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7/25/2019 GIMENES, E. A. M. et al - APLICAÇÃO DE ESCÓRIA DE ACIARIA EM SUB-BASE E BASE DA ES-446.pdf

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39.ª RAPv/13.º ENACOR

Recife/PE - BRASIL - 16 a 19 de setembro de 2008

APLICAÇÃO DE ESCÓRIA DE ACIARIA

EM SUB-BASE E BASE DA ES-446

Eduardo Antônio Mannato Gimenes1 ; Élvio Antônio Sartório 2 ; Argeo Reginaldo Lorenzoni

Filho 3 ; Neomar Pezzin 4& Ronaldo Lacourt de Mendonça 5

RESUMO

O Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Espírito Santo - DER-ES dando prosseguimento à sua políticainterna de pesquisa de novos materiais para utilização na estrutura de pavimento rodoviário apresenta o resultado de umdesses estudos. Este trabalho consiste na aplicação de escória de aciaria com redução de expansão em sub-base e baserodoviária da ES-446, com extensão de 2,19km, que liga Colatina a Itaimbé. Para viabilizar a aplicação, foi necessáriouma parceria com a VALE para o transporte da escória de Vitória à Colatina, utilizando a Estrada de Ferro Vitória-Minas. Esta pavimentação foi dividida em 2 segmentos. No trecho inicial, de aproximadamente 300m, foi utilizado bloco de concreto inter-travado assentado sobre base de 20cm composta de mistura de 75% de escória de aciaria e 25%de argila. No segundo segmento, a camada de sub-base foi dimensionada com 15cm composta de 30% de escória deaciaria e 70% de argila e a base, de 20cm, com 75% de escória de aciaria e 25% de argila, revestida com CA de 5cm.Todas as etapas construtivas foram monitoradas apresentando excelentes resultados que comprovam a qualidade eeficácia deste co-produto industrial na pavimentação rodoviária, além de promover o desenvolvimento sustentável pela

substituição de jazidas naturais não renováveis por este co-produto renovável.

PALAVRAS-CHAVE: escória de aciaria; sub-base; base.

ABSTRACTEspirito Santo’s State Road Department – DER - ES continuing the internal politics of research of new materials for usein the structure in a road pavement presents the result in one of these studies. This work consists in a steel slagapplication with reduction of expansion in sub base and road base of the ES-446, with extension of 2km, that connectColatina to Itaimbé. To make possible the application, was necessary a partnership with VALE for the transport of thesteel slag from Vitória to Colatina, using the Railroad Vitoria-Minas. This pavement was divided in 2 segments. In theinitial stretch, of approximately 300m, was used a block of concrete Inter-stopped seated on composed base of 20cm ofmixture of 75% of steel slag and 25% of clay. In the second segment, the sub-base layer was dimensioned with 15cm

made of 30% of steel slag and 70% of clay and the base, of 20cm, with 75% of steel slag and 25% of clay, coated with5cm. All the constructive stages had been monitored presenting excellent results that prove the quality and effectivenessof this industrial co-product in the road pavement, beyond promoting the sustainable development for the substitution ofnatural deposits did not renew for this renewable co-product

KEY WORDS: steel slag; subbase; base.

1 Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Espírito Santo. Tel.: (27) 3381-67012 Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Espírito Santo. Tel.: (27) 3132-52733 Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Espírito Santo. Tel.: (27) 3177-74224 Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Espírito Santo. Tel.: (27) 3177-74225 Kaeme Empreendimentos e Consultoria Ltda. Av. Champagnat, 645, sala 102, Centro – Vila Velha –ES. E-mail:[email protected] . Tel.: (27) 3349-9142



INTRODUÇÃO

O DER-ES é uma entidade do Governo do Estado do Espírito Santo responsável por administrar egerenciar todos os recursos e serviços relacionados à malha rodoviária do Estado. Uma de suas

políticas consiste na pesquisa de novos materiais para aplicação em estrutura de pavimentos, principalmente nas áreas onde não há ocorrência de materiais naturais. Dentro deste contexto, aobra da ES-446 que liga Colatina a Itambé apresentou dificuldades na disponibilidade de agregadosnaturais e facilidade na logística de aplicação de escória de aciaria como agregado da sub-base e

base.

