que se tem notícia sobre a granulação das escórias. Tais materiais

quando moídos e mesclados com cal hidráulica, davam lugar a um material que,

sem alcançar a qualidade do cimento Portland, superava os sistemas que só

utilizavam cal como ligante (BLODA, 1980 citado por LIMA, 1999).

2.3 ESCÓRIA DE LIGAS DE FERRO-CROMO

As escórias de ligas de ferro-cromo são resíduos da fabricação de ligas de ferro-

cromo alto carbono, ferro-cromo baixo carbono e ferro-cromo silício. Estas escórias

são formadas quando da operação pirometalúrgica, através da fusão de minério de

47

cromo na forma de agregado e de minério de cromo, cromita, na forma de

concentrado (FERBASA, 2000).

Segundo Valois e Teixeira (1995), Cassa et al. (1996) e Silva Filho (2001), a escória

é gerada a partir da produção de ligas de FeCr Alto Carbono em forno elétrico de

redução a arco submerso, correspondendo ao líquido sobrenadante na base do

forno, que se separa por diferença de densidade da liga e se solidifica ao ser

resfriado. Este material é um resíduo em grande parte maciço. A escória

devidamente britada e selecionada apresenta textura áspera, de coloração escura,

estrutura densa e pequenas vesículas que não se interligam, além de formato

anguloso.

Erdem (2005) comenta que a escória é um rejeito obtido em grandes quantidades

durante a produção da liga de ferro-cromo. Uma porcentagem relativamente

pequena deste material encontra aplicação, mas a grande maioria do material

gerado a cada ano é disposta a céu aberto e opções de reutilização,

reaproveitamento ou eliminação, são necessários. Como alternativa para atenuar

este fato e considerando tal material quimicamente inerte e seguro, a escória pode

ser utilizada como o material de construção e agregado, devido a sua excelente

característica técnica.

As minas de cromita no mundo estão situadas, principalmente, na África, Europa,

Oriente Médio e América. Na África do Sul estão localizadas 46% das jazidas de

cromo, 19% e 17% localizam-se na Índia e Kasaquistão, respectivamente, enquanto

que outras 14% situam-se no Brasil, Finlândia, Turquia e Zimbabwe, outros 12

pequenos países produzem 4%. Estima-se que 14 milhões de toneladas de cromita

foram produzidas em 2002 (INTERNATIONAL CHROMIUM DEVELOPMENT

ASSOCIATION, 2003).

Na figura 9 está indicada a distribuição mundial das minas de cromita.

(INTERNATIONAL CHROMIUM DEVELOPMENT ASSOCIATION, 2003).

48

17%

19%

14%

4%

46%

AFRICA DO SUL

INDIA

BRASL, FINLNDIA, TURQUIA, ZIMBABWE

KASAQUISTÃO

OUTROS

Figura 9 – Distribuição mundial das minas de cromita. (INTERNATIONAL CHROMIUM DEVELOPMENT ASSOCIATION, 2003).

O Brasil é o líder na América Latina dos depósitos de cromita, sendo o maior

produtor e detentor das maiores reservas de minério de cromo da América do Sul.

Estes recursos estão localizados nos estados da Bahia, Minas Gerais, Amapá e

Goiás. Embora sem muito destaque do ponto de vista quantitativo e qualitativo,

ocorrem alguns pequenos jazimentos nos estados de São Paulo, Pará e Ceará.

Na Tabela 8 são apresentados dados sobre a produção de cromita no Brasil no

período de 1993 a 2004 (INTERNATIONAL CHROMIUM DEVELOPMENT

ASSOCIATION, 2003; DEPARTAMENTO NACIONAL DE PESQUISA MINERAL,

2004).

49

Tabela 8 Produção de cromita no Brasil

ANO PRODUÇÃO (t/ano).103

1993 307,5

1994 359,8

1995 448,0

1996 408,5

1997 285,5

1998 440,5

1999 435,1

2000 588,8

2001 418,4

2002 279,7

2003 376,9

2004 593,5

Fonte : INTERNATIONAL CHROMIUM DEVELOPMENT ASSOCIATION, 2003; DEPARTAMENTO NACIONAL DE PESQUISA MINERAL, 2004

Em 2004 a produção brasileira de cromita, foi de 594 mil t (lump + concentrado),

equivalentes a 253 mil t de Cr2O3 contido, com um acréscimo de 63% em relação a

2003. Da produção doméstica dessa commodity, o Estado da Bahia participou com

79%, representado pela Cia. Ferro-Ligas da Bahia S/A – FERBASA (95,7%) e pela

Magnesita S/A (4,3%) e o Estado do Amapá, pela Mineração Vila Nova Ltda., com

21%. A capacidade nominal instalada de produção nacional de concentrado, em

Cr2O3 contido, de 470 mil t, está distribuída entre a Bahia (43%) e o Amapá (57%). O

acréscimo verificado na produção interna de cromita resultou do reinicio das

atividades de exploração da Mineração Vila Nova Ltda., que registrou, em relação a

2003, um aumento de 611% na produção de concentrado em Cr2O3 contido. Quanto

a FERBASA, registrou um aumento de produção de 17% nas minas e de 20,35%

nas usinas de beneficiamento. A Mineração Vila Nova Ltda., adquirida pela FASA

Participações S/A, localizada no Estado do Amapá, no ano de 2004, continuou

direcionando suas atividades para a produção de concentrado, com o reinicio dos

trabalhos de lavra a céu aberto, nas minas já exploradas e em novas frentes

descobertas.

50

Com relação ao setor de ligas de ferro-cromo, a produção brasileira atingiu 216 mil t,

distribuídos entre Fe-Cr-AC (85,0%), Fe-Cr-BC (8,8%), e Fe-Si-Cr (5,3%), com um

acréscimo de 5,8% em relação a 2003. Principal produtora de ligas de cromo no

Brasil e a maior da América Latina, a FERBASA participou com 85% da produção de

Fe-Cr-AC, seguida da ACESITA, localizada no Estado de Minas Gerais, com 15%.

Produtora exclusiva de aço inoxidável na América Latina, a ACESITA produz ligas

de Fe-Cr-AC, desde 1995, utilizando, cromita adquirida da Ferbasa (lump), da

Mineração Vila Nova Ltda. e da Magnesita S/A. A FERBASA possuí uma capacidade

instalada de produção de 211 mil t/ano de ligas de cromo em sua unidade industrial

instalada no município de Pojuca, Estado da Bahia, distribuída entre Fe-Cr-AC (180

mil t/ano), Fe-Cr-BC (19 mil t/ano) e Fe-Si-Cr (12 mil t/ano). (DNPM, 2004).

A Companhia de Ferro Ligas da Bahia – FERBASA é a única metalúrgica da

América a produzir ligas de ferro-cromo. Outras metalúrgicas estão localizadas na

Europa, Oriente Médio e Ásia (INTERNATIONAL CHROMIUM DEVELOPMENT

ASSOCIATION, 2003). A FERBASA produz ligas de ferro- cromo de alto (FeCrAC) e

baixo carbono (FeCrBC) e ligas de ferro-cromo silício.

Principal produtor de ligas de ferro-cromo no Brasil e o maior da América Latina, o

grupo Ferbasa tem uma capacidade instalada de produção de 150 mil t/ano de ferro-

cromo alto carbono, 19 mil t/ano de ferro-cromo baixo carbono e 10 mil t/ano de

ferro-silício-cromo.

Este tipo de liga é usado na fabricação de um grande número de tipos de aço e

ligas especiais. Tem como característica básica Carbono acima de 4%. As principais

utilizações ocorrem na produção de aços resistentes à corrosão, na produção de

aços de alta resistividade elétrica, aços alta liga (indústria de automóvel), anti-

oxidação e na produção de aços inoxidáveis quando a aciaria adota o processo

AOD (Argon Oxigen Descarburatization) (FERBASA, 2004).

Segundo dados do DNPM - Departamento Nacional de Pesquisa Mineral (2004)

relatam que as reservas totais de cromita no Brasil correspondem a 7.624.000

51

toneladas. Ainda segundo o DNPM a Bahia é líder absoluto em reservas e produção

de cromita, sendo responsável por cerca de 90% da produção de minério de cromo.

Na Tabela 9 são apresentados dados sobre a produção de liga de ferro-cromo alto

carbono no período de 1993 a 2004 (INTERNATIONAL CHROMIUM

DEVELOPMENT ASSOCIATION, 2003; DEPARTAMENTO NACIONAL DE

PESQUISA MINERAL, 2004).

Na Tabela 10 é apresentada a composição química básica das ligas ferro-cromo alto

carbono (FeCrAC) (FERBASA, 2000).

Tabela 9 Produção de liga ferro-cromo alto

ANO PRODUÇÃO (t/ano).103

1993 77,1

1994 71,0

1995 87,6

1996 65,3

1997 67,4

1998 77,4

1999 100,5

2000 154,3

2001 97,2

2002 149,1

2003 185,6

2004 183,6

Fonte : INTERNATIONAL CHROMIUM DEVELOPMENT ASSOCIATION, 2003; DEPARTAMENTO

NACIONAL DE PESQUISA MINERAL, 2004

Tabela 10

Composição química básica das ligas ferro-cromo alto carbono (FeCrAC)

ELEMENTO Cr C Si P S

TEOR (%) 50 (MÍNIMO) 6 - 9 5 0,035 (MÁXIMO) 0,025 (MÁXIMO)

Fonte : FERBASA, 2000.

52

A Figura 10 apresenta uma seleção de grãos de escória de ferro-cromo, onde se

destacam a forma, textura, porosidade e coloração.

Figura 10 - Grãos selecionados de escória de ferro-cromo.

Tal material tem sido empregado em vários tipos de obras de engenharia civil em

todo o mundo, tais como rodovias na Suécia, fabricação de concretos refratários na

Rússia, serviços de encascalhamento de vias de acesso, pavimentação asfáltica,

concreto armado, fabricação de pré-moldados, lastro de ferrovia e em concreto de

alto desempenho com uso de sílica-ativa para aumentar a durabilidade e vida útil

das estruturas de concreto armado.

Zelic (2005) indica o uso da escória de ferro-cromo como o agregado em pavimentos

de concreto oferece uma solução mais econômica do que os agregados

convencionais, devido ao preço muito elevado destes agregados, além serem

transportados por grandes distâncias.

No Brasil este tipo de escória é gerada pela Companhia de Ferro Ligas da Bahia S/A

- FERBASA, localizada no município de Pojuca no estado da Bahia, vide mapa de

localização a seguir na figura 11 (FERBASA, 1993).

53

Figura 11 – Localização da FERBASA (FERBASA, 2004)

A referida escória é obtida em forno elétrico de redução e segundo a FERBASA

(1993), em 1993 sua produção média era de 9000t por mês, enquanto que em 2004,

segundo informações colhidas em visita à empresa, sua produção atinge 25.000t por

mês, que corresponde a cerca de 15.600 m3 de escória por mês e cujo processo

produtivo está indicado na figura 2.10 (FERBASA, 2004).

54

Figura 12 – Fluxograma de produção (FERBASA, 2004).

Tendo em vista a grande quantidade de escória gerada, além de aproveitar que a

construção civil é uma atividade que pode ser considerada potencial recicladora de

resíduos, bem como os resultados obtidos em trabalhos anteriores, é necessário

ampliar os estudos para avaliar a possibilidade de emprego de tal material.

Nesta pesquisa foi utilizada a escória de ligas de ferro-cromo de alto carbono. Estas

escórias são formadas quando da operação pirometalúrgica, através da fusão de

minério de cromo na forma de agregado e de minério de cromo na forma de

concentrado (FERBASA, 2000).

Este material é procedente da FERBASA, e sua composição química básica está

indicada na tabela 11 a seguir.

55

Tabela 11

Composição química da escória

Determinações Resultados em %

Óxido de Cromo (Cr2O3) 8 – 13

Óxido de silício (SiO2) 28 – 32

Óxido de ferro (FeO) 0,5 – 1

Óxido de alumínio (Al2O3) 18 – 25

Óxido de cálcio (CaO) 18 – 25

Óxido de magnésio (MgO) 1 – 3

Fonte : FERBASA, 1993

Segundo Silva Filho (2001), a incorporação da escória de ferro-cromo em concretos

pode provocar a imobilização do cromo, provavelmente por encapsulamento, o que

possibilita o uso deste resíduo como agregado graúdo para concreto. Ou seja, as

edificações construídas com escória de ferro-cromo não oferecem risco à população.

É preciso, contudo, chamar a atenção para os riscos de solubilização do cromo a

partir das grandes pilhas de escórias armazenadas no canteiro da metalúrgica, nos

lastros das ferrovias e de possíveis estoques em obras ou casas de comercialização

de material de construção devido à alta toxidade comprovada por sua ação

carcinogênica.

Vale salientar, contudo, que existem antecedentes de uso do material em exame no

em concreto e na construção da FERBASA. Há mais de 20 anos, utilizou-se este

material como agregado graúdo, cujo estado de conservação, avaliado através de

visita ao local, pode ser considerado satisfatório.

A seguir são apresentados resultados anteriores de caracterizações químicas e

físicas da escória, tais como análise química, análise mineralógica, determinação de

pirita reativa, reatividade potencial, estabilidade volumétrica, bem como a

caracterização do resíduo sólido industrial para fins de classificação quanto aos

riscos potenciais à saúde e ao meio ambiente, quando da sua manipulação e

disposição final, além de características físicas do agregado graúdo convencional e

ensaios realizados para avaliação do comportamento do concreto no estado

56

endurecido (CONCRETA, 1993; CONCRETA, 2000; SILVA FILHO, 2001 e

CONCRETA, 2002).

2.3.1. Análise química da escória

A análise química dos materiais é de fundamental importância para a identificação

de possíveis componentes perigosos para a saúde humana e para o meio ambiente,

além de possibilitar um melhor enquadramento ou classificação do material em

estudo, podendo-se definir aplicações, restrições de uso e também, avaliar e explicar

o comportamento e possibilidades de uso de cada material.

As normas utilizadas foram da ABNT e procedimentos internos do laboratório da LA

Falcão Bauer (CONCRETA, 1993; CONCRETA, 2000 e CONCRETA, 2002).

Nas tabelas 12 e 13 estão indicadas algumas análises químicas da escória

(FERBASA, 1993; CONCRETA, 2000).

Tabela 12

Análise química da escória


(FERBASA, 1993)

Resultados em %

(CONCRETA, 2000)

Perda ao fogo 1,02 0,41

Óxido de cálcio (CaO) 3,5 3,77

Óxido de alumínio (Al2O3) 19,3 18,92

Dióxido de silício (SiO2) 26,89 29,88

Trióxido de manganês (Mn2O3) 0,33 -

Óxido de magnésio (MgO) 19,54 25,90

Óxido de titânio (TiO2) 0,39 -

Óxido de ferro (Fe2O3) 7,63 5.37

Óxido de sódio (Na2O) 0,015 0,11

Óxido de potássio (K2O) Não detectado 0,28

Óxido de Cromo (Cr2O3) 21,1 14,00

Óxido de Níquel (NiO2) 0,37 -

Cloretos(Cl -) 0,053 -

Sulfatos (SO4 -) 0,016 -

Enxofre (S) 0,09 -

Fonte : FERBASA, 1993; CONCRETA, 2000

57

Tabela 13

Outros ensaios químicos

Ensaios realizados Resultados (FERBASA,

1993)

Resultados (SILVA

FILHO,2001)

Pirita reativa Muito leve, índice 20 Muito leve, índice 20

Reatividade potencial (método químico) Inócuo Inócuo

Reatividade potencial (das barras de

argamassa) 0,078 % 0,078 %

Estabilidade volumétrica (Autoclave) 0,010 % 0,015 %

• Análise mineralógica:

• Microscopia óptica por luz refletida

• Difratometria de raios X

• Índice de refração e avaliação do grau de

vitrificação

• Reatividade por Microscopia de luz

transmitida – teste de Michelsen

• Análises termodiferencial e termo

gravimétrica

Vide comentários sobre

os resultados

Vide comentários sobre

os resultados

Estado físico Sólido Sólido

Coloração Preto Preto

Fonte : FERBASA, 1993; SILVA FILHO,2001

Comparando os resultados obtidos com os valores de análise química fornecidos

pelo fabricante, nota-se acentuada diferença nos óxidos de cromo e ferro, conforme

se observa na tabela 14.

Tabela 14

Comparação de resultados entre fabricante e laboratório externo.

Determinação FERBASA, 1993 CONCRETA, 1993

Cr2O3 8-13 21,10

SiO2 28-32 26,89

Óxido de ferro 0,5-1 (FeO) 7,63 (Fe2O3)

Al2O3 18-25 19,30

HgO 18-25 19,54

CaO 1-3 3,50

58

Analisando os resultados obtidos da análise mineralógica nota-se que apesar dos

mesmos serem satisfatórios, visando o emprego da escória como agregado graúdo,

foram encontrados componentes sob forma reduzidas (esfarelita e crômio metálico)

podendo ser considerados potencialmente deletérios para o uso como agregado em

concreto, uma vez que podem vir a sofrer expansão causada pela oxidação dos

mesmos. Entretanto não foram verificadas expansões nos ensaios realizados

(CONCRETA, 1993; SILVA FILHO, 2001).

Quanto à avaliação da estabilidade volumétrica, uma análise geral dos ensaios

efetuados por três metodologias distintas, dilatação de água, expansão por

autoclave e expansibilidade Le Chatelier, permitiu concluir que a hidratação de

óxidos livres de cálcio e magnésio, caso exista, não é capaz de gerar expansões

apreciáveis (SILVA FILHO,2001).

A amostra de escória submetida no ensaio de reatividade da pirita conforme ASTM

641-71 apresentou intensidade de mancha muito leve, caracterizando-a como índice

20. (FERBASA, 1993; SILVA FILHO,2001)

Segundo Silva Filho (2001) nos ensaios realizados, quanto à reatividade potencial –

método químico pode-se notar que a escória é de baixa reatividade. O ensaio

(método químico) de verificação da potencialidade da escória indicou que o material

foi considerado inócuo quanto à reação alcalí-sílica (alcali-agregado).

Quanto ao método das barras, o valor obtido foi inferior aos limites preconizados

pela ASTM C 227/67, onde se deve considerar capaz de alcalí-reatividade toda

mistura que apresente uma expansão maior a 0,10% aos 06 (seis) meses

(CONCRETA, 1993).

Quanto ao teor de cloretos detectado na amostra é importante tecer as seguintes

considerações, levando-se em conta as diferentes normas estrangeiras, indicado na

tabela 15, bem como a norma brasileira.

59

Tabela 15

Teor de cloretos em normas estrangeiras e brasileira.

Concreto Normas

Armado Protendido

EM – 88 (1) 0,40 -

Pr EN 206 (2) 0,40 0,20

BS – 811011985 (3) 0,20 – 0,40 (*) 0,10

ACI 222 (4) 0,10 – 0,15 (**) 0,06

Regulamento Português 0,00 – 1,30 (***) 0,00

(*) O limite varia em função do tipo de cimento

(**) O limite varia em função da agressividade ambiental

(***) O limite varia em função do tipo de cimento e exclui a contribuição do cimento

(1) – Comissione Permanente del Hormigon – Ministério de Obras Públicas y Urbanismo, Espanha,

1998.

(2) – Projeto Europeu de Normalização (Mercado Comum Europeu)

(3) – British Standard (Inglaterra)

(4) – Instituto Americano do Concreto

Fontes: Manual de Obras Deterioradas por Corrosão das Armaduras de Maria Del Carmen Andrade y

Pedrix, Fabrico e Propriedades do Betão de A. Souza Coutinho, e Propriedades do Concreto de

Adam, M. Neville.

A NBR 6118/1982, através do sub-item 8.1.3, limita o teor de cloretos na água de

amassamento em 500 mg/L e considera apenas a contribuição dos agregados e,

naturalmente, da própria água.

