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Danilo Fernandes Marques
Jeferson Luiz Butinhão de Oliveira
Ricardo Fernando Lopes
Willkison Douglas de Lima Oliveira
BIOCIMENTO
Trabalho apresentado ao Conselho Regional de
Química – IV Região como parte dos requisitos
exigidos para concorrer ao Prêmio CRQ-IV de
2013.
Orientadora: Esp. Erica Gayego Bello Figueiredo Bortolotti
Campinas-SP
201
2
Resumo
Com o crescimento no ramo da construção civil e o desenvolvimento socioeconômico, que
vem melhorando a expectativa de vida do brasileiro, surgem dois problemas: o primeiro é o
consumo dos recursos naturais e energia para produção do cimento, o principal produto da
construção civil, e o segundo é o lodo, um resíduo gerado nas estações de tratamento de
esgoto, que vem aumentando devido aos municípios procurarem se adequar a Lei Federal
12.305/2010, que proibirá a disposição de lodo em aterros a partir de 2014. Em contrapartida
o estudo realizado apresenta uma alternativa, dentre várias existentes, que é possível a
redução do uso do cimento nas construções e a diminuição dos impactos ambientais causados
pela disposição final do lodo em aterros sanitários. Na pesquisa foi desenvolvido um produto
resistente para ser utilizado em substituição parcial ao cimento. O produto se originou das
incorporações da baba de cupim, cinzas de lodo e argila, chamado de Biocimento. O
Biocimento apresentou microporosidade quando submetido a 24 horas de submersão em água
e apresentou resistência a 172,36 kg postos sob o corpo de prova. Todos os testes formam
baseados na permacultura, que utiliza técnicas “naturais” para suas construções. A pesquisa
também determinou que nas cinzas de lodo, o teor de Fe3+
, foi de 91,69%, resultado relevante
quando se pensa em entulhos, já que solos inférteis necessitam de alguns minerais para sua
remediação e o ferro é um deles. A pesquisa também mostra que o melhor balanceamento
para a fabricação do biocimento foi de 60% de argila, 35% de baba de cupim e 5% de cinzas
de lodo. Balanceamentos com percentuais maiores de cinzas de lodo não se mostraram
viváveis, pois diminuíram a resistência do material.
PALAVRAS-CHAVE: permacultura; cimento ecológico; biocimento; cinza de lodo;
resíduos.
3
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 4
2. PESQUISA BIBLIOGRÁFICA...................................................................................................... 5
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................................................13
3.1 RESÍDUOS SÓLIDOS ............................................................................................................13
3.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND ..............................................17
3.3 SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO ..................................................35
3.4 Argila ......................................................................................................................................60
3.5 Baba de Cupim ........................................................................................................................67
3.6 Permacultura ...........................................................................................................................67
3.7 Adobe .....................................................................................................................................74
3.8 Solo Cimento ..........................................................................................................................80
4. RELEVÂNCIA DO TRABALHO .................................................................................................85
5. HIPÓTESE ...................................................................................................................................85
6. OBJETIVOS .................................................................................................................................85
7. MATERIAIS E MÉTODOS ..........................................................................................................86
8. CUSTOS.......................................................................................................................................94
9. CRONOGRAMA ..........................................................................................................................94
10. RESULTADOS E DISCUSSÕES ...............................................................................................96
11. CONCLUSÕES ........................................................................................................................ 125
12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................... 126
4
1. INTRODUÇÃO
A população mundial passou de 7 bilhões em 2011 e a cada ano, esse número vem
aumentando. Essa população está espalhada pelos cinco continentes, onde a minoria pertence
aos chamados países desenvolvidos e a maioria pertence aos países em desenvolvimento ou
subdesenvolvidos. Em decorrência das altas taxas de crescimento populacional, que hoje
somente ocorrem nos países menos desenvolvidos, essa situação de desequilíbrio tende a se
agravar ainda mais [1].
Um casal que tenha cinco filhos, os quais, por sua vez, tenham cinco filhos cada um,
representa, a partir de duas pessoas, uma população familiar de 25 pessoas em duas gerações.
Esse fenômeno vem ocorrendo mundialmente desde meados do século XIX, com a Revolução
Industrial. A partir dessa revolução, a tecnologia proporcionou uma redução da taxa bruta de
mortalidade, responsável pelo aumento da taxa de crescimento populacional anual, apesar de
a taxa de natalidade estar se reduzindo desde aquela época até os dias atuais.
A taxa mundial bruta de natalidade, em 2005, era 2,3 vezes maior que a taxa mundial
bruta de mortalidade. Com essa diferença, seria necessário somente um dia para repor os 200
mil mortos do maremoto de 1970, no Paquistão, quatro dias para repor os 900 mil mortos da
grande cheia de 1987 no Rio Huang, na China, e pouco mais de 12 meses para repor os 75
milhões de mortos vítimas da peste bubônica que assolou a Europa entre 1347 e 1351 [1].
O fato de não se ter levado em conta o meio ambiente nas últimas décadas gerou-se
grandes impactos ambientais, devido à sua exploração, processamento e utilização.
Como resultado do modelo econômico e da sociedade de consumo, tem-se a excessiva
geração de resíduos e poluição. Os efeitos da poluição podem ter caráter localizado, regional
ou global. Os mais conhecidos e perceptíveis são os efeitos locais ou regionais, os quais, em
geral, ocorrem em áreas de grande densidade populacional ou atividade industrial,
correspondendo às aglomerações urbanas em todo o planeta, que floresceram com a
Revolução Industrial.
Diante desses fatos, urge a necessidade do desenvolvimento de tecnologias para um
melhor aproveitamento e uma significativa redução de poluição. Urge a necessidade de
criação de métodos mais eficientes de educação ambiental para essa enorme população.
Impossível? Não. Basta apenas um maior interesse pelas gerações futuras. Basta apenas um
5
maior interesse pela sustentabilidade. Um interesse real pelo Planeta Terra e não apenas
interesses políticos e econômicos.
Com esse propósito se desenvolveu esse projeto, onde será apresentada uma
alternativa para a de redução do consumo dos recursos naturais e reaproveitamento de
resíduos. A proposta é a incorporação das cinzas de lodo e da baba de cupim à argila, onde,
acredita-se formar um novo produto resistente, com a possibilidade de substituir ou reduzir o
uso do cimento., que é um material de grande impacto no ambiente.
O projeto visa desenvolver esse biocimento utilizando as técnicas propostas pela
Permacultura, pois são viáveis, apresenta baixo custo e baixo impacto ambiental.
2. PESQUISA BIBLIOGRÁFICA
2.1 USO DE PÓ DE CASCA DE COCO VERDE NO CIMENTO [2]
Entre 80% a 85% do peso bruto do coco verde que é processada em uma indústria de
água de coco representa lixo. Este material é enviado para lixões e aterros sanitários. Esse
problema se agrava principalmente, nos grandes centros urbanos onde esse material é de
difícil descarte, sendo enviado para lixões e aterros sanitários. Apesar de levar entre 8 a 12
anos para se decompor, o desenvolvimento de técnicas de reciclagem para o produto não é
menos importante, principalmente levando em conta que para cada 250 ml de água de coco 1
quilo de resíduo é gerado.
A reciclagem e o aproveitamento de resíduos sólidos como materiais para a construção
civil são de fundamental importância para o controle e minimização dos impactos ambientais.
O objetivo é avaliar preliminarmente a utilização do pó de coco verde em pastas cimentícias.
Com a finalidade de verificar a possibilidade de usar o pó de coco como substituinte de parte
do cimento Portland foram confeccionados corpos de prova nas seguintes proporções: 100%
de cimento, 50% de cimento + 50% de pó de coco, 75% de cimento + 25% de pó de coco e
87,5% de cimento + 12,5% de pó de coco utilizando-se cimento Portland do tipo CPIII_32RS.
Inicialmente misturou-se o cimento e o pó de coco, sendo homogeneizado
manualmente, posteriormente foi adicionada a água de amassamento. Foram preparados seis
corpos de prova para cada uma das misturas. A moldagem foi feita utilizando uma forma
cilíndrica de 10 cm de altura e 5 cm de diâmetro. A relação água/cimento em torno de 0,5 foi
6
necessária para garantir a homogeneidade dos compostos durante a mistura em decorrência da
grande quantidade de pó empregada e da sua elevada absorção. Após 24h os corpos de prova
foram desenformados e levados a uma câmara úmida permanecendo por 28 dias.
Medidas da resistência à compressão e a porosidade foram realizados aos 28 dias,
período mais utilizado para trabalhos na área de cimento. O valor da resistência à compressão
para a pasta 100% cimento ficou em torno do valor informado pelo fabricante (32mpa).
Observou-se para as misturas com 50% e 25% de pó de coco uma diminuição da resistência à
compressão em relação à mistura de 100%cimento (branco) sendo a maior perda observada
para a mistura com 50% de pó de coco. Analisando-se a porosidade dos corpos de prova
verifica-se que há um aumento à medida que o teor de pó de coco aumenta na mistura. Esta
porosidade é decorrente da elevada relação água cimento na mistura em virtude do filme de
água que se forma em torno do pó de coco verde. A análise por microscopia eletrônica de
varredura mostrou a presença de uma maior quantidade de poros e a existência de poros de ar
incorporados nos corpos de prova com maiores teores de pó de coco justificando os resultados
encontrados no ensaio de resistência à compressão.
2.2 CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DA DISPOSIÇÃO FINAL E
APROVEITAMENTO DA CINZA DE LODO DE ESTAÇÕES DE
TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITÁRIOS COMO ADIÇÃO AO
CONCRETO [3]
2.2.1 Introdução
A Engenharia Civil é um ramo de atividade tecnológica que tem um alto volume de
recursos naturais consumidos. Pensando nisso, parece ser também, a mais indicada para
absorver resíduos para seu desenvolvimento. Prova disso é o aproveitamento das escórias
siderúrgicas, das cinzas de termoelétricas, da sílica residual da produção de ferrosilício, das
cinzas de casca de arroz, dos resíduos da produção de solados de calçados, das fibras de sisal
e de coco. Estes materiais têm sido particularmente aproveitados como insumo para a
fabricação de materiais de construção.
O Lodo Sanitário, resíduo de uma estação de tratamento de esgoto, surge como um
potencial insumo para o aproveitamento em fabricação de materiais de construção. Tanto que
já existem estudos realizados quanto ao seu uso na produção de blocos cerâmicos, concretos
7
asfálticos e concretos com cimento Portland.
O concreto, por exemplo, tem sido escolhido para receber vários destes resíduos, por
ser um material no qual já são tradicionalmente adicionados escória de alto-forno, cinza
volante, sílica ativa, pós de calcário, entre outros.
Além disso, também dentro da Indústria da Construção, a produção de cimento e de
concreto, devido aos elevados volumes, tem sido um grande consumidor de resíduos,
cumprindo o seu papel de neutralizar materiais que, se ficassem na natureza, seriam nocivos.
A utilização do Lodo Sanitário diretamente esbarra na constituição deste resíduo, que
é basicamente formada por matéria orgânica e água. Porém tem se associado à tendência desta
utilização o fato de que cada vez mais os Lodos vêm sendo incinerados, após serem gerados,
como forma de reduzir seus volumes e gerar energia. O resíduo a ser disposto passa a ser não
mais o Lodo orgânico, mas sim as cinzas obtidas nos processos de incineração.
A busca então é enfocar o aproveitamento, na Indústria da Construção, dos Lodos
gerados na cidade de Porto Alegre, que tem sido uma das alternativas propostas para a
disposição final destes resíduos, principalmente devido ao grande potencial que esta indústria
possui no aproveitamento de subprodutos. Aborda-se, especificamente, uma das
possibilidades de aproveitamento das Cinzas de Lodo Sanitário na Indústria da Construção
Civil: como insumo na produção de concretos. Por fim, analisar os seguintes aspectos: o
concreto como local de disposição final segura das cinzas de Lodo e os efeitos que a adição de
diferentes percentuais de cinzas pode causar no desempenho deste material.
2.2.2 Cinza de lodo de estações de tratamento de esgotos sanitários como adição ao
concreto
No ensaio das cinzas a 550°C mostrou ser um material com baixa reatividade, com
índice de atividade pozolânica de 58%. Isto pode estar associado à temperatura de queima ou
à dimensão das partículas comparadas a outras adições pozolânicas usuais ao cimento.
O uso do lodo de ETE em aterros ou como adubo, pode elevar as concentrações de
metais pesados nos solos, precisando o lodo estar estabilizado/digerido para sua disposição. A
utilização do lodo de ETE na construção civil surgiu da dificuldade que as grandes cidades
passaram a enfrentar em dar um destino final aos lodos gerados.
A solidificação, o encapsulamento e a estabilização de resíduos industriais, utilizados
na produção de cimentos e tijolos, viabilizam o seu uso sem restrições no tijolo, pois os
metais pesados presentes, devido o uso do calor, passaram para forma menos solúvel e foram
fixados nas matrizes, segundo ensaios realizados por Costa e Ferreira (1.986).
8
Seu aproveitamento, como insumo, nas indústrias de cimento ou cerâmica, tende a
estabelecer segurança na sua utilização e não impactar o meio ambiente.
Substituições do cimento pelas cinzas do lodo em 20% quando lixiviado, não mostrou
alterações no padrão de potabilidade.
As cinzas adicionais às argilas, na produção de tijolos, numa proporção de até 50%,
tiveram ótimos resultados, porém estudos técnicos - econômicos e ambientais, ainda precisam
ser realizados para que a alternativa seja definitivamente aceita.
2.3 AVALIAÇÃO DAS POTENCIALIDADES DA CINZA DE LODO DE
ESGOTO DA ETE GOIÂNA COMO ADIÇÃO MINERAL NA
PRODUÇÃO DE ARGAMASSA DE CIMENTO PORTLAND[4]
2.3.1 Introdução
O lodo de esgoto, Cinza de Lodo de Esgoto, ambientalmente foi classificada como
resíduo não inerte. Realizaram-se três tipos de dosagens de argamassas onde se variou a
relação água/cimento: 0,40%, 0,60% e 0,80% e os porcentuais de adição de cinza de lodo de
esgoto quanto ao cimento: 5%, 10%, 15% e 20%. Moldaram-se 135 corpos de provas onde foi
avaliado a profundidade de carbonatação, resistência para a compressão e absorção por
imersão e fervura. Foi verificado que com o uso da Cinza de Lodo de Esgoto nos teores de 5%
a 10% em substituição ao cimento na argamassa de concreto, atinge valores próximos às
resistências relativas das argamassas de referência, ou seja, sem adição nenhuma, que pode
ser aproveitado em construções civis. Foram apontados três fatores como significantes para
que possa ser aproveitado esse tipo de resíduo: Relação água/aglomerante, a idade dos corpos
de provas e teores de adição de cinza de lodo de esgoto. A adição de Cinza de Lodo de Esgoto
em até 10% em substituição ao cimento na argamassa é viável, trazendo alguns benefícios
como, ecológicos, técnicos e até podendo ser econômicos.
O gerenciamento do lodo é uma atividade de alto custo e muito complexa, que se for
feita de qualquer jeito, de um modo errado, pode-se comprometer benefícios ambientais e
sanitários esperados.
O termo lodo tem sido utilizado para designar-se os subprodutos sólidos no tratamento
de esgotos. Todos os processos de tratamento biológico geram lodo, sendo necessário o
tratamento e o descarte do mesmo.
9
Quanto à classificação do lodo podem ser classificados em até quatro tipos: lodos
primários, lodos biológicos ou secundários, lodos mistos e lodos químicos. Quanto ao seu teor
de umidade, o lodo também é classificado em quatro grupos, sendo eles, o lodo “in natura”, o
parcialmente desidratado, o lodo seco e o lodo incinerado.
O lodo “in natura” é aquele retirado logo após o processo de tratamento de esgoto e
apresenta um teor de umidade em torno de 98%, ou seja, contém uma forma praticamente
liquida, com cerca de 98% a 99% de água.
O lodo parcialmente desidratado é aquele que passa pelo processo de desidratação.
Nesta fase ele contém uma aparência de material seco, mas ainda apresenta um teor de
umidade elevado, entre 30% a 50%.
O lodo seco é formado por mais de 99% de sólidos, o qual somente pode ser obtido
através do processo de secagem artificial feito por estufas.
O lodo incinerado é a cinza resultante do processo de incineração tanto do lodo seco
como do lodo desidratado, que normalmente ocorre nas temperaturas entre 550ºC e 950ºC.
Podendo ser denominada também como Cinza de Lodo.
2.3.2 Lodos de Esgotos como Insumo na Construção Civil
A necessidade de se obter um destino adequado e segura lodo do esgoto, somada a
falta de espaço nos aterros sanitários para a disposição de resíduo e ainda a perspectiva do
crescimento das ETE’s e consequentemente o aumento do lodo de esgoto, com isso
impulsionou vários estudos para a viabilização do uso do lodo de esgoto como insumo na
construção civil.
Estudo vem mostrando que na construção civil há um potencial de incorporar resíduos
de ETE’s em argamassas e concretos na forma de cimento composto, aditivos minerais como
filer, em tijolos e pisos cerâmicos.
Os benefícios do uso de adições minerais no cimento ou em concretos podem ser
divididos em três categorias: benefícios econômicos, benefícios ecológicos e benefícios de
engenharia.
A incorporação do lodo de esgoto em matrizes de concreto pode ser uma forma viável
de destinação fina, pois além de reduzir significantemente os impactos ambientais pela
minimização de quantidade de recursos naturais utilizados, evita a pressão sobre os aterros
sanitários ou o seu lançamento no rio.
10
2.3.3 Utilização do Lodo como Adição Mineral
As adições minerais são de materiais silicosos finalmente moídos, no estado natural ou
como subprodutos, podendo ter reações pozolônicas ou cimentantes. Entretanto, ao pensar-se
no lodo, a hipótese de incineração, além de se tornar parte do processo de estabilização,
permite o uso do resíduo que é a Cinza de Lodo de Esgoto.
2.3.4 Concreto com Adição de Cinza de Lodo
Experiências foram realizadas com o objetivo do uso do lodo “in natura” no concreto,
mas descartaram devido à incompatibilidade química entre os compostos do concreto, suas
reações químicas e a matéria orgânica presente em grande quantidade no resíduo. Já para as
cinzas de lodo, alguns pesquisadores, após terem utilizado o resíduo na produção de tijolos,
realizaram experimentos com a utilização da cinza adicionada ao concreto.
Utilizou-se esse resíduo depois de incinerado a 550ºC em substituição parcial do
cimento na produção de concretos. A substituição teve um teor de 5% a 20%. Os resultados
mostraram que ao aumentar o teor de cinza de lodo no concreto, a resistência para a
compressão reduzi-se chegando a 32% em relação à mistura de referencia para a amostra com
20% de cinza. A adição de cinza de lodo reduziu a consistência para teores de adição de 5% e
10% e aumentou de 15% e 20% em relação ao concreto sem adição. Já os tempos de pega,
não foram significativas as diferenças entre o concreto sem adição e os com adição.
Em todas as idades ensaiadas a cinza de lodo promoveu quedas na resistência para a
compressão. Aos 28 dias, a adição de até 10% provocou quedas próximas a 11% na
resistência, o que é aceito para argamassas de concretos produzidas com adição de cinza de
lodo de esgoto. Em teores de adições superiores, as quedas de resistências foram bem
maiores, atingindo-se 33%.
Realizou-se ensaio de resistência para a compressão simples e de Abatimento de
Tronco Cone em concretos com adições de Cinza de Lodos sanitários. As amostras foram
incineradas a uma temperatura de 550ºC. Os pesquisadores ensaiaram dois concretos, dosados
em massa, com relações água/aglomerante de 0,50 e 0,30 variando o teor de adição entre 0% e
20%.
Nos dois experimentos, as tendências foram as mesmas quanto a relação entre as
consistências e o aumento do teor de adições.
Analisou-se diversos percentuais de adições de cinza de lodo de esgoto, substituindo,
11
em massa, 5%, 10%, 15% e 20% do cimento em concretos com diferentes relações
água/aglomerante (a/(c+ad)): 0,50; 0,65; 0,80; 0,95 e 1,10. As amostras de lodo foram
incineradas a uma temperatura de 800ºC.
O pesquisador concluiu que o efeito do teor de adição mostrou-se diferente a cada
relação a/(c+ad). A adição de cinza de lodo de esgoto nos concretos com a a/(c+ad) 0,50;
0,65; 0,80 gerou um efeito redutor relevante na resistência. No concreto com a/(c+ad) = 0,80
este efeito de redução foi mais moderado. Nos concretos de a/(c+ad) 0,95 e 1,10 ocorreu um
aumento de resistência.
De acordo com o autor, acredita-se que esta variação se deve ao fato de que nos
concretos com a menor a/(c+ad), que possui um maior consumo de cimento, a substituição de
um porcentual deste por um material fino, de baixa atividade pozolânica tenha sido decisiva
na queda de suas resistências.
2.3.5 Cimento feito de Lodo com Cal
Desenvolveram uma metodologia para a produção de um cimento feito de uma mistura
com cinza de lodo e cal. O lodo coletado foi parcialmente desidratado em centrifugas e
submetido a uma secagem numa temperatura de 105ºC até que o mesmo apresentasse 95% de
sólidos em sua composição. Após a secagem, as amostras foram trituradas e peneiradas.
O lodo foi misturado com a cal em uma proporção de 1:1 e foi submetido a um
moinho centrifugo. Depois a mistura foi incinerada em um forno elétrico por 4 horas, a uma
temperatura de queima de 1000ºC. Após a incineração o material gerado foi finamente moído
e obteve-se o chamado cimento. A composição química do cimento gerado foi SiO2, CaO,
Al2O3, Fe2O3, K2O, MgO, Na2O, SO3, tendo a mesma composição de um cimento
convencional. Com isso, concluiu-se que é possível produzir cimento a partir da adição de
lodo incinerado com cal, porem é necessário a realização de outros testes, outros ensaios, para
a verificação das propriedades do material ao longo do tempo.
2.3.6 Lodo com Insumo na Produção de Tijolos
A literatura aponta duas alternativas para o uso do lodo como insumo na fabricação de
tijolos e similares. No primeiro adiciona junto aos materiais de produção de tijolos o lodo
parcialmente desidratado, e ao segundo adiciona-se cinza proveniente da incineração do lodo.
2.3.6.1 Tijolos com Lodo Parcialmente Desidratado
12
Fizeram uma produção de tijolos com 15%, 30%, e 50% de lodos avaliados com base
nas normas da American Socieity of Testing Materials (ASTM) nos requisitos de estética,
resistência à compressão simples, absorção de água e ciclos de gelo e degelo. (é o fenômeno
que ocorre em tempos frios. A água congela dentro do concreto fresco, sendo que esse demora
de 6 a 12 meses para atingir o seu ponto máximo de resistência. Esse congelamento e
posterior descongelamento da água vão danificar a estrutura do concerto.).
Foi concluído que a resistência à compressão diminui conforme o aumento do teor de
lodo na mistura. Houve também um acréscimo da absorção de água nas misturas com lodo.
Nos primeiros testes que foram realizados os tijolos apresentaram uma aparência
bastante parecida aos tijolos convencionais, sendo distinguidos destes, antes da queima, pelo
cheiro. Concluiu que com esses experimentos que a adição de lodo parcialmente seco para a
produção de tijolos só é recomendável até limites de 30% em volume.
De acordo com os autores as experiências com o uso do lodo parcialmente desidratado
na fabricação de tijolos foram positivas, no entanto sua implantação definitivamente só
ocorrera após o rompimento de inúmeros fatores, os problemas sociais, quanto ao preconceito
de se utilizar um tijolo fabricado a partir de resíduos de esgoto, ou até mesmo da parte do
fabricante com o manuseio desse material. Outro ponto importante é de parte ambiental e está
ligado ao controle de emissões de gases, devido à queima do lodo. Faltam também estudos
que verifiquem a estabilização ou a fixação segura do resíduo nos matérias cerâmicos.
2.3.6.2 Tijolos com Lodo Incinerado
Foi proposta outra forma de aproveitamento dos resíduos de ETES’s na fabricação de
tijolos, que foi a de utilizar as cinzas do material incinerado ao invés do lodo parcialmente
seco. Estes experimentos consistiram-se da utilização de cinzas, proveniente da incineração de
lodos, a temperaturas de 600ºC, misturadas nas proporções em massa de 10%, 20%, 30%,
40% e 50% na argila.
As resistências para compressão dos tijolos executados tanto com lodo parcialmente
seco como com a cinza, atenderam as normas, porem os tijolos com adição de cinzas,
apresentaram desempenho significativamente melhor. Estas conclusões valeram para outros
aspectos como massa especifica absorção de água e fissuração. Ressalta ainda o fato que o
processo de incineração de lodos produzem um resíduo bem mais higiênico e seco, e bem
mais fácil de ser trabalhado e aceito pelas indústrias como insumo.
Dentre as vantagens relatadas nesse processo citam-se a economia de água, a produção
13
de tijolos mais leves com menores custos de transporte, o melhor rendimento operacional da
fornalha devido ao poder calorífico do lodo e a reutilização da energia térmica.
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 RESÍDUOS SÓLIDOS [5]
Entende-se por resíduos sólidos, qualquer matéria no estado sólido ou semissólido,
que resultam de atividades da comunidade de origem: industrial, doméstica, hospitalar,
comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos
provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e
instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidade
tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam
para isso soluções técnica e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia
disponível. (NBR 10004, ABNT – 1987)
3.1.1 Periculosidade de um resíduo
Característica apresentada por um resíduo, que, em função de suas propriedades
físicas, químicas ou infectocontagiosas, pode apresentar:
a) risco à saúde pública, provocando ou acentuando, de forma significativa, um
aumento de mortalidade ou incidência de doenças; e/ou
b) riscos ao meio ambiente, quando o resíduo é manuseado ou destinado de forma
inadequada.
3.1.2 Classes dos resíduos
Os resíduos estão classificados da seguinte maneira:
a) resíduos classe I – perigosos;
b) Resíduos classe II – não-inertes;
c) Resíduos classe III – inertes.
3.1.2.1 Resíduos classe I – Perigosos
14
São todos os resíduos que apresentam periculosidade ou que possuem as seguintes
características.