A escória de aciaria é um co-produto da indústria siderúrgica com características físicascompatíveis para a aplicação rodoviária, por exemplo, possui CBR em torno de 110. Entretanto,quando em contato com a água, ocorrem reações de hidratação dos óxidos de cálcio e magnésiolivres presentes na escória, que provocam sua instabilidade volumétrica. Alguns tratamentos foramdesenvolvidos para minimizar este potencial expansivo e viabilizar a aplicação da escória de aciaria.A ArcelorMittal Tubarão realiza o tratamento ao tempo com umectação e aeração diária até atingir

expansão máxima de 3% pelo método PTM-130 adaptado pelo DER-MG, então é denominadaACERITA®.

Para a geração da escória de aciaria tratada, depois que a escória in natura e resfriada, passa poruma fragmentação granulométrica e separação de grandes placas metálicas, utilizando um eletro-imã. Na próxima etapa, a escória vai para uma planta de beneficiamento, onde é britada, para atingira Faixa “C” do DNIT, separada granulometricamente e feita nova separação metálica. Depois deste

processo, a escória de aciaria vai para o pátio de tratamento.

A distância entre a usina e o local de aplicação, a principio, iria inviabilizar sua utilização, noentanto, o DER-ES fez uma parceria com a VALE para realizar o transporte da escória pela linha

férrea da Estrada de Ferro Vitória-Minas. A VALE realizou este transporte sem ônus para o DER-ES e a ArcelorMittal Tubarão doou o material para aplicação na ES-446.

Este trabalho apresenta os resultados da aplicação da escória de aciaria tratada misturada à argilanas camadas de sub-base e base da pavimentação da ES-446, que liga Colatina a Itambé.

MATERIAIS E MÉTODOS DE APLICAÇÃO

Inicialmente foi realizada uma contagem de tráfego, do tipo classificatória, realizada por um período de 24 horas. A Tabela 1 apresenta esta contagem de tráfego.

Tabela 1 – Contagem de tráfego na ES-446.Posto nº 01 – Colatina / Itapina / Itaimbé

Passeio ÔnibusCaminhãomédio (2c)

Caminhãomédio (3c)

Total

112 4 27 1 144

Posto nº 02 – Itaimbé / Colatina / Baixo Guandu

Passeio ÔnibusCaminhãomédio (2c)

Caminhãomédio (3c) Total

157 52 52 45 306

Para o cálculo do número N, foi adotado os dados da contagem de tráfego do posto nº 02, com taxa

de crescimento anual de 5% e período de projeto de 10 anos. Resultando em um número N de 1,0 x106.



A obra da ES-446, de Colatina a Itambé, executada em 2,19km de extensão, dividida em doissegmentos. O primeiro trecho, com aproximadamente 300m, é composto de base de 20cm com 75%de escória de aciaria tratada e 25% de argila e revestimento de bloco de concreto inter-travado(Figura 1). O segundo trecho apresenta sub-base de 15cm com 30% de escória de aciaria tratada e

70% de argila, base com 75% de escória de aciaria tratada e 25% de argila e revestimento com CAde 5cm.

Figura 1 – Perfil do pavimento projetado para o primeiro trecho

Figura 2 – Perfil do pavimento projetado para o segundo trecho

O transporte da escória de aciaria até a obra foi realizado por meio de vagões da estrada de ferroVitória-Minas da VALE. A área de descarga dos vagões estava localizada ao lado da área dedepósito de materiais da obra. Para a descarga da escória dos vagões foi necessária uma pácarregadeira e ajudantes com pás, para retirar o restante da escória do vagão, para carregar ocaminhão que levaria a escória para o depósito da obra, conforme Figura 3.

Figura 3 – Retirada da escória de aciaria dos vagões da VALE

Piso concreto inter-travado

20 cm Base(75% escória de aciaria tratada + 25% argila)

Sub-leito regularizado

CBUQ

20 cm Base(75% escória de aciaria tratada + 25% argila)

Sub-leito regularizado

15 cm Sub-base(30% escória de aciaria tratada + 70% argila)



No depósito, a escória de aciaria tratada foi misturada à argila nas devidas proporções de sub-base e base e cobertas com lona para evitar concrecionamento da escória e dispersão de partículas soltas noar (Figura 4).