Pode-se notar que há uma variação do teor de cloretos especificado de um país

para o outro, em função da dificuldade de estabelecer um limite seguro, abaixo do

qual não exista risco de despassivação do aço, entre elas o tipo de cimento (finura,

teor de gesso, teor de aluminato tricálcico, etc.), proporção de cimento, relação A/C,

teor de umidade e outros. É importante assinalar, contudo, que o teor de cloretos

existente na escória encontra-se elevado, se consideramos a exigência da NBR

6118/1978.

60

Vale registrar que a ABNT está procedendo a alterações na norma acima referida

quanto a indicação do limite adequado de cloretos e, futuramente este parâmetro

poderá ser modificado.

Verificou-se que nos ensaios de estabilidade volumétrica o agregado graúdo de

escória apresentou comportamento satisfatório quanto à possibilidade de

expansões.

2.3.2. Classificação quanto ao risco ambiental

A avaliação quanto ao risco ambiental dos materiais procedentes de rejeitos de

atividades industriais e que possuam possibilidade de serem utilizados com

agregados deve ser sempre efetuada para identificação de elementos nocivos e

perigosos ao meio ambiente e ao ser humano.

Conforme mencionado anteriormente, essa avaliação possibilita um melhor

enquadramento do material, contribuindo para definir aplicações, restrições de uso,

reaproveitamento e destinação final e também, avaliar e tentar explicar seu

comportamento, bem como indicar possibilidades de uso de cada material.

Segundo a NBR 10004/1987 – Resíduos Sólidos – Classificação, os resíduos são

classificados em função dos resultados dos ensaios de lixiviação e solubilização

efetuados em uma das classes indicadas a seguir:

a) resíduos classe I – perigosos;

b) resíduos classe II – não inertes;

c) resíduos classe III – inertes.

Segundo a NBR 10004/1987, os resíduos perigosos são aqueles que em função de

suas propriedades físicas, químicas ou infecto-contagiosas podem apresentar risco à

saúde pública ou ao meio ambiente, ou ainda, uma das seguintes características:

inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade ou patogenicidade.

61

Os resíduos classe II, não-inertes, são:

Os que não se enquadram nas classificações de resíduos classe I (perigosos) ou de

resíduos classe III (inertes), podendo apresentar as propriedades de

combustibilidade, biodegrabilidade ou solubilidade em água.

Os resíduos classe III (inertes) são os que quando submetidos ao ensaio de

solubilização de resíduos, segundo a NBR 10006/1987, não tem nenhum de seus

constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade

da água, excetuando-se os padrões de aspecto, cor, turbidez e sabor (NBR

10004/1987).

A comunidade européia utiliza como um dos documentos de referência para

classificação de resíduos o Waste Managemnet Acts, 1996 e 2001. Tal classificação

é adotada em função da avaliação do resíduo a ser examinado, conforme

fluxograma ilustrado pela figura abaixo (figura 13):

62

Figura 13 – Desenho esquemático traduzido para identificação de resíduos perigosos Fonte : EUROPEAN WASTE CATALOGUE AND HARZADOUS WASTE LIST, 2002.

Segundo o Waste Managemnet Acts em sua segunda listagem (Em anexo), os

resíduos são classificados em uma das classes indicadas a seguir:

a) Categoria I – caso seja enquadrado na Parte III.

b) Categoria II – cujos resíduos se enquadrem conforme abaixo:

(A) contenha qualquer dos constituintes especificados na Parte II e,

(B) contenha quaisquer das propriedades especificadas na Parte III.

O material é um resíduo? Não é um resíduo

perigoso

O resíduo está mencionado na lista de material perigosos (HWL)?

Não é um resíduo perigoso

Não

Não

O resíduo está listado na Categoria I ou Categoria II da Segunda Listagem do Wast Management Act, 1996?

Não Não é um resíduo perigoso

Categoria I Categoria II

Existe alguma das propriedades especificadas na parte III da Segunda Listagem do Wast

Management Act, 1996?

Contém qualquer dos constituintes indicados na parte II da Segunda Listagem e existe alguma das propriedades especificadas na parte III da Segunda Listagem do Wast Management Act, 1996?

É um resíduo perigoso Não é um resíduo

perigoso Não é um resíduo

perigoso

Não Sim Sim Não

63

Foram realizados ensaios para fins de classificação do resíduo quando aos riscos

potenciais à saúde e ao meio ambiente, quanto da sua manipulação e disposição

final.

As normas utilizadas foram NBR 10005, 10007, 9898, 13809, 13810, 12642, 13738,

13348, 13812, 13797 e 12988, 20ª edição “Standard Methods for the Examination of

Water and Wastewater”, Procedimento interno C-006 (Determinação de sulfatos),

C77 (Lixiviação de resíduos) e C78 (solubilização de resíduos) (CONCRETA, 1993;

CONCRETA, 2000 e CONCRETA, 2002).

Nas tabelas 16 e 17 a seguir, apresentam-se os resultados obtidos.

Tabela 16

Análises físico-químicas – Extrato do lixiviado

PARÂMETROS

DETERMINADOS

Resultados

obtidos

(CONCRETA, 2000)

Resultados

obtidos

(SILVA FILHO, 2001)

Anexo G – Listagem

n.º 7 Especificação

NBR 10.004/1987

Arsênio (As) Não detectado Não detectado 5,0mg/L

Bário (Ba) 1,212mg/L Não detectado 100,0mg/L

Cádmio (Cd) Não detectado 0,03mg/L 0,5mg/L

Chumbo (Pb) 0,129mg/L Não detectado 5,0mg/L

Cromo Total (Cr) 0,018mg/L 1,56mg/L 5,0mg/L

Fluoreto (F) 0,23mg/L 2,91mg/L 150,0mg/L

Mercúrio (Hg) Não detectado 0,00063mg/L 0,1mg/L

Prata (Ag) 0,05mg/L 0,00103mg/L 5,0mg/L

Selênio (Se) 0,001mg/L Não detectado 1,0mg/Kg

Foi executado o ensaio de solubilização do resíduo conforme norma NBR

10.006/1987. Para este ensaio foi utilizada uma massa de 250g adicionados 1000

cm3 de água destilada, agitado por cinco minutos, deixando em repouso por sete

dias e filtrado por membrana 0,45 um gerando assim o extrato de solubilizado.

64

Tabela 17

Análises físico-químicas – Extrato do solubilizado

PARÂMETROS

DETERMINADOS

Resultados obtidos

(Concreta, 2000)

Resultados obtidos

(SILVA FILHO, 2001)



NBR 10.004/1987

Alumínio (Al) 67,6mg/L Não detectado 0,2mg/L

Arsênio (As) Não detectado Não detectado 0,05mg/L

Bário (Ba) 0,374mg/L Não detectado 1,0mg/L

Cádmio (Cd) Não detectado Não detectado 0,005mg/L

Chumbo (Pb) 0,050mg/L Não detectado 0,05mg/L

Cianeto (CNº) Não detectado Não detectado 0,10mg/L

Cloretos (CI) 1,7mg/L 3,72mg/L 250,0mg/L

Cobre (Cu) 0,01mg/L 0,0024mg/L 1,0mg/L

Cromo total (Cr) 0,021mg/L 0,58mg/L 0,05mg/L

Dureza total (CaCO3) 22,8mg/L - 500mg/L

Fenol (C6H5OH) Não detectado Não detectado 0,001mg/L

Ferro (Fe) 0,550mg/L 0,089mg/L 0,30mg/L

Fluoretos (F) 0,86mg/L 0,36mg/L 1,50mg/L

Manganês (Mn) 2,126mg/L Não detectado 0,10mg/L

Mercúrio (Hg) 0,001mg/L Não detectado 0,001mg/L

Nitratos (NO3) 0,44mg/L Não detectado 10,0mg/L

Prata (Ag) 0,011mg/L Não detectado 0,05mg/L

Selênio (Se) 0,002mg/L Não detectado 0,01mg/L

Sódio (Na) 0,61mg/L 0,70mg/L 200,0mg/L

Surfactantes (LAS) Não detectado - 0,20mg/L

Sulfatos (SO4) 17,21mg/L 4,11mg/L 400,0mg/L

Zinco (Zn) 0,107mg/L Não detectado 5,0mg/L

Nas análises efetuadas na massa bruta e no extrato do lixiviado, nenhum parâmetro

ultrapassou os limites fixados na norma NBR 10004/1987.

Quanto ao extrato do solubilizado, os teores de alumínio, ferro e manganês,

ultrapassaram os limites fixados na norma NBR 10004/1987 (CONCRETA, 2000). A

análise apresentada por Silva Filho (2001) indica um teor de cromo total acima do

limite indicado na referida norma.

65

De acordo com as características físico-químicas apresentadas, e com base na

norma NBR 10004/1987, o resíduo analisado é classificado como resíduo classe II –

não inerte, quanto aos parâmetros determinados (CONCRETA, 1993, CONCRETA,

2000; SILVA FILHO, 2001).

Segundo o critério do Waste Managemnet Acts, o resíduo examinado nessa

pesquisa é enquadrado como resíduo Categoria II, perigoso.

Apesar de ter sido considerado um resíduo classe II, não inerte segundo a ABNT e

categoria II, perigoso, segundo a classificação do Waste Managemnet Acts, os

resultados obtidos reforçam a busca de alternativas para o destino deste resíduo.

Neste trabalho será utilizado critério da NBR 10004/1987 – Resíduos Sólidos –

Classificação para classificação do resíduo em exame.

2.3.3. Características físicas

Na Tabela 18 a seguir estão indicados resultados dos ensaios de caracterização

física efetuados em diversas amostras de agregados de escória de ferro-cromo

(SILVA FILHO, 2001).

66

Tabela 18

Caracterização física de amostras de escórias de ferro-cromo

DETERMINAÇÃO CEPED, 1981 CP,

1981 CONCRETA, 1993

VALOIS e

TEIXEIRA,

1995

Dimensão máxima característica

do agregado (mm)

(NBR 7217)

25 38 76 88 38 9,5 25 38 19 25

Módulo de finura

(NBR 7217) 7,29 7,37 8,64 8,88 7,62 5,02 7,11 8,05 6,76 7,35

Massa específica (kg/dm3)

(NBR 9937) - -

**2,9

7 - *2,82 3,02 2,99 2,97 3,00 2,97

Massa unitária (kg/dm3)

(NBR 7251) - - - - 1,41 1,82 1,55 1,51 1,72 1,60

Materiais pulverulentos(%)

(NBR 7219) - - - - 0,9 0,4 0,05 0,03 0,2 0,1

Absorção de água (%)

(NBR 9937) 0,2 - 1,62 1,32 0,56 0,4 0,6 0,3 0,8 0,7

Coeficiente volumétrico - ***0,1

5 - - 19 - - - - -

Porosidade (%) (P-MB-67) 0,56 - 5,17 4,34 - - - - - -

Índice de forma

(NBR 7809) - - - - - - 2,5 2,1 - -

Abrasão Los Angeles (%)

(NBR 6465) - - - - 20 16,4 - -

Partículas leves (materiais

carbonosos) (%) (NBR9936) - - - - - 0,03 - -

* Método do picnômetro.

** Método ME/81/64 do DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem.

*** Método P-18-301 da AFNOR.

Fonte : (CEPED, 1981; CP, 1981; CONCRETA, 1993; VALOIS e TEIXEIRA, 1995).

Vale registrar que a resistência à compressão da escória de ferro-cromo, medida

através de corpo-de-prova cilíndrico, obtido de bloco do material bruto, atingiu 174

MPa, sem ter ocorrido a ruptura do testemunho ensaiado (CONCRETA, 1993).

67

Os valores relativos à distribuição granulométrica podem ser considerados

equivalentes quando comparados com agregados graúdos convencionais.

O resultado do ensaio de massa unitária indica uma grande compacidade da escória

com graduação ( ≅ 1,82 kg/dm3).

As massas específicas das escórias situam-se em torno de 3,00 kg/dm3.

As amostras de escória apresentaram teor de materiais pulverulentos inferior ao

indicado pela NBR 7211/1983, que limita este índice em 1% para agregado graúdo.

O resultado do ensaio de abrasão Los Angeles efetuado numa amostra de escória

foi de 16,4%. Inferior, portanto a 50%, conforme prescreve a NBR 7211/1983.

Os resultados dos ensaios de determinação do índice de forma das escórias foram

de 2,5 e 2,1 relativos aos materiais de dimensão máxima característica igual a 25 e

38 mm, respectivamente. O valor máximo permitido pela NBR 7211/1983 é igual a 3.

O teor de materiais carbonosos existentes numa amostra de escória (0,03%) é

inferior aos máximos permitidos pela NBR 7211/1983 que são 0,5% (concreto

aparente) e 1,0% (demais concretos).

2.3.4. Propriedades do concreto no estado endurecido

Os estudos realizados por CONCRETA (1993) e Silva Filho (2001) evidenciam a

viabilidade econômica do emprego da escória como agregado graúdo componente

do concreto, bem como a possibilidade de reduzir o consumo de recursos naturais,

além de minimizar os efeitos nocivos da possível solubilização do cromo no meio

ambiente. Vale salientar, contudo, que devem ser realizados ensaios periódicos de

caracterização química e ambiental em amostras de escória de ferro-cromo, e dessa

maneira, poder-se-á monitorá-la adequadamente e se recomendar o uso em

concreto.

68

Nos ensaios realizados o comportamento do concreto endurecido produzido com o

agregado graúdo de escória de ferro-cromo foi considerado satisfatório em

comparação com agregado graúdo de origem granítica da região de Salvador.

Entretanto, foi registrada a necessidade da ampliação dessa pesquisa visando

avaliar o desempenho quanto a durabilidade de concretos (CONCRETA, 1993 e

SILVA FILHO, 2001).

Os resultados obtidos por Silva Filho (2001) demonstraram que os concretos

produzidos a partir de agregado graúdo de escória de ferro-cromo não apresentam

cromo total nem cromo hexavalente no extrato solubilizado. A ausência de cromo no

extrato solubilizado indica que a incorporação da escória de ferro-cromo em concreto

provocou, provavelmente, a imobilização do cromo por encapsulamento, o que

possibilita o uso deste material como agregado graúdo para concreto, do ponto de

vista do risco ambiental.

Necessário se faz alertar para o fato de que a presença do elemento cromo exige

cuidados quanto ao manuseio do material, uma vez que este componente pode agir

sobre o tegumento humano, causando fortes lesões, mesmo em baixas

concentrações. Esse processo é auxiliado pela elevada alcalinidade que o cimento

apresenta quando misturado com a água, podendo ocorrer somente em casos de

contato direto do material com a pele (CONCRETA, 1993).

Conforme mencionado anteriormente na construção da FERBASA, há mais de 20

anos, utilizou-se este material como agregado graúdo, cujo estado de conservação,

avaliado através de visita ao local, pode ser considerado satisfatório.

Foram, também, extraídos testemunhos de estruturas da FERBASA, cujos

resultados de resistência à compressão são apresentados na Tabela 19

(CONCRETA, 1993).

69

Tabela 19

Resultados de resistência à compressão de testemunhos de concreto

Nº DO TESTEMUNHO IDADE (anos)

Tensão de ruptura corrigida em

relação a h/d

(MPa)

01 - 27,2

02 20 29,0

03 10 47,1

04 4 31,9

06 - 23,0

Fonte : CONCRETA, 1993

Neste capítulo foi possível verificar o histórico do emprego de resíduos na

construção civil, com destaque para a escória de ferro-cromo. A seguir, serão

abordados os vários aspectos da durabilidade do concreto e o avanço do

conhecimento desta área, bem como a avaliação e expectativas para uso desse

resíduo na produção de concretos duráveis.

70

3 DESEMPENHO E DURABILIDADE DO CONCRETO

3.1 CONCEITOS

3.1.1 Desempenho

O concreto, como material de construção, é instável ao longo do tempo, alterando

suas propriedades físicas e químicas em função das características de seus

componentes e das respostas destes às condicionantes do meio ambiente. As

conseqüências destes processos de alteração, que venham comprometer o

desempenho de uma estrutura ou material, costuma-se chamar deterioração. Os

elementos agressores, em si, são designados agentes de deterioração (SOUZA e

RIPPER, 1998).

No caso do concreto, cada componente reage de forma particular aos agentes de

deterioração a que é submetido, sendo a forma de deterioração e sua velocidade

função da natureza do material ou componente e das condições de exposição aos

agentes de deterioração (SOUZA; RIPPER, 1998).

Neville (1997) diz que, para o concreto ser considerado durável é essencial que as

estruturas de concreto desempenhem as funções que lhe foram atribuídas, que

mantenham a resistência e a utilidade que delas se espera, durante um período de

vida previsto ou, pelo menos, razoável. Portanto, o concreto deve suportar o

processo de deterioração ao qual se supõe que venha a ser submetido.

Conforme Souza e Ripper (1998), "[...]por desempenho entende-se o

comportamento em serviço de cada produto, ao longo da vida útil, e a sua medida

relativa espelhará, sempre, o resultado do trabalho desenvolvido nas etapas de

projeto, construção e manutenção".

Segundo Andrade (2005) desempenho de um material é entendido como seu

comportamento relacionado ao uso, que pode ser: desempenho mecânico, acústico,

estético, químico, entre outros.

71

De acordo com a nova versão da NRB 6118 (2003), “desempenho em serviço

consiste na capacidade da estrutura manter-se em condições plenas de utilização,

não devendo apresentar danos como: fissuração, deformações e vibrações, que

comprometam em parte ou totalmente o uso para que foram projetadas ou deixem

dúvidas com relação a sua segurança.”

Neste trabalho será utilizado o conceito da NBR 6118/2003 por se tratar de definição

atual e mais abrangente.

3.3.2 Vida útil

Metha (1994) afirma que uma longa vida útil é considerada sinônima de

durabilidade. Uma vez que a durabilidade sob um conjunto de condições não

significa necessariamente sob outro conjunto, costuma-se incluir um a referência

geral ao ambiente ao definir-se durabilidade.

Monteiro (2003) afirma que por causa de sua reputação de resistência e

durabilidade, o concreto é frequentemente o material escolhido para a construção de

estruturas expostas a condições ambientais severas, como as plataformas offshore

de petróleo em águas geladas ou para o armazenamento de materiais perigosos em

reservatórios enterrados. Como a demanda para a construção em ambientes

agressivos é cada vez mais elevada, justifica-se o interesse para a obtenção de

concretos com vida útil cada vez mais longa. Usualmente, as estruturas de concreto

são projetadas para durar pelo menos, mesmo em ambientes agressivos, por 50 a

100 anos com a manutenção mínima.

Helene (2001) afirma que a questão da vida útil das estruturas de concreto deve ser

enfocada de forma holística, sistêmica e abrangente, envolvendo equipes

multidisciplinares.

Em condições normais de uso e ambientes não agressivos, o concreto tem um longo

período de vida útil. Entretanto, o ingresso de agentes deletérios como cloretos,

sulfatos e CO2 podem provocar a sua deterioração. A adição de subprodutos

72

industriais tais como cinzas volantes, escórias de alto-forno, sílica ativa, dentre

outros, pode influenciar significativamente nas propriedades do concreto, tanto no

estado fresco quanto no endurecido (MOURA 2000).

De acordo com Khatri (2004) a vida útil do concreto não é um valor fixo, calculada

por um modelo determinístico, ao contrário, é uma combinação das características

dos materiais, do cobrimento e a severidade do meio ambiente.

Cheung (1996) afirma que para qualquer construção ou componente estrutural, há

uma vida útil pré-definida diretamente dependente das condições ambientais,

propriedade dos materiais, bem como das operações e práticas de manutenção.

Segundo Gomez (2002), toda estrutura de concreto, além de resistir os esforços

devidos aos estados limites últimos e de serviço, deve ser capaz de suportar durante

toda a vida útil as agressões e resistir aos mecanismos de deterioração com sua

localização e o ambiente a que está submetido.

O Código Modelo MC-90 do CEB-FIP, citado por Helene (2001), estabelece que as

estruturas de concreto devam ser projetadas, construídas e operadas de tal forma

que, sob as condições ambientais esperadas, elas mantenham sua segurança,

funcionalidade e a aparência aceitável durante um período de tempo, implícito ou

explícito, sem requerer altos custos imprevistos para manutenção e reparo.