3.1.2.1.1. Inflamabilidade
Um resíduo é caracterizado inflamável (código de identificação D001) quando uma
amostra representativa dele, obtida conforme a NBR 10007, apresentar qualquer uma das
seguintes propriedades:
a) ser líquida e ter ponto de fulgor inferior a 60°C, determinado conforme ASTM
D 93, excetuando-se as soluções aquosas com menos de 24% de álcool em
volume;
b) não ser líquida e ser capaz de, sob condições de temperatura e pressão de 25°C
e 0,1 MPa (1 atm), produzir fogo por fricção, absorção de umidade ou por
alterações químicas espontâneas e, quando inflamada, queimar vigorosa e
persistentemente, dificultando a extinção do fogo;
c) ser um oxidante definido como substância que pode liberar oxigênio e, como
resultado, estimular a combustão e aumentar a intensidade do fogo em outro
material.
3.1.2.1.2. Corrosividade
Um resíduo é caracterizado corrosivo (código de identificação D002) quando uma
amostra representativa dele, obtida segundo a NBR 10007, apresentar qualquer uma das
seguintes propriedades:
a) ser aquosa e apresentar pH inferior ou igual a 2, ou superior ou igual a 12,5;
b) ser líquida e corroer o aço (SAE 1020) a uma razão maior que 6,35 mm ao
ano, a uma temperatura de 55°C, de acordo com o método NACE TM-01-69
ou equivalente.
3.1.2.1.3. Reatividade
Um resíduo é caracterizado reativo (código de identificação D003) quando uma
amostra representativa dele, obtida segundo a NBR 10007, apresentar qualquer uma das
seguintes propriedades:
15
a) ser normalmente instável e reagir de forma violenta e imediata, sem detonar;
b) reagir violentamente com água;
c) formar misturas potencialmente explosivas com a água;
d) gerar gases, vapores e fumos tóxicos em quantidades suficientes para provocar
danos à saúde ou ao meio ambiente, quando misturados com a água;
e) possuir em sua constituição ânions, cianeto ou sulfeto, que possa, por reação,
liberar gases, vapores ou fumos tóxicos em quantidades suficientes para
colocar em risco a saúde humana ou o meio ambiente;
f) ser capaz de produzir reação explosiva ou detonante sob a ação de forte
estímulo, ação catalítica ou da temperatura em ambientes confinados;
g) ser capaz de produzir, prontamente, reação ou decomposição detonante ou
explosiva a 25ºC e 0,1 MPa (1 atm);
h) ser explosivo, definido como uma substância fabricada para produzir um
resultado prático, através de explosão o de efeito pirotécnico, esteja ou não esta
substância contida em dispositivo preparado para este fim.
3.1.2.1.4. Toxicidade
Um resíduo é caracterizado tóxico quando uma amostra representativa dele, obtida
segundo a NBR 10007, apresentar qualquer uma das propriedades seguintes:
a) possuir quando testada, uma DL50 oral para ratos menor que 50 mg/kg ou CL50
inalação para ratos menor que 2 mg/L ou uma DL50 dérmica para coelhos
menor que 200mg/Kg;
b) quando o extrato obtido desta amostra, segundo a NBR 10005, contiver
qualquer um dos contaminantes em concentrações superiores aos valores
constantes na listagem da Norma. Neste caso, o resíduo será caracterizado
como tóxico TL (teste de lixiviação, com código de identificação D005 a
D029);
c) possuir uma ou mais substâncias constantes na listagem da Norma e apresentar
periculosidade. Para avaliação desta periculosidade, devem ser considerados os
seguintes fatores:
- natureza da toxidez apresentada pelo resíduo;
- concentração do constituinte no resíduo;
16
- potencial que o constituinte, ou qualquer produto tóxico de sua degradação,
tem de migrar do resíduo para o ambiente, sob condições impróprias de
manuseio;
- persistência do constituinte ou de qualquer produto tóxico de sua degradação;
- potencial que o constituinte, ou qualquer produto tóxico de sua degradação,
tem de se degradar em constituintes não perigosos, considerando a velocidade
em que ocorre a degradação;
- extensão em que o constituinte, ou qualquer produto tóxico de sua
degradação, é capaz de bioacumulação nos ecossistemas;
d) ser constituída por restos de embalagens contaminadas com substâncias da
listagem da Norma, com códigos de identificação de 001 a P123;
e) resíduos de derramamento ou produtos fora de especificação de qualquer
substâncias constantes nas listagens da Norma, com códigos de identificação
de P001 a P123 ou 001 a U2460
3.1.2.1.5. Patogenicidade
Um resíduo é caracterizado patogênico (código de identificação D004) quando uma
amostra representativa dele, obtida segundo a NBR 10007, conter microorganismos ou se suas
toxinas forem capazes de produzir doenças.
Não se incluem neste item os resíduos sólidos domésticos e aqueles gerados nas
estações de tratamento de esgotos domésticos.
3.1.2.2. Resíduos classe II – Não-inertes
São aqueles resíduos que não se enquadram nas classificações de resíduos classe I –
perigosos – ou de resíduos classe III – inertes, nos termos desta Norma. Os resíduos classe II
– não-inertes – podem ter propriedades, tais como: combustibilidade, biodegradabilidade ou
solubilidade em água.
3.1.2.3 Resíduos classe III – Inertes
Quaisquer resíduos que, quando amostrados de forma representativa, segundo a NBR
10007, e submetido a um contato estático ou dinâmico com água destilada ou deionizada, à
temperatura ambiente, conforme teste de solubilização, segundo a NBR 10006, não tiverem
nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de
17
potabilidade de água, excetuando-se os padrões de aspecto, cor, turbidez e sabor. Como
exemplo destes materiais, podem-se citar rochas, tijolos, vidros e certos plásticos e borrachas
que não são decompostos prontamente.
3.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND [6]
3.2.1 Definição
O cimento pode ser definido como um pó fino, com propriedades aglomerantes,
aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação de água. Na forma de concreto, torna-se
uma pedra artificial, que pode ganhar formas e volumes, de acordo com as necessidades de
cada obra.
3.2.1.1 Aglomerantes
São materiais ligantes, geralmente pulverulentos e minerais, que misturados com a
água, formam uma pasta, que endurece, fazendo aderir os componentes de uma argamassa ou
concreto.
Dividem-se em dois tipos, aéreos e hidráulicos:
Aglomerantes aéreos: só endurecem ao ar. Ex.: gesso, cal aéreo e cimento
magnesiano;
Aglomerantes hidráulicos: endurecem mesmo sob a água. Ex.: cimento
portland (CP).
3.2.1.2 Argamassa
É uma mistura de um aglomerante com agregado fino e água.
3.2.1.3 Concreto
É uma mistura de cimento, agregado fino, agregado grosso e água.
3.2.1.4 Agregados
Materiais granulosos, que adicionados aos aglomerantes formam a argamassa e o
concreto. Ex.: areia, pedra britada e cascalho.
18
3.2.1.5 Matéria-Prima
Matérias Primas usadas:
Calcário: constitui 90% da matéria-prima para a fabricação do cimento. Apresenta um
teor de CaCO3 de 80 – 85%. A presença de MgO é indesejável. Seu teor é limitado por
normas nacionais e internacionais. As normas brasileiras fixam seu limite máximo em
6,5%. Este óxido, quando entra em contato com a água no concreto ou argamassa, se
hidrata, transforma-se lentamente em hidróxido de magnésio – Mg(OH)2 – e seu
volume cresce. Esta expansão pode criar tensões internas suficientes para provocar
trincas e fissuras.
Gesso: material obtido da desidratação da gipsita (rocha sedimentar de estrutura
cristalina, tendo como constituinte principal o sulfato de cálcio com duas moléculas de
água: CaSO4. 2 H2O), encontrada livre na natureza. É adicionado ao cimento com a
finalidade de retardar a sua “pega” e auxiliar no desenvolvimento da sua resistência.
Cal: Óxido de cálcio. É obtido a partir da decomposição térmica do calcário CaCO3
CaO + CO2. O endurecimento de uma argamassa à base de cal apagada e areia é
devido à eliminação do excesso de água e à transformação do hidróxido de cálcio em
carbonato de cálcio, pela ação do CO2 do ar;
Argilas: são materiais terrosos naturais que, misturados com água adquirem alta
plasticidade. São silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions
principais e potássio, magnésio, sódio, cálcio, titânio e outros. Na fabricação do
cimento, fornecem os componentes: Al2O3, Fe2O3 e SiO2;
Areia: usada para corrigir o teor de sílica SiO2 da argila;
Minério de ferro: usado para corrigir o teor de óxido de ferro Fe2O3 da argila.
3.2.2 Processamento do cimento
O processo de fabricação de cimento é feito através da exploração das matérias-primas
de uma pedreira, as quais devem conter, em determinadas proporções, Cálcio, Sílica,
Alumínio e Ferro. Normalmente é necessário corrigir um ou dois destes elementos
recorrendo-se a outras pedreiras ou ao mercado.
Ao extrair a pedra, habitualmente através de explosivos, pretende-se obter blocos com
dimensão inferior a 0,5 m3. A matéria extraída é passada por um britador com o propósito de
se obter material cuja dimensão seja inferior a 9 cm. Ao mesmo tempo em que se efetua a
19
redução, procura-se que a mistura dos materiais extraídos se aproxime da composição química
desejada.
A seguir à fase da exploração da pedreira e da britagem do material existe uma
moagem, denominada moagem do cru. A sua função é reduzir as matérias a uma fina
espessura e fazer as correções químicas necessárias à composição pretendida, caso não
tenham ficado finalizadas ao nível da pedreira.
Depois da moagem do cru vem a operação de cozedura, através da qual surge, por
reações químicas complexas, um produto granulado denominado clínquer1. A figura 1 ilustra
o processo da fabricação do cimento:
Figura 1. Fluxograma do processamento do cimento [6].
3.2.2.1 Extração do calcário
É o início da fabricação do cimento. A pedreira é constituída pela matéria-prima,
Calcário. O Calcário contém, essencialmente, cálcio e sílica, além destes elementos, inclui
ainda, alumínio e ferro.
Cada fábrica tem necessidade de correções diferentes em função das pedreiras
existentes. No entanto, há casos, embora raros, em que não é necessário correção. As
correções podem ser efetuadas por resíduos que contenham os elementos necessários, como é
o caso da areia contaminada, utilizada em decapagens, na correção da sílica.
1 Bolas ou nódulos muito duros = cimento não moído.
20
O arranque da pedra é feito com explosivos, sendo necessário abrir furos, com a
perfuratriz, onde são introduzidas as cargas explosivas. Estas são controladas pela medição
das vibrações no solo provocadas pelas explosões.
3.2.2.2 Britagem
Após a explosão, as máquinas removem as rochas de calcário (1 m a 1,5 m), que são
levadas até o britador primário. O britador de martelos tem o objetivo de reduzir, para menos
de 90 mm, a matéria extraída da pedreira, sendo preparada para o transporte ao depósito do
britador.
3.2.2.3 Transporte do material britado
O material britado é normalmente transportado para a fábrica por telas de borracha,
sendo armazenado em silos verticais ou armazéns horizontais. Normalmente as telas possuem
detectores de metais que as fazem parar para que os mesmos possam ser retirados. Estes
metais, que podem ser peças das máquinas da pedreira, a prosseguirem nos circuitos,
provocariam danos nos moinhos de cru.
3.2.2.4 Pré-homogeneização
Os silos são depósitos que, além da função de armazenagem, têm o papel de
homogeneizar o material, quer à entrada, quer à saída do mesmo. Há depósitos que
conseguem manter a relação entre o desvio padrão da composição química dos materiais à
entrada e à saída seja de 10.
A máquina de extração é um pente que ao cortar o monte transversalmente provoca a
queda e a mistura dos materiais das várias camadas, homogeneizando-os. São determinados
os teores de cálcio, silício, ferro e alumínio da amostra de calcário, que é empilhado no pátio
de Pré-Homo.
3.2.2.5 Fabricação do cru ou farinha
21
É a mistura do calcário e argila (material rico em sílica, ferro e alumínio, elementos
essenciais à qualidade do produto final) em um moinho, onde resulta num material, de
granulometria muito fina, que é a farinha ou cru, que são estocados em silos.
Os ventiladores da moagem de cru aspiram o ar exterior através do forno. Este ar, após
o arrefecimento a 100º C, é passado pelo interior do moinho, arrastando o material finamente
moído, para o filtro, onde se faz a separação do material da corrente gasosa. Em seguida o
material é encaminhado para o silo e a corrente gasosa para a chaminé. No interior do moinho
há também um separador, cuja função é fazer retornar ao prato de moagem do moinho o
material que ainda não tem a granulometria desejada.
Os silos de armazenagem do material moído e farinha crua também têm a função de
homogeneização, muito importante na poupança de combustível e na qualidade do clínquer.
Várias camadas de material se formam ao serem depositadas no centro do topo do silo.
A extração por várias vias no fundo do silo e de forma programada provoca uma
homogeneização do material que se extrai. Cada silo possui um fator de homogeneização que
vai ser determinante para a qualidade do produto à saída do forno, que é o clínquer.
3.2.2.6 Fabricação do clinquer do Cimento Portland
Antes de tudo deve ser lembrado que não se deve imaginar a formação dos
componentes C2S e C3S por um processo de fusão. Deve ser usado um processo de difusão
entre as partes sólidas.
Para facilitar esse processo, os componentes básicos da mistura devem ser
introduzidos no forno já finamente moídos (ф <80 μm). À medida que os componentes da
mistura avançam dentro do forno, a temperatura é maior e começam a ocorrer transformações
químicas e mineralógicas.
Finalmente quando toda a cal CaO e toda a sílica SiO2 tiverem sido transformadas em
C2S e C3S , na zona de clinquerização, é necessário resfriar rapidamente o clínquer para
manter o C2S e o C3S em suas formas altamente reativas.
É necessário “congelar” o estado de alta energia do C2S e do C3S. Se for feito um
resfriamento lento o C3S se transforma “de volta” em C2S e esse C2S se estabiliza em um
estado de baixa energia, tornando-se pouco reativo. Os componentes básicos da mistura são o
calcário, a argila, quartzo β e Fe2O3.
22
A “clinquerização” ocorre com uma perda acentuada de massa dos componentes da
mistura inicial. Essa perda de massa é devida à perda de CO2 do calcário CaCO2 e da H2O da
argila. Para produzir 1,00 tonelada de clinquer deve-se introduzir no forno 1,50 toneladas de
mistura inicial.
Segundo Aïtcin, as reações e transformações que ocorrem dentro do forno são:
A primeira transformação ocorre entre 500°C e 600°C. É a perda de água da
argila.
A segunda transformação ocorre a 565°C, e tem poucas consequências, e
corresponde à transformação do quartzo β (low quartz) em quartzo α ( high
quartz).
A transformação seguinte começa a 700°C e termina a 900°C, é a
descarbonatação do calcário. CaCO3CaO CO2 (gás)
Na temperatura de 700°C e seguintes, os primeiros grupos CaO liberados são
muito ativos e começam a se combinar com Al2O3 para produzir C12A7.
Na temperatura de 700°C e seguintes, os primeiros grupos CaO liberados são
muito ativos e começam a se combinar também com alguns dos íons Fe3+ e com Al
3+
para formar C2 (A.F)
Na temperatura de 700°C começa a se formar a belita C2S.
Na temperatura de 900°C:
todo o calcário CaCO3 já está descarbonatado CO2 ↑ ;
algum alumínio A =Al2O3 já reagiu com a cal C = CaO para
formar C12A7;
alguma cal CaO já reagiu com Al3+
e Fe3+
para formar C2 (
A,F) ;
alguma cal CaO já reagiu com a sílica e formou a belita C2S.
Na temperatura de 900°C existe ainda muita cal CaO não combinada e
alguma sílica SiO2 na forma de quartzo.
Acima de 900°C, aparecem os primeiros cristais de C3A e C4AF.
Acima de 900°C, o quartzo α se transforma em cristobalita (uma variedade
mineral da sílica SiO2, estável à alta temperatura ).
A 1100°C a cristobalita funde e isso acelera sua combinação com a cal CaO.
23
A 1200°C não existe mais nenhuma sílica livre.
A 1250°C começam a se formar os primeiros cristais de C3S (alita). Esses
cristais se formam através da reação do excesso de cal livre CaO com os cristais de
Belita já formados.
A 1300°C a mistura de C3A e C4AF começa a fundir .
A 1325°C C4AF desaparece.
A 1400°C C3A desaparece.
Durante esse período o material da fusão “Cálcio Ferro Alumínio” age como
um catalisador da transformação da Belita em Alita pela facilitação da difusão dos
íons de Ca2+
nos cristais de Belita C2S.
Acima de 1425°C, praticamente, não existe mais cal em excesso.
Após a formação do clínquer é necessário resfriá-lo rapidamente para
“congelar” o C3S e o C2S no seu estado de grande reatividade. Dependendo da
velocidade do resfriamento do clínquer, a fase intersticial terá tempo ou não para
cristalizar. A observação ao microscópio das fases intersticiais do cimento dá uma
informação sobre a velocidade de resfriamento do clínquer do cimento.
Cada uma dessas reações se dá em um local do forno.
Figura 2: Clínquer [6].
3.2.2.7 Moagem do cimento
O material ao sair do forno passa por uma grelha e vai sendo resfriado, isso permite o
término da reação química do clínquer. O clínquer é armazenado em um silo e transportado
por correias até as moegas.
24
O produto cimento é obtido através da moagem da mistura de clínquer, produto saído
do forno, gesso, materiais alternativos como o calcário, cinzas volantes das centrais térmicas e
escórias da siderurgia, e ainda por outros materiais com propriedades hidráulicas ou
pozolanas. O tipo de cimento determina a composição da mistura, sendo, quase sempre, o
clínquer maioritário.
A mistura é moída pelo moinho e é transportada pelo elevador que introduz o cimento
no separador. Há dois circuitos de ar, um pelo interior do moinho e outro pelo interior do
separador. Os dois circuitos são independentes e constituídos por um ventilador e um filtro de
despoeiramento.
O material que é introduzido no separador rege-se por dois processos diferentes, ou
seja, se o cimento ficar com a finura desejada segue para o filtro de despoeiramento e para os
silos, constituindo o produto final, mas se o cimento ainda não tiver a finura desejada, volta
ao moinho para nova moagem e segue o circuito já descrito.
3.2.2.8 Tipos e controle de qualidade do cimento
O tipo I é normalmente constituído por clínquer e gesso, enquanto que o tipo II já pode
ter outro constituinte, embora numa proporção pequena (até 25%). Os tipos III e IV poderão
ter mais do que um constituinte, além do clínquer e gesso, e em percentagens maiores (podem
ir até 50%).
O número que aparece na designação é a classe de resistência do cimento. É medida
pela força em Mega Pascais, necessária para partir um corpo de prova feito em cimento, com
dimensões normalizadas.
Os parâmetros mostrados na figura são os utilizados para controlar a fabricação e a
qualidade do cimento.
3.2.2.9 Embalagem
O cimento, após a moagem, é colocado nos silos, sob a forma de granel. A jusante dos
silos, o cimento pode ser embalado em sacos de 25, 35, 40 ou 50 kg. Os sacos podem ser
agrupados em paletes de madeira ou em embalagens plásticas. Cada um destes produtos pode
ter constituições que variam entre 35 e 50 sacos.
25
3.2.3 Corpo de Prova [7]
Medida expressa em milímetros, utilizada como referência, sendo empregadas a
dimensão do diâmetro no caso de corpos-de-prova cilíndricos e a dimensão da menor aresta
para os corpos-de-prova prismáticos, para realização de ensaios.
Devem ser confeccionados em aço ou outro material não absorvente e quimicamente
inerte com os componentes constituintes do concreto. Não devem sofrer deformações durante
a moldagem dos corpos-de-prova e devem ter as superfícies internas lisas e sem defeitos.
Os moldes cilíndricos e os prismáticos devem possuir dispositivos de fixação às
respectivas placas da base. Devem atender às espessuras e tolerâncias fixadas na NBR 5738.
Deve ser feita vedação das juntas com mistura de cera virgem e óleo mineral para
evitar vazamentos. Após a montagem, os moldes devem ser untados internamente com uma
fina camada de óleo mineral.
3.2.3.1 Amostragem
A amostra destinada à moldagem de corpos-de-prova deve ser retirada de acordo com
NBR 5750 e com o processo de produção do concreto utilizado.
Devem ser anotados:
a) data;
b) hora de adição da água de amassamento;
c) local de aplicação do concreto.
Os moldes devem ser colocados sobre uma base nivelada, livre de choques e
vibrações. Os corpos-de-prova devem ser moldados em local próximo àquele em que serão
armazenados nas primeiras 24h.
O concreto deve ser colocado no molde, com o emprego de concha, em camadas de
alturas aproximadamente Iguais. Antes do adensamento de cada camada, o concreto deve ser
uniformemente distribuído dentro da fôrma. A última camada deve sobrepassar ligeiramente o
topo do molde, para facilitar o respaldo. A moldagem dos corpos-de-prova não deve sofrer
interrupções.
Após a moldagem, os corpos-de-prova devem ser imediatamente cobertos com
material não reativo e não absorvente, com a finalidade de evitar a perda de água do concreto
e protegê-lo da ação das intempéries.
26
3.2.3.2 Dimensões dos corpos-de-prova
Cilíndricos
A dimensão básica escolhida deve ser: 100 mm, 150 mm, 250 mm ou 450 mm, de
forma que obedeça à seguinte relação:
d ≥ 3D
Onde:
d = dimensão básica
D = dimensão máxima característica do agregado, determinado conforme a NBR
7211.
Os corpos-de-prova cilíndricos devem ter diâmetro igual a d e altura igual a 2d.
Prismáticos
Devem ter seção quadrada de aresta igual à dimensão básica d e comprimento igual ou
superior a 3d + 50 mm, de forma que obedeçam à relação de 3.2.3.9.1.
3.2.3.3 Moldagem dos corpos-de-prova
Adensamento manual
No adensamento de cada camada devem ser aplicados golpes de socamento,
uniformemente distribuídos em toda a seção transversal do molde. No adensamento de cada
camada, a haste de socamento não deve penetrar na camada já adensada. Se a haste de
socamento criar vazios na massa do concreto, deve-se bater levemente na face externa do
molde até o fechamento deste. Quando o abatimento do tronco de cone for superior a 180
mm, a moldagem deve ser feita com a metade das camadas indicadas.
Adensamento vibratório
Colocar todo o concreto de cada camada antes de iniciar a vibração. A vibração deve
ser aplicada, em cada camada, apenas o tempo necessário para permitir o adensamento
27
conveniente do concreto no molde. Esse tempo é considerado suficiente, no instante em que o
concreto apresente superfície relativamente plana e brilhante.
Quando empregado vibrador de imersão, deixar a ponta deste penetrar
aproximadamente 25 mm na camada imediatamente inferior.
Durante o adensamento, o vibrador de imersão não deve encostar-se às laterais e no
fundo do molde, devendo ser retirado lenta e cuidadosamente do concreto. Após a vibração de
cada camada, bater nas laterais do molde, de modo a eliminar as bolhas de ar e eventuais
vazios criados pelo vibrador.
No caso de corpo-de-prova cilíndrico, de dimensão básica igual a 100 mm ou 150 mm,
o vibrador de imersão deve ser inserido ao longo do eixo do molde. No caso de corpo-de-
prova prismático de dimensão básica igual a 150 mm, o vibrador de imersão deve ser inserido
perpendicularmente à superfície do concreto, em três pontos equidistantes ao longo do eixo
maior do molde.
A vibração deve ser procedida inicialmente no ponto central e posteriormente em cada
um dos pontos extremos, que devem distar um quarto do comprimento do molde em relação
às extremidades deste.
Desforma
Os corpos-de-prova devem permanecer nas formas, nas condições de cura inicial,
durante o tempo a seguir definido, desde que as condições de endurecimento do concreto
permitam a desforma sem causar danos ao corpo-de-prova:
a) 24 h, para corpos-de-prova cilíndricos;
b) 48 h, para corpos-de-prova prismáticos.
3.2.3.4 Cura final
Até o início do ensaio, os corpos-de-prova devem ser conservados imersos em água
saturada de cal ou permanecer em câmara úmida que apresente, no mínimo, 95% de umidade
relativa do ar, atingindo toda a sua superfície livre, ou ficar enterrados em areia
completamente saturada de água. Em qualquer dos casos, a temperatura deve ser de (23 ±
2)°C até o instante do ensaio, conforme a NBR 9479.
3.2.4 Conceitos de Testes
28
3.2.4.1 Resistência Mecânica [8]
As propriedades mecânicas dos materiais são verificadas pela execução de
experimentos de laboratório cuidadosamente programados, que reproduzem o mais fielmente
possível as condições de serviço. Dentre os fatores a serem considerados incluem-se a
natureza da carga aplicada e a duração da sua aplicação, bem como as condições ambientais.
A carga pode ser de tração, compressiva, ou de cisalhamento, e a sua magnitude pode ser
constante ao longo do tempo ou então flutuar continuamente.
Desse modo as propriedades são muito importantes nas estruturas dos materiais, e elas
são alvo da atenção e estudo de vários grupos de pessoas. Isso pode ser obtido mediante
técnicas experimentais de ensaio e/ou através de análises teóricas matemáticas de tensão. Isso
envolve necessariamente uma compreensão das relações entre microestrutura dos materiais e
suas propriedades mecânicas.
As principais propriedades mecânicas dos materiais:
resistência à tração;
elasticidade;
ductilidade;
fluência;
fadiga;
dureza;
tenacidade entre outras.
3.2.4.1.1 Conceitos de tensão e deformação
Se uma carga é estática ou se ela se altera de uma maneira relativamente lenta ao
longo do tempo e é aplicada uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um
membro, o comportamento mecânico pode ser verificado mediante um simples ensaio de
tensão-deformação.
Existem três maneiras principais segundo uma carga pode ser aplicada: tração,
compressão e cisalhamento.
3.2.4.1.2 Ensaio de tração
29
Um dos ensaios mecânicos de tensão-deformação mais comuns é executado sobre
tração. O ensaio de tração pode ser usado para avaliar diversas propriedades mecânicas dos
materiais que são importantes em projetos.
Uma amostra é deformada, geralmente até sua fratura, mediante uma carga de tração
gradativamente crescente, que é aplicada uniaxialmente ao longo do eixo mais comprido de
um corpo de prova. Normalmente a seção reta é circular, porém corpos de prova retangulares
também são usados.