Figura 4 – Depósito da obra para mistura dos materiais e mistura coberta com lona Foram coletadas amostras nas pilhas de sub-base e base para a realização da caracterização físicadas misturas. A Tabela 2 mostra os ensaios realizados nas misturas e na argila.

Tabela 2 – Ensaios realizados nas misturas de escória de aciaria com argila e na argila. Ensaio Norma

Granulometria DNER - ME 080/94

Índice de Suporte Califórnia DNER – ME 049/94

Massa específica aparente seca máxima DNER – ME 129/94

Umidade ótima DNER – ME 129/94Limite de liquidez DNER – ME 122/94

Índice de plasticidade DNER – ME 082/94

Contração NBR – 7183/82

Na execução da sub-base, o material já misturado, foi espalhado na pista, gradeado, umectado ecompactado até atingir grau de compactação de 100% (Figura 5 e Figura 6). Nesta etapa foirealizado o ensaio de frasco de areia para a determinação do GC (DNER-ME 092/94) (Figura 7). Aexecução da base foi semelhante à da sub-base. Durante a execução, tanto da sub-base quanto da

base, também foram realizadas coletas de material a cada 300m para a caracterização das misturas.

(a) (b)Figura 5 - Execução da sub-base: (a) mistura de 30% de escória de aciaria tratada e 70% de argila; (b) material

sendo lançada na pista.



(a) (b)Figura 6 – Execução da sub-base: (a) espalhamento da mistura na pista e; (a) umectação da pista

Figura 7 – Execução do ensaio frasco de areia

A Figura 8 mostra a sub-base pronta e com forro de 5cm com material de base para protegê-la.

Figura 8 – Sub-base pronta forrada com material de base



A Figura 9 apresenta a execução da base.

(a) (b)

(c) (d)Figura 9 – Execução da base: (a) mistura com 75% de escória de aciaria tratada e 25% de argila; (b)

compactação do material na pista; (c) corte da base com motoniveladora e; (d) base finalizada

Com a finalidade de evitar que o trânsito fosse interronpido na via em execução, a imprimação da base foi realizada em duas etapas. A primeira, em meia-pista, foi executada imediatamente após aconclusão da base. Doze horas depois, esta meia-pista foi salgada com areia para a liberação dotráfego sobre ela. Em seguida, a outra meia-pista foi imprimada (Figura 10).

Figura 10 – Imprimação da base em meia-pista



O assentamento do meio-fio foi uma atividade crítica da construtora, de difícil execução (Figura11). A escória de aciaria possui a característica de concrecionamento, por isso, a dificuldade nocorte das camadas. Propõe-se que, em futuras obras, a camada de base seja cortada logo após a suaconclusão.

Figura 11 – Corte na base com rompedor de concreto (martelete) e assentamento de meio fio

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Os resultados da caracterização física da argila encontram nas Tabela 3 e Tabela 4.

Tabela 3 – Resultados da granulometria da argila

Granulometria (% que passa na peneira)

2" 1" 3/8" Nº4 Nº10 Nº40 Nº200

100 100 100 97 92 78 61

Tabela 4 – Resultados de caracterização da argila

Ensaios

ISC (%)

Massaespecífica

aparente secamáxima (g/cm3)

Umidade ótima(%)

Limite deliquidez

(%)

Índice deplasticidade

(%)

Limite decontração

(%)

14 1,709 18,8 36 17 21,7

Os resultados da caracterização física da mistura de sub-base se encontram nas Tabela 5 e Tabela 6.

Os resultados da caracterização física da mistura de base se encontram nas Tabela 7 e Tabela 8.