Segundo Souza e Ripper (1998), "[...] por vida útil de um material entende-se o

período durante o qual as suas propriedades permanecem acima dos limites

mínimos especificados".

Andrade (1992) define vida útil como aquela durante a qual a estrutura conserva

todas as características mínimas de funcionalidade, resistência e aspectos externos

exigíveis.

Conforme a nova versão da NRB 6118 (2003), por vida útil de projeto, entende-se o

período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de

73

concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo

projetista e pelo construtor, levando-se em consideração o porte da obra, a

agressividade do meio e das formações dos projetos, dos materiais e produtos

utilizados e da execução da obra, sem exigir, portanto, medidas extras de

manutenção e reparo. Ou seja, após esse período é que se inicia a efetiva

deterioração da estrutura, com o aparecimento de sinais visíveis como: produtos de

corrosão da armadura, desagregação do concreto, fissuras, etc.

Em função dos conceitos apresentados e por entender que é o mais abrangente,

será adotado neste trabalho o conceito indicado na NBR 6118/2003.

3.3.3 Durabilidade

O CEB - Design for Durable Concrete Structures afirma que a durabilidade dos

concretos não pode ser alcançada tão somente com o uso de materiais adequados,

mas deve ser contemplada uma compatibilização dos projetos estruturais e

arquitetônicos, processos de execução e procedimentos de inspeção e manutenção,

inclusive manutenção preventiva.

Segundo Helene (2001) o estudo da durabilidade das estruturas de concreto armado

e protendido têm evoluído graças ao maior conhecimento dos mecanismos de

transporte de líquidos e gases nos meios porosos como o concreto.

Maestro (2004) indica que ao dimensionar uma estrutura de concreto armado deve-

se considerar o meio ambiente em que estará inserida objetivando adotar as

medidas necessárias para assegurar a durabilidade dela mesma. Estas medidas se

concentram em determinar-se um cobrimento mínimo e uma quantidade mínima de

cimento em função de um valor máximo de relação água/cimento, que devem ser

obedecidas na produção do concreto que será empregado na referida estrutura.

O CEB-FIP Model Code 90 recomenda que a durabilidade do concreto seja

contemplada com a avaliação das interações com o meio externo, pois o mesmo

74

altera significativamente a microestrutura do concreto e consequentemente, suas

propriedades ao longo do tempo.

Segundo Sobral (1985) as ações agressivas ao concreto, exigem que o projeto de

estrutura e a dosagem dos materiais levem em consideração tais ações, tornando-se

imprescindível considerar sua durabilidade nas circunstâncias em que ele vai atuar.

Cunha (2001) afirma que a durabilidade adquire especial importância quando

enfocada sob o aspecto estrutural, tornando-se crítica se houver perda de

desempenho que signifique tanto a diminuição da segurança quanto a redução da

vida útil da construção. A segurança de uma estrutura envolve aspectos ligados à

sobrevivência (proteção física) e à integridade (proteção à propriedade) sendo que

as conotações podem advir desta situação podem ser cruciais.

Mather (2004) afirma que o concreto que está em serviço por um tempo

razoavelmente longo deve ser inspecionado, testado, e avaliado. Pode-se concluir a

partir destes resultados que o mesmo foi durável ou não foi durável. Durabilidade

não é um atributo do concreto, mas é função, também, do ambiente específico no

qual está exposto. Um concreto é "durável" se, em seu ambiente, puder desenvolver

uma vida em serviço desejada, sem custo excessivo para a manutenção e reparos

devido à degradação ou à deterioração.

Segundo Collepardi (1996) a durabilidade de uma estrutura de concreto armado é a

capacidade da estrutura manter as suas características estruturais e funcionais

originais pelo tempo de vida útil esperado, nas condições de exposição para as

quais foi projetada.

Aytcin (2003), afirma que os problemas da durabilidade do concreto estão

associados com a severidade do ambiente e do uso indevido de relações

água/cimento elevadas. Vale enfatizar, entretanto, que a boa prática da construção,

incluindo uma cura intensiva, é essencial para produzir uma estrutura durável.

75

Schiessl (1996) apresenta os fatores principais que governam a durabilidade das

estruturas de concreto e indica procedimentos para evitar falhas em seu

desempenho. Os principais fatores estão relacionados a seguir: todos os processos

da deterioração são influenciados decisivamente por mecanismos e transporte

dentro da estrutura dos poros do concreto; a taxa dos processos depende

principalmente das condições micro-ambientais na superfície do concreto, nas

interações do sistema dos poros com o micro-ambiente e nas reações das

substâncias penetrantes com determinados componentes da matriz; a composição

do concreto, especialmente o tipo de pasta e a relação água/cimento, têm uma

influência decisiva na resistência à deterioração em um ambiente específico; uma

clara compreensão dos processos da deterioração e das técnicas relevantes e com

reprodutibilidade das medidas são essenciais para melhorar procedimentos de

projeto, da durabilidade, tanto quanto as técnicas de monitoração, avaliação e

reparo.

Andrade (2005) entende que durabilidade de uma estrutura de concreto é função de

certos parâmetros básicos, como as características construtivas, a agressividade

ambiental em que a estrutura está inserida, dos critérios de desempenho desejados

para a construção e do tempo, ou seja, da vida útil requerida para uma estrutura em

particular.

Basheer (1996) afirma que a durabilidade de estruturas de concreto depende da

qualidade do concreto, controlada pelos materiais constituintes e suas proporções

da mistura, o método de fabricação e do tratamento subseqüente do concreto, além

do meio ambiente e do tipo de carregamento.

Chang, Peng e Hwang (2001) registra que os fatores ambientais, especialmente o

clima, têm uma influência significativa nas estruturas de concreto, incluindo o clima

marinho, comprometendo a durabilidade das estruturas do concreto construídas em

áreas litorâneas.

Ho (1996) indica que a falta de durabilidade das estruturas de concreto armado

frequentemente refere-se à corrosão do aço. Para que a durabilidade destas

76

estruturas seja mantida, as propriedades do concreto dependem das condições de

serviço e da exposição da peça.

Segundo Isaia (2002), no sentido estrito do termo, a durabilidade dos materiais está

ligada à sua capacidade de se conservar em determinado estado, com a mesma

qualidade ao longo de um determinado tempo.

Becker (2005) define durabilidade do concreto como a habilidade do material para

resistir às ações do meio ambiente, ataques físicos, químicos ou outros processos

de deterioração durante o ciclo de vida para o qual foi projetado com o mínimo de

manutenção.

O American Concrete Institute (1991) define durabilidade como a capacidade de

resistir à ação das intempéries, ataques químicos, físicos ou qualquer outro processo

de agressão, ou seja, conservar sua forma original, qualidade e capacidade de

utilização quando exposto ao meio ambiente.

A NBR 6118/2003 indica que durabilidade consiste na capacidade de a estrutura

resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do

projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto.

De acordo com Souza e Ripper (1998) entende-se como durabilidade o parâmetro

que relaciona a aplicação destas características a uma determinada construção,

individualizando-a pela avaliação da resposta que dará aos efeitos da agressividade

ambiental, e definindo, então a vida útil da mesma.

Segundo Almeida (2001) durabilidade significa a capacidade de um concreto

preservar sãs as suas propriedades e características ao longo da vida útil em

serviço. É também, a capacidade do concreto resistir à ação do meio ambiente, ao

ataque agressivo de substâncias químicas, à abrasão ou a qualquer outro processo

de deterioração, mantendo ao longo do tempo a sua forma original, a sua qualidade

e o seu comportamento em serviço, quando exposto ao meio ambiente. A

77

durabilidade do concreto então, depende tanto das suas características próprias

quanto do meio ambiente a que está submetido.

Apesar de considerar que os conceitos indicados anteriormente são pertinentes,

será utilizado o conceito apresentado por Almeida (2001), pois contempla de

maneira abrangente o termo estudado.

Desta maneira, pode-se constatar que o entendimento e interpretação dos conceitos

de desempenho, durabilidade e vida útil, são decisivos quando se trata da

prevenção de manifestações patológicas no concreto armado.

Com base nos conceitos analisados pode-se considerar que para o concreto ser

durável é necessário ter desempenho adequado ao longo da sua vida útil nas

condições ambientais a qual esta submetido, levando-se em consideração o projeto,

os materiais empregados e os procedimentos de inspeção e manutenção da

estrutura de concreto.

3.2 FATORES DETERMINANTES

O concreto não é indestrutível, e o resultado das interações ambientais com sua

microestrutura e, consequentemente, com suas propriedades é a mudança destas

propriedades com o tempo (SILVA, 1995).

Segundo Almeida (2001), existem várias formas de ataque ao concreto, que,

isoladamente ou em conjunto, podem provocar vários mecanismos de agressão e

em geral, levam o concreto à fissuração, reação química, expansão, alteração,

degradação, e até ao colapso estrutural. Apresenta-se a seguir as formas de ataque

ao concreto estrutural.

78

Internas

• expansão provocada pela reação de determinados tipos de agregados com

os álcalis do cimento;

• expansão provocada pela contaminação de agregados com cloretos,

sulfatos, entre outros.

Externas

• ações mecânicas, como sobrecargas, movimentação de fundações, fadiga,

impacto, abrasão, etc.;

• variações de temperatura, que podem provocar fissuração de origem térmica,

evaporação da água do concreto ou ciclos alternados de congelamento e

degelo;

• variações de umidade, que podem provocar a perda de água e a

instabilidade volumétrica dos concretos, bem como a cristalização de sais

nos seus poros;

• ataques de substâncias químicas agressivas, como cloretos, os sulfatos, os

ácidos em geral, o gás carbônico, e até as águas muito puras.

Quadro 1 - Formas de ataque ao concreto

A figura 14 representa um concreto não contaminado.

Figura 14 - Armaduras em concreto não contaminado

Fonte : ANDRADE, 1992

Segundo Almeida (2001), a maioria dos pesquisadores considera que um dos

parâmetros mais importantes para qualificar um concreto, segundo sua durabilidade,

é a sua permeabilidade. Tal consideração é fundamentada pelos seguintes

argumentos:

• os problemas de durabilidade dos concretos geralmente estão associados a

penetração de substâncias químicas na superfície do material, seguida de reação

química e, possivelmente, de expansão e deterioração. O fator que controla

79

esses fenômenos é a velocidade de penetração do agente agressivo

(permeabilidade);

• para evitar a corrosão das armaduras, é importante tanto a espessura, quanto a

qualidade do concreto de cobrimento, que deve ser não permeável;

• é a facilidade de penetração de substâncias com dióxido de carbono, o oxigênio,

a água e os cloretos, que determina o início e a propagação da corrosão das

armaduras;

• os fatores que exercem papel preponderante nos diversos mecanismos de

agressão ao concreto são dois: a presença de água e a permeabilidade do

material;

• a água é uma das substâncias mais importantes na promoção da deterioração do

concreto, na medida que apenas não participa dos ataque mecânicos ou devidos

à variação de temperatura.

Segundo Andrade (1992), são duas as causas que podem dar lugar a destruição da

capa passivante do aço, conforme figura 15:

• a presença de uma quantidade suficiente de cloretos, adicionada durante o

amassamento do concreto ou penetrada do exterior, ou outros íons

despassivantes em contato com a armadura;

• a diminuição da alcalinidade do concreto por reação do concreto com

substâncias ácidas do meio.

Figura 15 - Tipos de corrosão de armadura e fatores que os provocam

Fonte : ANDRADE, 1992.

80

Outro fator determinante para a iniciação da propagação da corrosão da armadura

do concreto é a carbonatação.

Segundo Almeida (2001), o ar atmosférico possui, em média, 0,03% de gás

carbônico em volume, e esse valor pode até quadruplicar em áreas urbanas

poluídas.

As estruturas de concreto armado quando sujeitas à corrosão de armaduras por

ação da carbonatação têm sua vida útil reduzida, com conseqüências graves na

estabilidade global, na segurança, na estética e no crescimento significativo dos

custos de manutenção (CUNHA; HELENE, 2001).

O gás carbônico pode penetrar no concreto por difusão da superfície para o interior,

e reagir com os componentes alcalinos da pasta de cimento, principalmente o

hidróxido de cálcio (CaOH2), provocando redução do pH para valores inferiores a

9,0. Tal fenômeno despassiva o aço das armaduras, desprotegendo-o contra a

corrosão. Nessas condições, o aço, quando posto na presença de oxigênio e

umidade, é oxidado e corroído. Assim, a carbonatação é um fenômeno totalmente

indesejável (CUNHA; HELENE, 2001).

Segundo Medeiros e Helene (2001) a carbonatação é responsável pelo

desenvolvimento da corrosão das armaduras em 96% de edifícios escolares na

cidade de São Paulo.

Assim, estudar o fenômeno da carbonatação é de importância crucial para a

previsão da vida útil das estruturas de concreto armado.

Andrade (1992) apresenta o modelo de vida útil de Tuutti, indicado na figura 16, a

seguir:

81

Figura 16 - Modelo de vida útil de Tuutti

Neste modelo qualitativo, define-se por período de iniciação o tempo que demora o

agente agressivo em atravessar o cobrimento, alcançar a armadura e provocar sua

despassivação, e por período de propagação o que compreende uma acumulação

progressiva da deterioração, até esta alcançar um nível inaceitável da mesma.

A presença de cloretos e a diminuição da alcalinidade são dois fatores que atuam

durante o período de iniciação. São os fatores desencadeantes. Uma vez atingida a

armadura, os fatores que interferem para que o período de propagação seja mais ou

menos rápido são os conteúdos de umidade e oxigênio, fatores acelerantes, que

rodeiam a armadura.

Como exigência básica para garantia da durabilidade é fundamental que o concreto

apresente um desempenho adequado, sendo sua avaliação o objeto desta pesquisa.

Conforme mencionado anteriormente, a pesquisa desenvolvida pretendeu estudar

os principais aspectos sobre o desempenho de concretos produzidos com escória de

ferro-cromo como agregado graúdo, propiciando uma avaliação complementar para

seu adequado emprego, bem como contemplar uma correta destinação final do

resíduo em estudo, possibilitando reduzir o consumo de recursos naturais, além de

minimizar os efeitos nocivos de uma possível solubilização do cromo, que afetaria,

portanto, a qualidade do meio ambiente.

82

A avaliação de desempenho de concretos desta natureza pode ser efetuada através

de ensaios comparativos entre os materiais à serem estudados. No caso específico

deste estudo, foram produzidos concretos com agregado graúdo natural e com

agregado graúdo de escória de ferro-cromo, determinando-se as propriedades

mecânicas de resistência à compressão e módulo de elasticidade, além de avaliar

seu comportamento quanto aos ensaios de permeabilidade, absorção por imersão,

absorção por sucção capilar e absorção por capilaridade.

83

4 ESTUDO EXPERIMENTAL

Para a realização da pesquisa proposta foi desenvolvido o seguinte programa de

ensaios tomando-se como base a produção de concretos com a utilização de

agregados graúdos de escória de ferro-cromo e como referência os concretos

produzidos com agregados de origem natural:

� caracterização física dos materiais utilizados;

� verificação do risco ambiental da escória de ferro-cromo;

� avaliação de propriedade do concreto fresco;

� avaliação de propriedades mecânicas do concreto endurecido:

- resistência à compressão axial;

- módulo de deformação estática;

� avaliação de desempenho:

- permeabilidade;

- absorção por imersão;

- absorção de água por sucção capilar;

- absorção por capilaridade;

Estes ensaios foram realizados nos laboratórios da Concreta – Controle de Concreto

e Tecnologia Ltda, do Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais da

Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia e do CEPED – Centro de

Pesquisa e Desenvolvimento da Universidade Estadual da Bahia. O ensaio de

verificação de risco ambiental foi realizado no laboratório da L.A. Falcão Bauer em

São Paulo.

No desenvolvimento deste trabalho foi mantida constante a matriz do concreto em

função da mesma determinar as fundamentalmente as principais características do

material concreto. Por esse motivo, vale registrar que não foram realizados alguns

ensaios considerados relevantes para avaliação de desempenho de concretos

(METHA, 1994; NEVILLE, 1997; PETRUCCI, 1998 e MEDEIROS; HELENE, 2001).

84

Com relação a zona de transição não foram realizados ensaios de microscopia

devido a limitações de recursos e equipamentos, sendo avaliada a aderência pasta-

agregado de forma indireta através da resistência à compressão. Entretanto Silva

Filho (2001) realizou ensaios que indicaram uma compatível interação entre a fase

agregado de escória e a matriz, quando comparada com concretos de agregados

graúdos convencionais.

Tendo em vista as recentes revisões em algumas das normas de ensaios de

caracterização dos agregados miúdos e graúdos, vale registrar que os ensaios

utilizados neste estudo foram realizados antes da publicação das referidas revisões.

4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS.

4.1.1 Aglomerante hidráulico

Foi empregado cimento Portland composto com adição de fíler calcário (CP II F-32),

disponível na região.

4.1.2 Agregado miúdo

O agregado miúdo (areia) utilizado na confecção dos concretos é proveniente da

região de Camaçari. Por se tratar de agregado natural de uso freqüente na região

metropolitana de Salvador e tomando-se como base os ensaios para qualificação de

agregados indicados nas NBR 7211/1983 e NBR 12654/1992.

Para a caracterização do agregado miúdo empregado nos estudos foram realizados

os ensaios listados na Tabela 4.1, não tendo sido realizados os demais indicados na

NBR 12654/1992 por se tratar de agregado miúdo de uso comum na região, com

desempenho satisfatório.

85

Ensaios realizados Norma

Dimensão máxima característica NBR 7217 / 1987

Módulo de Finura NBR 7217 / 1987

Massa Específica NBR 9776 / 1987

Massa Unitária NBR 7251 / 1982

Teor de Materiais Pulverulentos NBR 7219 / 1987

Impurezas orgânicas húmicas NBR 7220 / 1987

Classificação NBR 7211 / 1983

Quadro 2 - Métodos de caracterização do agregado miúdo.

4.1.3 Agregado graúdo convencional (brita)

O agregado graúdo convencional (brita) utilizado na confecção dos concretos é de

origem gnáissica e de uso freqüente na região metropolitana de Salvador. Tomando-

se como base os ensaios para qualificação de agregados indicados nas NBR

7211/1983 e NBR 12654/1992. Para a caracterização do agregado graúdo

empregado nos estudos foram realizados os ensaios listados na Tabela 4.2 não

tendo sido realizados os demais indicados na NBR 12654/1992 por se tratar de

agregado graúdo de uso comum na região, com desempenho satisfatório.





Absorção NBR 9937 / 1987



Classificação NBR 7211 / 1983

Quadro 3 - Métodos de caracterização do agregado graúdo convencional (brita).

86

4.1.4 Agregado graúdo de escória de ferro-cromo

4.1.4.1 Coleta de amostra

Do volume de escória gerado Ferbasa foi coletada uma amostra, A escória em

estudo foi coletada segundo prescrições da NBR 10007/1987 Amostragem de

Resíduos – Procedimento, com cerca de 1000 kg de escória de ferro cromo. Depois

da coleta, a amostra foi acondicionada em recipientes plásticos, que foram enviados

para o laboratório da Concreta. A escória utilizada neste estudo foi retirada desta

amostra.

4.1.4.2 Verificação do risco ambiental

A análise do risco ambiental do uso da escória de ferro-cromo foi realizada a partir

dos ensaios de lixiviação e solubilização de resíduos, segundo as NBR 10005/1997

e NBR 10006/1987. A classificação é definida pela NBR 10004/1987 e os valores

obtidos foram confrontados com os limites especificados por esta mesma norma.

Outro parâmetro de limite utilizado para avaliação da referida escória foi o Catálogo

de resíduos da Catalunha (DCGC 2166, 1996) e a Ordem de Valorização de

Escórias (DOGC 2181, 1996) citados por Lima (1999).

4.1.4.3 Ensaios de caracterização

O agregado graúdo de escória de ferro-cromo utilizado na confecção dos concretos

é proveniente da FERBASA, Pojuca/BA. Tomando-se como base os ensaios para

qualificação de agregados indicados na NBR 7211/1983 e NBR 12654/1992, bem

como os ensaios realizados por CONCRETA (1993) e Silva Filho (2001), para a

caracterização do agregado graúdo de escória de ferro-cromo empregado nos

estudos foram realizados os ensaios listados na Tabela 4.3.