Durante os ensaios, a deformação fica confinada a região central, mais estreita do
corpo de prova, que possui uma seção reta uniforme ao longo do seu comprimento. O corpo
de prova é preso pelas suas extremidades nas garras de fixação do dispositivo de testes.
A máquina de ensaios de tração alonga o corpo de prova a uma taxa constante, e
também mede contínua e simultaneamente a carga e os alongamentos resultantes.
Tipicamente, um ensaio de tensão-deformação leva vários minutos para ser executado e é
destrutivo, isto é, até a ruptura do corpo de prova.
3.2.4.1.3 Resistência à fratura
A resistência à fratura de um material é determinada pela tenacidade. A tenacidade é
um termo mecânico que é usado em vários contextos: livremente falando, ela representa uma
medida da habilidade de um material em absorver energia até sua fratura.
Para uma situação estática (pequena taxa de deformação), a tenacidade pode ser
determinada a partir dos resultados de um ensaio tensão-deformação. Ela é a área sob a curva
até o ponto de fratura. As unidades de tenacidade são: energia por unidade de volume do
material.
Para que um material seja tenaz, ele deve apresentar tanto resistência como
ductibilidade (materiais dúcteis têm a propriedades de que quando estão sob a ação de uma
força, podem estirar-se sem romper-se, transformando-se num fio). Exemplos de materiais
dúcteis são o ouro, o cobre e o alumínio. Por outro lado, um material frágil é um material que
não pode se deformar muito. Com deformações relativamente baixas o material já se rompe.
Um exemplo de material frágil é o vidro. Frequentemente materiais dúcteis são mais tenazes
que materiais frágeis.
3.2.4.1.4 Dureza
30
Outra propriedade mecânica que é importante considerar é a dureza, que é uma medida
da resistência de um material a uma deformação plástica localizada (por exemplo, uma
pequena impressão ou risco).
Os primeiros ensaios de dureza eram baseados em minerais naturais, com uma escala
construída unicamente em função da habilidade de um material em riscar outro mais macio.
Técnicas quantitativas para a determinação da dureza foram desenvolvidas ao longo dos anos,
nas quais um pequeno penetrador é forçado contra a superfície de um material a ser testado,
sob condições controladas de carga e taxa de aplicação.
Faz-se a medida da profundidade ou do tamanho da impressão resultante, a qual, por
uma vez, é relacionada a um número índice de dureza: quanto mais macio o material, maior e
mais profunda é a impressão e menor é o número índice de dureza.
As durezas medidas são apenas relativas (ao invés de absolutas), e deve-se tomar
cuidado ao se comparar valores determinados segundo técnicas diferentes.
Os ensaios de dureza são realizados com mais frequência do que qualquer outro ensaio
mecânico por diversas razões:
simples e barato;
não-destrutivo;
pode-se estimar outras propriedades a partir da dureza do material.
3.2.4.1.5 Resistência ao cisalhamento e à torção
Obviamente, os metais podem experimentar deformação plástica sob a influência da
aplicação de cargas cisalhantes e torcionais. O comportamento tensão-deformação resultante é
semelhante a componente de tração. Sob a influência de cargas relativamente baixas, também
apresentará deformação plástica (variando de acordo com o material), e terá um ponto de
ruptura respectivo a tensão de ruptura.
3.2.4.1.6 Resistência ao choque e ao impacto
Choque ou impacto é um esforço de natureza dinâmica. O comportamento dos
materiais sob ação de cargas dinâmicas é diferente de quando está sujeito às cargas estáticas.
A capacidade de um determinado material de absorver energia do impacto está ligada à sua
tenacidade, que por sua vez está relacionada com a sua resistência e ductilidade.
31
O ensaio de resistência ao choque dá informações da capacidade do material absorver
e dissipar essa energia. Como resultado do ensaio de choque obtém-se a energia absorvida
pelo material até sua fratura, caracterizando assim o comportamento dúctil ou frágil.
Em relação à resistência ao impacto:
Materiais Polímeros: São frágeis às baixas temperaturas porque a rotação dos
átomos na molécula requer energia térmica. A maioria dos polímeros apresenta
transição dúctil-frágil que é, geralmente, abaixo da ambiente.
Materiais CFC: Permanecem dúcteis (não apresenta transição dúctil-frágil)
porque nesta estrutura há muitos planos de escorregamento disponíveis.
Exemplo: alumínio e suas ligas e cobre e suas ligas
Materiais HC: São frágeis porque nesta estrutura há poucos planos de
escorregamento disponíveis. Alguns materiais HC apresentam transição dúctil-
frágil. Exemplo: zinco.
3.2.4.1.7 Fadiga
É o efeito observado em estruturas com estado de tensões bem abaixo da tensão de
ruptura quando se pode desenvolver um acúmulo do dano com cargas cíclicas continuadas
conduzindo a uma falha do componente ou estrutura.
Todos dos materiais são anisotrópicos2 e não homogêneos. Metais de engenharia são
compostos por agregados de pequenos grãos de cristal. Dentro de cada grão a estrutura
também é anisotrópica devido aos planos do cristal e se a fronteira do grão é fechada, a
orientação destes planos muda.
Estas não homogeneidades existem não somente pela estrutura de grãos, mas também
por causa de inclusões de outros materiais. Como resultado da não homogeneidade tem-se
uma distribuição de tensões não uniforme. Regiões da microestrutura onde os níveis de tensão
são altos normalmente são os pontos onde o dano de fatiga se inicia.
Para metais dúcteis de engenharia, grãos de cristal que possuem uma orientação
desfavorável relativa ao carregamento aplicado desenvolvem primeiro 'slip bands' (são regiões
onde há intensa deformação devido ao movimento entre os planos do cristal).
2 Um material é anisotrópico quando suas propriedades mecânicas são diferentes em diferentes direções.
Em geral, as propriedades mecânicas dos materiais anisotrópicos não são simétricas em relação a qualquer plano
ou eixo. Os materiais ortotrópicos podem também ser chamados de anisotrópicos [8].
32
Materiais com alguma limitação de ductibilidade como são os metais de alta
resistência, o dano microestrutural é menos espalhado tendendo a ser concentrado nos defeitos
no material. Uma pequena trinca desenvolve-se a partir de uma lacuna, inclusão, 'slip band',
contorno do grão. Esta trinca cresce então num plano geralmente normal à tensão de tração
até causar uma falha, algumas vezes juntando-se com outras trincas durante o processo.
Assim, o processo em materiais com ductibilidade limitada é caracterizada pela
propagação de poucos efeitos, em contraste com danos intensificados mais espalhados que
ocorrem em materiais altamente dúcteis.
Em materiais de fibra composta, a fadiga é geralmente caracterizada pelo crescimento
de trincas e de laminações espalhadas desenvolvendo acima de uma relativa área.
Quando a falha é dominada pelo crescimento da trinca, a fratura resultante, quando vista
macroscopicamente, geralmente exibe uma superfície polida próximo à área em que se
originou.
Superfícies rugosas normalmente indicam um crescimento mais rápido da trinca.
Linhas curvas concêntricas à origem da trinca são frequentemente vistas e marcam o
progresso da trinca em vários estágios. Após a trinca ter caminhado um determinado
comprimento a falha poderá ser dúctil (envolvendo grandes deslocamentos) ou frágil
(pequenos deslocamentos).
3.2.4.2 Lixiviação [9]
A classificação dos resíduos é baseada normalmente na avaliação do comportamento
deste em contato com um solvente. Assim, a lixiviação é o procedimento mais utilizado para
analisar a potencialidade de transferência de matéria para o meio natural.
Os ensaios de lixiviação são utilizados para determinar ou avaliar a estabilidade
química dos resíduos, quando em contato com soluções aquosas, permitindo assim verificar o
grau de imobilização de contaminantes.
Encontram-se disponíveis diversos ensaios de lixiviação, mas nenhum deles é capaz de
reproduzir, isoladamente, todas as condições variáveis que se observam na natureza.
Os ensaios de lixiviação são utilizados tanto para fins científicos, quando se pretende
determinar o comportamento de uma substância face a fenômenos físico-químicos que
ocorrem durante uma percolação, como para caracterizar a periculosidade de um resíduo,
visando o controle de resíduos sólidos perigosos. Assim, o ensaio procura reproduzir em
33
laboratório os fenômenos de arraste, diluição e de dessorsão que ocorrem pela passagem de
água através de um resíduo, quando disposto no meio ambiente.
Tal ensaio pode representar vários anos do fenômeno natural de lixiviação. O teste de
lixiviação é empregado na classificação de resíduos sólidos desde que os mesmos não estejam
perfeitamente caracterizados como resíduos perigosos, segundo as normas adotadas.
O processo de lixiviação é fundamental para o entendimento de como avaliar a
periculosidade do resíduo. Se as águas superficiais ou subterrâneas entram em contato com
um material, cada um de seus constituintes se dissolve a uma taxa finita. Igualmente, muitos
resíduos ditos impermeáveis como argilas, concreto, tijolos e vidro de qualquer natureza
podem ser dissolvidos, pois não existe nada que seja totalmente insolúvel.
Se os resíduos submetidos ao Teste de lixiviação, conforme Norma Brasileira NBR
10.005 – “Lixiviação de Resíduos – Procedimentos”, apresentarem teores de poluentes no
extrato lixiviado em concentração superior aos padrões constantes da Listagem 7 – Limite
Máximo no Extrato obtido no Teste de Lixiviação – são classificados como perigosos. Assim
sendo, o teste de lixiviação se aplica somente àqueles resíduos que apresentam entre seus
constituintes um ou mais dos elementos e substâncias constante na listagem nº 7 da NBR
10.004.
A lixiviabilidade é usualmente avaliada em função da concentração dos contaminantes
encontrados no lixiviado. A concentração do contaminante, padrão primário de avaliação de
qualidade da água, é frequentemente utilizada como padrão para o teste de lixiviação.
Na avaliação da lixiviabilidade do material, é feita uma comparação entre a
concentração do contaminante no lixiviado e no resíduo bruto. Estes valores indicam a porção
de resíduo liberada para o meio. Se o tempo de duração do ensaio é conhecido, então é
possível determinar-se a taxa de lixiviação do resíduo.
O ensaio de lixiviação sofre interferência da temperatura, do tipo de solução lixiviante,
da relação resíduo/lixiviante, do número de extrações, da superfície específica do resíduo e do
grau de agitação utilizado no ensaio.
Atualmente uma variada gama de testes de lixiviação é empregada para prever o
impacto ambiental causado pela disposição de uma matriz contendo resíduo. A escolha entre
vários tipos de testes de lixiviação é feita conjuntamente entre o órgão ambiental responsável
e o gerador.
3.2.4.3 Solubilização [10]
34
3.2.4.3.1 Conceito
Procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos, visando
diferenciar os resíduos classificados na ABNT NBR 10004 como classe II A - não inertes – e
classe II B – inertes. Não se aplica a resíduos no estado líquido.
3.2.4.3.2 Requisitos
3.2.4.3.2.1 Aparelhagem
Como aparelhagem deve-se utilizar:
a) agitador que possa evitar a estratificação da amostra por ocasião da agitação;
submeter todas as partículas da amostra ao contato com a água e garantir a agitação
homogênea durante o seu período de funcionamento;
b) aparelho de filtração que permita a separação de todas as partículas de
diâmetro igual ou superior a 0,45µm;
c) estufa de circulação de ar forçado e exaustão ou estufa a vácuo;
d) medidor de pH;
e) balança com resolução de ± 0,01 g.
3.2.4.3.2.2 Reagentes e materiais
Como reagente e materiais devem-se utilizar:
a) água destilada e/ou deionizada, isenta de orgânicos;
b) frasco de 1 500 mL;
c) membrana filtrante com 0,45 µm de porosidade;
d) filme de PVC;
e) peneira com abertura de 9,5 mm.
3.2.4.3.2.3 Amostragem de campo
A amostragem deve ser procedida conforme ABNT NBR 10007.
35
3.2.4.3.3 Procedimento
Deve-se proceder como descrito abaixo:
Secar a amostra a temperatura de até 42°C, utilizando uma estufa com circulação
forçada de ar e exaustão ou estufa a vácuo, e determinar a percentagem de umidade.
Colocar uma amostra representativa de 250 g (base seca) do resíduo em frasco de 1
500 mL (NOTA 1: A operação deve ser realizada em duplicata. NOTA 2: Pode-se utilizar o resíduo
não seco, desde que ele represente 250 g de material seco; para isto, fazer a compensação de massa e
volume. NOTA 3: Se a amostra passar em peneira de malha 9,5 mm, ela estará pronta para a etapa de
extração; caso contrário, ela deve ser triturada).
Adicionar 1 000 mL de água destilada, deionizada e isenta de orgânicos, se a amostra
foi submetida ao processo de secagem, e agitar a amostra em baixa velocidade, por 5
minutos, ou proceder de acordo com o item abaixo:
Adicionar o volume necessário de água destilada, deionizada e isenta de orgânicos
para completar 1 000 mL, se a amostra não foi submetida ao processo de secagem, e
agitar a amostra em baixa velocidade,por 5 min.
Cobrir o frasco com filme de PVC e deixar em repouso por 7 dias, em temperatura até
25°C.
Filtrar a solução com aparelho de filtração guarnecido com membrana filtrante com
0,45 µm de porosidade.
Definir o filtrado obtido como sendo o extrato solubilizado.
Determinar o pH após a obtenção do extrato solubilizado.
Retirar alíquotas e preservá-las de acordo com os parâmetros a analisar, conforme
estabelecido no Standard methods for the examination of water and wastewater ou
USEPA - SW 846 - Test methods for evaluating solid waste; Physical/Chemical
methods (NOTA: No caso de análise de metais, deve ser feita a acidificação numa pequena alíquota.
Caso ocorra a precipitação, não proceder à acidificação no restante da amostra. Utilizar parte do extrato
não acidificado e analisar imediatamente).
Analisar os parâmetros do extrato solubilizado de acordo com as metodologias
descritas no Standardmethods for the examination of water and wastewater ou USEPA
- SW 846 - Test methods for evaluatingsolid waste; Physical/Chemical methods.
3.3 SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO [11]
36
3.3.1 CONCEITOS
3.3.1.1. ÁGUA
A água é formada por moléculas que contém dois átomos de hidrogênio (H) e um
átomo de oxigênio (O). A mesma possui diversas propriedades, principalmente a de ser um
ótimo solvente e um transportador de partículas. É inodora, incolor, e pode ser encontrada em
três estados físicos da matéria: líquido, sólido ou gasoso.
Desta forma, a água, pode se movimentar formando um ciclo, chamado ciclo
hidrológico, atingindo a altura de 15 km acima do solo e uma profundidade de cerca de 5 km.
O calor derrete em pequena escala a água das geleiras, que junto com a água das
chuvas, escoam pela superfície da terra até as águas de superfície, ou se infiltram pelo solo,
até os reservatórios subterrâneos.
Estes acúmulos de água superficial evaporam e junto com a transposição dos vegetais
se transformam em nuvens, que por fim precipitam-se como chuva, renovando o ciclo. Esta
renovação não é apenas quantitativa, mas também qualitativa, pois o processo purifica a água
de suas impurezas e devolve-a depurada.
De acordo com a CETESB (dezembro de 2008), o planeta contém um volume
constante de 1,5 bilhões de Km³ de água, mas o simples fato de a água ser constante no
planeta, e em abundância, não condiz com o fato de ser infinita, já que este volume de água
está distribuído da seguinte forma:
97,5% - oceano;
1,9% - geleiras;
0,6% - água doce - 97% água subterrânea;
- 3% água superficial.
É possível que exista apenas 0,018% de água doce em locais de fácil acesso para
consumo. E mais de 55% de água doce no planeta já estão sendo utilizados. Estima-se que do
total de água doce disponível no planeta, de 10% a 12% estejam em território brasileiro, sendo
o país mais rico em termos quantitativos.
Porém, destes 12%, 68% estão concentrados na região Norte, 7% na região Sul, 6% na
região Sudeste e apenas 3% na região Nordeste. Mostrando a desigualdade de disponibilidade
de água no país.
37
A água é simplesmente responsável pela existência da vida no planeta, ela está
presente nos corpos e, apresenta diversas funções e usos (ver tabela 1).
Tabela 1. Finalidades e Tipos de usos da água [11].
Finalidade Tipo de Uso Uso Consultivo1 Requisitos de Qualidade
Abastecimento urbano
Abastecimento
doméstico, industrial,
comercial, público e
dessedentação2 de
animais.
Baixo (de 10%), sem
contar as perdas nas
redes.
Altos ou médios,
influindo no custo do
tratamento
Abastecimento industrial
Sanitário, de processo,
incorporação ao produto,
refrigeração de vapor.
Médio (de 20%),
variando com o tipo de
uso e de indústrias.
Médios, variando com o
tipo de uso.
Irrigação
Irrigação artificial de
culturas agrícolas
segundo diversos
métodos.
Alto (90%)
Médios, depende do tipo
de cultura.
Aquicultura e Pesca
Estações de piscicultura e
outras; comércio de
espécies de peixes.
Baixo (de 10%)
Altos, nas águas
correntes, lagos ou
reservatórios artificiais.
Geração hidrelétrica Acionamento de turbinas
hidráulicas
Perdas por evaporação Baixos
Navegação fluvial
Manutenção de calados3
mínimos e eclusas4
Não há
Baixos
Recreação, lazer e
harmonia paisagística.
Esportes aquáticos e lazer
contemplativo
Não há
Altos, especialmente
recreação com contato
direto.
Assimilação de esgotos
Diluição, autodepuração5
e transporte de esgotos
urbanos e industriais.
Não há
Não há
Usos de preservação
Vazões para assegurar o
equilíbrio ecológico
Não há
Não há
(1) Uso Consultivo: parte da água captada retorna ao curso d’água.
(1’) Uso não Consultivo: toda água captada retorna ao curso d’água.
(2) Dessedentação de animais: saciar a sede dos animais.
(3) Calados mínimos: distância vertical entre a superfície da água e a parte mais baixa da quilha do navio medida quando este
estiver na condição de deslocamento mínimo.
(4) Eclusas: funcionam como degraus para as embarcações se adequarem ao nível do rio nos portos.
38
(5) Autodepuração: processo bioquímico de corpo d’água em absorver novas substâncias.
Alguns desses usos como o abastecimento doméstico, necessitam de uma maior
qualidade da água, necessitando de um tratamento prévio. Já outras diluições e despejos não
necessitam de uma água com tanta qualidade.
Em decorrência da água circular pela Terra, utiliza-se a mesma fonte de água para
diversos fins, mesmo que em pontos diferentes. Ou seja, muitas vezes, do mesmo rio onde as
pessoas se banham, lavam suas roupas, se abastecem de água, há despejos de águas
residuárias.
3.3.1.2 Poluição das Águas
A poluição, segundo a Lei 6938/81 (Política Nacional do Meio Ambiente), é: a
degradação da qualidade ambiental resultante de atividades que direta ou indiretamente:
a) prejudiquem a saúde, a segurança e o bem-estar da população;
b) criem condições adversas às atividades sociais e econômicas;
c) afetem desfavoravelmente a biota;
d) afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente;
e) lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais
estabelecidos.
Ou seja, a poluição das águas é a adição de demais substâncias ou de formas de
energia em sua composição, que direta ou indiretamente altere as suas características naturais,
prejudicando os seus usos.
3.3.1.2.1 Autodepuração
Autodepuração é a capacidade que um corpo d’água tem em restabelecer seu
equilíbrio naturalmente após o despejo de poluentes.
Ou seja, o rio convive num total equilíbrio com suas espécies, sem a interferência de
poluentes. Porém, ele é capaz de receber uma carga de despejos orgânicos, que através do
oxigênio existente no corpo d’água, as bactérias e demais microorganismos estabilizam essa
matéria ao longo do seu curso, convertendo-se em produtos mineralizados inertes.
Mas essa capacidade é limitada, pois depende da disponibilidade de oxigênio existente
no rio, que é muito inferior ao volume de esgoto gerado pela população.
39
3.3.1.2.2 Fontes de Poluição
O lançamento de poluição pode ser considerado de duas formas: pontual, ou difusa.
Poluição Pontual: poluição concentrada em um mesmo ponto (ex: esgoto sem
tratamento levado por uma tubulação para um ponto do rio);
Poluição Difusa: poluição descentralizada, distribuída ao longo do corpo
receptor (ex: escoamento natural do solo para um corpo d’água, contendo
agrotóxicos).
As fontes de poluição3, nada mais são que, o produto final do uso da água, como:
esgotos domésticos;
esgotos industriais;
dissolução de vegetação e minerais;
floração aquática;
escoamento superficial;
escoamento e infiltração de aterro sanitário.
3.3.1.3 Esgoto
Esgoto, também conhecido como águas residuárias ou servidas, é o termo usado para
os despejos provenientes dos usos das águas, tais como doméstico, comercial, industrial,
agrícola, entre outros. Ele é composto de água, substâncias e microorganismos com
características conforme a sua procedência, denominadas poluentes.
3.3.1.3.1 Esgoto Doméstico
O esgoto doméstico é uma parcela muito significativa do esgoto sanitário. Provêm
principalmente, de residências, edificações públicas e comerciais que concentram aparelhos
sanitários, lavanderias e cozinhas.
Apesar de variar em função dos costumes e condições socioeconômicas das
populações, o esgoto doméstico tem características bem definidas, sendo rico em matéria
orgânica, resultante do uso pelo homem em função dos seus hábitos higiênicos e de suas
necessidades fisiológicas. Ou seja, ele é composto basicamente de: água de banho, urina,
fezes, restos de comida, sabão, detergentes, gordura e águas de lavagem, formando uma
3 Como é de interesse desse projeto, será abordado apenas da fonte de poluição por esgotos.
40
grande biomassa, ou seja, uma associação de seres vivos.
Todo esgoto sanitário se compõe basicamente de 99,9% de água e apenas 0,1% de
sólidos. Porém, a água em si, nada mais é que um meio de transporte das inúmeras
substâncias orgânicas e inorgânicas e microorganismos eliminados pelo homem diariamente.
Os sólidos representam qualitativamente o esgoto. Sendo o último composto de 70%
de sólidos orgânicos (proteínas, carboidratos, gorduras e outros) e 30% de sólidos inorgânicos
(areia, sais, e metais), além dos materiais indevidos lançados na rede de esgotamento
sanitário, como estopas, plásticos, madeiras, materiais de higiene, além de outros objetos que
não fazem parte do conceito de esgoto, mas são constantes em sua composição, devido à má
conduta dos homens em destinar os resíduos sólidos.
3.3.1.3.2 Esgoto Industrial
Os esgotos industriais são extremamente diversificados, provêm de qualquer utilização
para fins industriais e adquirem características próprias em função do processo industrial
empregado.
Ele é gerado pelo uso das águas nos processos de incorporação, lavagem, ou mesmo
para funcionamento dos equipamentos e dos descartes.
Mas sua composição pode vir a ser extremamente química (composta por óleos e
graxas, além de metais como cádmio, chumbo, mercúrio, níquel, zinco, cromo, arsênio,
alumínio, bário, entre outros, podendo ainda possuir uma pequena concentração de matéria
orgânica). Neste caso é necessário que se adote um tratamento diferenciado, com o
tratamento químico.
O esgoto proveniente de uso de banheiros e cozinhas de uma indústria é classificado
como esgoto doméstico, devendo ser lançado em rede apropriada, sendo o mesmo separado de
efluente industrial.
3.3.1.3.3 Característica do Esgoto
O esgoto é formado pela adição de substâncias à água. Estas substâncias possuem
características físicas, químicas e biológicas.
3.3.1.3.3.1 Características físicas
As características físicas dos poluentes dividem-se em sólidos e gases;
a) Sólidos
41
Sólido é qualquer matéria consolidada presente nas águas. Nem sempre estes sólidos
são visíveis, portanto os sólidos são classificados pelo seu tamanho:
Sólidos dissolvidos: são os sólidos capazes de passar por um papel de filtro de
tamanho especificado;
Sólidos em suspensão: são os sólidos retidos pelo papel de filtro.
e forma química:
O sólido elevado a uma temperatura de (550ºC), a fração orgânica é volatilizada,
permanecendo após combustão, apenas a fração inorgânica. Os sólidos voláteis representam,
portando uma estimativa da matéria orgânica nos sólidos, ao passo que os sólidos não
voláteis (fixos e inertes) representam a matéria inorgânica ou mineral.
b) Gases
O gás é o conteúdo da fase gasosa, no qual a matéria tem forma e volume variáveis.
Nos gases, as moléculas se movem livremente e com grande velocidade. A força de coesão
(aproximação) é mínima e a de repulsão (afastamento) é enorme. Portanto os gases são muito
variáveis nas águas, mas são mais predominantes e tóxicos nos esgotos.
Os principais gases formados nas reações do tratamento de esgoto são: o Nitrogênio
(N2), o gás carbônico (CO2), o metano (CH4), o gás sulfídrico (H2S), o Oxigênio (O2) e o
Hidrogênio (H2) conforme Tabela 2.
Tabela 2. Teores Máximos [11].
Componentes Teores Limites Valor Mediano
CH4 54 – 77% 67%
CO2 14 – 34% 30%
N2 0 – 9% 3%
H2 0 – 11% 3%
O2 0 – 2% 0,4%
H2S 0,004 – 0,9% 0,01%
O gás metano caracteriza-se, por ser combustível e inflamável, requerendo, portanto,
cuidados com riscos de explosão. Já o gás sulfídrico tem como principal característica, o mau
odor, que pode gerar sérios problemas, se o mesmo acumular-se em locais fechados.
42
Grande parte do enxofre encontrado no esgoto transforma-se em H2S, através de
processos biológicos, porém a turbulência apresenta grande influência na dissolução do
líquido.
O excesso de H2S nos tratamentos biológicos pode causar: a inibição do processo;
aceleramento da degradação dos equipamentos; corrosão da estrutura e aumento no consumo
de oxigênio.
H2S + 2O2 → H2SO4 (ácido sulfúrico);
Esta reação é causada pelas bactérias Thiobacillus, dentro de um processo biológico.
3.3.1.3.3.2 Características químicas
A matéria inorgânica contida nos esgotos é formada, principalmente, pela presença de
areia e de substâncias minerais dissolvidas e água.