Tabela 5 – Resultados da granulometria da mistura de sub-base com 30% de escória de aciaria tratada e 70% deargila

Granulometria (% que passa na peneira) Amostra

2" 1" 3/8" Nº4 Nº10 Nº40 Nº200Pilha depósito 100 100 89 83 77 61 42

Pista – estaca 15 100 100 98 86 80 74 58Pista – estaca 30 100 100 100 93 87 80 61Pista – estaca 45 100 100 100 89 82 76 61Pista – estaca 60 100 100 100 87 80 73 57Pista – estaca 75 100 100 98 90 83 77 61Pista – estaca 90 100 100 98 87 79 73 57Pista – estaca 105 100 100 99 87 78 71 54

Tabela 6 – Resultados de caracterização da mistura de sub-base com 30% de escória de aciaria tratada e 70% deargila

Ensaios

AmostraISC (%)

Massaespecífica

aparente secamáxima(g/cm3)

Umidade ótima(%)

Limite deliquidez

(%)


(%)


(%)

Pilha depósito 63 1,943 14,4 31 9 40,8

Pista – estaca 15 48 1,905 16,3 26 8Pista – estaca 30 47 1,928 15,6 29 8Pista – estaca 45 45 1,950 16,4 28 7Pista – estaca 60 44 1,892 16,9 30 8Pista – estaca 75 37 1,893 16,7 25 8Pista – estaca 90 46 1,971 16,8 27 6Pista – estaca 105 50 1,920 16,0 32 9

-

Tabela 7 – Resultados da granulometria da mistura de base com 75% de escória de aciaria tratada e 25% deargila

Granulometria (% que passa na peneira) Amostra

2" 1" 3/8" Nº4 Nº10 Nº40 Nº200

Pilha depósito 100 100 73 58 46 28 17Pista – estaca 15 100 100 99 77 64 54 39Pista – estaca 30 100 100 99 77 64 51 30Pista – estaca 45 100 100 98 83 69 55 30Pista – estaca 60 100 100 100 80 65 52 31Pista – estaca 75 100 100 99 81 64 51 33Pista – estaca 90 100 100 99 77 62 50 32Pista – estaca 105 100 100 100 83 68 53 35



Tabela 8 – Resultados de caracterização da mistura de base com 75% de escória de aciaria tratada e 25% deargila

Ensaios

AmostraISC (%)

Massaespecífica

aparente secamáxima(g/cm3)

Umidade ótima(%)

Limite deliquidez

(%)


(%)


(%)

Pilha depósito 115 2,190 11,2 NP NP 44,5

Pista – estaca 15 121 2,210 14,1 NP NPPista – estaca 30 118 2,235 12,8 NP NPPista – estaca 45 107 2,204 15,4 NP NPPista – estaca 60 109 2,227 13,7 NP NP

Pista – estaca 75 120 2,221 14,0 NP NPPista – estaca 90 107 2,295 13,1 NP NP

Pista – estaca 105 108 2,250 12,6 NP NP

-

Comparando os resultados do ISC da camada de sub-base com a camada de base, pode-se afirmarque com o aumento da proporção de escória de aciaria tratada na mistura houve um aumentosignificativo do ISC. Sendo que, os valores obtidos do ISC estão bastante superiores aosrecomendados em projeto.

Observando os resultados do limite de contração, verifica-se que na mistura escória e argila houveum aumento deste limite, no caso da mistura de sub-base (30% escória e 70% argila), o limite de

contração foi de 40,8% e para a mistura de base (75% escória e 25% argila), o valor foi de 44,5%.Avaliamos o limite de contração da escória pura e o resultado do limite de contração foi de 36,8%,logo, conclui-se que provavelmente deve haver uma reação entre a mistura de escória e argila queaumenta o seu limite de contração.

Os resultados da verificação in situ do grau de compactação da sub-base e base são apresentados naTabela 9. A execução das camadas de sub-base e base foi realizada de acordo com as normas doDNIT, consequentemente, apresentou resultados adequados, conforme citados abaixo.

Tabela 9 – Grau de compactação das camadas de sub-base e baseGrau de compactação (%)

Estacas Sub-base Base

10 102,5 104,7

15 104,2 103,4

20 100,7 102,7

25 101,2 103,0

30 103,7 103,1

35 101,2 102,1

40 100,1 101,8

45 100,4 102,6

50 102,1 103,2

55 101,0 103,9

60 103,0 101,7



65 101,1 102,3

70 102,1 101,6

75 102,0 102,9

80 103,0 103,9

85 100,1 102,290 101,4 101,1

95 103,1 103,5

100 104,9 101,3

105 104,9 102,8

Após a conclusão da camada de base pronta surgiram trincas (Figura 12) que refletiram norevestimento. Essas trincas podem ter surgido devido à retração da mistura de escória e argila,conforme demonstrou o resultado do limite de contração. No entanto, podem também ter sidocausadas pela expansão residual da escória de aciaria. Será realizado um monitoramento dessastrincas para avaliar seu comportamento ao longo do tempo. No entanto, é importante observar queuma base executada com mistura de escória e argila não se comporta como a base executada com

brita, em que as trincas evoluem com o tempo e tendem a surgir buracos na pista.