87





Absorção NBR 9937 / 1987



Quadro 4 - Métodos de caracterização do agregado graúdo de escória de ferro-cromo.

4.1.5 Água

A água utilizada na confecção dos concretos é proveniente da rede de distribuição

de Salvador, fornecida pela EMBASA e deve atender os requisitos da NM 137:1997,

cujos requisitos para água de amassamento do concreto são o pH, resíduos sólidos,

ferro, sulfatos e cloretos ou atender os critérios de potabilidade para consumo

humano.

4.2 ENSAIOS REALIZADOS NO CONCRETO

A partir de amostras dos materiais considerados na presente pesquisa foram

realizados estudos de dosagem com vistas à definição de traços de concreto. Os

estudos de dosagem foram efetuados segundo o método proposto por Helene e

Terzian (1993), o qual consiste na realização de misturas experimentais, onde é

definido o teor ótimo de argamassa seca e a relação água-materiais secos que

conferem ao concreto uma dada trabalhabilidade. Definidos os parâmetros citados

produzem-se concretos para diferentes relações água-cimento.

Com base nas misturas experimentais foram definidos traços para cada um dos

agregados graúdos (brita e escória) com relações água-cimento (A/C) 0,40; 0,50 e

0,60, mantendo-se constante a proporção entre os agregados e adotando-se um

índice de consistência, medido pelo abatimento do concreto, de 70±10 mm.

88

4.2.1 Características do concreto no estado fresco

Foi averiguada a trabalhabilidade do concreto através da sua consistência. A

trabalhabilidade é a propriedade do concreto que, segundo a ASTM C125, expressa

a facilidade necessária para manipular uma quantidade de concreto fresco com uma

perda mínima de homogeneidade (MEHTA, 1994; MONTEIRO, 1994).

Segundo Neville (1997), concreto trabalhável é aquele que a consistência da mistura

permite que o mesmo seja transportado, lançado e adensado com relativa facilidade

e sem que haja segregação.

Petrucci (1998) resume que trabalhabilidade é a propriedade do concreto fresco que

identifica sua maior ou menor aptidão para ser empregado com determinada

finalidade, sem perda da sua homogeneidade.

Dentre os fatores que afetam a trabalhabilidade destacam-se o consumo de água,

consumo de cimento, características dos agregados, tipo de mistura, transporte

lançamento, adensamento, dimensões e armadura da peça a executar e aditivos.

Para apreciação das propriedades do concreto fresco foi realizado o ensaio de

avaliação da trabalhabilidade, efetuado através da determinação do índice de

consistência do concreto segundo a NBR NM 67/1998.

4.2.2 Características do concreto no estado endurecido

4.2.2.1 Determinação das propriedades mecânicas de concretos produzidos com

agregado graúdo de escória de ferro-cromo e brita gnáissica

A avaliação das propriedades mecânicas dos concretos foi procedida através da

verificação da resistência à compressão axial e módulo de elasticidade. Para cada

material (escória e brita) foram analisados 03 (três) traços de concreto, com

praticamente mesmo índice de consistência 70±10 mm. A cada traço correspondeu

um exemplar composto de 20 (vinte) corpos-de-prova, sendo 15 (quinze) com

89

dimensões de 100x200mm, dos quais foram ensaiados 03 (três) quanto a resistência

à compressão axial para cada idade avaliada, aos 7, 28, 63, 90 e 365 dias de idade,

e 05 (cinco) com dimensões de 150x300mm quanto ao módulo de elasticidade aos

28 dias de idade.

Neste trabalho o módulo de elasticidade no concreto foi determinado pela

declividade da curva de tensão-deformação sob um carregamento uniaxial, segundo

a NBR 8522/1984 – Concreto – Determinação do módulo de deformação estática e

diagrama tensão x deformação – Método de ensaio e os resultados referem-se ao

módulo de deformação secante, dado pela declividade de uma reta traçada do ponto

da curva correspondente à tensão de 0,5 MPa a outro ponto cuja tensão

corresponda a 40% da carga de ruptura, sendo esta, geralmente, a tensão nas

condições de serviço recomendadas nos códigos e normas de projetos de estruturas

de concreto. Na Tabela 20 é apresentado um resumo do planejamento do

experimento.

Na Figura 17 pode-se ilustrar a realização do ensaio de módulo de elasticidade no

laboratório da EPUFBA.

Figura 17 - Realização do ensaio de módulo de elasticidade no laboratório da EPUFBA.

90

Tabela 20 Resumo do planejamento do experimento para determinação da resistência à compressão

axial e módulo de elasticidade. QUANTIDADE DE CORPOS-DE-PROVA

MÉTODO EMPREGADO IDADE

(DIAS) 0,40 0,50 0,60

7 3 3 3

28 3 3 3

63 3 3 3

90 3 3 3

Resistência à compressão axial

(NBR 5739)

365 3 3 3

Módulo de deformação (NBR 8522) 28 5 5 5

O planejamento descrito na tabela 20 foi adotado tanto para os concretos de

referência (concretos com agregado graúdo granítico), como para os concretos com

escória (concretos com agregado graúdo de escória de ferro-cromo). Desta maneira

foram confeccionados um total de 90 (noventa) corpos-de-prova cilíndricos

(100x200) mm e 30 (trinta) corpos-de-prova cilíndricos (150x300)mm.

4.2.2.2 Avaliação de desempenho de concretos produzidos com agregado graúdo de

escória de ferro-cromo

Metha (1994), Neville (1997), Coutinho e Gonçalves (1997) e Almeida (2001)

afirmam que a propriedade do concreto se deixar atravessar por gases e líquidos,

atuando com ou sem pressão e com ou sem substâncias em solução ou suspensão,

é um fator muito importante para a sua durabilidade. Este fato decorre em função do

concreto ser constituído por materiais essencialmente porosos, os agregados e a

pasta de cimento.

Petrucci (1998) e Bauer (1994) afirmam que sendo o concreto um material

essencialmente poroso, face à impossibilidade de preencher a totalidade dos vazios

entre os grãos do agregado com pasta de cimento e à porosidade natural dos

agregados, além da inevitável incorporação de ar durante a operação de mistura, a

interconexão desses vazios de água ou ar torna o concreto permeável a fluidos.

91

Ainda segundo Metha (1994), Neville (1997), Coutinho e Gonçalves (1997), o

transporte de fluido no concreto, sem pressão hidráulica, pode ocorrer por

mecanismos de capilaridade, difusão e migração, enquanto que sob pressão

hidráulica, o fenômeno verificado é a permeabilidade.

A capilaridade é apresentada como a penetração de um fluido no concreto através

da sua estrutura, ou seja, de seus poros capilares. Mede-se fundamentalmente pela

altura que o líquido atinge no concreto ou pela variação de massa do material após

imersão no fluido (COUTINHO; GONÇALVES, 1997).

Uma das formas de avaliar o fenômeno de capilaridade é através do mecanismo de

sucção capilar. Tal mecanismo é o resultado de movimentos capilares nos poros do

concreto abertos ao meio ambiente (NEVILLE, 1997).

Segundo Helene (1993) o transporte de líquidos devido à tensão superficial atuante

nos poros capilares do concreto também é definido como absorção capilar. Fatores

como a viscosidade, densidade e tensão superficial do líquido e as características do

sólido poroso, como raio, tortuosidade e continuidade dos poros, energia superficial

e umidade, interferem neste fenômeno.

Metha (1994), Neville (1997), Coutinho e Gonçalves (1997) indicam que a absorção

capilar é influenciada pela finura do cimento, relação água/cimento, idade, duração

da cura, consumo de cimento e condições de adensamento do concreto.

O mecanismo de absorção capilar tem sido modelado matematicamente pelas leis

de Poiseuille e Jurin, conforme equações 1 e 2, respectivamente (COUTINHO;

GONÇALVES, 1997).

r2 P 1 γ t r

1/2

v = 8η L

(1) L = 2

( η

)

(2)

v = velocidade do movimento do fluido no capilar

r = raio do capilar

92

η= viscosidade do líquido

P = pressão de movimento do líquido

L = comprimento do capilar que contém líquido

γ = tensão superficial do líquido

t = tempo de ascensão capilar

De acordo com Ho e Lewis, Ferreira (1999) citados por Silva Filho (2001), a taxa de

absorção de água por sucção capilar, nas estruturas expostas ao ar, funciona como

um indicativo da estrutura dos poros do concreto. Uma sucção rápida denota a

existência de capilares de grande diâmetro com ascensão capilar menor e maior

quantidade de água adsorvida, enquanto que uma sucção reduzida indica a

ocorrência de capilares menores, com maior ascensão capilar.

Segundo Ferreira (1999) citado por SILVA FILHO (2001), a ascensão de um fluido

por sucção capilar está associada a uma propriedade do material que é a

absortividade. Esta propriedade é decorrente do efeito de absorção que ocorre sob a

ação da pressão atmosférica.

Helene (1993) afirma que a absorção capilar é um fenômeno que ocorre

rapidamente. Após penetrar por capilaridade até certa profundidade, limitada pela lei

de Jurin, a água só poderá continuar penetrando por difusão.

Moura (2000) realizou ensaios de absorção por sucção capilar ao estudar concretos

onde substituiu parte do agregado miúdo por escória de cobre. Ele observou que a

utilização de escória de cobre melhorou o desempenho dos concretos. A taxa de

absorção diminuiu e a resistência capilar aumentou, em relação aos concretos de

referência.

Para a avaliação do desempenho dos concretos produzidos com agregado graúdo

de escória de ferro-cromo foram utilizados métodos de ensaios nacionais e

internacionais, cujos ensaios preliminarmente definidos, para cada traço

considerado, foram os seguintes:

93

a) Permeabilidade.

Foi utilizado o ensaio de permeabilidade do concreto à água sob pressão, medindo-

se a quantidade de água que passa através do corpo-de-prova, determinando-se a

profundidade de penetração da água sob pressão, após realização de ruptura

diametral.

O procedimento utilizado teve como base a norma NBR-10787/1994 Concreto

endurecido – Determinação da penetração de água sob pressão. Foram moldados

03 (três) corpos-de-prova de 150x300 mm. Estes ensaios foram realizados no

CEPED em Camaçari. A figura 18 apresenta o modelo esquemático de montagem

do ensaio de permeabilidade.

Figura 18 – Esquema de montagem do ensaio de permeabilidade

Fonte : SCANDIUZZI; ANDRIOLO, 1986

Scandiuzzi e Andriolo (1986) apresentam na figura 19, uma relação entre a

profundidade de penetração da água e o coeficiente de permeabilidade obtida por

Sallstron. Determina-se o coeficiente de permeabilidade com a profundidade de

94

penetração da água durante os ensaios. A profundidade é determinada após o

ensaio de compressão diametral

Figura 19 – Relação entre profundidade de penetração e coeficiente de permeabilidade

Fonte : (SCANDIUZZI; ANDRIOLO, 1986)

Nas figuras 20, 21, 22 e 23 pode-se verificar a realização do ensaio de

permeabilidade no laboratório do CEPED.

95

Figura 20 - Realização do ensaio de permeabilidade no laboratório do CEPED

Figura 21 – Detalhe do corpo-de-prova durante o ensaio.

Figura 22 – Detalhe dos corpos-de-prova após a ruptura por compressão diametral para determinação da profundidade de penetração da água (Concreto com brita à esquerda, concreto com

escória à direita).

96

Figura 23 – Detalhe dos corpos-de-prova após a ruptura por compressão diametral para determinação da profundidade de penetração da água.

b) Absorção por imersão e índice de vazios.

Neste ensaio foi utilizado o método de ensaio para determinação de absorção de

água por imersão previsto em normas técnicas, tomando-se como base a NBR-

9778/1987 Argamassa e concreto endurecidos – Determinação da absorção de água

por imersão – índice de vazios e massa específica, tendo sido moldados 03 (três)

corpos-de-prova de 150x300 mm e cujos ensaios foram realizados na Concreta.

Este ensaio consiste em moldar corpos-de-prova cilíndricos conforme a NBR

5738/1994 e após a idade de 28 dias, efetuar secagem em estufa por 72h. Após

este período determinar sua massa. Em seguida, colocar os corpos-de-prova

imersos em água durante 72h, sendo determinadas suas massas, decorridas 24h,

48 e 72h. A absorção por imersão é dada pela fórmula:

Ab = [(B-A)]/A] (3)

Onde,

A = massa, em gramas da amostra seca em estufa;

B = massa, em gramas da amostra saturada em água à temperatura de (23 ± 2)º C

com superfície seca.

97

c) Absorção por capilaridade.

Neste ensaio foi utilizado o método de ensaio para determinação de absorção de

água por capilaridade, tomando-se como base a norma NBR-9779/1987 Argamassa

e concreto endurecidos – Determinação da absorção de água por capilaridade.

Foram moldados 03 (três) corpos-de-prova de 100x200 mm e os ensaios foram

realizados na Concreta.

Neste ensaio foram moldados corpos-de-prova cilíndricos conforme a NBR

5738/1994 e após a idade de 28 dias, efetuou-se a secagem em estufa à

temperatura de 105 ± 5 º C, até constância de massa. Após esta etapa, resfriou-se

os corpos-de-prova e determinou-se sua massa. Os corpos-de-prova foram

posicionados sobre suportes preenchendo o recipiente com água de modo que o

nível d’água permanecesse constante com altura de 5 ± 1 mm acima de sua face

inferior, conforme a figura 4.8 a seguir. Foram tomados cuidados para se evitar a

que a água molhasse outras superfícies do corpo-de-prova.

Durante o ensaio são determinadas as massas dos corpos-de-prova nas idades de

3h, 6h, 24h, 48h e 72h, contadas a partir da colocação destes em contato com a

água. Após esta última etapa, deve-se romper os corpos-de-prova por compressão

diametral, conforme a NBR 7222/1994.

A absorção de água por capilaridade é calculada dividindo-se o aumento de massa

pela seção transversal da superfície do corpo-de-prova em contato com a água, de

acordo com a seguinte equação.

C = (A – B) / S (4)

Onde,

C = absorção por capilaridade, em g/cm2;

A = massa do corpo-de-prova que permanece com uma das faces em contato com a

água durante um período de tempo especificado, em g;

B = massa do corpo-de-prova seco, assim que este atingir a temperatura de 23 ± 2 º

C, em g;

S = área da seção transversal, em cm2.

98

A figura 24 mostra o desenho esquemático do ensaio de absorção por capilaridade.

Figura 24 - Desenho esquemático do ensaio de absorção por capilaridade.

Fonte: COUTINHO, 1997

Nas Figuras 25 e 26 pode-se verificar a realização do ensaio de absorção de água

por capilaridade no laboratório da Concreta.

Figura 25 – Detalhe da colocação dos corpos-de-prova durante o ensaio de absorção por capilaridade

1 cm

99

Figura 26 – Detalhe dos corpos-de-prova após a ruptura por compressão diametral (Escória a esquerda e Brita a direita)

d) Absorção por sucção capilar.

Foi utilizado o método proposto por Kelham (1998) e adaptado por Gopalan (1996)

que determina o acréscimo de massa aparente na idade de 28 dias de um corpo-de-

prova quando submerso em água, durante um período de 7 dias. Com os dados

obtidos, pode-se relacionar o ganho de massa do corpo-de-prova no tempo, de onde

se obtém a taxa de absorção de água. Estes ensaios foram realizados na Concreta.

Gonçalves (2000), Moura (2000) e Silva Filho (2001), ao estudarem desempenho de

concretos com adição de resíduos, também realizaram ensaios de absorção por

sucção capilar. Este ensaio foi adaptado, tomando-se como base o método

desenvolvido por Kelham (1988), que tem como base o monitoramento, ao longo de

72 horas, do acréscimo na massa aparente de corpos-de-prova submersos em água

e devidamente preparados.

Foram confeccionados elementos prismáticos (100x100x150)mm, os quais, após a

cura em câmara úmida durante 28 dias, foram serrados transversalmente, obtendo-

se fatias com dimensões de (100x100x25)mm. A espessura do corpo-de-prova foi

reduzida de 50 para 25mm conforme recomenda Gopalan (1996), objetivando

reduzir o período do ensaio.

Quando do preparo dos corpos-de-prova a face serrada correspondeu ao topo do

corpo-de-prova e a face que ficou em contato direto com a água refere-se à que

100

ficou em contato com a forma, região sujeita ao efeito parede, ambas com área de

10000mm2. O referido corpo-de-prova passou por um processo de secagem em

estufa à temperatura de 105 ± 5ºC até constância de massa. Após esta fase o corpo-

de-prova teve suas faces laterais impermeabilizadas com resina epóxi e sua face

superior vedada com a utilização de uma placa de PVC que deve ficar pelo menos 2

mm afastada da face superior da amostra. No centro dessa placa, deve ser colocado

um tubo plástico de 4,0 mm de diâmetro e comprimento da ordem de 150mm. A

função do tubo plástico é garantir a conectividade entre o meio ambiente e a câmara

formada entre a face superior do corpo-de-prova e a placa de PVC, mantendo-se

nessa região pressão igual à pressão atmosférica.

Antes da realização do ensaio, procedeu-se o equilibro do conjunto balança e

bandeja de suporte da amostra. A bandeja foi posicionada de forma que garantisse a

imersão do corpo-de-prova durante as pesagens. Foram adotados os tempos para

determinação das massas em 5, 15, 30, 60, 120, 360, 720, 1440, 2880, 4320 e 5760

minutos, até a saturação do corpo-de-prova. Considerou-se que o corpo-de-prova

estava saturado quando a variação de massa era inferior a 0,2%.

Com base nos dados obtidos no ensaio em questão foram confeccionados gráficos

que correlacionam o ganho de massa dos corpos-de-prova, em gramas, com a raiz

quadrada do tempo, em hora. A partir dos gráficos foram determinados os valores

dos “nick-point”, taxa de absorção, resistência capilar e porosidade efetiva dos

concretos.

Observam-se duas fases distintas de absorção de água, devidamente ajustadas

segundo duas retas. A taxa de absorção, expressa em g/cm2.h½, corresponde à

inclinação da reta na fase inicial de absorção, dividida pela seção transversal do

corpo-de-prova (100cm2).

O “nick-point” é o ponto de intersecção entre as duas retas ajustadas. A partir do

valor do “nick-point” calcula-se a resistência capilar, em h/m2, através da expressão

a seguir (GJORV, 1994):

101

Onde,

m = resistência capilar (h/m2)

tcap = abscissa do “nick-point” (h½)

e = espessura do corpo-de-prova (m)

A porosidade efetiva, em %, é calculada dividindo-se o ganho de massa total do

corpo-de-prova pelo seu volume. O ganho de massa total é calculado pela diferença

entre o valor do ganho de massa máximo, obtido à 72h. O valor do ganho de massa

correspondente à intersecção da reta ajustada, com base nos dois primeiros pontos

da fase inicial de absorção, com o eixo das ordenadas.

Nas Figuras 27, 28, 29 e 30 pode-se verificar as etapas de realização do ensaio de

absorção por sucção capilar no laboratório da Concreta.

Figura 27 – Detalhe dos corpos-de-prova antes do ensaio de absorção por sucção capilar

t cap m =

e2 (5)

102

Figura 28 – Detalhe da balança digital e recipiente para imersão dos corpos-de-prova antes do ensaio de absorção por sucção capilar.

Figura 29 – Detalhe dos corpos-de-prova durante do ensaio de absorção por sucção capilar.

Figura 30 – Detalhe da pesagem hidrostática dos corpos-de-prova durante o ensaio de absorção por sucção capilar.

103

5 APRESENTAÇÃO, ANÁLISE DE RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo são apresentados e analisados os resultados obtidos nos ensaios

realizados e indicados no programa experimental estabelecido para avaliação do

desempenho de concretos produzidos a partir de agregado graúdo de escória de

ferro-cromo.