Cerca de 70% dos sólidos no esgoto são de origem orgânica. São compostos que
possuem carbono em sua constituição, juntamente com hidrogênio, e algumas vezes com
nitrogênio. As principais substâncias orgânicas presentes no esgoto são:
Compostos de proteínas (40 a 60%) – produtoras de nitrogênio e contêm C,
H, N, O, e as vezes P, S, e Fe. Constituinte de organismo animal e vegetal. O
gás sulfídrico presente nos esgotos é proveniente do enxofre fornecido pelas
proteínas;
Carboidratos (25 a 50%) – contêm C, H e O. São as primeiras substâncias a
serem destruídas pelas bactérias, com produção de ácidos orgânicos,
representando maior acidez em esgoto velho. Os principais são os açucares, o
amido, a celulose e a fibra de madeira;
Gorduras e óleos (10%) – a matéria graxa é vinda de produtos alimentícios,
limpeza, e em casos de despejos industriais derivados de petróleo, e neste caso
altamente indesejável. Os óleos se concentram nas tubulações causando
entupimentos, odores e escumas e podendo inibir a vida biológica;
Surfactantes, fenóis, etc – os surfactantes formam uma espuma muito estável
e difícil de ser quebrada; fenóis são originados por despejos industriais que
causam gosto característico na água.
3.3.1.3.3.3 Características biológicas
43
Os seres vivos são formados por um elevado grau de organização de átomos nas
moléculas e destas entre si, com a capacidade de agir sobre o meio, de maneira a transformar
substâncias estranhas à sua natureza em substâncias constituintes à sua estrutura.
A classificação dos seres vivos é bem inconstante, mas recentemente os seres vivos de
maior interesse no tratamento de esgoto são os classificados em quatro grandes reinos:
animal, vegetal, protista e monera. Porém, estes não são suficientes para classificar todas as
diferenças dos seres vivos. Assim, serão citado também, as principais formas de diferenciação
dos seres vivos de interesse do esgoto, para visualizá-los mais facilmente.
a) Classificação quanto às formas de alimentação
Todos os seres vivos, para que possam desempenhar as suas funções de
crescimento, locomoção, reprodução, e outras, necessitam de energia, carbono e
nutrientes (N, P, S, K, Ca, Mg...)
Em termos de fonte de carbono temos:
Heterotróficos: organismos que necessitam de substâncias altamente
complexa na sua dieta, como matéria orgânica;
Autotróficos: organismos que sintetizam seu próprio alimento, ou seja,
sintetizam moléculas de elevada estrutura, a partir de moléculas de
baixa energia, ex: gás carbônico (CO2);
Em termos de fonte de energia, temos os seres:
Fototróficos: organismos que utilizam a luz para transformar
substâncias de estrutura simples, em compostos orgânicos, sendo assim,
denominados fotossintetizantes;
Quimiotróficos: organismos que se nutrem através de reações
químicas, não necessitando obrigatoriamente de energia solar;
b) Classificação segundo a respiração
A respiração é fonte de energia, para que os animais possam realizar
movimentos e outras reações.
Aeróbia: utilizam apenas do oxigênio livre na sua respiração;
Anaeróbia: utilizam o sulfato ou o dióxido de carbono como aceptores
de elétron, não podendo obter energia através da respiração aeróbia;
44
Facultativa: a respiração pode ser aeróbia, anaeróbia ou em condições
de zona anóxica (ausência de OD, – oxigênio dissolvido – mas
presença de nitratos).
c) Classificação por estrutura celular:
Unicelular: organismo formado por uma única célula. No entanto,
muitos seres unicelulares se agrupam frequentemente em colônias, em
que cada célula mantém a sua individualidade;
Multicelular (pluricelular): organismo ou estrutura de um organismo
formado por mais do que uma célula. No entanto há vários níveis de
diferenciação entre as células destes organismos. Há seres vivos
multicelulares em que praticamente não há diferenciação entre as
células, e outros com estrutura muito mais complexa, com o corpo,
diferenciado em tecidos e órgãos com funções específicas.
d) Classificação por locomoção:
Móvel: organismos que possuem características físicas para
locomoção, como pernas, patas, asas, flagelos, etc;
Imóvel: organismos que não possuem características físicas para
locomoção.
e) Classificação por Reinos:
Reino animal: multicelular com diferenciação celular, heterotróficos,
móveis e aeróbios. Ex: animais domésticos, aves, insetos, anelídeos
(minhocas), helmintos (vermes)...
Reino vegetal: multicelular com diferenciação celular, autotróficos,
fototróficos e imóveis. Ex: ervas, arbustros...
Reino protista: os protistas são unicelulares, sem diferenciação
celular, heterotróficos, fototróficos e móveis. Ex: protozoários;
Reino monera: os moneras são unicelulares, sem diferenciação
celular, porém, podem se organizar em colônias, autotróficos ou
heterotróficos e móveis. Ex: bactérias.
Portanto os reinos de maior relevância no esgoto são os protistas e moneras, onde se
classificam os microorganismos de maior importância para o tratamento, tais como:
45
Bactérias: as bactérias inseridas no Reino Monera são os mais importantes organismos
presentes no tratamento de esgoto, pois além de ser o principal responsável pela estabilização
da matéria orgânica, está presente também nos processos de nitrificação (conversão da amônia
a nitrito, e nitrito a nitrato), e da determinação (conversão do nitrato a nitrogênio gasoso). As
bactérias possuem diversos formatos como descritos abaixo:cocos, diplococos, esporos
bacterianos, estreptococos, estafilococos, bactéria flagelada, espirilos, bacilos e vibriões.
Figura 3: Morfologia das bactérias [11].
Protozoários: são essenciais ao tratamento biológico para manutenção do equilíbrio entre os
diversos grupos, pois atuam no consumo de matéria orgânica, bactérias livres, e participam na
formação de flocos. Devido a suas características estruturais, e de locomoção os protozoários
podem ser divididos em diversos grupos, dentre os principais: as amebas, flagelados e
ciliados.
Figura 4: Morfologia dos protozoários [11].
3.3.1.4 Tratamento
46
Primeiramente se faz necessário conhecer algumas nomenclaturas utilizadas nos
processos de tratamento:
Afluente/Esgoto bruto: vazão de esgoto que chega à ETE ou a algum ponto de
tratamento da ETE;
Efluente/Esgoto tratado: vazão que sai da ETE ou de algum ponto de
tratamento da ETE.
3.3.1.4.1 Parâmetros de qualidade do esgoto
Para se conhecer a existência ou ausência dos poluentes no esgoto, utiliza parâmetros
de qualidade. Estes são instrumentos padronizados que possuem uma faixa de concentração
aceitável estipulada e realizados em análises laboratoriais.
Assim pode-se quantificar a existência dos poluentes e microorganismos existentes na
amostra e avaliar, considerando-se esses indicadores, a qualidade da amostra. Porém, apesar
de ter-se uma faixa de aceitação, o esgoto é muito variável e possui muitas particularidades,
assim, para cada caso, valores fora do padrão devem ser julgados isoladamente, conhecendo
as influências para a ocasião.
Abaixo seguem os principais parâmetros utilizados para caracterização do esgoto:
pH (Potencial Hidrogênico): a medida do pH é a concentração hidrogênica
(de hidrogênio) das águas. O pH indica se o efluente é ácido (pH < 7), neutro
(pH = 7) ou básico (pH > 7);
OD (Oxigênio Dissolvido): é a concentração de oxigênio dissolvido na água;
Alcalinidade: em geral, quanto maior o valor da alcalinidade, maior será a
capacidade de água residuária manter seu pH próximo do neutro;
DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio): a DBO expressa a quantidade de
oxigênio utilizada, por microoganismos aeróbios, para oxidar biologicamente a
matéria orgânica;
DQO (Demanda Química de Oxigênio): a DQO expressa a quantidade de
oxigênio utilizada para oxidar quimicamente a matéria orgânica;
SS (Sólidos Sedimentáveis): a análise de SS permite determinar o volume
ocupado pelos sólidos após sedimentação em cone Imhoff, por uma hora;
47
ST (Sólidos Totais) e SST (Sólidos Suspensos Totais): Sólidos Totais é o
termo empregado para material que permanece em cadinho após evaporação da
água da amostra e sua subsequente secagem em estufa, a 105°C. Sólidos
Suspensos Totais constituem-se da fração dos ST que fica retida em um filtro;
SFT (Sólidos Fixos Totais) e SSF (Sólidos Suspensos Fixos): Sólidos Fixos
Totais é o termo empregado para a fração de ST após incineração em mufla a
55°C. Nessas condições, toda matéria orgânica é transformada em CO2 e água,
restando, no cadinho, apenas os sólidos inorgânicos. O SSF é o termo
empregado para a fração de SFT filtrada em membrana, após calcinação a
550°C. O SSF mede aproximadamente a quantidade de areia presente.
SVT (Sólidos Voláteis Totais) e SSV ( Sólidos Suspensos Voláteis): Sólidos
Voláteis Totais é o termo empregado para a fração de ST que se perde após a
calcinação em mufla a 550°C. O SSV corresponde à fração de SST, que se
perde após calcinação em mufla a 550°C. Para lodos biológicos a concentração
de SSV é relacionada à quantidade de biomassa presente. Para lodos primários,
a concentração de SSV, é relacionada ao conteúdo de matéria orgânica morta
presente.
Nitrogênio: o nitrogênio apresenta-se principalmente como nitrogênio
orgânico, nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato. O nitrogênio orgânico ocorre
em esgotos sanitários, principalmente devido à presença de proteínas ou seus
produtos de degradação, como polipeptídios e aminoácidos. A degradação
desses compostos e de ureia gera nitrogênio amoniacal. O nitrogênio
amoniacal pode estar presente também nos esgotos industriais que utilizam sais
de amônia ou ureia. As formas oxidadas de nitrogênio (nitritos e nitratos)
podem estar presentes em efluentes de sistemas de tratamento aeróbios, ou nas
águas residuárias industriais. A presença excessiva de nitrogênio causa
eutrofização dos corpos d’água, que é a proliferação de algas.
Fósforo: o fósforo encontra-se presente em águas residuárias, principalmente
como ortofosfato e polifosfato, bem como na forma de fósforo orgânico. A
presença excessiva de fósforo causa a eutrofização dos corpos d’água;
Sulfatos: o íon sulfato é um dos principais ânions presentes em águas naturais.
Em ambiente anaeróbio, os sulfatos geram sulfetos que são responsáveis por
problemas de corrosão, pela emissão de odor desagradável e que, dependendo
48
da concentração, podem causar inibição a determinados processos biológicos
como a metanogênese;
Óleos e Graxas: o termo óleos e graxas aplica-se a grande variedade de
substâncias orgânicas que são extraídas das soluções ou suspensões aquosas
por hexano. Hidrocarbonetos, ésteres, óleos, gorduras, ceras e ácidos orgânicos
de cadeias longas, são os principais materiais que são dissolvidos por esses
solventes.
3.3.1.5 Reações
As principais reações ocorridas no processo de tratamento de esgoto estão descritas
abaixo:
Oxidação: a oxidação implica na perda de um ou mais elétrons (e-) da
substância oxidada, ou seja, na oxidação, a substância cede cargas negativas.
Essa reação é realizada através de reações bioquímicas com a ajuda do agente
oxidante denominado aceptor de elétrons;
Redução: a redução, ao contrário da oxidação, implica no ganho de elétrons
(e-) da substância reduzida, ou seja, a substância recebe cargas negativas. Essa
reação é realizada através do agente redutor, denominado doador de elétrons;
Resumindo, o agente oxidante sofre redução e o agente redutor sofre oxidação;
Fermentações: a fermentação compreende reações químicas por
transformações produzidas na natureza, através de microorganismos, podendo
ser alcoólica, láctea, butírica e fórmica.
Nitrificação: é um processo químico-biológico da conversão de amônia a
nitrito pela ação conjunta de bactérias autótrofas quimiossintetizantes
nitrificantes. E de nitrito a nitrato pela ação das bactérias autótrofas
quimiossintetizantes;
Desnitrificação: é o fenômeno de transformação de nitratos e outras
substâncias em gás nitrogênio (N2) à forma mais estável do nitrogênio, pela
ação de bactérias desnitrificantes, heterotróficas facultativas, que utilizam o
nitrato como receptor de elétrons, necessitando de algum material orgânico
para operar como doador de elétrons, em condições anóxicas. O
enriquecimento e isolamento dessas bactérias são possíveis pela utilização de
49
meios sintéticos, contendo nitrato de potássio ou contendo alguma substância
orgânica como o etanol e o metanol;
Dessulfatação: se houver presença de sulfatos, sulfitos e mesmo enxofre
elementar na água residuária, por ação de bactérias sulfo-redutoras, os
compostos intermediários passam a ser utilizados por estas, alterando rotas
metabólicas no digestor anaeróbio. Assim ,as bactérias sulfo-redutoras passam
a competir com as bactérias fermentativas, acetogênicas e metanogênicas pelos
substratos disponíveis. Então, uma parte da carga poluidora orgânica se
transforma em carga poluidora na forma de sulfetos (inorgânica), o que pode
inviabilizar os tratamentos anaeróbios;
Acidogênese: por ações de bactérias fermentativas acidogênicas os compostos
oriundos da fase de hidrólise são convertidos em diversos compostos mais
simples;
Acetogênese: as bactérias acetogênicas são responsáveis pela oxidação dos
produtos gerados na fase acidogênica em substratos apropriado para as
bactérias metanogênicas;
Metanogênese: é a etapa final no processo de degradação da matéria orgânica,
onde o dióxido de carbono é convertido a metano por ação de bactérias
metanogênicas (hidrogenotrófica). Ou a acetato é convertido a metano
(acetotrófica).
3.3.1.6 Pré Tratamento
3.3.1.6.1 Posto de recebimento de efluentes (PRE)
O posto de recebimento de efluentes é uma unidade de recebimento do efluente
proveniente de fossas sépticas residenciais ou comerciais.
As fossas sépticas são unidades de tratamento primário de esgoto doméstico, nas quais
são feitas a separação e transformação da matéria sólida contida no esgoto, em tanques
enterrados, através do processo biológico.
Elas são necessárias às moradias que ainda não possuem rede coletora de esgoto, pois
evitam o lançamento de dejetos humanos diretamente em rios, lagos, nascentes ou mesmo na
superfície do solo, contaminando o meio ambiente e provocando doenças.
50
3.3.1.6.2 Elevatórias
As elevatórias não fazem parte do tratamento de esgoto, mas antecedem o mesmo. A
maioria dos lançamentos de esgoto existentes em bacias de esgotamento destinam-se às partes
mais baixas da região, próximas a rios, córregos, lagos, nascentes, ou mares. Neste caso, para
que não haja a contaminação destes locais faz-se necessário captar esses esgotos e encaminhá-
los ao tratamento mais próximo existente. Mediante isso, instala-se nestes locais, Estações
Elevatórias de Esgoto para que através de bombas de recalque, os esgotos sejam
encaminhados ao ponto mais alto, de onde irá escoar por gravidade até a próxima EEE ou
ETE.
3.3.1.7 Processos de tratamento de esgoto
3.3.1.7.1 Processo de tratamento
O processo de tratamento de esgoto pode ocorrer de três formas: em processos físicos,
químicos ou biológicos.
3.3.1.7.1.1 Processos físicos
São os processos em que há predominância dos fenômenos físicos de um sistema ou
dispositivo de tratamento. Esses fenômenos caracterizam-se principalmente dos processos de
remoção de substâncias fisicamente separáveis dos líquidos, ou que não se encontram
dissolvidas. Ex: gradeamento, filtração, centrifugação.
3.3.1.7.1.2 Processos químicos
São métodos de tratamento nos quais a remoção ou conversão de poluentes ocorrem
pela adição de produtos químicos, geralmente são utilizados para otimizar os processos
físicos. Ex: precipitação, coagulação, desinfecção.
3.3.1.7.1.3 Processos biológicos
São métodos de tratamento nos quais, a remoção de poluentes ocorre por meio de
atividade biológica, ou seja, dependem da ação dos microorganismos presentes, os quais
através de fenômenos da respiração e nutrição transformam os componentes mais complexos
51
em compostos mais simples. Ex: remoção de matéria orgânica carbonácea, nitrificação,
desnitirificação.
3.3.1.7.2 Nível de Tratamento
O tratamento de esgotos se classifica em quatro níveis de processo para a remoção de
poluentes:
Nível Preliminar: remoção de sólidos grosseiros, areia e gordura;
Nível Primário: remoção de sólidos em suspensão, sólidos sedimentáveis, e
DBO em suspensão;
Nível Secundário: remoção da matéria orgânica, ou remoção da matéria
carbonácea (DBO em suspensão ou solúvel);
Nível Terciário: remoção de nutrientes (fósforo e nitrogênio), organismos
patogênicos, metais pesados, sólidos inorgânicos dissolvidos, e sólidos em
suspensão remanescentes.
3.3.1.7.2.1 Tratamento preliminar
O tratamento preliminar é realizado por processos físicos. Destina-se à preparação das
águas de esgoto para uma disposição ou tratamento subsequente.
As unidades preliminares podem compreender: gradeamento, caixa de gordura, caixa
de areia e tanque de equalização.
3.3.1.7.2.1.1 Gradeamento grosseiro e fino
O gradeamento realiza a remoção dos resíduos grosseiros (sólidos de espessura maior
que 1 cm que são lançados indevidamente, ou incorporados no esgoto por arraste como,
pedras, tecidos, plásticos, animais mortos e outros materiais) e resíduos finos (resíduos de
espessuras menores, em mm, como cabelo, plásticos picados, e outros) em suspensão ou
flutuantes.
Deve ser a primeira unidade de tratamento de uma estação, pois possui a finalidade de
remover parcialmente a carga poluidora, contribuindo para melhorar o desempenho das
unidades subsequentes, proteger dispositivos de transporte como bombas, tubulações,
raspadores, removedores e aeradores.
3.3.1.7.2.1.2 Medidor de vazão
52
Geralmente é instalado na entrada e saída da ETE. É de grande importância ter esse
controle para gerenciar o processo de tratamento de um ETE. É constituído de uma calha
padronizada (calha Parshall).
As calhas são projetadas conforme o volume de esgoto a ser recebido, portanto, podem
conter diversos tamanhos.
A medição é feita através de um medidor de nível ultrassônico ou manualmente com
uma régua, uma vez que a lâmina líquida aferida em cm é convertida em unidade de vazão
(L/s, m3/h), a partir de uma tabela já calculada levando em consideração as dimensões da
calha.
3.3.1.7.2.1.3 Caixa de gordura
A caixa de gordura é um sistema que permite a separação de substâncias flutuantes, ou
seja, partículas que não se misturam com a água, mas que têm peso específico menor,
tendendo a flutuar na superfície contida nos esgotos, nomeados como gordura (óleos, graxas,
gorduras de alimentos, ceras, lubrificantes...) a fim de evitar entupimentos nas tubulações e
obstruções nos demais processos do tratamento e tubulações.
3.3.1.7.2.1.4 Poço de sucção
O poço de sucção é adotado como um poço de “armazenamento temporário” do
esgoto. Deve ser projetado para acumular a vazão máxima afluente à ETE sem riscos de
transbordo ou retorno do afluente.
Ele acumula o esgoto até atingir um volume adequado para ser recalcado por um
conjunto de bombas de recalque que são acionadas através de boias de nível ou sensor
ultrassônico.
3.3.1.7.2.1.5 Caixa de areia
A areia contida nos esgotos é, em sua maioria, constituída de material mineral, tais
como: areia, pedrisco, salite e cascalho. O material retido contém ainda quantidade de matéria
orgânica tais como: vegetais (grãos de café, de feijão, frutas e verduras), gordura, casca de
ovos e pedaços de ossos e penas de aves.
A contenção da areia minimiza os efeitos adversos no sistema como desgaste por atrito
ou entupimento dos equipamentos, tubulações, canalizações, tanques e etc. Além de não
comprometer o processo de tratamento nas demais fases de ETE.
A velocidade do escoamento do afluente nesta caixa deve ser controlada em torno de
53
0,30 m/s. Valores maiores podem causar arraste, e valores menores podem ocasionar
sedimentação da matéria orgânica presente.
3.3.1.7.2.1.6 Tanque de equalização
O tanque de equalização é usualmente indicado, para tratamento de efluentes
industriais que possuem características muito irregulares. Ele possui a função de regularizar o
pH, a vazão de entrada na estação, as cargas de poluentes, ou seja, homogeneizar o esgoto.
Ele possuiu aeradores ou flutuantes que vão homogeneizar o esgota, a fim de não permitir que
os sólidos se sedimentem no tanque, provocando maus odores.
3.3.1.7.2.2 Tratamento primário
No tratamento primário, como no preliminar, predominam os processos físicos.
3.3.1.7.2.2.1 Fossas sépticas
As fossas sépticas são unidades de tratamento primário de esgoto doméstico na qual é
realizada a separação da matéria sólida contida no esgoto. É uma maneira simples e barata de
disposição dos esgotos indicada, sobretudo, para uma baixa vazão de esgoto. Nelas, os sólidos
com o decorrer do tempo vão se depositando no fundo, formando um lodo primário. O
efluente verte para a saída da fossa com remoção parcial dos sólidos em suspensão.
3.3.1.7.2.3 Tratamento secundário
O principal objetivo do tratamento secundário é a remoção de matéria orgânica,
apresentada nas formas de DBO (solúvel e em suspensão). Os processos com aplicação de
tecnologia possibilitam acelerar os mecanismos de degradação que ocorrem naturalmente na
natureza. Assim a decomposição dos poluentes ocorre de forma controlada e em tempos
menores.
A bactéria assimila a matéria orgânica e assim remove a carga poluidora do efluente.
Uma vez assimilada a matéria orgânica muda de nome: passa a ser chamada de lodo. Nesta
etapa predomina o processo biológico através das reações bioquímicas, realizadas por
microorganismos (bactérias, protozoários, fungos e outros).
De uma maneira simplificada pode-se entender o funcionamento dos microorganismos
no tratamento de esgoto da seguinte forma: quando a quantidade de alimento para uma
determinada população de bactérias for abundante, estas vão se reproduzir, aumentando a
população, até o ponto que comece a faltar alimento. Neste momento, caso não haja outro
54
meio de alimentação, as bactérias vão se alimentando cada vez menos, até que morram.
Algumas podem inclusive, na falte de alimento, se alimentar de outras (canibalismo),
principalmente no caso de fome.
A população não deve ser nem muito jovem nem muito velha. Pois cada fase apresenta
suas desvantagens, portanto, a população deve crescer de acordo com a quantidade de
alimento disponível, tornando o meio equilibrado, sem falta e nem excessos de alimento.
Devido as alterações das características do esgoto, as bactérias sofrem o processo de
adaptação com o novo alimento, podendo reduzir a quantidade do lodo até ela se adaptar com
o novo alimento. Por isso ocorre a recirculação de lodo, que vai proporcionar um equilíbrio
nessa redução.
3.3.1.7.2.3.1 Lagoa de Estabilização
São lagoas construídas para finalidade do tratamento de águas residuáris. As lagoas de
estabilização são grandes tanques escavados no solo, nos quais os esgotos fluem
continuamente e são tratados por processos biológicos naturais através da decomposição da
matéria orgânica pelas bactérias. Conforme o processo biológico que nelas ocorrem, as lagoas
são classificadas como se segue:
Lagoa Aerada Facultativa: o afluente entra continuamente em uma extremidade da lagoa e
sai continuamente na extremidade oposta. O líquido permanece na lagoa por ordem de 5 a 10
dias. A matéria orgânica suspensa tende a sedimentar, sendo convertida anaerobicamente por
bactérias no fundo da lagoa. Já a DBO solúvel permanece na massa líquida sofrendo
decomposição aeróbia. O oxigênio requerido pelas bactérias aeróbias é fornecido por
aeradores instalados na lagoa;
Lagoa Aerada de Mistura Completa + Lagoa de Decantação: a energia introduzida por
unidade de volume da lagoa é elevada, o que faz com que os sólidos (principalmente
biomassa) permaneçam dispersos no meio líquido. A decorrente maior concentração de
bactérias no meio líquido aumenta a eficiência do sistema de remoção de DBO, o que permite
que a lagoa tenha um volume inferior ao de uma lagoa aerada facultativa. No entanto, o
efluente contém elevados teores de sólidos (bactérias), que necessitam ser removidos antes do
lançamento no corpo receptor. A lagoa de decantação a jusante é essencial para a eficiência
do sistema e proporciona condições para essa remoção.
3.3.1.7.2.3.2 Sistemas Anaeróbios
55
A digestão anaeróbia é um processo fermentativo que além da remoção de matéria
orgânica, gera subproduto como formação de biogás. De uma forma simplificada, o processo
anaeróbio acorre em quatro etapas. Na primeira, a matéria orgânica complexa é transformada
em compostos mais simples como ácidos graxos, aminoácidos e açucares, pela ação dos
microorganismos hidrolíticos. Na segunda, as bactérias acidogênicas transformam os ácidos e
açucares em compostos mais simples como ácidos graxos de cadeia curta, ácido acético. Na
terceira, estes produtos são transformados, principalmente, em ácido acético, H2 e CO2, pela
ação das bactérias acetogênicas. Por fim, na última etapa, os microorganismos metanogênicos
transformam esses substratos em CH4 e CO2.
3.3.1.7.2.3.2.1 Reator anaeróbio de fluxo ascendente (RAFA)
A matéria orgânica contida no esgoto a ser tratado é convertida, anaerobicamente, por
bactérias dispersas no reator. O fluxo do líquido é ascendente. O reator promove o contato dos
microorganismos com o substrato. No fundo do reator ocorre a sedimentação dos sólidos,
permitindo a saída do efluente clarificado e o retorno dos sólidos (biomassa) ao sistema,
aumentando a sua concentração no reator.
A produção do lodo é baixa, e o lodo já sai adensado e estabilizado. Porém, o
clarificado necessita de um tratamento posterior para maior eficiência de remoção da matéria
orgânica como os sistemas que serão citados abaixo:
Filtros anaeróbios, lodos ativados convencional, reatores aeróbios com
biofilme e o tratamento físico-químico.
Na parte superior do reator são formados e coletados os gases como o metano e o gás
sulfídrico.