Os resultados obtidos nos ensaios de avaliação de propriedades mecânicas do

concreto endurecido a partir da resistência à compressão axial e módulo de

deformação estática e os de avaliação de desempenho através dos ensaios de

permeabilidade, absorção por imersão, absorção de água por sucção capilar com

determinação da taxa de absorção, resistência capilar e porosidade efetiva, e

absorção por capilaridade foram determinados com amostras retiradas de duas

amassadas diferentes, realizando-se os cálculos das respectivas médias, desvios

padrão e coeficientes de variação.

5.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

5.1.1 Aglomerante hidráulico

Utilizou-se na confecção dos concretos o Cimento Portland (CPII-F 32) produzido na

região e, portanto o mais utilizado para esta finalidade. As tabelas 21 e 22 indicam

respectivamente os resultados dos ensaios físicos e químicos do cimento utilizado.

Tabela 21 Ensaios físicos do cimento*.

Ensaios Realizados Resultados Limites

NBR 11578 / 1992

Área específica (cm2/g) 440,3 ≥ 260

Massa específica (kg/m3) 3110 -

Finura #200 (%) 0,4 ≤ 12,0

Início de pega (min) 123 ≥ 60

Fim de pega (min) 198 ≤ 600

Expansibilidade a quente (mm) 0,3 ≤ 5

3 dias 27,7 ≥ 10

7 dias 32,3 ≥ 20 Resistência à compressão

(MPa) 28 dias 38,5 ≥ 32 Fonte : * Dados fornecidos pelo fabricante do cimento.

104

Tabela 22 Análise química do cimento

Composição Química do Clínquer Teores (%) Limites

NBR 11578 / 1992

Resíduo insolúvel (RI) 1,68 ≤ 2,5

Perda ao fogo (PF) 4,71 ≤ 6,5

Óxido de magnésio (MgO) 3,24 ≤ 6,5

Trióxido de enxofre (SO3) 2,81 ≤ 4,0

Anidrido carbônico (CO2) 2,81 ≤ 5,0

Fonte : * Dados fornecidos pelo fabricante do cimento.

5.1.2 Agregado miúdo

O agregado miúdo utilizado na confecção dos concretos atende aos requisitos da

NBR 7211/1983, quanto aos parâmetros avaliados. Vale salientar que a referida

norma foi revisada em 2005, posteriormente a data de caracterização dos

agregados. A tabela 23 indica os resultados dos ensaios de caracterização do

agregado miúdo.

Tabela 23

Resultados da caracterização do agregado miúdo

Ensaios realizados Norma Resultados Limites

NBR 7211 / 1983

Dimensão máxima característica NBR 7217 / 1987 1,2 mm -

Módulo de Finura: NBR 7217 / 1987 1,74 -

Massa Específica NBR 9776 / 1987 2,63 kg/dm3 -

Massa Unitária NBR 7251 / 1982 1,53 kg/dm3 -

Teor de Materiais Pulverulentos NBR 7219 / 1987 0,3 % 3 %

Impurezas orgânicas húmicas NBR 7220 / 1987 Cor mais clara Cor mais clara

Classificação NBR 7211 / 1983 Areia fina (zona 2)

5.1.3 Agregado graúdo convencional (brita)

O agregado graúdo convencional (brita) utilizado na confecção dos concretos atende

aos requisitos da NBR 7211/1983, quanto aos parâmetros avaliados. Vale salientar

que a referida norma foi revisada em 2005, posteriormente a data de caracterização

dos agregados. A tabela 24 indica os resultados dos ensaios de caracterização do

agregado graúdo.

105

Tabela 24

Resultados da caracterização do agregado graúdo convencional (brita).

Ensaios realizados Norma Resultados Limites

NBR 7211 / 1983

Dimensão máxima característica NBR 7217 / 1987 19 mm -

Módulo de Finura NBR 7217 / 1987 6,12 -

Massa Específica NBR 9937 / 1987 2,80 kg/dm3 -

Absorção NBR 9937 / 1987 0,5 % -

Massa Unitária NBR 7251 / 1982 1,49 kg/dm3

Teor de Materiais Pulverulentos NBR 7219 / 1987 0,3 % 1 %

Classificação NBR 7211 / 1983 Brita 1 (19 mm)

5.1.4 Agregado graúdo de escória de ferro-cromo

5.1.4.1 Verificação do Risco Ambiental

A escória em estudo foi coletada na FERBASA segundo prescrições da NBR

10007/1987 Amostragem de Resíduos - Procedimento.

Os valores obtidos nas análises e ensaios de laboratório estão indicados nas tabelas

25 a 29 a seguir.

a) Características físicas da massa bruta

A tabela 25 apresenta as características físicas da massa bruta de escória de ferro-

cromo.

Tabela 25

Características físicas da massa bruta de escória de ferro-cromo.

Estado Físico Sólido

Coloração Cinza

Densidade -

Umidade 0,95%

Líquidos Livres Ausentes

106

b) Características físico – químicas da massa bruta

A tabela 26 apresenta os resultados das características físico – químicas da massa

bruta.

Tabela 26

Características físico-químicas da massa bruta da escória de ferro-cromo.

PARÂMETROS

DETERMINADOS

Resultados

Obtidos

(Concreta, 2002)

Anexo I – Listagem

Nº 9 Especificação

NBR 10.004/1987

DOGC 2166

COLUNA A

(LIMA, 1999)

Arsênio (As) 0,018mg/kg 1000mg As/kg 250mg As/kg

Berílio (Be) 0,16mg/kg 100mg Be/kg -

Chumbo (Pb) – Comp. Mineral 11,96mg/kg 1000mg Pb/kg 2000mg Pb/kg

Cianeto (CN-) 0,02mg/kg 1000mg CN-/kg -

* Cromo Hexavalente (Cr6+) 0,5mg/kg 100mg Cr/kg -

Fenol (C6H5OH) Não detectado 10mg Fenol/kg -

Mercúrio (Hg) Não detectado 100mg Hg/kg 25mg Hg/kg

Óleos e Graxas 0,05 % 1 % em massa -

Selênio (Se) 0,08mg/kg 100mg Se/kg -

Vanádio(V) 11,84mg/kg 1000mg V/kg -

Cobalto(Co) ** 18,73 - -

Cobre(Cu) 3,19mg/kg - 6000mg Cu/kg-

∗ Valor estimado por não haver metodologia específica.

∗ ∗Segundo Lima (1999), alguns elementos químicos como Bário, Cobalto, Molibdênio e Vanádio

não são considerados contaminantes.

c) Características físico – químicas do ensaio de lixiviação

Foi executado o ensaio de lixiviação do resíduo conforme a NBR 10005/1987. Para

esse ensaio foi utilizada uma massa de 100g, adicionados 1600 cm3 de água

destilada, agitado por cinco minutos e verificado pH inicial. Essa mistura foi

submetida à agitação constante e ajustado o pH para 5,0±0,2 com Ácido Acético 0,5

- Normal, após espaços de tempo de 5, 15, 30 e 60 minutos e 24 horas.

107

O volume foi ajustado para 2000 cm3 e filtrado por membrana de 0,45 µm, gerando

assim o extrato do lixiviado, cujos resultados encontram-se na tabela 27 a seguir.

Tabela 27

Características do ensaio de lixiviação.

pH Inicial 9,52

pH Final 4,95

Quantidade de Ácido Acético H3CCOOH) 13 cm3

Tempo Total de lixiviação 24 horas

Volume final de Líquido Obtido 1870 cm3

d) Características físico – químicas do extrato do lixiviado

A tabela 28 apresenta as características físico – químicas do extrato do lixiviado.

Tabela 28

Características físico – químicas do extrato do lixiviado.

PARÂMETROS

DETERMINADOS

Resultados obtidos

(Concreta, 2002)



NBR 10004/1987

DOGC 2166

LIXIVIADO

COLUNA A

(LIMA, 1999)

Arsênio (As) Não detectado 5,0 mg/L 0,1mg/L

Bário (Ba) 0,081 mg/L 100,0 mg/L -

Cádmio (Cd) Não detectado 0,5 mg/L 0,1mg/L

Chumbo (Pb) Não detectado 5,0 mg/L 0,5mg/L

Cromo Total (Cr) 0,01 mg/L 5,0 mg/L 0,5mg/L

Fluoreto (F) Não detectado 150,0 mg/L 5mg/L

Mercúrio (Hg) Não detectado 0,1 mg/L 0,02mg/L

Prata (Ag) Não detectado 5,0 mg/L -

Selênio (Se) Não detectado 1,0 mg/L -

e) Características físico – químicas do ensaio de solubilização

Foi executado o ensaio de solubilização do resíduo conforme norma NBR

10006/1987, neste ensaio foi utilizada uma massa de 250g adicionados 1000 cm3 de

108

água destilada, agitado por cinco minutos, deixando em repouso por sete dias e

filtrado por membrana 0,45 µm gerando assim o extrato de solubilizado.

f) Características físico – químicas do extrato do solubilizado

A tabela 29 apresenta as características físico – químicas do extrato do solubilizado.

Tabela 29

Características físico-químicas do extrato do solubilizado.

PARÂMETROS

DETERMINADOS

Resultados obtidos

(Concreta, 2002)

Anexo H – Listagem


NBR 10004/1987

DOGC 2166

LIXIVIADO

COLUNA A

(LIMA, 1999)

Alumínio (Al) 0,45 mg/L 0,2 mg/L -

Arsênio (As) Não detectado 0,05 mg/L 0,1mg/L

Bário (Ba) 0,4012mg/L 1,0 mg/L -

Cádmio (Cd) Não detectado 0,005 mg/L 0,1mg/L

Chumbo (Pb) 0,012 mg/L 0,05 mg/L 0,5 mg/L

Cianeto (CN) 0,003 mg/L 0,10 mg/L -

Cloretos (CI) 0,9 mg/L 250,0 mg/L -

Cobre (Cu) 0,72 mg/L 1,0 mg/L 2,0mg/L

Cromo total (Cr) 0,104 mg/L 0,05 mg/L 0,5mg/L

Dureza total (CaCO3) 25,28 mg/L 500 mg/L -

Fenol (C6H5OH) Não detectado 0,001 mg/L -

Ferro (Fe) Não detectado 0,30 mg/L -

Fluoretos (F) 0,30 mg/L 1,50 mg/L -

Manganês (Mn) 0,01 mg/L 0,10 mg/L -

Mercúrio (Hg) Não detectado 0,001 mg/L 0,02mg/L

Nitratos (NO3) Não detectado 10,0 mg/L -

Prata (Ag) 0,02 0,05 mg/L -

Selênio (Se) Não detectado 0,01 mg/L -

Sódio (Na) 0,67mg/L 200,0 mg/L -

Surfactantes (LAS) 0,481 mg/L 0,20 mg/L -

Sulfatos (SO4) 2,56 mg/L 400,0 mg/L -

Zinco (Zn) Não detectado 5,0 mg/L 2,0mg/L

109

Nenhum parâmetro obtido na massa bruta e no extrato do lixiviado ultrapassou os

limites fixados na norma NBR 10004/1987. Quanto ao extrato do solubilizado, os

índices de Alumínio (Al), Cromo total (Cr) e Surfactantes (LAS) ultrapassaram os

limites fixados na norma NBR 10004/1987.

A presença de alumínio pode influenciar e reduzir a resistência à compressão do

concreto.

Quanto à presença do cromo total, apesar de não afetar as características do

concreto é necessário alertar para que se tomem os devidos cuidados quanto ao

manuseio do material. Pode-se notar que este parâmetro quando avaliado pelo

Catálogo de resíduos da Catalunha (DCGC 2166, 1996) atende ao limite

especificado. Vale registrar que a presença do cromo no estado hexavalente (Cr6+)

é que determina e caracteriza um resíduo como perigoso e que causa riscos ao

tegumento humano, causando fortes lesões, mesmo em baixas concentrações.

Os surfactantes são um tipo de composto orgânico que gera espumas, geralmente

adicionado a sabões e detergentes, e que quando da agitação da mistura durante a

produção de concretos pode incorporar ar ao mesmo, criando vazios e,

conseqüentemente, reduzindo sua resistência à compressão.

De acordo com as características físico – químicas apresentadas, considerando-se

os resultados dos ensaios de lixiviação e solubilização e com base na norma NBR

10004/1987, o resíduo é classificado como Resíduo classe II – não inerte, quando

aos parâmetros determinados.

5.1.4.2 Caracterização do agregado graúdo de escória de ferro-cromo

O agregado graúdo de escória de ferro-cromo, utilizado na confecção de concretos,

atende aos requisitos da NBR 7211/1983, quanto aos parâmetros avaliados. Vale

salientar que a referida norma foi revisada em 2005, posteriormente a data de

caracterização dos agregados. A Tabela 30 indica os resultados dos ensaios de

caracterização do agregado graúdo de escória de ferro-cromo.

110

Tabela 30

Resultados da caracterização do agregado graúdo de escória de ferro-cromo.

Ensaios realizados Norma Resultados

Dimensão máxima característica NBR 7217 / 1987 19 mm

Módulo de Finura NBR 7217 / 1987 6,96

Massa Específica NBR 9937 / 1987 3,12 kg/m3

Absorção NBR 9937 / 1987 0,5 %

Massa Unitária NBR 7251 / 1982 1,63 kg/m3

Teor de Materiais Pulverulentos NBR 7219 / 1987 0,1 %

Classificação NBR 7211 / 1983 Graduação 1 (19 mm)

5.1.4 Água

A água utilizada na confecção dos concretos foi proveniente da rede de distribuição

de Salvador, fornecida pela EMBASA e atende aos requisitos de potabilidade para

consumo humano.

5.2 APRECIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO

Com base nas misturas experimentais foram definidos traços para cada um dos

agregados graúdos (brita e escória), com relações água-cimento 0,40; 0,50 e 0,60,

mantendo-se constante a proporção entre os agregados.

A tabela 31 apresenta os traços utilizados com escória e brita, bem como demais

características dos concretos utilizados.

111

Tabela 31

Traços utilizados com escória e brita

TRAÇO UNITÁRIO (em massa)

ESCÓRIA BRITA

A/C = 0,40 A/C = 0,50 A/C = 0,60 A/C = 0,40 A/C = 0,50 A/C = 0,60 MATERIAIS

TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

CIMENTO CP II 32 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

AGREGADO MIÚDO 1,215 1,768 2,322 1,157 1,696 2,235

AGREGADO GRAÚDO

Dmax = 19,0 mm 2,617 3,272 3,926 2,549 3,186 3,824

ÁGUA 0,400 0,500 0,600 0,400 0,500 0,600

TRAÇOS EM kg/m3

CIMENTO CP II 32 (kg/m3) 473 376 312 484 385 319

AGREGADO MIÚDO (kg/m3) 575 665 725 559 652 713

AGREGADO GRAÚDO

Dmax = 19,0 mm 1238 1231 1226 1233 1225 1220

ÁGUA 189 188 187 193 192 192

OUTRAS CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO

RELAÇÃO. ÁGUA/MIST. SECA

- A(%) 8,28 8,28 8,28 8,50 8,50 8,50

RELAÇÃO

AGREGADO/CIMENTO - m 3,83 5,04 6,25 3,71 4,88 6,06

AGREGADO MIÚDO 31,7% 35,1% 37,2% 31,2% 34,7% 36,9%

AGREGADO GRAÚDO

Dmax = 19,0 mm 68,3% 64,9% 62,8% 68,8% 65,3% 63,1%

TEOR DE ARGAMASSA (%) 45,8 45,8 45,8 45,8 45,8 45,8

ABATIMENTO

ESPERADO(mm) 70±10

A análise dos resultados permite concluir que os concretos fabricados com escória

apresentaram valores de teor de argamassa seca inferior ao valor obtido para os

concretos com brita. Este fato pode ser explicado pela melhor distribuição

granulométrica, forma e textura do agregado de escória de ferro-cromo.

112

5.2.1 Apreciação das propriedades do concreto no estado fresco

Para apreciação das propriedades do concreto fresco foi realizado o ensaio de

avaliação da trabalhabilidade, efetuado através da determinação do índice de

consistência do concreto segundo a NBR NM 67 / 1998. A tabela 32 apresenta os

resultados do ensaio de abatimento.

Tabela 32

Resultados do ensaio de abatimento

TRAÇO UNITÁRIO (em massa)

ESCÓRIA BRITA MATERIAIS

TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

ABATIMENTO ESPERADO (mm) 70±10

ABATIMENTO OBTIDO (mm) 60 75 60 60 65 60

Quando da produção dos concretos foi observado que os mesmos apresentaram do

ponto de vista do aspecto visual, características de coesão, mobilidade e

consistência semelhantes. Em função dos índices de consistência obtidos, observa-

se que, apesar da maior massa específica dos agregados graúdos de escória de

ferro-cromo, os resultados dos ensaios foram equivalentes e dentro do limite

esperado.

5.2.2 Apreciação das propriedades do concreto no estado endurecido

5.2.2.1 Determinação das propriedades mecânicas de concretos produzidos com

agregado graúdo de escória de ferro-cromo e brita gnáissica.

A avaliação das propriedades mecânicas dos concretos foi procedida através da

verificação da resistência à compressão axial e módulo de elasticidade.

113

a) Resistência à compressão

Na tabela 33 estão indicados os resultados dos ensaios de resistência à compressão

axial aos 7, 28, 63, 90 e 365 dias de idade. A partir destes resultados foram

construídos gráficos para correlacionar a resistência à compressão com a relação

água/cimento que estão apresentadas nas figuras 31 a 40.

Tabela 33

Resultados dos ensaios de resistência à compressão axial

aos 7, 28, 63, 90 e 365 dias de idade.

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa)

ESCÓRIA BRITA IDADES / DETERMINAÇÕES

TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03 Corpo-de-prova (CP1) 32,9 25,5 18,4 31,9 25,5 17,4 Corpo-de-prova (CP2) 33,1 25,7 19,9 32,4 27,0 17,9 Corpo-de-prova (CP3) 34,4 26,2 20,4 33,1 27,3 18,4

Média dos resultados 33,5 25,8 19,6 32,5 26,6 17,9 Desvio padrão (Sd) 0,8 0,4 1,0 0,6 1,0 0,5

7 DIAS (MPa)

Coef. de variação (CV) 2,4 1,6 5,3 1,9 3,6 2,8 Corpo-de-prova (CP1) 41,5 36,3 23,0 44,5 35,9 23,5 Corpo-de-prova (CP2) 43,3 36,8 24,2 44,8 37,0 24,2 Corpo-de-prova (CP3) 45,9 37,1 25,2 45,9 38,2 25,5


28 DIAS (MPa)



63 DIAS (MPa)



90 DIAS (MPa)



365 DIAS (MPa)

Coef. de variação (CV) 2,1 1,8 2,4 2,5 1,1 5,5

114

A variação percentual entre os resultados dos ensaios de resistência à compressão

axial de concretos com escória e brita está apresentada na tabela 34.

Tabela 34

Variação percentual entre os resultados dos ensaios de resistência à compressão axial de

concretos com escória e brita aos 7, 28, 63, 90 e 365 dias de idade.

VARIAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS DE

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (%) IDADES / DETERMINAÇÕES

ESCÓRIA / BRITA

a/c = 0,40 a/c = 0,50 a/c = 0,60

7 DIAS (MPa) VARIAÇÃO ENTRE OS

RESULTADOS 3,1 -3,0 9,5


RESULTADOS -3,3 -0,8 -1,2


RESULTADOS 2,8 -4,3 -5,0




RESULTADOS 0,7 0,9 -3,7

• para relação água/cimento igual a 0,40 os resultados de resistência à

compressão dos concretos com escória foram superiores aos concretos

produzidos com brita nas diversas idades observadas, exceto para a idade de 28

dias.


compressão concretos com escória foram inferiores aos concretos produzidos

com brita nas diversas idades observadas.


compressão concretos com escória apresentam foram inferiores aos concretos

produzidos com brita nas diversas idades observadas, exceto para a idade de 7

dias.

115

Curva de Abrams para 7 dias de idade

15

20

25

30

35

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita

Figura 31 – Comparação entre as resistências máximas aos 7 dias obtidas em corpos-de-prova

moldados com escória e com brita gnáissica

Resistência à compressão aos 7 dias de idade

15

20

25

30

35

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita

Figura 32 – Comparação entre as resistências médias aos 7 dias obtidas em corpos-de-prova


116


20

25

30

35

40

45

50

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita

Figura 33 – Comparação entre as resistências médias aos 28 dias obtidas em corpos-de-prova moldados com escória e com brita gnáissica


20

25

30

35

40

45

50

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita



117


20

25

30

35

40

45

50

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita

Figura 35 – Comparação entre as resistências médias aos 63 dias obtidas em corpos-de-prova moldados com escória e com brita gnáissica


20

25

30

35

40

45

50

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita



118


20

25

30

35

40

45

50

55

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita




20

25

30

35

40

45

50

55

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita



119


30

35

40

45

50

55

60

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita




30

35

40

45

50

55

60

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

Escória

Brita



Com base nos resultados obtidos e a partir das curvas de comportamento

resistência versus relação água/cimento pode-se concluir que o desempenho dos

120

concretos com escória, quanto a resistência à compressão axial, quando comparado

aos produzidos com os concretos com agregado graúdo convencional é equivalente.

Os concretos apresentaram níveis de resistência à compressão da mesma ordem de

grandeza nas idades avaliadas, o que é constatado pela baixa dispersão entre

resultados e levando-se em consideração os limites indicados por Helene (2003),

onde são previstas variações inerentes ao ensaio relativas às influências de

moldagem, cura, velocidade de ensaio, entre outros.

b) Módulo de elasticidade

Na tabela 35 estão apresentados os resultados dos ensaios de módulo de

elasticidade aos 28 dias de idade.

Tabela 35 Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade

aos 28 dias de idade. MÓDULO DE ELASTICIDADE (GPa)


TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

Corpo-de-prova (CP1) 33,9 30,4 27,9 34,2 28,4 25,6

Corpo-de-prova (CP2) 34,2 29,6 26,2 35,1 30,0 28,5

Corpo-de-prova (CP3) 31,8 31,3 25,6 32,2 29,6 26,7

Média dos resultados 33,3 30,5 26,6 33,8 29,3 26,9

Desvio padrão (Sd) 1,1 0,7 1,0 1,2 0,7 1,2

28 DIAS (GPa)


A variação percentual entre os resultados dos ensaios de módulo de elasticidade

aos 28 dias de idade com escória e brita está apresentada na tabela 36.

121

Tabela 36

Variação percentual entre os resultados dos ensaios de módulo de elasticidade aos 28 dias

de idade.

VARIAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS DE

MÓDULO DE ELASTICIDADE (%) IDADES / DETERMINAÇÕES

ESCÓRIA / BRITA

28 DIAS VARIAÇÃO ENTRE OS

RESULTADOS -1,5 4,1 -1,1

• para relação água/cimento igual a 0,40 o resultado de módulo de elasticidade do

concreto com escória foi inferior ao concreto produzido com brita na idade

observada.

• para relação água/cimento igual a 0,50 resultado de módulo de elasticidade do

concreto com escória foi superior ao concreto produzido com brita na idade

observada.

• para relação água/cimento igual a 0,60 resultado de módulo de elasticidade do

concreto com escória foi inferior ao concreto produzido com brita na idade

observada.

A partir destes resultados foram construídas curvas de módulo de deformação para

correlacionar com a relação água/cimento que estão apresentadas nas figuras 41 e

42.

Módulo de Elasticidade x Relação água / cimento

20

25

30

35

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Relação A/C

Mód

ulo

de e

last

icid

ade

(GP

a)

Escória

Brita

Figura 41 – Comparação entre os módulos de elasticidade médios aos 28 dias obtidas em corpos-de-

prova moldados com escória e com brita gnáissica

122

Módulo de Elasticiade aos 28 dias de idade

20

25

30

35

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Mód

ulo

de E

last

icid

ade

(GP

a)

Escória

Brita

Figura 42 – Comparação entre os módulos de elasticidade médios aos 28 dias obtidas em corpos-de-


Com base nos resultados obtidos e nas curvas de comportamento do módulo de

elasticidade obtidos versus relação água / cimento pode-se concluir que o

desempenho dos concretos com escória quando comparado aos produzidos com os

concretos com agregado graúdo convencional é equivalente. Os concretos

apresentaram níveis de módulo de elasticidade da mesma ordem de grandeza nas

idades avaliadas, o que é verificado pela baixa dispersão entre resultados e levando-

se em consideração os limites indicados por Helene (2003), onde são previstas

variações inerentes ao ensaio relativas às influências de moldagem, cura, velocidade

de ensaio, entre outros.

5.2.2.2 Avaliação de desempenho de concretos produzidos com agregado graúdo

de escória de ferro-cromo.

Para a avaliação do desempenho dos concretos produzidos com agregado graúdo

de escória de ferro-cromo foram utilizados métodos de ensaios nacionais e

internacionais, cujos ensaios preliminarmente definidos, para cada traço

considerado, são apresentados a seguir.

123

a) Permeabilidade.

Na tabela 37 estão apresentados os resultados dos ensaios de determinação de

penetração de água sob pressão aos 28 dias de idade e a variação percentual entre

os resultados com escória e brita está indicada na tabela 38.

Tabela 37 Resultados dos ensaios de determinação penetração de água sob pressão aos 28 dias de

idade.

PENETRAÇÃO DE ÁGUA SOB PRESSÃO

NBR 10787 / 1994 (mm)

ESCÓRIA BRITA IDADES/ DETERMINAÇÕES

TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

Corpo-de-prova (CP1) 31,15 35,21 215,59 47,30 68,97 146,87

Corpo-de-prova (CP2) 42,13 52,90 200,44 40,00 69,21 201,50

Corpo-de-prova (CP3) 36,86 38,00 185,08 34,07 43,82 156,65

Média dos resultados 37 42 200 40 61 168

Desvio padrão (Sd) 5,5 9,5 15,3 5,4 11,9 23,8

28 DIAS

Coef. De variação (CV) 15,0 22,6 7,6 13,4 19,6 14,1

Tabela 38 Variação percentual entre os resultados dos ensaios de determinação de penetração água

sob pressão aos 28 dias de idade. VARIAÇÃO ENTRE RESULTAODS DE

PENETRAÇÃO DE ÁGUA SOB PRESSÃO (%) IDADES / DETERMINAÇÕES

ESCÓRIA / BRITA


RESULTADOS -8,1 -45,2 16,0

A figura 43 apresenta o gráfico que correlaciona este parâmetro com a relação

água/cimento e está apresentada a seguir.

124

Penetração de água sob pressão aos 28 dias de idade

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Pen

etra

ção

de á

gua

sob

pres

são

(mm

)

Escória

Brita

Figura 43 – Comparação entre as profundidades de penetração de água aos 28 dias obtidas em

corpos-de-prova moldados com escória e com brita gnáissica

Em função dos resultados obtidos e seguindo o modelo de Scandiuzzi e Andriolo

(1986) que permite obter uma relação entre profundidade de penetração e

coeficiente de permeabilidade obtida por Sallstron. Apresenta-se a seguir a tabela 39

que indica o coeficiente de permeabilidade em função da profundidade média de

penetração da água encontrada durante os ensaios, determinada após o ensaio de

compressão diametral.

Tabela 39 Correlação entre o coeficiente de permeabilidade e a profundidade média de penetração da

água aos 28 dias de idade.

IDENTIFICAÇÃO

PROFUNDIDADE DE

PENETRAÇÃO DE ÁGUA

(mm)

COEFICIENTE DE

PERMEABILIDADE

(cm/s)

TE – 01 37 1,9 x 10 –10

TE – 02 42 3,9 x 10 –10

TE – 03 200 > 1,0 x 10 -8

TB – 01 40 3,0 x 10 –10

TB – 02 61 1,0 x 10 –9

TB – 03 168 > 1,0 x 10 -8

125

Com base no comportamento dos ensaios e da relação existente entre a

profundidade de penetração e coeficiente de permeabilidade de penetração de água

sob pressão obtidos versus relação água/cimento pode-se concluir que o

desempenho dos concretos com escória, quanto a este parâmetro, quando

comparado aos produzidos com os concretos com agregado graúdo convencional foi

melhor, ou seja, apresentaram menores valores de penetração de água e

conseqüentemente, de coeficiente de permeabilidade.

O comportamento dos concretos estudados pode ser justificado pela morfologia e a

textura do agregado de escória na região da interface entre o agregado e a matriz

que provavelmente, possibilita uma melhor interação agregado x matriz e pode

influenciar na redução da penetração de água sob pressão, que ocorreu no caso dos

concretos produzidos com escória. Entretanto em função da variabilidade inerente

aos materiais constituintes do concreto e do próprio ensaio, este deve ser

reproduzido em novos experimentos para melhor apreciação deste parâmetro,

levando-se em consideração que os mesmos podem ser influenciados pela

moldagem, tipo de corpo-de-prova, cura, velocidade de ensaio, entre outros.


Na tabela 40 estão apresentados os resultados dos ensaios de determinação da

absorção de água por imersão aos 28 dias de idade.

126

Tabela 40

Resultados dos ensaios absorção de água por imersão

aos 28 dias de idade

ABSORÇÃO DE ÁGUA POR IMERSÃO

NBR 9778 / 1997 (%)


TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

Corpo-de-prova (CP1) 2,519 2,948 3,327 2,452 3,204 3,607

Corpo-de-prova (CP2) 2,459 2,943 3,408 2,470 3,476 3,784

Corpo-de-prova (CP3) 2,538 2,904 3,424 2,440 3,283 3,952


Desvio padrão (Sd) 0,04 0,02 0,05 0,01 0,11 0,14

28 DIAS


A variação percentual entre os resultados dos ensaios de absorção de água por

imersão aos 28 dias de idade com escória e brita está apresentada na tabela 41.

Tabela 41

Variação percentual entre resultados dos ensaios de absorção de água por imersão aos 28

dias de idade.

VARIAÇÃO ENTRE RESULTAODS DE

ABSORÇÃO ÁGUA POR IMERSÃO (%) IDADES / DETERMINAÇÕES

ESCÓRIA / BRITA


RESULTADOS 2,4 -11,7 -10,3

A figura 44 apresenta o gráfico que correlaciona os resultados deste ensaio com a

relação água/cimento.

127

Absorção de água por imersão aos 28 dias de idade

1

2

3

4

5

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Abs

orçã

o de

águ

a po

r im

ersã

o (%

)Escória

Brita

Figura 44 – Comparação entre a absorção de água por imersão aos 28 dias obtida em corpos-de-


Na tabela 42 estão apresentados os resultados dos ensaios de determinação do

índice de vazios aos 28 dias de idade.

Tabela 42

Resultados dos ensaios índice de vazios aos 28 dias de idade.

ÍNDICE DE VAZIOS APÓS SATURAÇÃO EM ÁGUA – NBR

9778/1997

(%)

ESCÓRIA BRITA

IDADES/ DETERMINAÇÕES

TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

Corpo-de-prova (CP1) 6,369 7,417 8,344 5,942 7,697 8,460

Corpo-de-prova (CP2) 6,278 7,419 8,493 5,969 8,381 8,889

Corpo-de-prova (CP3) 6,452 7,334 8,601 5,912 7,852 9,291


Desvio padrão (Sd) 0,09 0,05 0,13 0,02 0,29 0,34

28 DIAS


A variação percentual entre os resultados dos ensaios de determinação do índice de

vazios aos 28 dias de idade com escória e brita está apresentada na tabela 43.

128

Tabela 43

Variação percentual entre resultados de determinação do índice de vazios aos 28 dias de

idade.

VARIAÇÃO ENTRE RESULTAODS DE ÍNDICE DE

VAZIOS (%) IDADES / DETERMINAÇÕES

ESCÓRIA / BRITA



A figura 45 apresenta o gráfico que correlaciona este ensaio com a relação

água/cimento.

Índice de vazios aos 28 dias de idade

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Índi

ce d

e va

zios

(%

)

Escória

Brita

Figura 45 – Comparação entre o índice de vazios aos 28 dias obtida em corpos-de-prova moldados

com escória e com brita gnáissica

Com base nos resultados obtidos de absorção por imersão e índice de vazios pode-

se concluir que:

• para relação água/cimento igual a 0,40 os resultados de absorção por imersão

e índice de vazios do concreto com escória foi superior ao concreto produzido

com brita na idade observada.

129


e índice de vazios do concreto com escória foi inferior ao concreto produzido com

brita na idade observada.


e índice de vazios do concreto com escória foi inferior ao concreto produzido com

brita na idade observada.

Deste modo, pode-se notar que os concretos com escória, quanto aos parâmetros

avaliados, quando comparado aos produzidos com os concretos com agregado

graúdo convencional, apresentaram níveis de absorção por imersão e índice de

vazios equivalentes na idade examinada, o que é verificado pela baixa dispersão

entre resultados e levando-se em consideração os limites indicados por Helene

(2003), onde são previstas variações inerentes ao ensaio relativas às influências de

moldagem, cura, velocidade de ensaio, entre outros.

Em função da variabilidade inerente aos materiais constituintes do concreto e do

próprio ensaio, estes devem ser reproduzidos em novos experimentos para melhor

apreciação destes parâmetros.


Na tabela 44 estão apresentados os resultados dos ensaios de absorção por

capilaridade aos 28 dias de idade.

130

Tabela 44

Resultados dos ensaios de absorção de água por capilaridade aos 28 dias de idade.

ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE

NBR 9779/1994 (%)


TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

Corpo-de-prova (CP1) 0,09 0,14 0,19 0,13 0,20 0,27

Corpo-de-prova (CP2) 0,09 0,15 0,20 0,11 0,18 0,28

Corpo-de-prova (CP3) 0,10 0,17 0,19 0,11 0,19 0,25


Desvio padrão (Sd) 0,007 0,013 0,007 0,006 0,010 0,010

28 DIAS


A variação percentual entre os resultados dos ensaios de absorção de água por

capilaridade aos 28 dias de idade com escória e brita está apresentada na tabela 45.

Tabela 45

Variação percentual entre resultados de absorção de água por capilaridade aos 28 dias de

idade.

VARIAÇÃO ENTRE RESULTAODS DE

ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE (%) IDADES / DETERMINAÇÕES

ESCÓRIA / BRITA


RESULTADOS -25,0 -21,1 -34,0

A figura 46 apresenta o gráfico para correlacionar este parâmetro com a relação

água/cimento que está apresentado a seguir.

131

Absorção de água por capilaridade aos 28 dias de id ade

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

Abs

orçã

o de

águ

a po

r ca

pila

ridad

e (g

/cm

2)

Escória

Brita

Figura 46 – Comparação entre absorção de água por capilaridade aos 28 dias de idade obtida em

corpos-de-prova moldados com escória e com brita gnáissica

Como apresentado em gráfico, pode-se concluir que o desempenho dos concretos

com escória, quanto ao parâmetro avaliado, quando comparado aos produzidos com

os concretos com agregado graúdo convencional apresentaram menores níveis de

absorção por capilaridade na idade examinada.

Em função da variabilidade inerente aos materiais constituintes do concreto e do

próprio ensaio, este deve ser reproduzido em novos experimentos para melhor

apreciação destes parâmetros.


A partir dos resultados dos ensaios de absorção por sucção capilar determinaram-se

os resultados da taxa de absorção por sucção capilar aos 28 dias de idade,

conforme apresentado na tabela 5.26.

As figuras 47, 48, 49, 50, 51 e 52 apresentam os gráficos que foram construídos com

os resultados dos ensaios para cada relação água/cimento.

132

Figura 47 - Resultados de absorção por sucção capilar dos concretos com relação A/C = 0,40, CP´s nº 1


Absorção por sucção capilar (A/C = 0,40)

y = 5,1124x + 0,2697y = 0,8906x + 20,706

y = 5,5242x + 0,5241

y = 1,6104x + 19,777

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,00 1,50 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50

Raiz quadrada do tempo (h1/2)

Gan

ho d

e m

assa

(g)

EscóriaBrita


y = 5,3786x - 0,0722

y = 1,2147x + 19,455y = 5,9302x + 0,0695

y = 1,0661x + 22,013

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,00 1,50 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50


Gan

ho d

e m

assa

(g)

EscóriaBrita

133




y = 5,754x + 0,0296

y = 1,7069x + 16,229y = 5,9961x + 0,4382

y = 2,3132x + 15,35

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,00 1,50 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50


Gan

ho d

e m

assa

(g)

EscóriaBrita

Absorção por sucção capilar A/C = 0,50)

y = 5,8468x + 0,1739

y = 1,3404x + 16,733y = 6,0446x + 0,9085

y = 2,5866x + 15,8

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,00 1,50 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50


Gan

ho d

e m

assa

(g)

EscóriaBrita

134




y = 6,2219x + 1,4903

y = 1,5865x + 17,695

y = 7,0512x + 1,3654

y = 2,288x + 17,9

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,00 1,50 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50


Gan

ho d

e m

assa

(g)

EscóriaBrita


y = 6,1688x + 1,2242

y = 1,9125x + 15,857

y = 6,7136x + 1,3864

y = 1,9961x + 18,71

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,00 1,50 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50


Gan

ho d

e m

assa

(g)

EscóriaBrita

135

Tabela 46

Taxa de absorção aos 28 dias de idade.

TAXA DE ABSORÇÃO (g/cm2.h 1/2 .10 -2)


TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

Corpo-de-prova (CP1) 5,31 5,67 6,08 5,93 5,98 6,68

Corpo-de-prova (CP2) 5,45 5,77 6,14 5,04 6,01 6,97


Desvio padrão (Sd) 0,098 0,065 0,041 0,444 0,012 0,144

28 DIAS


A variação percentual entre os resultados de taxas de absorção com escória e brita

está apresentada na tabela 47.

Tabela 47

Variação percentual entre resultados de taxas de absorção aos 28 dias de idade.

VARIAÇÃO ENTRE RESULTAODS DE TAXA DE

ABSORÇÃO (%) IDADES / DETERMINAÇÕES

ESCÓRIA / BRITA


RESULTADOS -2,0 -3,8 -10,4

A figura 53 apresenta uma comparação entre a taxa da absorção aos 28 dias obtida

em corpos-de-prova moldados com escória e com brita gnáissica.

136

Taxa de absorção aos 28 dias de idade

2

3

4

5

6

7

8

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

TA

XA

DE

AB

SO

RÇ

ÃO

(g/

cm2.

h 1/

2) Escória

Brita

Figura 53 – Comparação entre a taxa da absorção aos 28 dias obtida em corpos-de-prova moldados

com escória e com brita gnáissica.

Com base nos resultados e gráficos obtidos pode-se concluir que o desempenho

dos concretos com escória, quanto a este parâmetro, quando comparado aos

produzidos com os concretos com agregado graúdo convencional apresentaram

menores níveis de absorção por sucção capilar aos 28 dias de idade.

Observa-se que a taxa de absorção cresce com o aumento da relação água /

cimento.

A Tabela 48 apresenta os resultados dos ensaios de resistência capilar.

137

Tabela 48

Resultados dos ensaios de resistência capilar aos 28 dias de idade.

RESISTÊNCIA CAPILAR (h/m2) . 10 2


TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

Corpo-de-prova (CP1) 54,44 45,19 45,11 47,78 47,56 46,36

Corpo-de-prova (CP2) 59,95 49,74 48,48 63,10 46,32 44,32


Desvio padrão (Sd) 0,214 3,218 2,384 7,661 0,619 1,020

28 DIAS


A variação percentual entre os resultados de resistência capilar com escória e brita

está apresentada na tabela 49.

Tabela 49

Variação percentual entre resultados de resistência capilar aos 28 dias de idade.

VARIAÇÃO ENTRE RESULTADOS DE RESISTÊNCIA CAPILAR (%) IDADES / DETERMINAÇÕES

ESCÓRIA / BRITA

28 DIAS VARIAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS

3,2 1,1 3,2

A Figura 54 apresenta uma comparação entre a resistência capilar aos 28 dias

obtida em corpos-de-prova moldados com escória e com brita gnáissica.

Resistência capilar aos 28 dias de idade

30

40

50

60

70

0,4 0,5 0,6

Relação A/C

RE

SIS

TÊ

NC

IA C

AP

ILA

R (

h/m

2) .