3.3.1.7.2.3.3 Sistemas aeróbios
3.3.1.7.2.3.3.1 Lodos ativados convencional
A etapa biológica compreende duas unidades: o tanque de aeração e o decantador
secundário. O tanque de aeração funciona basicamente com os mesmos princípios de uma
lagoa aerada de mistura completa, seguida por um decantador. A concentração de oxigênio
dissolvido no tanque é concebida por aeradores mecânicos, submersos, flutuantes ou ar
difuso. A remoção de DBO e realizada pela decomposição da matéria orgânica.
No decantador, os sólidos sedimentáveis ainda contém grande quantidade de bactérias
56
ativas, e portanto retornam para o tanque de aeração, elevando a concentração de biomassa no
reator. Assim como a biomassa permanece mais tempo no sistema de que o liquido, garante
uma elevada eficiência na remoção de DBO.
3.3.1.7.2.3.3.2 Lodos ativados intermitentes (batelada)
A operação do sistema é intermitente. Assim, no mesmo tanque acorrem, em fases
diferentes, as etapas de enchimento/aeração (aeradores ligados) e sedimentação (aeradores
desligados). Quando os aeradores estão desligados, inicia-se o período de decantação, quando
os sólidos sedimentam, para que na fase seguinte, denominada esvaziamento, ocorra a retirada
do efluente (sobrenadante). Ao se religar os aeradores, os sólidos sedimentados retornam a
massa líquida, o que dispensa o sistema de recirculação de lodo.
3.3.1.7.2.3.4 Reatores aeróbios com biofilme
3.3.1.7.2.3.4.1 Filtro biológico percolador de alta taxa
O filtro possui ao contrário do nome a função de fornecer suporte para a formação da
película bacteriana. Ele consiste, basicamente, de um tanque preenchido com material de alta
permeabilidade, tal como pedras, ripas ou material plástico, sobre o qual os esgotos são
aplicados sob a forma de gotas ou jatos, geralmente por distribuidores rotativos.
Após a aplicação, os esgotos percolam em direção aos drenos de fundo. Esta
percolação permite o crescimento bacteriano na superfície da pedra ou material de
enchimento, na forma de uma película fixa denominada biofilem. O esgoto passa sobre o
biofilme, promovendo o contato entre os microorganismos e o material orgânico.
Os filtros biológicos são sistemas aeróbios, pois o ar circula nos espaços vazios entre o
material permeável, fornecendo o oxigênio para a respiração dos microorganismos. A
ventilação é usualmente natural. O sistema de alta taxa possui uma alta quantidade de carga
orgânica, por unidade de volume de leito, necessitando de baixo requisito de área.
3.3.1.7.2.3.5 Biofiltro aerado submerso
A principal função dos biofiltros aerados submersos é a remoção de compostos
orgânicos e nitrogênio na forma solúvel, contribuindo para uma eficiência global de remoção
de DBO5 superior a 90%.
O BAS possui uma dinâmica muito parecida com filtro biológico percolador, porém
57
ele é constituído por um tanque preenchido com um material poroso, através do qual o esgoto
e ar fluem permanentemente. Este meio poroso é mantido submerso caracterizando o processo
como trifásico:
Fase sólida: constituída pelo meio suporte e pelas colônias de microorganismos
que nele se desenvolvem, sob a forma de um filme biológico (biofilme);
Fase líquida: composta pelo líquido em permanente escoamento através do
meio poroso;
Fase gasosa: formada pela aeração artificial e, em reduzida escala, pelos gases
subprodutos da atividade biológica.
3.3.1.7.2.6 Tratamento físico-químico
3.3.1.7.2.6.1 Flotador
A flotação é usada para separar partículas suspensas da fase líquida. Este processo
ocorre em duas etapas: floculação e flotação, e pode ser antecedido pela coagulação.
A coagulação é a adição de produtos químicos (geralmente cloreto férrico ou sulfato
de alumínio) para acelerar o processo de floculação.
A floculação é a união de partículas que formam um floco de materiais suspensos.
Uma a uma as partículas vão se ajustando, através da força de atração e repulsão.
Já formado esses flocos, em outra unidade, é injetado bolhas de ar através de
sopradores. Essas bolhas de ar entram em colisão com os flocos das partículas se aderindo a
elas. Com a densidade do ar estes flocos se tornam mais leves que o meio líquido e são
arrastados para a superfície. Na superfície do tanque essas partículas separadas do líquido são
de fácil remoção de raspadores ou mesmo coletores.
3.3.1.7.2.4 Tratamento terciário
3.3.1.7.2.4.1 Desinfecção
A desinfecção do esgoto é realizada na etapa final do processo, ela não visa a
eliminação, mas busca inativar seletivamente espécies de organismos vivos infecciosos, ou
seja, organismos patogênicos (bactérias, vírus, protozoários e helmintos). Ela atua de três
formas nos organismos:
58
Destruição ou danificação da parede celular, do citoplasma ou do núcleo
celular, impedindo que desenvolvam suas funções elementares;
Alteração de importantes compostos envolvidos no catabolismo4, tais como
enzimas e seus substratos, alterando o balanço de energia na célula;
Alteração nos processos de síntese e crescimento celular, mediante a alteração
de funções, tais como a síntese de proteínas, de ácidos nucleicos e ecoenzimas.
A desinfecção pode ser feita por métodos artificiais:
Cloração;
Radiação ultravioleta;
Ozonização;
Membranas.
3.3.1.7.2.4.2 Remoção de nutrientes
A remoção de nutrientes é realizada quando há necessidade de um alto grau de
qualidade no tratamento. Estes nutrientes são o nitrogênio (N) e o fósforo (P).
A remoção biológica de nutrientes em zonas anaeróbias e anóxicas, dentro dos
sistemas de:
Lodos ativados: nitrificação + desnitrificação (zonas anóxicas). Desfosfatação
(zonas aeróbias e anaeróbias);
Reatores aeróbios com biofilme: nitrificação (baixa cargas, compatíveis com a
reprodução mais lenta das bactérias nitrificantes) + desnitrificação (zonas
anóxicas). Desfosfatação (zonas aeróbias e anaeróbias);
Outra alternativa é a adoção de processos químicos.
Processos físico-químicos: volatilização da amônia livre (elevação do pH +
transferência de gases). Adição de coagulantes ou alcalinizantes para
precipitação do fósforo solúvel; filtração ou flotação terciária para fósforo nos
sólidos em suspensão; e a combinação de ambos.
3.3.1.7.2.3 Subprodutos gerados pelo tratamento
Gás
4 Catabolismo é a quebra de substâncias complexas em outras mais simples [11].
59
Os gases produzidos nas ETE’s que utilizam reatores anaeróbios são o gás sulfídrico
(H2S) e o gás metano (CH4). O gás sulfídrico é tratado quimicamente em lavadores de gases,
por oxidação por hipoclorito de sódio ou por ozonização. Já o gás metano é enviado para os
queimadores , e em contato com a ar, ocorre a explosão do gás, inibindo a sua atividade
tóxica.
Lodo
O lodo é o resultado da remoção e concentração da matéria orgânica contida no
esgoto. A quantidade e a natureza do lodo dependem das características do esgoto e do
processo de tratamento empregado. Na fase primária do tratamento, o lodo é constituído pelos
sólidos em suspensão removidos do esgoto bruto, e na fase secundária o lodo é composto,
principalmente, pelos microorganismos (biomassa) que se reproduziram graças à matéria
orgânica do próprio efluente. O tratamento do lodo tem por objetivo, basicamente, a redução
de volume e do teor de matéria orgânica (estabilização), considerando a disposição final do
resíduo. O tratamento de lodo deve seguir os seguintes passos:
- Adensamento do lodo: trata-se de aumentar o teor de sólidos do lodo, que pode ser feito
por adensamento, por gravidade e por flotação. Tem como principal objetivo, a diminuição do
volume de lodo, reduzindo-se o porte das unidades de secagem de lodo existentes;
- Estabilização do lodo: a estabilização do lodo pode ser realizada pela digestão anaeróbia ou
pela digestão aeróbia. E objetiva a remoção de sólidos voláteis do lodo;
- Desidratação do lodo: tem a finalidade de reduzir ainda mais o volume de lodo a ser
transportado até o local de disposição final. É realizado por centrifugação ou leitos de
secagem. Após o tratamento o lodo precisa ser disposto. A disposição final do lodo pode ser
feita em aterros sanitários, juntamente com os resíduos sólidos urbanos. Mas vale salientar
que os lodos são ricos em matéria orgânica, nitrogênio, fósforo e micro nutrientes. Existe,
portanto, a alternativa de seu aproveitamento agrícola – aplicação direta no solo, em áreas de
reflorestamento e produção de composto orgânico, e outras aplicações em estudos.
3.4 ARGILA [12]
3.4.1 Conceito
60
O termo, argila, permite vários conceitos subjetivos e interpretativos, tornando-o, de
certa forma, indefinível e com vários sentidos. Os vários conceitos de argila são função da
formação profissional, técnica ou científica dos que por ela se interessam (agrônomos,
ceramistas, engenheiros civis, geólogos, mineralogistas, pedólogos, petrólogos, químicos,
sedementólogos, etc.), quer seja pela sua gênese, quer seja pelas suas propriedades, que ainda
pelas suas aplicações.
De fato, o termo argila representa para um ceramista, um material natural que quando
misturado com água se converte numa pasta plástica, para um sedimentologista, representa
um termo granulométrico que abrange todos os sedimentos em que dominam as partículas
com diâmetro esférico equivalente inferior a 2 mícron, para um petrologista, é uma rocha,
para um mineralogista, é um mineral ou mistura de minerais argilosos que apresentam
estrutura essencialmente filitosa e granulometria muito fina e, finalmente, para um leigo, uma
argila ou barro, é um material natural onde, quando úmido, a bota escorrega.
Todavia, o conceito de argila, que reúne aceitação mais geral, considera a argila como
sendo um produto natural, terroso, constituído por componentes de grão muito fino, entre os
quais se destacam, por serem fundamentais, os minerais argilosos. Este produto natural
desenvolve, quase sempre, plasticidade em meio úmido e endurece depois de seco e, mais
ainda, depois e cozido.
3.4.2 Grupos de Argilas
Em um mineral argiloso os elementos mais frequentes (oxigênio, silício, alumínio,
ferro, magnésio, potássio e sódio), no estado iônico, assemelham-se a esferas que se arranjam
em modelos estruturais tridimensionais. Os arranjos fazem-se segundo sete modelos
diferentes, pelo que é considerado igual número de grupos sistemáticos nos minerais argilosos
cristalinos, a saber: grupo da caulinite, grupo da ilite, grupo da montmorilonite, grupo da
clorite, grupo da vermiculite, grupo dos interestratificados e grupo da paligorsquite e sepiolite.
Cada grupo compreende várias espécies, cujo número se deve em particular à
substituição atômica isomórfica muito comum nos minerais argilosos.
3.4.3 Gênese dos minerais argilosos
Minerais como o quartzo, feldspatos, micas, anfíbolas e piroxenas, constituintes das
rochas silicatadas da crosta terrestre, quando expostos à atmosfera tornam-se instáveis. A
água que penetra nos poros, clivagens e microfraturas desses minerais dissolve os seus
61
constituintes. A reorganização destes constituintes em solução, com participação de água,
oxigênio, dióxido de carbono e íons dissolvidos permite a formação de minerais argilosos e,
que consequentemente, de argilas que ficarão em equilíbrio nas condições atmosféricas.
Os materiais que servem de base à formação dos minerais argilosos podem ser
minerais não argilosos, minerais argilosos pré-existentes, suspensões coloidais e íons em
solução aquosa. Estes materiais estão na origem dos três processos formadores das argilas, os
quais se podem classificar em neoformação, herança e transformação.
3.4.4 Propriedades gerais das argilas
3.4.4.1 Granulometria
As argilas são materiais geológicos finamente divididos. Os minerais argilosos, seus
constituintes têm cristais de pequeníssimas dimensões, em regra com diâmetro esférico
equivalente inferior a 2 mícron.
A granulometria é uma das características mais importantes dos minerais argilosos e
que domina muitas das suas propriedades. Na cerâmica estão dependentes da dimensão, da
distribuição e da forma do grão, propriedades tais como a plasticidade das pastas, a
permeabilidade e a resistência em verde e em seco dos corpos cerâmicos.
Nos sistemas granulares dispersos, o termo argila, como outros, silte, areia ou seixo, é
um conceito com significado puramente granulométrico. A argila compreende, pois, as
partículas de dimensões inferiores a 2 mícron, enquanto que por exemplo o silte compreende
as partículas de dimensões situadas entre 2 mícron e 20 mícron e a areia as partículas que se
situam entre 20 mícron e 2 mm.
3.4.4.2 Superfície específica
As argilas possuem elevada superfície específica, muito importante em certos usos
industriais em que a interação sólido – fluído depende diretamente da superfície específica do
sólido: cerâmica, catálise, branqueamento de óleos, etc. A superfície específica de uma argila
é definida como a (área da superfície externa) + (a área da superfície interna das partículas
constituintes), por unidade de massa, expressa em m²/g.
A superfície específica exprime o teor em fração argilosa ou o teor relativo de finos,
médios e grossos bem como o grau de dispersão/agregação das partículas constituintes de
argila. Todavia, o valor da superfície específica não oferece uma representação ou imagem da
dispersão dimensional do grão, uma vez que argilas com superfície específica igual ou
62
semelhante podem proporcionar comportamentos muito distintos face a determinadas
propriedades tecnológicas.
3.4.4.3 Troca ou permuta de íons
Os minerais argilosos possuem a propriedade de trocar íons fixados na superfícies
exterior dos seus cristais, nos espaços inter-camadas estruturais ou localizados noutros
espaços interiores mas acessíveis por outros íons existentes em soluções aquosas envolventes.
A capacidade de troca iônica que um mineral argiloso ou argila pode adsorver e trocar é uma
propriedade que resulta do desequilíbrio das suas carga elétricas. Este desequilíbrio deve-se a
substituições isomórficas, as quais influenciam fortemente determinadas propriedades físico-
químicas e tecnológicas.
A troca de íons é um processo estequiométrico segundo o qual cada íon adsorvido pelo
mineral argiloso, provoca a libertação de um íon anteriormente.
3.4.4.4 Viscosidade
O modo como sistema argila/água flui sob a ação de uma força tem muita importância
na indústria cerâmica. A moldagem ou formação dos corpos cerâmicos através de processos
variados (extrusão, prensagem por via seca ou úmida, trabalho e alambugem) requer bons
conhecimentos das propriedades reológicas da pasta ou barbotina.
A viscosidade de um fluído traduz a resistência que ele oferece à fluência. No sistema
argila/água o comportamento reológico assemelha-se ao de um fluído constituído por um
número infinito de moléculas lamelares que, quando em movimento, deslizam umas sobre as
outras. A viscosidade não é mais do que a medida da fricção interna das suas moléculas e a
fluidez é o inverso da viscosidade.
A viscosidade de qualquer suspensão de argila sofre modificações, geralmente
aumentando continuamente e irreversivelmente com o tempo, se não lhe for adicionada água.
A este efeito denomina-se envelhecimento duma suspensão, o qual pode ser acelerado se for
executado trabalho sobre ela utilizando, por exemplo, a ação de um agitador mecânico ou de
um agitador ultrassônico.
A modificação irreversível da viscosidade é devida à desagregação progressiva dos
agregados de partículas de argila e à clivagem dos cristais individuais dos minerais argilosos
por ação da água, fazendo aumentar os contatos entre partículas aumentando,
consequentemente, a viscosidade.
Algumas suspensões de argila, se deixadas em repouso durante algum tempo,
63
evidenciam um espessamento, tornando-se mais viscosas. Porém, se depois forem sujeitas a
vigorosa agitação, tornam-se novamente fluídas, para voltarem ao estado inicial. Esta
propriedade reversível, dependente do tempo de repouso, é denominada tixotropia.
3.4.4.5 Plasticidade
Plasticidade de uma argila é a propriedade que se manifesta na mudança de forma sem
rotura de uma massa feita com argila e água por aplicação de uma força exterior e pela
retenção da forma quando a força é removida ou reduzida abaixo de um certo valor
correspondente à chamada tensão de cedência. O termo trabalhabilidade usa-se também, por
vezes, como sinônimo de plasticidade.
O grau de deformação de uma pasta de argila, até ela entrar em rotura, aumenta
progressivamente até determinado valor em função do conteúdo em água. A água, em
quantidade adequada, funciona como lubrificante que facilita o deslizamento das partículas
umas sobre as outras sempre que uma tensão superficial é aplicada.
Os principais fatores que afetam a plasticidade são a mineralogia, granulometria,
forma dos cristais, carga elétrica dos cristais e o estado de desfloculação da argila.
3.4.4.6 Endurecimento após secagem ou cozedura
Durante a secagem dos corpos cerâmicos (a temperatura próxima dos 110°C) ocorrem
contrações de volume. Estas contrações podem ser boas, permitindo a separação do corpo
cerâmico do molde de gesso, ou inconvenientes do ponto de vista tecnológico, provocando o
fendilhamento do corpo caso a contração seja muito rápida ou não uniforme. Os corpos
cerâmicos secos adquirem certa resistência mecânica que permite a sua manipulação no
decurso do processo de fabricação. A resistência mecânica é maior ou menor em função de
parâmetros como sejam a forma e espessura do corpo cerâmico, tipo e teor de argila, bem
como finura e forma das partículas.
Durante a cozedura os componentes minerais que constituem o corpo cerâmico, para
determinadas temperaturas sofrem modificações estruturais ocasionando retrações ou
expansões volumétricas do corpo. As estruturas muitas vezes colapsam e, para temperaturas
relativamente elevadas, podem desenvolver-se as chamadas fases de alta temperatura e as
fases vítreas. Por isso, a cozedura proporciona aumento notável da resistência mecânica dos
corpos cerâmicos.
3.4.4.7 Classificação das argilas
64
A complexidade e a variabilidade das argilas deve-se à variação qualitativa e
quantitativa dos minerais argilosos que as constituem, à variação da distribuição dimensional
das partículas minerais que as formam e às suas características texturais. Estes fatores
dificultam a classificação das argilas, conduzindo à ideia de que não existem duas argilas
iguais.
Contudo, existem duas classificações, frequentemente usadas, que têm em conta, quer
o modo de formação, quer a composição e usos industriais das argilas. Por um lado, temos
uma classificação genética, que tem em conta a relação entre os processos de formação das
argilas e o seu modo de ocorrência e, por outro, temos a classificação industrial ou
tecnológica, que tem em consideração as características e propriedades específicas das argilas
e as suas aplicações industriais.
3.4.4.7.1 Caulino
O caulino é uma argilas constituída essencialmente por caulinite que coze branco ou
quase branco e que é muito refratária. O termo caulino deriva da expressão chinesa Kao Ling,
nome dado a uma colina da China central perto da qual se explorava este material para a
fabricação de porcelana.
A formação dos caulinos resulta da alteração meteórica das rochas ricas em feldspatos
e micas, pelo que os depósitos com interesse econômico podem ser do tipo residual,
localizados próximo da fonte que lhes deu origem, ou do tipo sedimentar, localizados fora da
fonte de alimentação.
A rocha caulinizada ou caulino bruto, pode ter teores em caulinite inferiores a 20%.
Além da caulinite, participam também na sua composição quartzo, feldspatos, micas e muitos
outros minerais acessórios. Tendo em vista as aplicações industriais desta matéria prima,
torna-se imprescindível proceder à sua beneficiação, de forma enriquecê-la para valores entre
80-90% de caulinite.
3.4.4.7.2 Fire Clay – Argilas refratárias
As fire clays são argilas sedimentares de refrataridade superior a 1500°C e que
queimam com cor castanho claro. O termo refere-se não só à resistência piroscópica ou
refrataridade, mas também ao modo de jazida. De fato, estas argilas ocorrem sob ou
intercaladas entre camadas de carvão sendo, por vezes, denominadas de underclay.
65
As fire clays são constituídas essencialmente por caulinite associada a quantidades
variáveis de quartzo, mica, diquite, ilite, montmorilonite, interestratificados ilite-
montmorilonite e matéria orgânica.
Existem outras argilas ainda mais refratárias que as fire clays – as refractory clays –
que compreendem a flint Clay e a semifint clay. Estas argilas são mais cauliníticas e mais
aluminosas, contendo hidróxidos de alumínio como a gibsite e a boemite.
3.4.4.7.3 Bentonite
A bentonite é uma argila residual proveniente da alteração de cinzas ou tufos
vulcânicos ácidos, de granulometria muitíssimo fina que, geralmente, aumenta de volume de
modo substancial em meio aquoso, cor variada e baixa refratatidade.
A bentonite é um designação genética e comercial atribuída a uma argila rica em
minerais do grupo da montmorilonite. O nome foi, pela primeira vez, atribuído a uma
ocorrência desta argila localizada em Forte Benton no Estado de Wyoming, EUA, que pelas
suas características reológicas especiais, começou por ser usada como lama de sondagem nos
furos de pesquisas e produção de petróleo.
Existem duas variedades de bentonite, uma expansiva e outra não expansiva, diferindo
esta da primeira por apresentar interestratificados ilite-montmorilonite. A bentonite expansiva
apresenta, ainda, quando imersa em água, grande tixotropia, podendo mesmo aumentar até
vinte vezes o volume da argila seca.
Existem argilas montmoriloníticas sedimentares ou residuais não relacionadas com
cinzas ou tufos vulcânicos que, quando devidamente tratadas, produzem argilas com
especificações industriais semelhantes às verdadeiras bentonites.
3.4.4.7.4 Ball Clay – Argilas em bola
As Ball clays são argilas muito plásticas, com granulometria muito fina (onde
dominam as partículas com diâmetro esférico equivalente inferior a 1 mícron), com apreciável
poder ligante, com refrataridade inferior à do caulino e que evidenciam cor marfim ou creme
claro após cozedura. O termo que lhes deu o nome teve origem na plasticidade extremamente
elevada destas argilas que permitem que, nas explorações a céu aberto, fossem cortadas em
cubos que eram rolados por gravidade, para a base das explorações, adquirindo formas
arredondadas.
As Ball clays são compostas basicamente pro caulinite, associada a hidromica e
quartzo finamente divididos, clorite, montmorilonite, interestratificados ilite-montmorilonite e
66
matéria orgânica. São sempre argilas sedimentares com características específicas para cada
depósito e dentro dos quais são vulgares as variações de qualidade.
3.4.4.7.5 Argilas fibrosas
As argilas fibrosas são constituídas, basicamente, por minerais argilosos fibrosos do
grupo da paligorsquite e sepiolite, umas vezes ricas em paligorsquite outras vezes ricas em
sepiolite. A atapulgite é a designação comercial de uma argila fibrosa constituída à base
paligorsquite. O seu nome deriva dos importantes depósitos que ocorrem em formações
miosénicas na área de Quicy-Attapulgus no sul da Geórgia e a Norte da Flórida.
Estas argilas são caracterizadas por desenvolver alta viscosidade nas suspensões ou
dispersões aquosas em que participam. Devido ao hábito muito alongado das partículas dos
minerais fibrosos, elas não floculam facilmente.
3.4.4.7.6 Fuller`s earth – Terra fuller
A fuller earth é uma argila predominantemente montmorilonítica, que apresenta
interestratificados ilite-montmorilonite e clorite-montmorilonite, paligorsquite ou sepiolite,
com alto poder absorvente e em que o cátion de troca é geralmente o magnésio.
O termo tem um significado histórico referindo-se a qualquer argila que tinha a
capacidade de absorver óleos, gorduras ou corantes e que podia ser utilizada na limpeza de
roupas de lã.
Por vezes a fuller earth montmorilonítica não se distingue mineralógica e
geologicamente da bentonite não expansiva. No entanto, uma bentonite não expansiva não
produz qualquer clarificação de óleos, a não ser depois de tratada, ao contrário da fuller earth.
3.4.4.7.7 Argila comum
É a argila mais abundante na natureza, sendo utilizada na fabricação de produtos
cerâmicos de menor valor comercial. Ocorre em depósitos sedimentares, geralmente de idades
recente na história geológica e de origens diversas: glaciar, eólica, fluvial ou marinha.
A argila comum compreende dois tipos principais de argilas, determinados pela sua
utilização industrial: argila para olaria e argila para tijolo.
A argila para a olaria é utilizada particularmente em cerâmica ornamental de terracota,
é plástica e pode ser moldada facilmente no torno de oleiro. De cores variadas, na sua
composição podem entrar quartzo, feldspatos, micas, óxidos e hidróxidos de ferro, pirite e
67
carbonatos. Após queima proporciona corpos cerâmicos de cor variada, dependendo dos
minerais presentes portadores de ferro, titânio e manganês e da atmosfera que preside à
queima. Na queima verifica-se uma região de vitrificação pouco ampla entre 1150-1330ºC.
A argila para tijolo é uma argila grosseira possuindo quantidades apreciáveis de silte e
areia e cores variadas. O teor em fração argilosa é baixo, mas suficiente para permitir o
desenvolvimento da plasticidade necessária à moldagem dos corpos cerâmicos. A plasticidade
cresce, obviamente, com a razão minerais argilosos/minerais não argilosos. Este tipo de argila
é utilizada na cerâmica estrutural na fabricação de materiais de construção aplicados em
Engenharia Civil, nomeadamente, tijolo maciço e tijolo furado, telha e pavimentos. Na sua
composição, para além dos minerais argilosos, participam quartzo, micas, fragmentos de
rocha, carbonatos em grão ou concreções, sulfatos, sulfuretos, óxidos e hidróxidos de ferro e
matéria carbonácea.
3.5 BABA DE CUPIM [13]
3.5.1 Conceito
Os cupins têm a capacidade de produzir enzimas, popularmente chamada “baba”, e
uni-las aos pequenos grãos de terra retirados do local para construir um grande complexo de
túneis e caminhos.
Os montículos são feitos de argila cimentada com as próprias fezes e saliva. Esses
materiais produzem uma pasta duríssima e rígida.
Esta baba, além da característica colante é também um excelente acabamento de
proteção às chuvas, onde sua dureza pode trazer uma maior resistência e uma permeabilidade
necessária, garantindo a condição adesiva e uma liga que não desagregue frente à umidade.
3.6 PERMACULTURA [14]
3.6.1 Conceito
Permacultura é um conceito prático que pode ser aplicado tanto na cidade como
no campo e em áreas de vida silvestre. Seus princípios estimulam a criação de ambientes
68
equilibradamente produtivos, ricos em alimentos, energia, abrigos e outras necessidades
materiais e não materiais, o que inclui infraestrutura social e econômica.
O conceito foi desenvolvido nos anos 70 por Bill Mollison e David Holmgren
tendo sido incluído nos currículos escolares desde 1981 O termo Permacultura originou-
se da fusão de dois conceitos, “agricultura e permanente”.
Inicialmente a Permacultura dedicou esforços no planejamento de ecossistemas
agrícolas produtivos no sentido de permitir estabilidade, diversidade e flexibilidade aos
mesmos, à semelhança dos ecossistemas naturais. Pouco a pouco o conceito foi sendo
ampliado e aplicado a todos os ramos da atividade humana bem como à construção de
uma sociedade planetária alternativa.
O planejamento em Permacultura é desenvolvido através da cuidadosa observação
dos padrões naturais e das características de cada lugar em particular, o que permite uma
gradual implementação de métodos ótimos para integrar instalações humanas com os
sistemas naturais de produção de energia como florestas, plantas comestíveis, aquicultura,
animais silvestres e domésticos, dentre outros.
A Permacultura promove o aproveitamento de todos os recursos (energias)
utilizando a maior quantidade possível de funções em cada uma dos elementos de uma
dada paisagem, com seus múltiplos usos no tempo e no espaço. O excesso ou descarte
produzidos por plantas, animais e atividades humanas são criteriosamente utilizados para
beneficiarem outros elementos do sistema.
As plantações (roçado, jardim, pomar, floresta) são cultivadas de modo que haja
um perfeito aproveitamento da água e do sol. São utilizadas associações particulares de
árvores, perenes e não perenes, arbustos e ervas rasteiras que se nutrem e se protegem
mutuamente. São construídas pequenas lagoas e outros elementos para melhor
aproveitamento da grande diversidade de atividade biológica em interação nos
ecossistemas.
O desenvolvimento do planejamento requer flexibilidade e uma sequencia
apropriada para que possam introduzir mudanças à medida que, a experiência e a
observação, o indicarem. Criar um ambiente apropriado à Permacultura é um processo
longo e gradual, mas também podem ser utilizadas técnicas de aceleração.
A Permacultura adota técnicas e princípios da Ecologia, tecnologias apropriadas,
agricultura sustentável associadas à sabedoria de anciões, indígenas e populações
tradicionais, mas, está baseada principalmente na observação direta da natureza do lugar.
69
Os fundamentos éticos da Permacultura repousam sobre o cuidar do Planeta Terra,
fortalecendo sua capacidade de manutenção de todas as formas de vida, atuais e futuras.
Isto inclui a possibilidade humana de acesso a recursos e provisões sem desperdícios ou
acúmulos além de suas necessidades. Observando a regra geral da natureza na qual
espécies cooperativas e associação de espécies produzem comunidades saudáveis, os
participantes da Permacultura reforçam a cooperação e valorizam a contribuição única de
cada pessoa na comunidade.
A concepção política da Permacultura é crescente desde o surgimento da
consciência de uma eminente crise ecológica gerando a visão de um futuro próximo onde
pessoas e comunidades tentam libertar-se de um sistema decadente, usando as terras no
entorno de suas casas para prover suas necessidades básicas.
Os ativistas permacultores geram espaços de máxima produtividade e de mínimo
desperdício. Trabalham para assentar bases para o surgimento gradual de cooperativas,
comunidades ou vilas autossuficientes como modelos para uma sociedade planetária
alternativa. Quanto mais produtivas as áreas dos assentamentos humanos, mais factível
será a proteção das florestas e outras áreas silvestres tão necessárias à saúde do Planeta
Terra.
3.6.2 Princípios da Permacultura
3.6.2.1 Princípios éticos
3.6.2.1.1 Cuidar da Terra
Significa cuidar de todas as coisas, vivas e não vivas: solos, espécies e suas variedades,
atmosfera, florestas, microhabitats, animais e águas. Isto implica na realização de atividades
inofensivas e reabilitadoras, conservação ativa e uso ético e moderado de seus recursos. Todas
as ações que forem tomadas devem ser de tal maneira que os ecossistemas permaneçam
substancialmente intactos e capazes de funcionar saudavelmente.
Gaia, a Terra, é um sistema complexo, interdependente e em processo de evolução.
Gaia está fora do entendimento completo do ser humano. A única alternativa é tratá-la
com respeito e admiração.
3.6.2.1.2 Cuidar das pessoas
70
Estimula a ajuda mútua entre as pessoas e a comunidade. As necessidades básicas de
alimento, abrigo, educação, trabalho satisfatório, contato humano e convivência são
levadas em conta. O cuidado com as pessoas é importante, já que apesar de ser uma
pequena parte dos sistemas totais de vida. Para prover as necessidades básicas não é
necessário executar práticas destrutivas em grande escala contra a terra.
3.6.2.1.3 Distribuição equitativa dos recursos
O ser humano precisa dispor de tempo, dinheiro e energia excedentes para alcançar
os objetivos necessários aos cuidados com as pessoas e com a terra. Depois de haver
cuidado das necessidades básicas e planejado os sistemas, buscando usar o melhor de suas
habilidades, pode-se estender suas influências e energias para ajudar outras pessoas a
entenderem este enfoque.
Para considerar a distribuição equitativa dos recursos, urge um limite nas
necessidades, na população e no consumo, que terá de atender dois conceitos importantes,
a capacidade de carga e o caminho ecológico.
3.6.2.2 Princípios de ações
3.6.2.2.1 Funções Múltiplas
Esta ideia consiste em assegurar que o que está incluído em um sistema tenha o
maior número de funções possíveis, isto simplesmente aumenta a eficiência. Por exemplo,
construindo um depósito em um jardim para armazenar ferramentas, pode-se usar o seu
teto para captação de água que irá para um tanque de armazenamento ou poderia servir de
sustentação para plantas trepadeiras. Poderia servir como barreira de separação para
diferentes partes do jardim e poderia esconder uma vista desagradável, entre outras
funções.
3.6.2.2.2 Diversidade
A estabilidade dinâmica dos ecossistemas é a baseada na diversidade de espécies e
nas múltiplas interações existentes. Os planejamentos devem tratar de incorporar e
construir a mais ampla variedade e diversidade possíveis. Grandes áreas de monocultivo
71
são facilmente invadidas por pragas e ervas indesejáveis. Em um cultivo ou jardim com o
maior número possível de espécies, nem as pragas, nem as ervas indesejáveis têm a
oportunidade de criar um estado desbalanceado suficiente para causar danos.
Usam-se variedades de plantas e espécies para criar uma rica rede de interações
e uma eclética mistura de associações entre todos os elementos do desenho.
3.6.2.2.3 Reciclagem de Energia
A energia que provêm do SOL e seu fluxo através dos ecossistemas são a base da
vida no PLANETA, segundo os princípios da Ecologia. Os organismos que mantém sua
porção desta energia por maior tempo possível e que usam essa energia de forma mais
eficiente são os que provavelmente irão sobreviver e prosperar.
Em termos de desenho, isto quer dizer que se necessita criar ciclos de energia
eficientes, densos e efetivos dentro de cada parte do sistema e em todas as partes
possíveis.
Um bom exemplo de reciclagem de energia é a compostagem. A energia presente
dentro dos desperdícios alimentícios, pastos podados e outros restos orgânicos, com a
ajuda de bactérias e fungos podem ser outra vez convertidos em nutrientes que as plantas
poderão reutilizar para produzir novos alimentos.
3.6.2.2.4 Padrões Naturais
Com um pouco de atenção, a observação dos sistemas naturais revelará padrões e
planos complexos. Não se encontram linhas retas ou quadros perfeitos. Usa-se os padrões
da natureza como inspiração em trabalhos de desenho. Quando se realiza planos para uma
propriedade, impõem-se padrões sobre a paisagem. Necessita assegurar que os padrões
selecionados sejam tão belos e funcionais como os que a natureza usa. Muitas ideias da
Permacultura têm sido inspiradas em tais observações.
3.6.2.2.5 Localização Relativa
Cada árvore, cada planta, cada estrutura tenderá para uma área onde será
especialmente benéfica. Plantar uma árvore de abacate em um lugar que está úmido e
molhado provavelmente matará a árvore (as raízes apodrecem). Igualmente, não tem
72
sentido plantar, como sistema de quebra-vento, uma planta quebradiça como, por
exemplo, Acacia decurrens5.
Este princípio requer pensamentos sobre as necessidades de cada elemento
(botânica, horticultura, no caso das plantas) e também nas interações que vão se suceder
por causa da colocação deles.
3.6.2.2.6 Recursos Biológicos
A natureza é muito eficiente e tem desenvolvido métodos para manejar quase todas
as funções. Sempre que possível, deve-se usar sistemas naturais para fazer o trabalho.
Trocar materiais químicos feitos por seres humanos para combater problemas de pragas,
por sistema planejado com patos e/ou galinhas permitindo-lhes que andem na horta
(controlando sua permanência) e permitindo-lhes que comam os insetos e pragas em vez
de fumigar com pesticidas. Mesmo porque algumas pragas podem desenvolver imunidade
rapidamente contra os mais modernos e caros pesticidas, mas nenhuma praga pode
desenvolver imunidade contra o ser comida por uma galinha.
Pode-se escavar a terra para fazer um cultivo de hortaliça em um jardim, ou apenas
alimentar a terra e assegurar que se tenha uma grande população de minhocas as quais
farão o trabalho de arear a terra e o fazem melhor que uma enxada ou pá.
3.6.2.2.7 Planejando com os Declives
Tirar vantagem da situação, como usar pendentes ou diferenças de altura, para fazer
fluir a água e outros fluídos como ar frio para baixo. Colocando um grupo de tanques de
armazenagem sobre o teto da casa, pode-se regar a horta sem ter que comprar uma
bomba.
3.6.2.2.8 Uso das Bordas
Em Ecologia se constata que as bordas(limites) entre diferentes ecossistemas sempre
são mais produtivas do que cada ecossistema o é individualmente, posto que a área de
5 É uma árvore ornamental, cujo fruto em forma de vagem torcida, possui sementes pretas. Ela pode
crescer até seis metros e também possui quatro metros de diâmetro na sua copa, cujas folhas são pequenas e
lineares. É muito conhecida pelos seus lindos cachos amarelo-claros de flores [14].
73
borda possa manter espécies de dois ou mais ecossistemas como também espécies únicas
em uma área de borda que represente a mescla dos ecossistemas vizinhos.
Uma linha sinuosa (para quebra-vento, por exemplo) é mais larga que uma linha reta
ainda que conectem os mesmos pontos – têm mais borda e esta linha pode ser plantada
com mais espécies úteis – e em si é mais efetiva como quebra-vento.
Existem vários estilos de bordas. Deve-se usá-las o máximo possível. O desenho de
tanque em formato de roda cria uma boa borda água/jardim.
3.6.2.2.9 Zonas
O conceito de zonas trata do manejo (economia) de energia. Colocar mais próximo
do centro de atividades as coisas que requerem muita atenção (energia) especialmente na
forma de atividade humana. No geral isto quer dizer, próximo da residência.
Um jardim de cultivo de verduras e ervas como acelga para cortar frequentemente
(que se visita na média de duas vezes ao dia) deve estar mais perto possível da porta ou
área atrás da casa ou próximo da cozinha. Uma área de árvores cultivadas para uso da
lenha pode estar localizada mais longe da casa.
Em muitos livros de permacultura, este conceito de Zonas se divide com
designações de: Zona 1 – O jardim de cultivo e hortaliças, localizada perto da casa. Zona
2 – Horto, galinheiro, medianamente distante da casa. Zona 5 – Área de bosques silvestres
ou de cultivo, bosque natural, área de caça e outros recursos, mais distanciada da casa.
O ponto importante aqui é que há vários níveis de intensidade no uso de energia no
manejo do ambiente.
3.6.2.2.10 Múltiplos Elementos
Elementos múltiplos são como uma espécies de apólice de seguro. Trata-se de
pensar sobre as funções e serviços que se quer e encontrar todas as maneiras possíveis
para realizá-las. Por exemplo, a água é sumamente importante para qualquer atividade
humana, assim é que sua captação deve ser de grande prioridade.
A função de captação de água pode realizar-se com sistemas estabelecidos no teto da
casa (tanques de captação) que através de canos de descida chegam a seu destino ou por
74
um sistema de Swales6. Para extrair água da terra ela é bombeada de poços e/ou de rios. O
tratamento de águas negras também é uma forma de colher (economizar) água.
Uma represa pode ser multifuncional porque pode conter peixes, pode conter plantas
de ambiente aquático, pode ser usada como sitio de relaxamento e diversão, e também
pode servir de proteção contra incêndios (por exemplo, se a represa é colocada no setor de
incêndios sobre a principal direção de ventos intensos e secos).
A represa pode ter um entre outros tantos elementos. Assim pode ser usada também
na proteção contra incêndios – outros elementos para controlar incêndios podem ser
montículos de terra, uma área de pastagem totalmente usada, uma estrada ampla, ou um
plantio denso de vegetação resistente ao fogo, entre outros.
3.6.2.2.11 Setores
Este trata do conceito que se diz respeito à energia que flui através de um sistema.
Este fluxo ocorre geralmente a partir de direções específicas. São estas direções que
definem os setores. A cobertura das construções deve levar em consideração estes dados.
3.6.2.2.12 Sucessão Natural
Os Sistemas Naturais constantemente estão em evolução e desenvolvimento até à
maturação. Os desenhos necessitam de planejamento para o futuro, para permitir que esta
expansão natural ocorra. Isto pode se levar a cabo simplesmente na maneira de plantar
uma árvore frutífera para permitir espaço onde possa se desenvolver e crescer até ser uma
árvore grande.
No princípio a árvore se encontra muito sozinha, rodeada por muito espaço, porém
através dos anos, ela utilizará esse mesmo espaço ao madurar como árvore frondosa e
frutífera.
6 Escavações sobre as curvas de nível topográfico[14].
75
A tendência dos sistemas em evoluir através da sequencia, ervas, pioneiras,
secundárias e clímax, pode ser explorada de outra maneira. Primeiro, incluir plantas úteis
em cada nível. Em vez de permitir que uma área seja coberta por ervas invasoras,
geralmente de folhas grandes, plantar ervas úteis ou fixadoras de nitrogênio como plantas
de cobertura. Pioneiras podem ser plantas como a banana, o mamão, entre outras.
Finalmente, o estrato clímax pode ser constituído por árvores de grande porte e frutíferas,
ou ótimas para o aproveitamento da madeira, ou uma leguminosa também de grande porte
como o jacarandá.
3.7 ADOBE [15]
3.7.1 Conceito
O tijolo de adobe é argila retirada do subsolo e cozido no sol, dispensando a queima de
carvão que necessita de muita energia e produz grande quantidade de CO2. O em-
preendimento construído com este material apresenta muitas qualidades, como bom
comportamento termo acústico e são 100% recicláveis ou reutilizáveis.
O adobe é uma técnica antiga que pode ser encontrada em diversas áreas do mundo,
sendo uma das primeiras soluções para construção de abrigo, encontradas pelo homem. A
palavra adobe pode ter sido originada do árabe “atob”, que significa pasta grudenta. Acredita-
se que chegou à Europa através do norte da África.
3.7.2 Correção do solo
A correção do solo é uma etapa muito comum, que procura obter uma composição
com melhor coesão, reduzir a porosidade do adobe e melhorar sua resistência. Para tanto, após
o conhecimento da composição, é necessário alterar a porcentagem de cada componente
(areia, argila, silte e água). Solos com grande porcentagem de compostos orgânicos não são
recomendáveis para a construção, pois sua decomposição pode causar falhas no material.
Também é possível acrescentar aditivos com a finalidade de impermeabilizar o
produto final. Os aditivos mais comuns são: fibras vegetais, cimento, cal e betume. Outras
formas de correção também são aplicadas.
3.7.2.1 Estabilização por Aditivos
76
Onde se adiciona cimento portland (formando o solo-cimento) ou a cal virgem ou
hidratada ou uma mistura de cal e cimento ou, ainda, uma mistura de cal com cinzas.
3.7.2.2 Estabilização por armação
Consiste em agregar ao barro um material de coesão (fibra ou grãos), que permite
assegurar, pelo atrito com as partículas de argila, uma maior firmeza ao material. Esse
material funciona como a armadura de aço no concreto armado. Segundo Bardou & Arzouma
(1979), a resistência do material é reduzida, entretanto, se ganha em estabilidade e
durabilidade. Não há limitações para os materiais que podem ser utilizados, dependendo
apenas da disponibilidade local.
3.7.2.3 Estabilização por impermeabilização
Consiste em envolver as partículas de argila uma camada impermeabilizante. O
material mais conhecido utilizado para este fim é o asfalto (betume), além de outros materiais
como o óleo de coco, algumas seivas oleaginosas, látex e azeite de oliva.
3.7.2.4 Estabilização por tratamento químico
Os compostos químicos variam de acordo com a própria composição da argila.
Portanto, nesse caso, é preciso uma análise química da mesma. O cal pode funcionar como
estabilizador químico, agindo com os silicatos e aluminatos da terra. Outros elementos de
baixo custo podem ser utilizados, como a soda cáustica e a urina de gado.
3.7.3 Composição do solo
Os materiais utilizados na fabricação de tijolo de adobe são facilmente encontrados:
água, solo (areia, argila ou silte) e fibras orgânicas ou inorgânicas. A composição ideal do
material é de 54% a 75% de areia e de 25% a 43% de ligantes, sendo 10% a 25% de silte ou
15% a 18% de argila (McHenry, 1984). A areia grossa é o agregado, que dá a resistência, a
areia fina preenche os vazios e o silt e a argila grudam os ingredientes. Solos com mais areia
são mais fortes, porém mais suscetíveis à erosão por chuvas.
Para conhecer a composição do solo, é possível fazer um teste simples: mistura-se o
77
solo coletado à água em um recipiente de vidro. Com a decantação da argila no fundo é
possível ver a porcentagem desta.
Os principais ensaios a serem realizados para verificação do solo utilizado na
fabricação de adobe (Farias, 2002) são:
teor de umidade natural do solo e da massa específica aparente do solo em
estado solto.
determinação da concentração de nutrientes e metais no solo.
determinação da distribuição granulométrica.
determinação do limite de liquidez e limite de plasticidade ou, ensaios de
consistência.
determinação do limite de contração.
3.7.4 Traços ou Mistura
O traço de 20% significa que o volume de biomassa é de 20% do volume do solo e é
calculado pela seguinte equação:
Tv= (Vm/Vs)x100%
Tv: traço em volume
Vm: volume da biomassa picada, à umidade Uhm (unidade de volume)
Vs: volume do solo, à umidade natural (unidade em volume)
Como a massa contida na unidade de volume pode variar de acordo com a umidade,
Faria (2002) utiliza também o traço para massa, sob a seguinte equação:
Tm= (P ap fib seca / P ap solo seco) x Tv
Tm: traço em massa (%)
P ap fib seca: massa específica aparente da fibra vegetal seca (g/cm³)
P ap solo seco: massa específica aparente do solo seco (g/cm³)
Tv: traço em volume (%).
3.7.5 Processo de Fabricação
A princípio, qualquer área que tenha um clima que ofereça períodos de uma ou mais
semanas sem chuva será adequada para o manufaturamento e o uso do tijolo de adobe.
78
O processo de manufatura pode ser, mecanizada ou não, dependendo apenas da
disponibilidade de equipamentos e da necessidade de produção em escala, consistindo
basicamente das seguintes etapas:
Peneiramento: com uma peneira grossa de 4 mm realiza-se o peneiramento da
terra seca.
Amassamento e descanso: é necessário que se amasse o barro (mistura de solo,
biomassa e água) e o deixe em repouso por 48 horas (para melhor homogeneização
da umidade e absorção pela biomassa). Após este repouso, antes da moldagem dos
tijolos, deve ser amassado vigorosamente novamente, para se evitar que as lâminas
de argila se ordenem segundo atrações elétricas, o que acarretaria redução na
resistência mecânica dos tijolos. A umidade do barro é determinada conforme a
trabalhabilidade do material.
Moldagem: as formas, geralmente de madeira são preenchidas pelo barro. Com
uma espátula retira-se o excesso criando uma superfície acabada.
Secagem em área descoberta: a primeira secagem ocorre sob sol em área
descoberta. Esse período deve ser suficiente para que os tijolos percam o excesso
de umidade, ganhem resistência, ocorram as retrações iniciais, que são as mais
expressivas. Esta etapa leva de 2 a 3 dias e, no inverno, várias semanas, segundo
McHenry (1984).
Secagem em área coberta: a segunda secagem ocorre de forma protegida das
intempéries para que não absorva umidade. Esta fase pode durar em torno de, pelo
menos, 30 dias, período em que os tijolos atingem o equilíbrio higroscópico.
Os tijolos devem ser virados com frequência para que a secagem seja homogênea,
evitando retrações diferenciais e deformação dos tijolos.
Quanto mais fino e menor o adobe, mais rápida é a cura. Por se tratar de um processo
físico, a velocidade de perda de água, é determinada pela temperatura, umidade, ventilação e
espessura.
As dimensões de tijolo variam muito de região para região. Milanez (1958) cita tijolos
variando, na altura, largura e comprimento, respectivamente, desde 8 x 12 x 25 cm, até 10 x
30 x 46 cm.
3.7.6 Construção do empreendimento
79
As paredes são construídas conforme qualquer parede de alvenaria de tijolo, com a
diferença de que a argamassa indicada é a de terra, com o mesmo traço do adobe, para
garantir boa liga e mesmo comportamento.
A fundação geralmente é feita em sapata corrida de pedra para isolar o
empreendimento da umidade do solo. Porém, muitos alicerces continuam sendo feitos em
terra socada em função da disponibilidade de materiais local, utilizando-se de cal para
combater a umidade excessiva.
O assentamento é feito através de barro do mesmo traço dos tijolos, porém, este
processo pode retardar a secagem da massa por não estar exposto ao ar. Esta questão pode ser
corrigida utilizando-se espessuras menores de tijolo ou uma mistura de cal e cimento no
assentamento.
Os acabamentos externos têm como finalidade proteger o tijolo das intempéries (chuva
principalmente). O revestimento inicial da parede equivale ao chapisco. MacHenry aconselha
reforçar esse acabamento inicial com uma pequena quantidade de material fibroso por duas
razões: no revestimento pode-se usar um alto percentual de argila (de 20 a 25%) e no
acabamento torna possível a aplicação de uma camada mais grossa para o alisamento da
superfície. O acabamento das paredes também pode ser composto por uma argamassa de
cimento e cal.
A pintura também é utilizada para acabamentos como repelente de água. As
superfícies internas do adobe podem ser seladas e pintadas. Materiais como óleos, vernizes e
resinas líquidas podem ser utilizados também. Se forem pintados os tijolos, com tinta látex, a
parede poderá ser mais bem selada e acabada.
3.7.7 Condutibilidade Termo- acústica.
Lembrando que intensidade do fluxo de calor é diretamente proporcional à
condutibilidade k7. Vemos que o adobe tem um k menor do que métodos tradicionais como o
bloco cerâmico e o concreto. A construção em terra é caracterizada por possuir uma elevada
massa por unidade de superfície. A inércia térmica atrasa o aquecimento dos espaços
interiores e retarda seu esfriamento, sendo uma vantagem considerável em climas com grande
amplitude térmica. No entanto, os blocos de terra não são bons isolantes térmicos. A alta
densidade e quantidade de massa de uma parede de adobe garante bom isolamento acústico.
7 Coeficiente de condutibilidade térmica [15].
80
3.8 SOLO CIMENTO [16]
Adicionando uma pequena quantidade de cimento ou cal às qualidades plásticas da
terra, obtém-se um material surpreendente, tradicional e popular: o solo cimento ou solo cal.
Este material, com eficiência comprovada há décadas em vários continentes, é empregado na
construção de conjuntos habitacionais, edifícios, muros de contenção, escolas, na
pavimentação de vias e estradas...
O solo cimento é uma mistura de 10 a 20 partes de terra para uma de cimento, esta
mesma mistura pode ser feita com cal virgem. Utilizando basicamente os recursos materiais
locais, dispensando o uso de equipamentos sofisticados e o consumo de energia, harmoniza-se
com as características ambientais e culturais das regiões brasileiras, este material é uma
solução simples, prática e avançada que permite um considerável barateamento da construção.
Os métodos construtivos com solo cimento exigem mão de obra pouco especializada.
Podendo ser adotadas sistemas familiares e comunitários, no esquema de mutirão.
3.8.1 Como escolher a terra
Misturar terra, água e um pouco de cimento ou cal, nas proporções de dez ou vinte de
terra (dependendo do caso) para uma parte de cimento, teremos um excelente material
construtivo que podemos construir no próprio local da obra, utilizando material do mesmo
local. Não é qualquer tipo de terra que pode ser usada para solo cimento. Ela precisa ter
características básicas:
Deve ser facilmente desagregável e conter minerais diversos sob a forma de
areia;
Solo com matéria orgânica não serve para a fabricação do solo cimento;
Os solos mais indicados são os arenosos;
Teor de areia de 45 a 85%;
Teor de silte e argila de 20 a 55%;
Teor de argila menor que 20%
A aparência de terra empregada na confecção do solo cimento é muito parecida com
aquela usada em argamassa de alvenaria e reboco. Não pode ter muito barro, mas também não
pode ter muita areia. Toda a terra deve ser peneirada em malha 4,8 milímetros.
3.8.2 Ensaios que avaliam qualidade
81
3.8.2.1 Ensaio do bolo
É um método caseiro, que consiste em colocar na palma da mão uma porção de terra
bastante úmida, formando uma bola que deve ser golpeada até que aflore uma película de
água na superfície da amostra, dando aspecto liso e brilhante. O passo seguinte é pressionar o
bolo com os dedos.
Quando o solo tem boa qualidade para mistura, bastam de 5 a 10 golpes para que a
água aflore, sendo que ao pressionar a bola, a água desaparece. Se a água não aflorar após 20
a 30 golpes, o solo não serve para fazer solo cimento.
3.8.2.2 Ensaio de resistência seca
Outro meio de avaliar a qualidade da terra é o ensaio de resistência seca, exige a
feitura de três pastilhas de terra bem úmidas, com diâmetro de 2 a 3 centímetros e espessura
de 1 centímetro. Depois de ficar secando ao sol durante dois ou três dias, deve tentar esmagar
com os dedos polegar e indicador.