10 2 Escória

Brita

Figura 54 – Comparação entre a resistência capilar aos 28 dias obtida em corpos-de-prova moldados

com escória e com brita gnáissica.

138

Observa-se que a resistência capilar decresce com o aumento da relação

água/cimento. Os resultados obtidos com corpos-de-prova moldados com escória

foram superiores aos produzidos com os concretos produzidos com agregado

graúdo convencional.

O comportamento dos concretos estudados pode ser justificado pela morfologia e a

textura do agregado de escória que na região da interface entre o agregado e a

matriz provavelmente possibilita uma melhor interação agregado x matriz que

influencia na taxa de absorção e resistência capilar, conseqüentemente na

velocidade de penetração de água nos corpos-de-prova. Em função da variabilidade

inerente aos materiais constituintes do concreto e do próprio ensaio, este deve ser

reproduzido em novos experimentos para melhor apreciação deste parâmetro.

5.2.2.3 Correlações entre os resultados de avaliação de desempenho de concretos

produzidos com agregado graúdo de escória de ferro-cromo.

A tabela 50, a seguir, contém um resumo dos resultados da avaliação de

desempenho dos concretos produzidos aos 28 dias de idade. Nas figuras 55 a 60

estão apresentados os gráficos que correlacionam por regressão linear as

características de relação água/cimento, resistência à compressão, penetração de

água por pressão, absorção de água por imersão, absorção de água por

capilaridade, taxa de absorção e resistência capilar.

Segundo Papadakis e Venuat (1969) citados por Almeida (1990), levando-se em

consideração os concretos estudados, pode-se adotar o seguinte critério empírico

para a avaliação qualitativa dos coeficientes de determinação:

De 1,00 até 0,81 Bom

De 0,80 até 0,51 Razoável

De 0,49 até 0,25 Baixo

De 0,24 até 0,00 Muito baixo

139

Tomando-se como base esse critério, é possível avaliar o grau de relação

correspondente ao tipo de equação que correlaciona os parâmetros a serem

avaliados. Segundo Spiegel (1985), quando o coeficiente de determinação tende a

zero, praticamente não há correlação entre as variáveis. Por outro lado, quando o

coeficiente de determinação tende a um, pode-se afirmar que existe uma forte

correlação entre as variáveis examinadas. Em outras palavras, procura-se medir a

excelência do ajustamento aos dados da equação realmente considerada.

Tabela 50 Resumo dos resultados de avaliação de desempenho aos 28 dias de idade.

ESCÓRIA BRITA DETERMINAÇÕES/IDADE 28 DIAS

TE – 01 TE – 02 TE – 03 TB – 01 TB – 02 TB – 03

RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO 0,40 0,50 0,60 0,40 0,50 0,60

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa) 43,6 36,7 24,1 45,1 37,0 24,4

PENETRAÇÃO DE ÁGUA SOB PRESSÃO (mm) 37 42 200 40 61 168

ABSORÇÃO POR IMERSÃO (%) 2,51 2,93 3,39 2,45 3,32 3,78

ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE (%) 0,09 0,15 0,2 0,12 0,19 0,27

TAXA DE ABSORÇÃO (g/cm2.h 1/2 .10 -2) 5,38 5,77 6,11 5,49 6,00 6,82

RESISTÊNCIA CAPILAR (h/m2) . 10 2 57,2 47,47 46,8 55,44 46,94 45,34

140

a) Correlações entre relação água/cimento e demais características para avaliação

de desempenho

Figura 55 – Correlações entre relação água/cimento e demais características para avaliação de

desempenho.

Correlação entre penetração de água e relação água/cimento

y = 1,4314e7,8062x

R2 = 0,8502

0

100

200

300

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65

Re l a ç ã o á gua / c i me nt o

Escória ●Brita ♦

Correlação entre absorção de água por imersão e relação água/cimento

y = 1,2083e1,8355x

R2 = 0,889

2

3

4

0,35 0,45 0,55 0,65

Relação água/cimento

Abs

orçã

o de

ág

ua p

or

imer

são

(%)


Correlação de absorção de água por capilaridade e relação água/cimento

y = 0,0214e4,0236x

R2 = 0,8398

0,05

0,25

0,45

0,35 0,45 0,55 0,65


Abs

orçã

o de

ág

ua p

or

capi

larid

ade

(%)


Correlação entre taxa de absorção de água e relação água/cimento

y = 3,8437e0,8604x

R2 = 0,8073

5

6

7

0,35 0,45 0,55 0,65


Tax

a de

ab

sorç

ão d

e ág

ua

(g/c

m2 .

h1/

2 .10

-2)


Correlação entre resistência capilar e relação água/cimento

y = -25,853Ln(x) + 31,593R2 = 0,8544

40

50

60

0,35 0,45 0,55 0,65


Res

istê

ncia

ca

pila

r (h

/m2 )

.102


Correlação entre resistÊncia à compressão e relação água/cimento

y = -100,5x + 85,4

R2 = 0,9761

20

30

40

50

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65

R elação água/ ciment o


141

b) Correlações entre resistência à compressão e demais características para

avaliação de desempenho.

Figura 56 – Correlações entre resistência à compressão e demais características para avaliação de desempenho.

Correlação entre resistência à compressão e penetração de água sob pressão

y = -253,66Ln(x) + 986,51R2 = 0,9258

0200

400

20 30 40 50

Resistência à compressão (MPa)

Pen

etra

ção

de á

gua

sob

pres

são

(mm

)

Escória ●

Brita ♦

Correlação entre resistência à compressão e absorção por imersão

y = -0,0527x + 4,9167R2 = 0,8301

135

20 30 40 50


Abs

orçã

o po

r im

ersã

o (%

)


Correlação entre resistência à compressão e absorção por capilaridade

y = -0,0062x + 0,3886R2 = 0,7771

00,2

0,4

20 30 40 50


Abs

orçã

o po

r ca

pila

ridad

e (%

)


Correlação entre resistência à compressão e taxa de absorção

y = 7,9178e-0,0083x

R2 = 0,7812

45678

20 30 40 50


Tax

a da

ab

sorç

ão

(g/c

m2 .

h1/

2 .10

-

2 )

Escória ●

Brita ♦

Correlação entre resistência à compressão e resistência capilar

y = 36,115e0,0091x

R2 = 0,6917

20406080

20 30 40 50


Res

istê

ncia

ca

pila

r (h

/m2 )

.10-2


142

c) Correlações entre penetração de água sob pressão e demais características para


Figura 57 – Correlações entre penetração de água sob pressão e demais características para avaliação de desempenho.

d) Correlações entre absorção de água por imersão e demais características para


Figura 58 – Correlações entre absorção de água por imersão e demais características para avaliação

de desempenho.

Correlação entre absorção por imersão e absorção por capilaridade

y = 0,1184x - 0,1928R2 = 0,9441

00,20,4

2 2,5 3 3,5 4

Absorção por imersão (%)

Abs

orçã

o po

r ca

pila

ridad

e (%

)


Correlação entre absorção por imersão e taxa de absorção

y = 3,6525e0,1571x

R2 = 0,9327

5

6

7

2 2,5 3 3,5 4

Absorção por imersão (%)

Tax

a de

ab

sorç

ão

(g/c

m2.

h1/

2 .10

-

2 )


Correlação entre absorção por imersão e resistência capilar

y = -27,032Ln(x) + 79,789R2 = 0,8583

405060

2 2,5 3 3,5 4

Absorão por imersão (%)

Res

istê

ncia

ca

pila

r (h

/m2 )

.10-2


Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção por imersão

y = 0,5927Ln(x) + 0,5376R2 = 0,7264

0

2

4

0 50 100 150 200 250

Penetração de água sob pressão (mm)

Abs

orçã

o po

r im

ersã

o (%

)


Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção por capilaridade

y = 0,0717Ln(x) - 0,1355R2 = 0,7150

0,10,20,3

0 100 200 300


Abs

orçã

o po

r ca

pila

ridad

e (%

)


Correlação entre penetração de água e taxa de absorção

y = 0,5711Ln(x) + 3,4946R2 = 0,692

567

0 100 200 300



Correlação entre penetração de água sob pressão e resistência capilar

y = -4,6562Ln(x) + 69,709R2 = 0,4817

405060

0 100 200 300

Penetrção de água sob pressão (mm)

Res

istê

ncia

ca

pila

r (h

/m2 )

.10-2


143

e) Correlações entre absorção por capilaridade e demais características para


Figura 59 – Correlações entre absorção por capilaridade e demais características para avaliação de desempenho.

f) Correlação entre taxa de absorção e resistência capilar para avaliação de

desempenho

Correlação entre taxa de absorção e resistência capilar

y = -50,077Ln(x) + 138,83R2 = 0,7129

40

50

60

5 5,5 6 6,5 7

Taxa de absorção (g/cm 2.h1/2.10-2)

Res

istê

ncia

ca

pila

r (h

/m2 )

.10-2


Figura 60 – Correlação entre taxa de absorção e resistência capilar para avaliação de desempenho.

A seguir apresenta-se a tabela 51 que contém um resumo das correlações

determinadas, os coeficientes de determinação (R2) encontrados, bem como sua

avaliação qualitativa.

Correlação entre absorção por capilaridade e taxa de absorção

y = 4,7177e1,3254x

R2 = 0,9865567

0,05 0,15 0,25 0,35

Absorção por capilaridade (%)

Tax

a da

ab

sorç

ão

(g/c

m2 .

h1/

2 .10

-

2 )


Correlação entre absorção por capilaridade e resistência capilar

y = -11,962Ln(x) + 27,924R2 = 0,8551

405060

0,05 0,15 0,25 0,35

Absorção por capilaridade (%)

Res

istê

ncia

ca

pila

r (h

/m2 )

.10-2


144

Tabela 51

Correlações entre as características determinadas para avaliação de desempenho, os

coeficientes de determinação (R2) encontrados, bem como sua avaliação qualitativa.

Características Relação

água/cimento

Resistência

à

compressão

Penetração

de água

Absorção de

água por

imersão

Absorção de

água por

capilaridade

Taxa de

absorção

Resistência à

compressão

BOM

(0.98)

Penetração de

água

BOM

(0,85)

BOM

(0,93)

Absorção de

água por imersão

BOM

(0,89)

BOM

(0,83)

RAZOÁVEL

(0,73)

Absorção de

água por

capilaridade

BOM

(0,84)

RAZOÁVEL

(0,78)

RAZOÁVEL

(0,72)

BOM

(0,94)

Taxa de

absorção

BOM

(0,81)

RAZOÁVEL

(0,78)

RAZOÁVEL

(0,69)

BOM

(0,93)

BOM

(0,99)

Resistência

capilar

BOM

(0,85)

RAZOÁVEL

(0,69)

BAIXO

(0,48)

BOM

(0,86)

BOM

(0,86)

BOM

(0,71)

Em função dos resultados obtidos, os índices qualitativos que se apresentaram

como BOM, indicam que as características analisadas possuem forte correlação

entre elas e, por conseguinte, que os concretos avaliados, com e sem escória,

apresentaram desempenho semelhantes.

Para uma melhor avaliação de cada agregado utilizado foram efetuadas análises

individualizadas dos coeficientes de determinação, onde índices qualitativos foram

classificados como RAZOÁVEL e BAIXO para verificação de cada uma das

características determinadas, cujos gráficos estão indicados nas figuras 61 a 67.

145

a) Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por

imersão.

Figura 61 – Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por imersão.

b) Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por

capilaridade.

Figura 62 – Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por capilaridade.

c) Correlação entre penetração de água sob pressão e taxa de absorção.

Figura 63 – Correlação entre penetração de água sob pressão e taxa de absorção.

Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por imersão

y = 0,4257Ln(x) + 1,1485R2 = 0,82630

5

0 50 100 150 200 250


Abs

orçã

o de

ág

ua p

or

imer

são

(%)

Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por imersão

y = 0,84Ln(x) - 0,4355R2 = 0,8414

234

0 50 100 150 200


Abs

orçã

o d

e ág

ua p

or

imes

ão (

%)

Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por capilaridade

y = 0,0512Ln(x) - 0,0691R2 = 0,76290

0,20,4

0 100 200 300

Penetração deágua sob pressão (mm)

Abs

orçã

o de

águ

a po

r ca

pila

ridad

e (%

)

Correlação entre penetração de água sob pressão e absorção de água por capilaridade

y = 0,0998Ln(x) - 0,2367R2 = 0,9625

00,20,4

0 50 100 150 200


Abs

orçã

o de

águ

a po

r ca

pila

ridad

e (%

)

Correlação entre penetração de água sob pressão e taxa de absorção

y = 0,3419Ln(x) + 4,3119R2 = 0,77385

5,56

6,5

0 50 100 150 200 250


Tax

a de

ab

sorç

ão

(g/c

m2 .

h 1/

2 .1

0 -2)

Correlação entre penetração de água sob pressão e taxa de absorção

y = 0,9052Ln(x) + 2,2036R2 = 0,9901

05

10

0 50 100 150 200


Tax

a de

ab

sorç

ão

(g/c

m2 .

h 1/

2

.10 -2

)

• Escória ♦ Brita



146

d) Correlação entre penetração de água sob pressão e resistência capilar.

Figura 64 – Correlação entre penetração de água sob pressão e resistência capilar.

e) Correlação entre resistência à compressão e absorção de água por capilaridade.

Figura 65 – Correlação entre resistência à compressão e absorção de água por capilaridade.

f) Correlação entre resistência à compressão e taxa de absorção.

Figura 66 – Correlação entre resistência à compressão e taxa de absorção.


y = 82,499x-0,1207

R2 = 0,6858305070

0 50 100 150 200


Res

istê

ncia

ca

pila

r (h

/m2 )

.102


y = 68,261x-0,0725

R2 = 0,3707

03060

0 50 100 150 200 250

Penetração de água sob pressão (mm

Res

istê

ncia

ca

pila

r (h

/m2 )

.102

Correlação entre resistência à compressão e absorção de água por capilaridade

y = -0,0054x + 0,3358R2 = 0,9525

00,20,4

20 25 30 35 40 45


Abs

orçã

o de

ág

ua p

or

capi

larid

ade

(%)

Correlação entre resistência à compressão e absorção de água por capilaridade

y = -0,0072x + 0,4478R2 = 0,9926

00,20,4

20 30 40 50


Abs

orçã

o de

ág

ua p

or

capi

larid

ade

(%)


y = -0,0362x + 7,0116R2 = 0,9579

55,5

66,5

20 25 30 35 40 45


Tax

a de

ab

sorç

ão

(g/c

m2 .

h1/

2 .1

0-

2 )


y = -0,0643x + 8,3868R2 = 0,9999

567

20 30 40 50


Tax

a de

ab

sorç

ão

(g/c

m2 .

h1/

2 .1

0-2)




147

g) Correlação entre resistência à compressão e resistência capilar.

Figura 67 – Correlação entre resistência à compressão e resistência capilar.

A seguir apresenta-se a tabela 52 que contém um resumo das correlações entre as

características determinadas para avaliação de desempenho individual de escória e

brita, os coeficientes de determinação (R2) encontrados, bem como sua avaliação

qualitativa.

Tabela 52 Correlações entre as características determinadas para avaliação de desempenho individual

de escória e brita, os coeficientes de determinação (R2) encontrados, bem como sua avaliação qualitativa.

Resistência à compressão Penetração de água Características

Escória Brita Escória Brita

Absorção de água por imersão - - BOM

(0,83)

BOM

(0,84)

Absorção de água por

capilaridade

BOM

(0,95)

BOM

(0,99)

RAZOÁVEL

(0,76)

BOM

(0,96)

Taxa de absorção BOM

(0,96)

BOM

(1,00)

RAZOÁVEL

(0,77)

BOM

(0,99)

Resistência capilar RAZOÁVEL

(0,66)

RAZOÁVEL

(0,78)

BAIXO

(0,37)

RAZOÁVEL

(0,69)

Em função dos resultados obtidos, pode-se notar que os índices qualitativos

individuais apresentaram alterações significativas quanto aos coeficientes de

determinação, apresentando forte correlação entre as características verificadas.

Avaliando-se as correlações que apresentaram índices qualitativos individuais BOM,

tanto na escória quanto na brita, como Resistência à compressão x Absorção de

Correlação entre resistência à compressão e resistência capilar

y = 36,541e0,0092x

0100

0 20 40 60


Res

istê

nci

a

capi

lar

(h/m

2 ).1

02Correlação entre resistência à compressão

e resistência capilar

y = 35,494e0,0091x

0100

0 20 40 60


Res

istê

nci

a

capi

lar

(h/m

2 ).1

02


148

água por capilaridade, Resistência à compressão x Taxa de absorção e Penetração

de água x Absorção de água por imersão, pode-se notar que o comportamento

individual de cada agregado foi compatível e em função dos resultados obtidos os

mesmos são considerados equivalentes.

Quanto as correlações que apresentaram índices qualitativos individuais

RAZOÁVEL, tanto na escória quanto na brita, como Resistência à compressão x

Resistência capilar, observa-se que os parâmetros analisados podem apresentar

uma correlação fraca, prevalecendo a qualidade da pasta ou interação entre esta e o

agregado.

Quanto as correlações que apresentaram índices qualitativos individuais RAZOÁVEL

ou BAIXO, tanto na escória quanto na brita, Penetração de água x Absorção de

água por capilaridade, Penetração de água x Taxa de absorção e Penetração de

água x Resistência capilar, pode-se notar que individualmente apresentaram

resultados com alguma equivalência e coerentes entre si, entretanto não foi possível

observar diferenças significativas entre o comportamento da escória e da brita.

149

6 CONCLUSÕES

A análise dos resultados obtidos nesta pesquisa possibilitou uma série de

conclusões, que apresentamos a seguir. Neste capítulo, estão indicadas, também,

algumas sugestões para trabalhos futuros a partir da experiência adquirida na

pesquisa ora desenvolvida.

As conclusões apresentadas referem-se tão somente aos resultados obtidos com

concretos produzidos com as amostras dos materiais utilizadas neste estudo.

Vale salientar que os resultados devem ser considerados dentro de certos limites,

haja vista que as características do resíduo estudado (escória de ferro-cromo)

podem ser alteradas em função da qualidade da matéria prima e de possíveis

modificações nas operações pirometalúrgicas de fabricação da ferro-liga de origem.

As principais conclusões desta pesquisa são descritas a seguir.

6.1 QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS DO AGREGADO GRAÚDO DE ESCÓRIA DE

FERRO-CROMO

6.1.1 Quanto ao risco ambiental

• A escória atende aos requisitos da NBR 10004 / 1987 quanto ao ensaio de

lixiviação de resíduos, não tendo apresentado elementos poluentes lixiviados

acima dos limites desta norma;

• Nas análises efetuadas na massa bruta e no extrato do lixiviado, os resultados

obtidos estão dentro dos limites fixados na norma NBR 10004/1987. Quando ao

extrato do solubilizado, os índices de Alumínio (Al), Cromo total (Cr) e

Surfactantes (LAS) ultrapassaram os limites fixados na norma NBR 10004/1987.

• A presença de alumínio pode influenciar reduzindo a resistência à compressão

dos concretos. Vale registrar a importância do acompanhamento da evolução da

resistência à compressão ao longo do tempo, bem como da retração do concreto.

150

• Quanto a presença do cromo total, apesar de não afetar as características do

concreto é necessário alertar para que se tome os devidos cuidados quanto ao

manuseio do material. Vale registrar que a presença do cromo no estado

hexavalente (Cr6+) é que determina e caracteriza um resíduo como perigoso e que

causa riscos ao tegumento humano, causando fortes lesões, mesmo em baixas

concentrações.

• Quanto a presença de surfactantes, pode-se observar que apesar do teor obtido

estar acima do especificado, o desempenho dos concretos com escória, quanto a

resistência à compressão axial, quando comparado aos produzidos com os

concretos com agregado graúdo convencional são equivalentes e apresentaram

níveis de resistência à compressão equivalentes. Vale salientar que tal

comportamento foi equivalente para as idades de 7, 28, 63, 90 e 365 dias.

• A escória em estudo é classificada, segundo a NBR 10004 / 1987, como resíduo

classe II, não inerte. Passível de reaproveitamento, com os devidos cuidados e

realização de ensaios periódicos em amostras de escória de ferro-cromo, visando

caracterizá-las química e ambientalmente.

6.1.2 Quanto às características físicas

• A escória em exame pode ser classificada, segundo a NBR 7211 / 1983, como de

graduação 1, apresentando módulo de finura igual a 6,96 e dimensão máxima

característica de 19mm;

• A massa específica da escória é de 3,12 kg/dm3, em torno de 12% superior à

massa específica do agregado convencional utilizado na pesquisa, indicativo de

agregado mais denso que o agregado convencional;

6.2 QUANTO À PROPRIEDADE DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO

Os resultados obtidos atenderem aos limites indicados para o desenvolvimento do

trabalho experimental tanto para concreto produzido com escória quanto o produzido

com brita gnáissica.

151

6.3 QUANTO ÀS PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO

PRODUZIDOS COM AGREGADO GRAÚDO DE ESCÓRIA DE FERRO-CROMO

E BRITA GNÁISSICA

a) Quanto à resistência à compressão axial

Com base nos resultados obtidos e nas curvas de comportamento resistência versus

relação água / cimento para as idades de referência aos 7, 28, 63, 90 e 365 dias,

pode-se concluir que o desempenho dos concretos com escória, quanto a

resistência à compressão axial, quando comparado aos produzidos com os

concretos com agregado graúdo convencional são equivalentes e apresentaram

níveis de resistência à compressão equivalentes.

b) Quanto ao módulo de deformação

Com base nas curvas de comportamento do módulo de elasticidade obtidos versus

relação água / cimento pode-se concluir que o desempenho dos concretos com

escória, quanto a este parâmetro, quando comparado aos produzidos com os

concretos com agregado graúdo convencional são compatíveis e apresentaram

níveis de módulo de elasticidade equivalentes.

6.4 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM

AGREGADO GRAÚDO DE ESCÓRIA DE FERRO-CROMO.

a) Permeabilidade.

O desempenho dos concretos com escória quando comparado aos produzidos com

os concretos com agregado graúdo convencional foram melhores, ou seja,

apresentaram menores valores de penetração de água para concretos com relação

água/cimento menores que 0,50. Quanto aos concretos com relação água/cimento

igual a 0,60, pode-se considerar os resultados como equivalentes, entretanto em

152

função da variabilidade inerente aos materiais constituintes do concreto e do próprio

ensaio, este deve ser reproduzido em novos experimentos para melhor avaliação

dos resultados.


Quanto a este parâmetro, o desempenho dos concretos com escória, quando

comparado aos produzidos com os concretos com agregado graúdo convencional

são equivalentes e apresentaram níveis de absorção de água por imersão e índice

de vazios aos 28 dias de idade equivalentes.


Com base nos resultados e gráficos obtidos pode-se concluir que o desempenho

dos concretos com escória, quando comparado aos produzidos com os concretos

com agregado graúdo convencional apresentaram menores níveis de absorção por

capilaridade na idade examinada.


Foi verificado que a taxa de absorção cresce com o aumento da relação água /

cimento, e que os resultados obtidos com corpos-de-prova moldados com escória

podem ser considerados equivalentes e apresentaram menores níveis de absorção

por sucção capilar aos 28 dias de idade em relação aos produzidos com os

concretos com agregado graúdo convencional.

Os resultados obtidos com corpos-de-prova moldados com escória podem ser

considerados equivalentes e apresentaram níveis de resistência capilar aos 28 dias

de idade superiores aos produzidos com os concretos com agregado graúdo

convencional.

153

Finalmente, considerando os resultados obtidos e também, em função das

avaliações das pesquisas desenvolvidas para aproveitamento do resíduo de liga de

ferro-cromo, pode-se concluir que os concretos produzidos a partir de agregado

graúdo de escória de ferro-cromo estudado, no que se refere às suas propriedades

mecânicas e de desempenho quando comparado com os concretos produzidos com

agregado graúdo convencional, apresentaram desempenho satisfatório.

6.5 CONSIDERAÇÕES COMPLEMENTARES

A importância da incorporação da escória de ferro-cromo a concretos reside

principalmente na possibilidade de redução do consumo de recursos naturais, além

de minimizar os efeitos nocivos da uma possível solubilização do cromo que afetaria

a qualidade do meio ambiente com a contaminação do solo e dos mananciais

hídricos nas proximidades da metalúrgica colocando em risco a saúde da população

local devido a alta toxidade comprovada por sua ação carcinogênica.

A preservação dos mananciais hídricos nas proximidades da metalúrgica deve

também ser levada em consideração, pois a possibilidade de contaminação destes

mananciais, caso haja solubilização de cromo, pode por em risco a saúde da

população local.

Registra-se, finalmente, que devem ser realizados ensaios periódicos em amostras

de escória de ferro-cromo, visando caracterizá-las química e ambientalmente. A

incorporação da escória em concretos pode contribuir para reduzir os efeitos

danosos da solubilização do resíduo in natura no meio ambiente.

Apesar de estudos anteriores apresentados no capítulo 2 não terem verificado no

ensaio de solubilização do concreto com escória de ferro-cromo valores acima dos

limites estabelecidos pelas normas, consideramos que, em virtude dos resultados do

ensaio de solubilização da escória de ferro-cromo, deve ser realizado monitoramento

das construções que utilizem este material durante o processo executivo, bem como,

no caso de demolição, tomar as medidas cabíveis de controle e destinação final do

154

entulho gerado, em virtude da possibilidade deste novo resíduo gerar contaminação

por solubilização.

6.6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Em razão do avanço das pesquisas realizadas sobre a utilização de escória de ferro-

cromo como agregado para concreto, a seguir indica-se algumas sugestões para

realização de trabalhos que poderão ampliar e complementar o conhecimento sobre

o assunto.

• estudo de outros ensaios para avaliação de desempenho de concretos com

escória de ferro-cromo tais como verificação da retração (variação volumétrica),

resistência ao ataque por cloretos, sulfatos e carbonatação;

• avaliação microscópica do concreto produzido com escória para fins de avaliar a

zona de transição da pasta x agregado;

• realização de ensaios de reatividade potencial (método das barras de

argamassa), por período de 180 dias;

• estudo de avaliação de desempenho de concretos com uso de aditivos, bem

como adições do tipo sílica-ativa e metacaulim para produção de concretos de

alto desempenho.

155

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164

APÊNDICE

A.1 Cimento Portland Composto – Ensaios físicos e análise química realizados no

cimento, fornecidos pelo fabricante.

Ensaios Realizados Resultados Composição Química do

Clínquer Teores (%)

Área específica 440,3 cm2/g Dióxido de silício 19,86

Massa específica 3110 Kg/m3 Óxido de cálcio 60,86

Finura #200 0,4 % Óxido de ferro 2,89

Início de pega 123 min Óxido de magnésio 3,24

Fim de pega 198 min Óxido de alumínio 3,98

Expansibilidade a frio 0,3 mm Trióxido de enxofre 2,81

3 dias 27,7 Óxido de cálcio livre 1,45

7 dias 32,3 Óxido de sódio 0,09

Resistência à

compressão

(MPa) 28 dias 38,5 Óxido de potássio 0,96

Perda ao fogo 4,71

Resíduo insolúvel 1,68

A.2 Agregado miúdo – Características físicas


Dimensão máxima característica NBR 7217 / 1987 1,2 mm

Módulo de Finura: NBR 7217 / 1987 1,74

Massa Específica NBR 9776 / 1987 2,63 kg/dm3



Impurezas orgânicas húmicas NBR 7220 / 1987 Cor mais clara

Classificação NBR 7211 / 1987 Areia fina (zona 2)

A.3 Agregado graúdo – Características físicas da brita 19 mm




Massa Específica NBR 9937 / 1987 2,80 kg/dm3

Absorção NBR 9937 / 1987 0,5 %



165

A.4 Agregado graúdo de escória de ferro-cromo

A.4.1 – Análise química da escória ( Fornecida pela FERBASA)


Óxido de Cromo (Cr2O3) 8 – 13

Óxido de silício (SiO2) 28 – 32

Óxido de ferro (FeO) 0,5 – 1

Óxido de alumínio (Al2O3) 18 – 25

Óxido de cálcio (CaO) 18 – 25

Óxido de magnésio (MgO) 1 – 3

A.4.2 – Análise química da escória ( Ensaio em laboratório)


1993

Resultados em %

2000

Perda ao fogo 1,02 0,41

Óxido de cálcio (CaO) 3,5 3,77

Óxido de alumínio (Al2O3) 19,3 18,92

Dióxido de silício (SiO2) 26,89 29,88

Trióxido de manganês (Mn2O3) 0,33 -

Óxido de magnésio (MgO) 19,54 25,90

Óxido de titânio (TiO2) 0,39 -

Óxido de ferro (Fe2O3) 7,63 5.37

Óxido de sódio (Na2O) 0,015 0,11

Óxido de potássio (K2O) Não detectado 0,28

Óxido de Cromo (Cr2O3) 21,1 14,0

Óxido de Níquel (NiO2) 0,37 -

Cloretos(Cl -) 0,053 -

Sulfatos (SO4 -) 0,016 -

Enxofre (S) 0,09 -

A.4.3 – Análise química da escória – Outros ensaios químicos

Ensaios realizados Resultados (1993)

Pirita reativa Muito leve, índice 20

Reatividade potencial (método químico) Inócuo

Reatividade potencial (das barras de argamassa) 0,078 %

Estabilidade volumétrica 0,010 %

Análise mineralógica:

Microscopia óptica por luz refletida

166

Ensaios realizados Resultados (1993)

Difratometria de raios X

Índice de refração e avaliação do grau de vitrificação

Reatividade por Microscopia de luz transmitida – teste de

Michelsen

Análises termodiferencial e termo gravimétrica

Vide comentários sobre os resultados

Estado físico Sólido

Coloração Preto

A.4.4 – Características físicas da escória Dmáx = 19 mm




Massa Específica NBR 9937 / 1987 3,12 kg/m3

Absorção NBR 9937 / 1987 0,5 %

Massa Unitária NBR 7251 / 1982 1,63 kg/m3


167

ANEXO

WASTE MANAGEMENT ACT, 1996

SECOND SCHEDULE

HAZARDOUS WASTE

PART I

Categories or Generic Types of Hazardous Waste

Category I Waste

1. Anatomical substances, hospital or other clinical waste.

2. Pharmaceutical, medicinal or veterinary compounds.

3. Wood preservatives.

4. Biocides or phyto-pharmaceutical substances.

5. Residue from substances employed as solvents.

6. Halogenated organic substances not employed as solvents, excluding inert

polymerized materials.

7. Tempering salts containing cyanides.

8. Mineral oils or oily substances (including cutting sludges).

9. Mixtures or emulsions of oil and water or hydrocarbon and water.

10. Substances containing polychlorinated biphenyls or polychlorinated terphenyls

(including dielectrics).

11. Tarry materials arising from refining, distillation or any pyrolytic treatment

(including still bottoms).

12. inks, dyes, pigments, paints, lacquers or varnishes.

13. Resins, latex, plasticizers, glues or adhesives.

14. Chemical substances arising from research and development or teaching

activities (including laboratory residues) which are not identified or are new and

whose effects on humans or the environment are not known.

15. Pyrotechnics or other explosive materials.

168

16. Photographic chemicals or processing materials.

17. Any material contaminated with any congener of polychlorinated dibenzo-furan.

18. Any material contaminated with any congener of polychlorinated dibenzo-p-

dioxin.

Category II Waste

19. Animal or vegetable soaps, fats or waxes.

20. Non-halogenated organic substances not employed as solvents.

21. Inorganic substances without metals or metal compounds.

22. Ashes or cinders.

23. Soil, sand or clay (including dredging spoils).

24. Non-cyanidic tempering salts.

25. Metallic dust or powder.

26. Spent catalyst materials.

27. Liquids or sludges containing metals or metal compounds.

28. Residue (other than the substances mentioned in paragraphs 29, 30 and 33)

from pollution control operations (including baghouse dusts).

29. Scrubber sludges.

30. Sludges from water purification plants.

31. Decarbonization residue.

32. Ion-exchange column residue.

33. Sewage sludges, untreated or unsuitable for use in agriculture.

34. Residue from cleaning of tanks or equipment.

35. Contaminated equipment.

36. Contaminated containers (including packaging and gas cylinders).

37. Batteries or other electrical cells.

38. Vegetable oils.

39. Materials resulting from the selective collection of waste from households.

40. Any other waste.

169

PART II

Constituents of Category II Waste which render it hazardous when it has the

properties specified in Part III

41. Beryllium or beryllium compounds.

42. Vanadium compounds.

43. Chromium (VI) compounds.

44. Cobalt compounds.

45. Nickel compounds.

46. Copper compounds.

47. Zinc compounds.

48. Arsenic or arsenic compounds.

49. Selenium or selenium compounds.

50. Silver compounds.

51. Cadmium or cadmium compounds.

52. Tin compounds.

53. Antimony or antimony compounds.

54. Tellurium or tellurium compounds.

55. Barium compounds, excluding barium sulphate.

56. Mercury or mercury compounds.

57. Thallium or thallium compounds.

58. Lead or lead compounds.

59. Inorganic sulphides.

60. Inorganic fluorine compounds, excluding calcium fluoride.

61. Inorganic cyanides.

62. Any of the following alkaline or alkaline earth metals, namely, lithium, sodium,

potassium, calcium, magnesium in uncombined form.

63. Acidic solutions or acids in solid form.

64. Basic solutions or bases in solid form.

65. Asbestos (dust or fibres).

66. Phosphorus: phosphorus compounds, excluding mineral phosphates.

67. Metal carbonyls.

170

68. Peroxides.

69. Chlorates.

70. Perchlorates.

71. Azides.

72. Polychlorinated biphenyls or polychlorinated terphenyls.

73. Pharmaceutical or veterinary compounds.

74. Biocides or phyto-pharmaceutical substances (including pesticides).

75. Infectious substances.

76. Creosotes.

77. Isocyanates or thiocyanates.

78. Organic cyanides (including nitriles).

79. Phenols or phenol compounds.

80. Halogenated solvents.

81. Organic solvents, excluding halogenated solvents.

82. Organohalogen compounds, excluding inert polymerized materials and other

substances referred to in this Part.

83. Aromatic compounds; polycyclic and heterocyclic organic compounds.

84. Aliphatic amines.

85. Aromatic amines.

86. Ethers.

87. Substances of an explosive character, excluding those referred to elsewhere in

this Part.

88. Sulphur organic compounds.

89. Any congener of polychlorinated dibenzo-furan.

90. Any congener of polychlorinated dibenzo-p-dioxin.

91. Hydrocarbons and their oxygen, nitrogen or sulphur compounds not otherwise

referred to in this Part.

171

PART III

Properties of Waste which render it hazardous

There is set out in each paragraph of this Part a general term denoting a particular

property of waste which renders it hazardous, followed by an explanation of such

general term by reference to a description of substances or preparations which

possess the particular property.

92. "Explosive": substances or preparations which may explode under the effect of

flame or which are more sensitive to shocks or friction than dinitrobenzene.

93. "Oxidizing": substances or preparations which exhibit highly exothermic reactions

when in contact with other substances, particularly flammable substances.

94. "Highly flammable":

( a ) liquid substances or preparations having a flash point below 21°C (including

extremely flammable liquids), or

( b ) substances or preparations which may become hot and finally catch fire in

contact with air at ambient temperature without any application of energy, or

( c ) solid substances or preparations which may readily catch fire after brief contact

with a source of ignition and which continue to burn or to be consumed after removal

of the source of ignition, or

( d ) gaseous substances or preparations which are flammable in air at normal

pressure, or

( e ) substances or preparations which, in contact with water or damp air, evolve

highly flammable gases in dangerous quantities.

95. "Flammable": liquid substances or preparations having a flash point of not less

than 21°C and not more than 55°C.

96. "Irritant": non-corrosive substances or preparations which, through immediate,

prolonged or repeated contact with the skin or mucous membrane, can cause

inflammation.

97. "Harmful". substances or preparations which, if they are inhaled or ingested or if

they penetrate the skin, may involve limited health risks.

172

98. "Toxic": substances or preparations (including very toxic substances or

preparations) which, if they are inhaled or ingested or if they penetrate the skin, may

cause serious, acute or chronic health risks or death.

99. "Carcinogenic": substances or preparations which, if they are inhaled or ingested

or if they penetrate the skin, may induce cancer or increase its incidence.

100. "Corrosive": substances or preparations which may destroy living tissue on

contact.

101. "Infectious": substances containing viable micro-organisms or their toxins which

are known or reliably believed to cause disease in humans or other living organisms.

102. "Teratogenic": substances or preparations which, if they are inhaled or ingested

or if they penetrate the skin, may induce non-hereditary congenital malformations or

increase their incidence.

103. "Mutagenic": substances or preparations which, if they are inhaled or ingested

or if they penetrate the skin, may induce hereditary genetic defects or increase their

incidence.

104. "Ecotoxic": substances or preparations which present or may present immediate

or delayed risks for one or more sectors of the environment.

105. "Residuary hazardous property":

( a ) substances or preparations which release toxic or very toxic gases in contact

with water, air or an acid, or

( b ) substances or preparations capable by any means, after being disposed of, of

yielding another substance which possesses any property referred to in this or any

other paragraph of this Part.

PART III

Properties of Waste which render it hazardous

There is set out in each paragraph of this Part a general term denoting a particular

property of waste which renders it hazardous, followed by an explanation of such

general term by reference to a description of substances or preparations which

possess the particular property.

173

92. "Explosive": substances or preparations which may explode under the effect of

flame or which are more sensitive to shocks or friction than dinitrobenzene.

93. "Oxidizing": substances or preparations which exhibit highly exothermic reactions

when in contact with other substances, particularly flammable substances.

94. "Highly flammable":

( a ) liquid substances or preparations having a flash point below 21°C (including

extremely flammable liquids), or

( b ) substances or preparations which may become hot and finally catch fire in

contact with air at ambient temperature without any application of energy, or

( c ) solid substances or preparations which may readily catch fire after brief contact

with a source of ignition and which continue to burn or to be consumed after removal

of the source of ignition, or

( d ) gaseous substances or preparations which are flammable in air at normal

pressure, or

( e ) substances or preparations which, in contact with water or damp air, evolve

highly flammable gases in dangerous quantities.

95. "Flammable": liquid substances or preparations having a flash point of not less

than 21°C and not more than 55°C.

96. "Irritant": non-corrosive substances or preparations which, through immediate,

prolonged or repeated contact with the skin or mucous membrane, can cause

inflammation.

97. "Harmful". substances or preparations which, if they are inhaled or ingested or if

they penetrate the skin, may involve limited health risks.

98. "Toxic": substances or preparations (including very toxic substances or

preparations) which, if they are inhaled or ingested or if they penetrate the skin, may

cause serious, acute or chronic health risks or death.

99. "Carcinogenic": substances or preparations which, if they are inhaled or ingested

or if they penetrate the skin, may induce cancer or increase its incidence.

100. "Corrosive": substances or preparations which may destroy living tissue on

contact.

101. "Infectious": substances containing viable micro-organisms or their toxins which

are known or reliably believed to cause disease in humans or other living organisms.

174

102. "Teratogenic": substances or preparations which, if they are inhaled or ingested

or if they penetrate the skin, may induce non-hereditary congenital malformations or

increase their incidence.

103. "Mutagenic": substances or preparations which, if they are inhaled or ingested

or if they penetrate the skin, may induce hereditary genetic defects or increase their

incidence.

104. "Ecotoxic": substances or preparations which present or may present immediate

or delayed risks for one or more sectors of the environment.

105. "Residuary hazardous property":

( a ) substances or preparations which release toxic or very toxic gases in contact

with water, air or an acid, or

( b ) substances or preparations capable by any means, after being disposed of, of

yielding another substance which possesses any property referred to in this or any

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA MESTRADO EM ENGENHARIA …livros01.livrosgratis.com.br/cp081490.pdf · 2016-01-24 · Dissertação apresentada ao Mestrado de Engenharia