Se as pastilhas forem dissolvidas sem esforço, ficando na forma de pó, então a terra
testada é aprovada. No entanto, se elas partirem e não virarem pó, ou mesmo exigirem muito
esforço para rompê-las, então ficará comprovada a inadequação do solo.
3.8.2.3 Ensaio do cordão
Se pega uma porção de terra seca, juntando água para rolar cordões até que eles
comecem a quebrar em um diâmetro de 3 milímetros. Passo seguinte é formar uma bola com
os cordões quebrados, não adicionando mais água. Em seguida, a bola deverá ser esmagada
pela ação dos dedos polegar e indicador.
Se a terra for adequada, aparecerão fendas na bola com pouco esforço dos dedos e será
difícil também fazer nova bola com a mesma amostra sem que ela apresente fissuras. Agora,
se for preciso muito esforço para romper a bola e nem permitir a moldagem de novos cordões
de 3 milímetros, o solo será considerado inadequado.
3.8.3 Aplicações
O grande segredo no uso do solo cimento é a aplicação da técnica construtiva em
muros, tijolos ou paredes monolíticas que são feitas inteiramente através da compactação da
82
mistura de terra e cimento. Esta mistura é socada em uma forma que pode ser para a
construção de tijolo ou paredes monolíticas.
3.8.3.1 Mistura
A mistura indicada, em média, é de uma parte de cimento ou cal para dez a quinze
partes de solo. O solo tem que ser peneirado e estar sem torrões. A medição das quantidades,
chamado de traço da mistura, deve ser feita cuidadosamente. É preciso verificar o volume de
cada equipamento de medição (carrinhos, padiola, baldes, latas, etc) para que não ocorra
alterações na dosagem.
Não é recomendado produzir quantidades exageradas de massa, pois seu limite
máximo de durabilidade para aproveitamento na compactação é de 24 horas. Mas quando as
misturas são usadas algum tempo após o preparo, é preciso revolvê-la energicamente com as
pás para homogeneizar a umidade.
A mistura precisa ser homogênea, com coloração e umidade uniformes. O cimento
deve ser adicionado ao solo seco, sem torrões, a terra tem que ser peneirada com malha fina.
As chuvas muitas vezes não permitem que a terra reservada para o solo cimento permaneça
seca. Para evitar isso, é bom ter sempre um volume de solo seco guardado para misturar com
a terra úmida.
3.8.3.2 Umidade da mistura
A umidade da “masseira” é definido de acordo com a qualidade do solo utilizado,
onde cada solo tem sua umidade ideal. O teor de água é definido por um teste caseiro.
Consiste em comprimir uma amostra de solo cimento em uma das mãos, observando as
marcas dos dedos na massa.
Se a marca dos dedos ficar bem definida, a umidade é adequada, se esfarelar, isto quer
dizer que a umidade é insuficiente. Se as marcas aparecerem muito molhada, excesso de
umidade.
Outro teste para avaliar a umidade do solo, é jogar uma bola de mistura prensada na
mão sobre um chão firme, de uma altura de aproximadamente 1 metro. O teor da umidade é
aprovado se a massa ao cair no chão ficar parecida com uma farofa, Se não esfarelar, é sinal
de excesso de umidade. Neste caso é bom adicionar mais solo e cimento nas mesma
proporções e repetir o teste.
3.8.4 Fundações de solo cimento
83
Com um monte de mistura já pronto, é hora de testar os efeitos altamente positivos do
solo cimento. Que pode ser usada como alicerce e alvenaria.
3.8.4.1 Nas fundações
O solo cimento tem desempenho seguro e eficiente, desde que, não haja cargas
excessivas e o terreno de apoio tenha boa capacidade de suporte e não apresente tendências a
recalques. Caso contrario, deve ser feita com concreto.
Pode se considerar o dimensionamento em torno de 30 cm de largura para uma
profundidade de 20 a 30 cm, onde a mistura usada para a execução, deve ir mais cimento a
terra. Uma dosagem recomendada é a proporção 1 : 8, 1: 6. A própria vala serve de forma
para, o solo cimento, colocar britas no fundo e adicionar óleo a mistura ( para se tornar
impermeável.)
Não há mistérios para executar uma fundação de solo cimento. É preciso ter em mão
soquetes com base quadrada, de 20x20 ou 30x60, com dois cabos redondos e com peso de 4 a
5 quilos. Utiliza-se a própria vala do alicerce como forma. Faça camadas com espessuras
máximas de 20cm de cada vez., um pilão redondo ajuda para corrigir pequenas áreas.
Cuidados:
♦ quanto mais cimento for adicionado, mais a massa irá perder umidade, o
cimento utiliza a água para reagir. Quando usamos a cal isto não acontece.
♦ Impermeabilizar o alicerce é muito importante para não ocorrer umidade na
parede e com isto comprometer a construção.
3.8.4.2 Alvenaria Monolítica
A parede de solo cimento tem uma característica importante, ser um excelente isolante
térmico. O isolamento de uma parede de solo cimento de 20cm é equivalente ao de uma de
30cm de tijolos comuns.
Deve-se construir uma forma para construção das paredes monolíticas. Esta não deve
ser maior em comprimento que 2,5m e não mais que 40 a 50cm de altura. Podem ser de
maderit, de 18 mm, com reforços longitudinais.
Para a fixação das chapas, pode se fazer seis parafusos nas extremidades, cada
parafuso deve ser revestido internamente com tubo de pvc do tamanho da espessura das
paredes.
84
As paredes de solo cimento podem ter de 15cm ( internas) a 20cm( externas) de
espessura.
3.8.5 Como montar as formas
A obra feita para se construir paredes monolíticas tem que ter estrutura de madeira ou
concreto ( pontaletes) a cada 2,20 ou 2,50metros, estes pontaletes terão que ter internamente
um revelo ( um dente ou rebaixo) para que a parede fique melhor fixada nos pontaletes.
Coloca-se as formas entre 2 pontaletes e fixa-se com os parafusos, uma chapa de
maderit de cada lado. Antes é recomendado passar óleo nas formas para ajudar na hora da
desmoldagem.
3.8.6 Compactação
O momento de moldar e dar "vida " ao solo cimento é a compactação, ato continuo de
socar a mistura, onde permite levantar os primeiros painéis que irá constituir a parede
monolítica. A quantidade de massa de solo cimento deve ser suficiente para que não ocorra
paradas de serviço.
Compactar a mistura nas formas travada nas laterais das estacas ou guias e com a
extensão ajustada de modo a se ter uma altura total de cerca de 13 cm. A compactação deve
ser feita em três camadas iguais, recebendo cada uma 25 golpes do soquete, caindo livremente
de 305 mm, distribuídos uniformemente sobre a superfície da camada. Durante a
compactação, o molde deve estar apoiado numa base plana e firme. Percebe-se que atingiu o
ponto ideal quando se houve um som seco, da batida do soquete na superfície do solo
cimento.
A desmoldagem é feita após a compactação da forma. Após a conclusão das paredes,
alisa-se as suas faces com colher de pedreiro, procurando uniformizar o acabamento nas
juntas dos vários blocos.
3.8.7 Cura
Para garantir uma boa resistência da parede, é importante evitar a secagem rápida do
solo cimento no processo de cura. Aconselha-se a execução de 2 a 4 umedecidas diárias das
paredes por uns 15 dias após a conclusão. Quando não se utiliza qualquer medida para evitar
uma secagem rápida, ocorre uma redução na resistência em torno de 40%.
85
4. RELEVÂNCIA DO TRABALHO
Devido à alta extração de recursos naturais do planeta e, possivelmente, escassez
destes recursos, urge a necessidade de novas alternativas para a diminuição dessas extrações.
A sociedade hedonista, pensa muito em seu bel-prazer, ou seja, “se eu estou tendo, está bem”,
mas esquece dos descendentes. Fica a pergunta, o que será dos descendentes sem esses
recursos naturais? O que será da geração vindoura?
Há outro problema relacionado a esse: a poluição do ambiente. A sociedade tem se
desenvolvido muito rápido, e isso é bom, mas não está conseguindo gerenciar esse
desenvolvimento. O desenvolvimento tem gerado o consumo e o consumo gerado resíduos. E
os resíduos, por sua vez, têm se acumulado em aterros e outros lugares gerando impactos
ambientais para nossa geração e para gerações futuras, seja no solo, seja nos cursos d’águas e
seja na atmosfera.
Pensando na produção de cimento, que tem alta extração de recursos naturais, fora os
outros impactos gerados, e no tratamento de esgoto, que gera toneladas de resíduos (lodo) ao
dia, surge a oportunidade ou alternativa de reduzir a extração de recursos naturais e de reduzir
os impactos ambientais gerados pelos dois processos. Onde o cimento convencional será
substituído pela mistura de cinzas de lodo, argila, areia e baba de cupim, formando-se o
Biocimento.
5. HIPÓTESE
Nas cinzas do lodo de ETE encontram-se materiais pozolânicos, devido a sílica
contida no lodo. Esse material pozolânico nas cinzas de lodo, tem uma função cimentante
maior que a dos insumos atuais que são adicionados na produção de cimento. Então com a
incorporação das cinzas de lodo e baba de cupim à argila, acredita-se formar um novo produto
resistente, com possibilidade de substituir o cimento.
6. OBJETIVOS
86
6.1 OBJETIVO GERAL
Desenvolver um biocimento a partir das cinzas de lodo, baba de cupim e argila.
6.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Levantar dados de pesquisa para dar subsídio ao projeto;
Solicitar à SANASA uma quantia de lodo de ETE para o estudo;
Desenvolver biocimento variando as proporções de cinzas de lodo, baba de
cupime e argila;
Testar a resistência do material produzido;
Cotar valores para elaboração do corpo de prova e testes (resistência,
solubilidade e lixiviação);
Realizar visitas técnicas em locais de biocimento;
Preparar o lodo para incorporar no biocimento;
Preparar os moldes para criação de blocos pequenos;
7. MATERIAIS E MÉTODOS
7.1 COLETA E CALCINAÇÃO DO LODO
7.1.1 Materiais
1 Recipiente de 10 litros;
1 Pazinha convencional;
1 Par de luvas nitrílica;
1 Óculos;
1 Estufa;
1 Mufla;
1 Dessecador;
1 Tenaz;
4 Cadinhos;
87
4 Cápsula de porcelana;
Sílica;
1 Jarro de vidro com tampa;
2 Espátulas.
7.1.2 Métodos
O Lodo, parcialmente desidratado, será coletado junto à ETE Capivarí I da Sanasa, em
Campinas – SP. Em um recipiente será acondicionado 10 litros de lodo. Essa amostra será
direcionada para o laboratório da ETECAP, onde será armazenada em geladeira e
gradativamente calcinada. Ao término dessa amostra, será repetido o procedimento de coleta.
Esse Lodo será acondicionado em cápsulas de porcelana e levados a uma estufa para
secagem do resto da umidade e depois transferidos para cadinhos e colocados em uma mufla,
onde será calcinado a uma temperatura de 800ºC por três horas. As cinzas desse lodo serão
armazenadas em um dissecador e depois transferidas para uma jarra de vidro com tampa,
contendo sílica, para evitar umidade nas cinzas novamente, até que se obtenha a quantidade
necessária para os corpos de prova.
7.3 COLETA E TRITURAMENTO DA BABA DE CUPIM
7.3.1 Materiais
3 Enxadas;
1 Carrinho de mão;
3 Pares de luvas de rafa;
1 Caixa baú;
3 Marretas;
2 Pincéis;
1 Pá de lixo;
1 Pote de 5 litros.
88
7.3.2 Métodos
A baba de cupim será coletada nas dependências da ETECAP, onde será averiguada
primeiramente, a existência de cupins, caso não, será feita a coleta.
Com a enxada, se cortará o cupinzeiro por torrões. Esses torrões serão colocados no
carrinho de mão, transportados para o laboratório da escola e armazenados na caixa baú,
aguardando seu trituramento.
Para triturar os torrões do cupinzeiro, se usará as marretas. O material triturado será
transferido para a pá, através dos pincéis, e em seguida despejado no pote de 5 litros,
aguardando para ser adicionado na mistura.
7.4 DESENVOLVIMENTO DO BIOCIMENTO E PRODUÇÃO DE
CORPO DE PROVA
7.4.1 Materiais
Argila;
Baba de Cupim triturada;
Cinzas de Lodo;
Areia,
Água;
4 Pares de luvas nitrílicas;
4 Espátulas;
4 Recipientes, tipo assadeira;
4 Moldes nas dimensões 10cm x 15cm x 30cm, sendo largura, altura e comprimento;
Óleo queimado;
Lixas de madeira.
7.4.2 Métodos
89
O Biocimento será desenvolvido com a mistura de cinzas de lodo, baba de cupim,
areia, argila e água em diversas proporções.
As misturas serão chamadas de: “BIO” As proporções serão conforme a Tabela 3.
Tabela 3. Proporção de areia, argila, baba de cupim e cinzas na mistura do
Biocimento.
AMOSTRA AREIA
%
ARGILA
%
CUPIM
%
CINZAS
%
CIMENTO
%
ÁGUA %
BIO1 60 30 10 - - Livre
BIO2 50 40 10 - - Livre
BIO3 45 45 10 - - Livre
BIO4 40 45 15 - - Livre
BIO5 40 45 7,5 7,5 - Livre
BIO6 40 45 - 15 - Livre
BIO7 46 53 - - 1 Livre
BIO8 34,5 44,5 20 - 1 Livre
BIO9 34,5 44,5 - 20 1 Livre
BIO10 34,5 44,5 10 10 1 Livre
BIO11 - 60 - 40 - Livre
BIO12 - 60 40 - - Livre
BIO13 - 60 20 20 - Livre
BIO14 - 60 30 10 - Livre
BIO15 - 60 35 5 - Livre
7.4.2.1 Moldes
Os moldes serão feitos em canos de PVC com diâmetro de 100 mm e altura de 10 cm.
7.4.2.2 Mistura
90
Primeiro deixa-se a mistura seca descansar com um pouco de água durante três dias,
para “azedar” [17]. Depois, acrescenta-se mais água, até que fique flexível para ser colocada
nos moldes.
Após saírem dos moldes, os blocos devem manter a forma. Se amassarem, é porque há
água demais na mistura; se uma parte da massa ficar no fundo do molde, é porque faltou água
na mistura.
7.4.2.3 Como moldar os blocos
1. Molhar o molde com água;
2. Jogar uma pá da mistura e bater bem os cantos;
3. Jogar mais uma pá e nivelar a parte de cima;
4. Molhar as mãos e alisar
7.5 MÉTODOS DE TESTES EXPERIMENTAIS NOS CORPOS DE
PROVA [17]
7.5.1 Materiais
11 blocos;
2 potes nas especificações dos blocos;
1 Relógio;
Água.
7.5.2 Métodos
7.5.2.1 Resistência
Para testar os corpos de prova e saber se eles serão fortes para o uso na construção, se
fará três coisas:
1. Colocar um bloco sobre outros dois e pisar com força. Ele deve aguentar sem
quebrar;
91
2. Colocá-lo de molho na água durante 4 horas; quebrá-lo e verificar a espessura
da superfície molhada. Ela não deve ter mais de 1 cm;
3. Colocá-lo de molho na água durante 4 horas e depois colocá-lo sobre outros
dois. Empilhar outros 6 blocos por cima. Ele deve aguentar o peso durante
pelo menos um minuto antes de quebrar.
7.6 Determinação de Fe3+
nas cinzas de lodo por Espectrofotometria UV-Visível
São necessárias as seguintes soluções: Soluções de tiocianato de potássio 1,5M, ácido
nítrico 4 M e Solução padrão de Fe3+
.
7.6.1. Princípio [18]
Curva de calibração
Preparo de solução estoque
Preparar solução com concentração de 100ppm e a partir desta, diluir para 1,2,4 e 8ppm.
Utilizar nitrato de ferro [Fe(NO3)3 . 9H2O] para obter a solução. A partir do seguinte cálculo
obtem-se a quantidade necessária de ferro para o preparo de 1 litro.
[Fe(NO3)3 . 9H2O] Fe3+
+ 3NO3
404 56g
X 0,100g
X = 0,7214g
Com a quantidade estabelecida, colocar o nitrato de ferro pesado em balão
volumétrico de 1 litro e completar com água deionizada.
Para o preparo das diluições:
8ppm C1V1=C2V1
100 .V1=8.100
V1= 800/100
92
V1= 8mL
Onde C1= Concentração Inicial (amostra de 100ppm)
V1= Volume inicial mL (será retirado da amostra de 100ppm)
C2= Concentração final
V2= Volume final mL (volume desejado, pode ser alterado)
Para outras concentrações, o resultado foi obtido seguindo a mesma lógica com os seguintes
resultados:
1 ppm – 1 ml da amostra inicial
2 ppm – 2 ml da amostra inicial
4 ppm – 4 ml da amostra inicial
Para cada diluição, colocar a quantidade encontrada da amostra em balão volumétrico
de 100 mL, acrescentar 1mL de solução de tiocianato de potássio 1,5M e 5mL de ácido
nítrico 4M e completar o volume com água deionizada. Homogeneizar.
Ler as amostras no espectrofotômetro UV/Visível8 e utilizando o comprimento de
onda a 450nm.
7.6.2 Preparo da Amostra de cinzas de lodo
7.6.2.1 Materiais
1 cadinho
1 capsula de porcelana
1 tenaz
1 Tripé de ferro
1 Tela de amianto
1 Bico de bunsen
1 Bagueta de vidro
Espátula
8 Espectrofotômetro UV-Visível tipo UV-1650PC com Work Station.
93
1 Balança analítica
1 Funil de vidro
1 Suporte universal
Papel para filtração quantitativo
1 Balão volumétrico 100 mL
2 béquer de 100 mL
Dessecador
7.6.2.2 Reagentes
Cinzas de lodo
15 mL de ácido clorídrico concentrado
5 mL de ácido nítrico concentrado
7.6.2.3 Procedimento
1. Pesar 1 g de solo em balança analítica.
2. Calcinar na mufla, em cadinho, a 550ºC por 2 horas.
3. Depois de frio, colocar na capsula de porcelana e adicionar 15 mL de HCl conc e 5
mL de HNO3 conc. Colocar para ferver até sair fumaça branca, desligar e jogar
água para esfriar. Fazer esse procedimento na capela.
4. Filtrar o solo (filtração analítica) - 2vezes.
5. Do filtrado deve ser retirado uma alíquota de 10 mL e transferir a mesma para um
balão volumétrico de 100mL. Adiciona-se 5 mL de tiocianato e 3 mL de ácido
nítrico 4 M. Completa-se o volume do balão com água destilada, e faz-se a leitura
imediata da amostra, a 450 nm.
7.6.3 Tratamento da Curva – Regressão Linear
Após elaboração das soluções para a curva de calibração, fazer leitura no aparelho
Espectrofotômetro UV-Visível e elaborar o gráfico da curva. Quanto mais próximo de 1 o
94
valor de R2, melhor é a curva.
Fórmula para o cálculo da concentração de metal em ppm:
L = leitura aparelho referente à concentração
V = volume da diluição (mL)
M = massa em gramas utilizada na diluição (g)
Para alíquota:
Ppm Metal = L.V/m. V alíquota/alíquota (ex: 100 mL vol balão dividido por 1 mL vol
alq)
8. CUSTOS
Tabela 4. Custo do projeto.
QUANTIDADE PRODUTO V.
UNITÁRIO
R$
V. TOTAL
R$
01 Balde de 8 L 3,33 3,33
01 Pazinha Jardinagem 4,30 4,30
05 Par de luvas de látex 2,35 11,75
04 Óculos de Proteção 5,22 20,88
01 Estufa 391,50 391,50
01 Mufla 2.800,00 2.800,00
01 Dessecador 700,00 700,00
01 Tenaz 36,00 36,00
04 Cadinhos Porcelana 6,91 27,64
04 Cápsula de Porcelana 25,86 103,44
01 Sílica 50 sachê de 1g 15,00 15,00
01 Jarro de vidro 16,80 16,80
95
02 Espátula 23,61 47,22
01 Enxadinha 14,90 14,90
01 Carrinho de mão 59,50 59,50
02 Par de luvas de vaqueta 7,30 14,60
01 Marreta 11,17 11,17
01 Pincel 7,49 7,49
01 Pazinha de lixo 4,00 4,00
01 Pote de 5 L 9,00 9,00
02 Colher de pedreiro 10,90 21,80
04 Recipiente, tipo saladeira 13,90 55,60
01 Lixa de madeira 50 uni 9,99 9,99
02 Pote de plástico 18,70 37,40
01 Relógio 10,07 10,07
05 Argila 200g 9,90 49,50
4.482,88
Obs. O custo real será apenas com a argila, pois os outros materiais e equipamentos estão
disponíveis na escola.
9. CRONOGRAMA
Ano 2012
Atividades Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Planejamento x x x x
Apresentação para
banca de aprovação
x
Desenvolvimento do
Biocimento
x
x
x
x
Testes x x
Tabulação de
Resultados
x x
Mostra de Projetos x
Entrega Final do TCC x
96
10. RESULTADOS E DISCUSSÕES
10.1 Calcinação do lodo
Foram adicionadas, em seis cadinhos, algumas quantias de lodo, parcialmente
desidratado, pesadas e calcinadas a 800°C, para determinação de matéria orgânica e de cinzas
na amostra. Conforme tabela:
Tabela 5. Porcentagem de cinzas e matéria orgânica.
CADINHO VAZIO CADINHO COM
LODO
CADINHO C/ LODO
CALCINADO
C1 22,5704g 33,9756g 28,5746g
C2 24,6803g 33,1706g 28,8845g
C3 23,2972g 33,9380g 28,8845g
C4 20,7696g 30,4627g 25,5717g
C5 34,9662g 56,0414g 46,0510
C6 45,5536g 71,4646g 59,9806g
MÉDIA 28,6396g 43,1755g 36,2953g
De acordo com a média, entram 14,5359g de lodo desidratado na estufa e saíram
7,6557g de cinzas.
14,5359g ── 100%
7,6557g ── X
X = 52,63
Porcentagem de matéria orgânica = 52,63%
Porcentagem de cinzas = 47,37%
Pode-se notar que mais da metade da amostra, é constituída por matéria orgânica.
97
Depois de determinar o teor de matéria orgânica, deu-se procedimento nos ensaios.
Em cápsulas de porcelana, adicionou-se o lodo desidratado, na ETE, e levou-se a estufa,
aquecida em 550°C, por 30 minutos para uma desidratação complementar, devido a
quantidade de matéria orgânica. Ao final dos 30 minutos foram retiradas e levadas a mufla,
aquecida em 800°C, por 3 horas para calcinação das porções. Ao fim das 3 horas, retirou-se as
cápsulas, contendo as porções calcinadas, da mufla e deixou-se atingir a temperatura ambiente
para armazenamento das porções. Elas foram armazenadas em um pote com sílica, evitando
assim o contato com a umidade novamente.
Durante o procedimento houve uma grande liberação de fumaça, por uns 15 minutos,
aproximadamente, devido a presença de matéria orgânica no lodo e também cheiro
característico. As cinzas de lodo saíram da mufla com uma coloração vermelho-rosa e
amarelo, com aspecto de coberturas de amendoins doce vendido em parques e shoppings,
porém de fácil esfarelhamento.
Figura 4. Lodo desidratado e calcinado. Arquivo dos alunos.
A fim de reduzir a emissão de fumaça do lodo na mufla, a secagem do lodo passou-se
a ser realizado no bico de Bunsen, dentro da capela do exaustor, ao invés da estufa. O lodo foi
colocado em uma panela de alumínio e levada ao bico de Bunsen por 40 minutos. Ao fim da
secagem, o lodo foi levado à mufla, aquecida em 900°C, por 2 horas para calcinação da
porção.
98
Figura 5. Lodo semi-desidratado sendo secado. Arquivo dos alunos.
A porção de lodo seca, no bico de Bunsen, saiu mais seca do que no procedimento
com a mufla. Na calcinação, a emissão de fumaça também reduziu, ela foi liberada por,
aproximadamente, 3 minutos. E as cinzas do lodo saíram com a mesma tonalidade e aspecto
do primeiro procedimento.
As cinzas de lodo foram trituradas, com o pistilo, em uma cápsula de porcelana,
formando um pó de tonalidade rosa e armazenadas em um pote com sílica.
Figura 6. Trituramento das cinzas de lodo. Arquivo dos alunos.
99
10.2 Trituramento da baba de cupim
Os blocos, contendo a baba de cupim, foram triturados com uma marreta. A parte
triturada foi peneirada e armazenada em frascos de plástico e de vidro.
Figura 7. Trituramento e peneiramento da baba de cupim. Arquivo dos alunos.
10.3 Fabricação do biocimento
10.3.1 Fabricação do BIO 1
Foram misturados os constituintes areia, argila, baba de cupim e água, nas respectivas
porcentagens: 60%, 30% e 10% e adição livre de água. Para uma amostra de 250g de produto,
foram adicionadas as seguintes quantidades: 150g de areia, 75g de argila, 25g de baba de
cupim e água, conforme necessidade.
A mistura ficou com um aspecto arenoso, com a coloração marrom e com uma
consistência ligeiramente pegajosa. Com essa mistura compactou-se os corpos de prova.
100
Figura 8. Amostra do Biocimento: primeira produção. Arquivo dos alunos.
Os corpos de prova não passaram pelo primeiro teste, que foi de porosidade. O BIO 1
foi classificado como macroporoso. Fatores como a falta da mistura ideal e da compactação
ideal, podem ter provocados resultados negativos.
10.3.2 Fabricação dos BIO 2, BIO 3, BIO 4, BIO 5 e BIO 6
Pelo fato de não chegar ao objetivo esperado, foram balanceadas novas porcentagens
para novas misturas, onde se deu as seguintes proporções:
BIO 2 = 50% de areia, 40% de argila, 10% de baba de cupim e água, conforme
necessidade;
BIO 3 = 45% de areia, 45% de argila, 10% de baba de cupim e água, conforme
necessidade;
BIO 4 = 40% de areia, 45% de argila, 15% de baba de cupim e água, conforme
necessidade;
BIO 5 = 40% de areia, 45% de argila, 7,5% de baba de cupim, 7,5% de cinzas de lodo
e água, conforme necessidade;
BIO 6 = 40% de areia, 45% de argila, 15% de cinzas de lodo e água, conforme
necessidade.
Devido o BIO 1 apresentar macroporosidade, foi realizado um novo peneiramento,
com uma peneira de granulometria 0,065 mm de abertura, (ABNT: 200 Tyler: 200).
Foram preparadas as misturas, de acordo com os percentuais citados acima e deixadas
para sofrerem o efeito de curtição. Após dois dias curando, foram compactadas manualmente
nos corpos de prova.
101
10.3.2.1 Testes
10.3.2.1.1 Teste de porosidade
Em 5 frascos com água destilada, foram adicionados os corpos de prova, para
verificação de porosidade dos mesmos.
BIO 2 apresentou macroporosidade;
BIO 3 apresentou microporosidade;
BIO 4 apresentou microporosidade;
BIO 5 apresentou mesoprosidade;
BIO 6 apresentou macroporosidade.
10.3.2.1.2 Teste de resistência
Em uma prensa manual, foi exercida uma força até não dá mais torque na sua rosca.
Obteve-se os seguintes resultados:
BIO 1 apresentou baixa resistência;
BIO 2 apresentou baixa resistência;
BIO 3 apresentou baixa resistência;
BIO 4 apresentou baixa resistência;
BIO 5 apresentou média resistência;
BIO 6 apresentou alta resistência.
Figura 9. Teste de resistência. Arquivo dos alunos.
102
10.3.3 Produção dos BIO 1, BIO 2, BIO 3, BIO 4, BIO 5 e BIO 6
Devido aos resultados e a cinzas de lodo não estarem na mesma granulometria dos
peneirados, utilizando a peneira de 0,065 mm de abertura, foi realizado um novo
peneiramento de todos os constituintes para repetição dos testes.
Preparado novamente as misturas, sem alteração de percentuais, e deixadas para curtir
pro dois dias. Após os dois dias, foram produzidos os corpos de prova com a mistura e
deixados para secagem à sombra.
10.3.3.1 Fabricação do BIO 1
Realizada a mistura do BIO 1 com areia, argila e baba de cupim, de acordo com o
gráfico 1:
Gráfico 1. Proporções do BIO 1.9
Em uma amostra de 250g, teve-se:
150g de areia;
75g de argila;
25g de baba de cupim;
Água conforme necessidade.
10.3.3.2 Fabricação do BIO 2
Realizada a mistura do BIO 2 com areia, argila e baba de cupim, de acordo com o
gráfico 2:
9 Todos os gráficos que constam no item Resultados e Discussão foram elaborados pelos autores desse
projeto.
60% 30%
10%
BIO 1
AREIA
ARGILA
CUPIM
103
Gráfico 2. Proporções do BIO 2.
Em uma amostra de 125g, teve-se:
62,5g de areia;
50g de argila;
12,5g de baba de cupim;
Água conforme necessidade.
10.3.3.3 Fabricação do BIO 3
Preparada a mistura da amostra BIO 3 com areia, argila e baba de cupim, de acordo
com o gráfico 3:
Gráfico 3. Proporções do BIO 3.
Em uma amostra de 125g, teve-se:
56,25g de areia;
56,25 de argila;
12,5g de baba de cupim;
50% 40%
10%
BIO 2
AREIA
ARGILA
CUPIM
45%
45%
10%
BIO 3
AREIA
ARGILA
CUPIM
104
Água conforme necessidade.
10.3.3.4 Fabricação do BIO 4
Preparada a mistura com areia, argila e baba de cupim, de acordo com o gráfico 4:
Gráfico 4. Proporções do BIO 4.
Em uma amostra de 125g, teve-se:
50g de areia;
56,25g de argila;
18,75g de baba de cupim;
Água conforme necessidade.
10.3.3.5 Fabricação do BIO 5
Preparada a mistura BIO 5 com areia, argila e baba de cupim, de acordo com o gráfico
5:
Gráfico 5. Proporções do BIO 5.
Em uma amostra de 125g, teve-se:
40%
45%
15%
BIO 4
AREIA
ARGILA
CUPIM
40%
45%
7,5% 7,5%
BIO 5
AREIA
ARGILA
CUPIM
CINZAS
105
50g de areia;
56,25 de argila;
9,37 de baba de cupim;
9,37 de cinzas de lodo;
Água conforme necessidade.
10.3.3.6 Fabricação do BIO 6
Preparada uma mistura do BIO 6 com areia, argila e cinzas de lodo de acordo com o
gráfico 6:
Gráfico 6. Proporções do BIO 6.
Em uma amostra de 125g, teve-se:
50g de areia;
56,25 g de argila;
18,75g de cinzas de lodo;
Água conforme necessidade
Figura10. Misturas e corpo de prova. Arquivo dos alunos.
50%
56,25%
18,75%
BIO 6
AREIA
ARGILA
CINZAS
106
Figura 11. Corpo de Provas. Arquivo dos alunos.
10.3.4 Testes
10.3.4.1 Teste de porosidade
O teste de porosidade foi realizado em um recipiente cheio de água e os corpos de
prova ficaram submersos pro 30 minutos e apresentaram os seguintes resultados:
BIO 1 apresentou macroporosidade;
BIO 2 apresentou mesoporosidade;
BIO 3 apresentou microporosidade;
BIO 4 apresentou microporosidade;
BIO 5 apresentou macroporosidade;
BIO 6 apresentou macroporosidade.
Não houve muita diferença dos resultados apresentados no teste anterior, quando a
granulometria estava maior, pelo menos no quesito micro, meso ou macro porosidade. No
entanto, visualmente, houve uma melhora no último teste. Apesar das amostras se
dissolverem, umas totalmente e outras parcialmente, pode-se observar melhoras, devido uma
melhor compactação dos poros, causada pela granulometria menor.
As amostras BIO 3 e BIO 4 apresentaram os melhores resultados. Elas se dissolveram
mais lentamente, chegando aos 30 minutos com mais de 60 e 75%, respectivamente, de corpo
de prova na solução.
107
Figura 12. Teste de porosidade. Arquivo dos alunos.
As amostras BIO 2 e BIO 5 apresentaram resultados insatisfatórios, onde os corpos de
prova se dissolveram, parcialmente, por 10 minutos e pararam, sobrando, respectivamente, 50
e 20% de corpo de prova nos recipientes.
Figura 13. Teste de porosidade. Arquivo dos alunos
As amostras BIO 1 e BIO 6 apresentaram os resultados mais negativos do teste. Elas se
dissolveram completamente em menos de 5 minutos. Restando nada de porcentagem de corpo
de prova.
108
Figura 14. Teste de porosidade. Arquivo dos alunos.
Os resultados podem ter sofrido interferências, devido uma má compactação, já que
ela foi feita manualmente e com as mãos, o tempo de pega e secagem não devem ter sido
suficientes e as porcentagens não estavam nas proporções ideais.
10.3.5 Produção dos BIO 7, BIO 8, BIO 9 e BIO 10
Apesar das Amostras BIO 3 e BIO 4 apresentarem microporosidade, não atenderam o
resultado esperado, pois elas dissolveram consideravelmente.
Devido as amostras anteriores não atenderem ao resultado esperado, foram realizados
novos balanceamentos de percentuais para novas amostras, onde se diminuiu os percentuais
de areia, aumentou-se os percentuais de argila, baba de cupim e cinzas de lodo e ainda
acrescentou-se um novo composto à mistura, o cimento. Seguem-se os novos percentuais:
BIO 7 = 46% de areia, 53% de argila, 1% de cimento e água, conforme
necessidade;
BIO 8 = 34,5% de areia, 44,5% de argila, 20% de baba de cupim, 1% de
cimento e água, conforme necessidade;
BIO 9 = 34,5% de areia, 44,5% de argila, 20% de cinzas de lodo, 1% de
cimento e água, conforme necessidade;
BIO 10 = 34,5 % de areia, 44,5% de argila, 10% de baba de cupim, 10% de
cinzas de lodo, 1% de cimento e água, conforme necessidade.
109
Preparada as misturas de acordo com o balanceamento acima e deixadas para curtir
por dois dias. Após, foram produzidos os corpos de prova e deixados para secagem à sombra.
10.3.5.1 Fabricação do BIO 7
Preparada uma mistura do BIO 7 com areia, argila e cimento, de acordo com o gráfico
7:
Gráfico 7. Proporções do BIO 7.
Para uma amostra de 125g, teve-se:
57,5g de areia;
66,25g de argila;
1,25g de cimento;
Água conforme necessidade.
10.3.5.2 Fabricação do BIO 8
Prepara uma mistura do BIO 8 com areia, argila, baba de cupim e cimento, de acordo
com o gráfico 8:
Gráfico 8. Proporções do BIO 8.
57,5%
66,25%
1,25%
BIO 7
AREIA
ARGILA
CIMENTO
34,5%
44,5%
20% 1%
BIO 8
AREIA
ARGILA
CUPIM
CIMENTO
110
Para uma amostra de 125g, teve-se:
43,125g de areia;
55,625g de argila;
25,0g de baba de cupim;
1,25g de cimento;
Água conforme a necessidade.
10.3.5.3 Fabricação do BIO 9
Preparada uma mistura do BIO 9 com areia, argila, cinzas de lodo e cimento, de
acordo com o gráfico 9:
Gráfico 9. Proporções do BIO 9.
Para uma amostra de 125g, teve-se:
43,125g de areia;
55,625g de argila;
25,0g de cinzas de lodo;
1,25g de cimento;
Água conforme necessidade.
10.3.5.4 Fabricação do BIO 10
Preparada uma mistura com areia, argila, baba de cupim, cinzas de lodo e cimento de
acordo com o gráfico 10:
34,5%
44,5%
20% 1%
BIO 9
AREIA
ARGILA
CINZAS
CIMENTO
111
Gráfico 10. Proporções do BIO 10.
Para uma amostra de 125g, teve-se:
43,125g de areia;
55,625g de argila;
12,5g de baba de cupim;
12,5g de cinzas de lodo;
1,25g de cimento;
Água conforme necessidade.
Figura 15. Corpos de prova. Arquivo dos alunos.
10.3.6 Testes
10.3.6.1 Teste de porosidade
Repetindo o processo dos testes anteriores, os corpos de prova apresentaram os
seguintes resultados:
BIO 7 apresentou mesoporosidade;
34%
45%
10% 10% 1%
BIO 10
AREIA
ARGILA
CUPIM
CINZAS
CIMENTO
112
BIO 8 apresentou microporosidade;
BIO 9 apresentou macroporosidade;
BIO 10 apresentou macroporosidade.
O melhor resultado foi apresentado pela amostra BIO 8, onde se dissolveu bem mais
lentamente e parcialmente, sobrando mais de 80% de corpo de prova após os 30 minutos de
teste. O pior desempenho foi da amostra BIO 9, onde se dissolveu rapidamente. As amostras
contendo baba de cupim tiveram os melhores resultados.
As amostras do BIO 7 ao BIO 10 tiveram melhores resultados do que as amostras do
BIO 1 ao BIO 6. Porém nenhuma delas atingiu os resultados esperados.
Figura 16: Corpos de prova. Arquivo dos alunos
10.3.7 Produção dos BIO 11 e BIO 12
Como os resultados esperados não foram alcançados, novas amostras foram realizadas,
onde a areia e o cimento foram retirados dos constituintes do biocimento. O cimento, por ser
um projeto de cunho ecológico e sustentável, e a areia, pelo fato de apresentar macroporos,
que acabada diminuindo a resistência do produto.
O novo balanceamento dos percentuais se deu nas seguintes proporções:
BIO 11 = 60% de argila, 40% de cinzas de lodo e água, conforme necessidade;
113
BIO 12 = 60% de argila, 40% de baba de cupim e água, conforme necessidade.
As misturas forma preparadas de acordo com o balanceamento acima e deixadas para
curtir por dois dias. Após da curtição, foram produzidos os corpos de prova e deixados para
secagem à sombra.
10.3.7.1 Fabricação do BIO 11
Preparada uma mistura com argila e cinzas de lodo, de acordo com o gráfico 11:
Gráfico 11. Proporções do BIO 11.
Pra uma amostra de 125g, teve-se:
75,0g de argila;
50,0g de cinzas de lodo;
Água conforme necessidade.
10.3.7.2 Fabricação do BIO 12
Preparada uma mistura com argila e baba de cupim, de acordo com o gráfico 12:
Gráfico 12. Proporções BIO 12.
40%
60%
BIO 11
CINZAS
ARGILA
60%
40%
BIO 12
ARGILA
CUPIM
114
Para uma amostra de 125g, teve-se:
75,0g de argila;
50,0g de baba de cupim;
Água conforme necessidade.
10.3.8 Testes
10.3.8.1 Teste de porosidade
Repetindo o processo dos testes anteriores, os corpos de prova apresentaram os
seguintes resultados:
BIO 11 apresentou mesoporosidade;
BIO 12 apresentou microporosidade;
A amostra BIO 12 mostrou-se mais eficiente no teste de porosidade. Após 30 minutos,
mais de 90% do corpo de prova, ainda estava sem alteração. Houve um leve dissolvimento no
corpo de prova, mas pode-se observar uma grande evolução.
A retirada da areia foi positiva, como comprova os resultados. Porém, para defesa da
hipótese, não é a mistura ideal, pois não há cinzas de lodo na amostra BIO 12. A amostra que
continha as cinzas de lodo, não foi muito eficiente. Houve um dissolvimento maior do corpo
de prova.
10.3.9 Produção do BIO 13
Devido a esses resultados, foi balanceado um novo percentual de constituintes para
uma nova amostra. Os percentuais foram:
BIO 13 = 60% de argila, 20% de baba de cupim, 20% de cinzas de lodo e
água, conforme necessidade.
Preparou-se a mistura e deixou-a curar por 2 dias. Após a cura, produziram-se os
corpos de prova.
10.3.9.1 Fabricação do BIO 13
Preparada uma mistura com argila, baba de cupim, cinzas de lodo e água, conforme
necessidade, de acordo com o gráfico 13:
115
Gráfico 13. Proporções do BIO 13.
Para uma amostra de 125g, teve-se:
75,0g de argila;
25,0g de baba de cupim;
25,0g de cinzas de lodo;
Água conforme necessidade.
10.4.10 Testes
10.4.10.1 Teste de porosidade
Repetindo o processo dos testes anteriores, o corpo de prova apresentou o seguinte
resultado:
BIO 13 apresentou macroporosidade.
A amostra não apresentou um resultado positivo. Ela começou a se dissolver logo que
entrou em contato com a água. Esse resultado colocou em risco a hipótese do projeto, pois o
que se esperava das cinzas de lodo, o fator pozolanico, não estava sendo comprovado.
10.3.11 Produção dos BIO 14 e BIO 15
Como as amostras anteriores não estavam sendo aprovadas, de acordo com o resultado
esperado, foi desenvolvido um novo balanceamento de percentuais dos constituintes que mais
deram resultados positivos, argila, baba de cupim e cinzas de lodo.
Como a baba de cupim sempre apresentou fator impermeabilizante melhor que das
cinzas de lodo, ela foi adicionada em maior proporção do que as cinzas.
Deram-se as proporções balanceadas:
60% 20%
20%
BIO 13
ARGILA
CUPIM
CINZAS
116
BIO 14 = 60% de argila, 30% de baba de cupim, 10% de cinzas de lodo e água,
conforme necessidade;
BIO 15 = 60% de argila, 35% de baba de cupim, 5% de cinzas de lodo e água,
conforme necessidade.
De acordo com os percentuais acima, as misturas foram preparadas e deixadas para
curtir por dois dias. Após os dois dias preparam-se os corpos de prova e foram deixados para
secagem à sombra.
10.3.11. 1 Fabricação do BIO 14
Preparada uma mistura com argila, baba de cupim, cinzas de lodo e água, conforme
necessidade, de acordo com o gráfico 14:
Gráfico 14. Proporções do BIO 14.
Para uma amostra de 125g, teve-se:
75g de argila;
37,5g de baba de cupim;
12,5g de cinzas de lodo;
Água conforme necessidade.
10.3.11.2 Fabricação do BIO 15
Preparada uma mistura com argila, baba de cupim, cinzas de lodo e água, conforme
necessidade, de acordo com o gráfico 15:
60% 30%
10%
BIO 14
ARGILA
CUPIM
CINZAS
117
Gráfico 15. Proporções do BIO 15.
Para uma amostra de 125g, teve-se:
75,0g de argila;
43,75g de baba de cupim;
6,25g de cinzas de lodo;
Água conforme necessidade.
10.3.12 Testes
10.3.12.1 Teste de porosidade
Repetindo o processo dos testes anteriores, os corpos de prova apresentaram os
seguintes resultados:
BIO 14 apresentou microporosidade;
BIO 15 apresentou microporosidade.
As duas amostras apresentaram resultados positivos. Porém, a amostra BIO 15 teve
um melhor desempenho do que a amostra BIO 14. Dentro dos 30 minutos, as amostras, BIO
14 e BIO 15, apresentaram uma impermeabilidade melhor do que todas as anteriores, onde ao
final dos 30 minutos, restaram, aproximadamente, 95 e 98% de amostras, respectivamente, no
recipiente.
60%
35%
5%
BIO 15
ARGILA
CUPIM
CINZAS
118
Figura17. Teste de porosidade. Arquivo dos alunos.
Veja o gráfico de todas as amostras:
Gráfico 16. Teste de porosidade. Sendo 1 – baixa; 5 – média; 10 – alta.
10.3.12.2 Teste de resistência
As amostras foram submetidas ao teste de resistência com uma prensa manual,
exercendo-se uma força à ponto de não dá mais torque em sua rosca. As amostras BIO 1 até a
BIO 6, foram repetidas devido a alteração da granulometria dos constituintes.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15
POROSIDADE
119
Figura 18. Teste de resistência. Arquivo dos alunos.
Os resultados foram de acordo com o gráfico 17:
Gráfico 17: Teste de resistência. Sendo 1 – baixa; 5 – média; 10 – alta.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15
RESISTÊNCIA
120
10.3.13 Produção do produto Biocimento
Desde o início dos testes as amostras com baba de cupim mostraram melhores
resultados do que as com cinzas de lodo, no quesito porosidade. Por isso, a amostra BIO 15
foi a escolhida para a produção de corpo de prova final e realização dos testes do projeto.
10.3.13.1 Fabricação do BIOCIMENTO
Preparada uma mistura com argila, baba de cupim, cinzas de lodo e água, conforme
necessidade, de acordo com o gráfico:
Gráfico 18. Proporções do BIO 15 para a confecção do Corpo de prova para o teste de
resistência.
Para uma amostra de 5,00kg, teve-se:
3,00kg de argila;
1,75kg de baba de cupim;
250g de cinzas de lodo;
Água conforme necessidade
Foram misturados os constituintes e deixada a mistura azedar por dois dias. Após os
dois dias, foram produzidos os corpos de prova.
A mistura foi compactada, manualmente, em quatro moldes de PVC com diâmetro de
100mm e altura de 10cm, formando quatro corpos de prova. E deixados para secagem à
sombra.
60%
35%
5%
BIO 15
ARGILA
CUPIM
CINZAS
121
Figura 19. Corpos de prova do Biocimento. Arquivo dos Alunos.
10.3.14 Testes
10.3.14.1 Teste de porosidade
O teste de porosidade foi realizado por um tempo de 24 horas, onde a amostra ficou
submersa em água destilada, em um recipiente aberto.
Foi o melhor resultado obtido visualmente. Apresentou microporosidade e ao término
das 24 horas de teste, permaneceu da mesma maneira que iniciou. Não houve perda
significativa da amostra, onde ao final das 24 horas, 99.9% do corpo de prova ainda estavam
inteiros.
10.3.14.2 Teste de resistência
Baseado no livro “Manual do Arquiteto Descalço” [18], de Johan Van Lengen, pág.
302, foi realizado o teste de resistência, onde foram colocados sob o corpo de prova, por 2
minutos, 172,36kg. O corpo de prova não sofreu modificações na superfície, na lateral e na
sua base, mostrando ser eficiente quanto à resistência, de acordo com Lengen.
Os pesos utilizados foram, uma prensa de 53,7kg, 4 tijolos com 4,46kg juntos e dois
alunos de 59,0 e 55,2kg, respectivamente.
122
Figura 20. Teste de resistência do Biocimento. Arquivo dos alunos.
10.3.15 Determinação de Fe3+
nas cinzas de lodo
10.3.15.1 Resultados
A curva de calibração foi elaborada de acordo com o método proposto, utilizando-se o
equipamento Espectrofotômetro UV-Visível. A leitura do padrão e das amostras (duplicata)
foi realizada a 450 nm (figura 21 ).
123
Figura 21. Curva de calibração e leitura das amostras Espectrofotômetro UV-Visível.
A curva obtida se mostrou viável, pois o R2 se aproximou de 1, de acordo com o
gráfico .
Gráfico 19. Regressão linear para a curva de calibração Fe3+.
y = 0,0283x + 0,0104 R² = 0,9997
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0 2 4 6 8 10
Ab
sorb
ânci
a
Concentração
Curva de Calibração Fe3+
Série1
Linear (Série1)
124
O cálculo da concentração de ferro foi realizado seguindo a fórmula:
Como foi retirada uma alíquota, multiplicou-se esse valor pelo volume da diluição
dividido pelo volume da alíquota (Ppm Metal = L.V/m. V alíquota/alíquota),obtendo-se:
Amostra 1: 70,396.100/1 . 100/1 = 703.960,00 ppm de Fe3+
Amostra 2: 113,380.100/1 . 100/1= 1.133.800,00 ppm de Fe3+
Dividindo-se ppm por 10.000, obtêm-se o valor em porcentagem e a média é :
91,69% de Fe3+
.
Pela cor das cinzas, já era esperado alto teor de ferro (Figura 22).
Figura 22. Cor das cinzas do lodo calcinado.
125
Figura 23. Amostras para teste da curva de calibração. Arquivo dos alunos.
Devido à complexidade dos testes exigidos pela ABNT e o custo para a realização dos
mesmos, alguns testes tiveram que ser modificados para chegar-se a um resultado aceitável.
Todos os testes realizados foram baseados no livro de Johan Van Lengen, Manual do
Arquiteto Descalço, o que não invalida os resultados alcançados, já que a permacultura é
desenvolvida há anos e cada dia que passa, vem crescendo a sua utilização.
11. CONCLUSÕES
Conclui-se que a hipótese levantada foi aceita, onde com a incorporação da baba de
cupim e das cinzas de lodo à argila, foi possível produzir o Biocimento em condições ideias,
utilizando resíduos. Porém, o melhor resultado utilizando as cinzas de lodo, foi com a
porcentagem de 5% de cinzas (proporções utilizadas no BIO 15). Acima desse percentual,
torna-se inviável, pelo menos no lodo da ETE do Capivari I da Sanasa/Campinas.
Descobriu-se que quanto maior percentual de baba de cupim, utilizada nas amostras,
maior poder ligante/cimentante é encontrado.
A presença das cinzas de lodo no Biocimento, mesmo em percentual baixo, é
considerável, já que à partir de 2014 começa a vigorar a Lei Federal 12.305/2010, que
proibirá a disposição de lodo em aterros. As cinzas também podem ser utilizadas como
fertilizante de solos com baixa fertilidade, pois contém alto teor de Fe3+
em sua composição.
126
12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]. BRAGA, Benedito, et al. Introdução à engenharia ambiental: o desafio do
desenvolvimento sustentável. 2ª Ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 318p.
[2]. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO. Sociedade brasileira de química.
Alternativa de aproveitamento do pó da casca do coco verde. Rio de Janeiro,
[3]. GEYER, André Luiz Bortolacci. Contribuição ao estudo da disposição final e
aproveitamento da cinza de lodo de estações de tratamento de esgotos sanitários como
adição ao concreto. 2001. 213 f.. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Escola de
Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2001.
[4]. MUSSE, Cybelle Luiza Barbosa. Avaliação das potencialidades da cinza de lodo de
esgoto da ete Goiânia como adição na produção de argamassa de cimento Portland.
2007. 112 f.. Dissertação (Mestrado em Engenharia do Meio Ambiente) – Escola de
Engenharia Civil, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2007.
[5]. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10004: informação e
documentação – citações em documentos – apresentação. Rio de Janeiro, 1987.
[6] Fabricação do Cimento
http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao Acesso em
05/05/2012
[7] Ensaio em Corpos de Prova
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABCzAAA/nbr-05739-1994-concreto-ensaio-
compressao-corpos-prova-cilindricos Acesso em 10/05/2012
[8] Testes em Cimento
http://pt.scribd.com/doc/58658155/Pressao-Conceito-Instrumentos-e-teste Acesso em
10/05/2012
[9]Lixiviação de Resíduos
http://pt.scribd.com/doc/52931267/ABNT-NBR-10005-Lixiviacao-de-Residuos Acesso em
10/05/2012
127
[10] Solubilidade de Compostos Orgânicos
http://pessoal.utfpr.edu.br/poliveira/arquivos/aulapratica03solubilidadedecompo
stosorganicos.pdf Acesso em 10/05/2012
[11]. SOCIEDADE DE ABASTECIEMENTO DE ÁGUA E SANEAMENTO S/A. Gerência
de Operação de Esgoto. Integração dos novos funcionários da gerência de operação de
esgoto. Campinas, 2009. 59 p.
[12]. Meira, João M. L. “Argilas: o que são, suas propriedades e classificações”. VISA
CONSULTORES. Comunicações técnicas. Janeiro de 2001.
[13] Cupim
http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0510350_08_cap_05.pdf Acesso em
20/06/2012
[14] Permacultura e Coletivo
http://permacoletivo.wordpress.com/permacultura/ Acesso em 15/05/2012
[15]Adobe
http://www.usp.br/fau/cursos/graduacao/arq_urbanismo/disciplinas/aut0221/Trabalhos_Finais
_2011/Construcao_em_Tijolo_de_Adobe.pdf Acesso em 15/05/2012
[16] IPEMA- Permacultura
http://novo.ipemabrasil.org.br/sobre/permacultura Acesso em 15/05/2012
[17]. LENEGN, Van Johan. Manual do Arquiteto Descalço. São Paulo: Empório do Livro,
2008.
[18] OHLWEILER, Otto Alcides. Quimica Analítica Quantitativa. 1ª Ed. 1974, vol. 3, pg
698-699.