Figura 12 – Trincas que surgiram na base e refletiram na capa asfáltica.

CONCLUSÕES

A falta de disponibilidade de materiais convencionais para construção rodoviária na região deColatina, motivou o DER a procurar materiais alternativos tecnicamente viáveis para aplicação em

pavimentação.

O emprego de escória de aciaria tratada em sub-base e base da ES-446 apresentou excelentesresultados nesta aplicação como material alternativo de construção rodoviária, mostrando resultados



físicos superiores aos de materiais convencionais, apesar das trincas longitudinais que surgiram na

base.

A Tabela 10 mostra o custo final da base de escória de aciaria comparado com a brita na obra de

Colatina, caso todos os materiais tivessem sido comprados. Para composição dos preços dosmateriais, do transporte e da execução da mistura, foi utilizada a tabela do DER/ES (Referencial de preços e serviços rodoviários Maio/2007).

Tabela 10 – Custo da base de escória de aciaria tratada comparado com a brita bica corrida da obra de Colatina,caso todos os materiais tivessem sido comprados.

Referências Escória de aciaria ArgilaMistura (75%escória + 25%

argila)

Brita bicacorrida

Massa unitária (t/m3) 1,66 1,30 - 1,50Distância de transporte até a

obra (km) 90 1,5 - 50

Custo material (R$/m3) 11,20 1,50 8,78 23,21Custo transporte (R$/m3) 58,58 11,93 46,92 30,02

Custo de execução damistura (R$/m3) 0 0 2,32 0

Custo total (R$/m3) 69,78 13,43 58,02 53,23

A Tabela 11 mostra o custo final real da base de escória de aciaria comparado com a brita na obrade Colatina. Para composição dos preços dos materiais, do transporte e da execução da mistura, foiutilizada a tabela do DER/ES (Referencial de preços e serviços rodoviários Maio/2007).

Tabela 11 – Custo real da base de escória de aciaria tratada comparado com a brita bica corrida da obra deColatina.

Referências Escória de aciaria ArgilaMistura (75%escória + 25%

argila)

Brita bicacorrida

Massa unitária (t/m3) 1,66 1,30 - 1,50Distância de transporte até a

obra (km) 90 1,5 - 50

Custo material (R$/m3) 0,00 0,00 0,00 23,21

Custo transporte (R$/m3) 0,00 11,93 2,98 30,02

Custo de execução damistura (R$/m3)

0 0 2,32 0Custo total (R$/m3) 0,00 11,93 5,30 53,23

Como observado nas tabelas acima, na obra da ES-446, a ArcelorMittal Tubarão doou a escória deaciaria tratada para o DER-ES e o transporte também foi realizado sem ônus pela VALE,

proporcionando uma redução significativa no custo final da obra. Entretanto, podemos concluirtambém que a escória de aciaria é economicamente competitiva no mercado, dependendo dadistância de transporte até o local de aplicação.

AGRADECIMENTOS

ArcelorMittal Tubarão, VALE, Kaeme Empreendimentos e Consultoria Ltda, Construtora R.Monteiro Ltda e ATP Engenharia Ltda.



REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

DNER. Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, ME 049 - "Solos - determinação do Índice de SuporteCalifórnia utilizando amostras não trabalhadas". 1994.

___. ME 080 - "Solos - análise granulométrica por peneiramento". 1994. ___. ME 082 - "Solos - determinação do limite de plasticidade". 1994. ___. ME 092 – “Solos – determinação da massa específica aparente “in situ”, com emprego do frasco de areia”. 1994. ___. ME 122 - "Solos - determinação do limite de liquidez - método de referência e método expedito". 1994. ___. ME 129 - “Solos - compactação utilizando amostra não trabalhadas”. 1994.

DER-ES. Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Espírito Santo. Referencial de preços de serviçosrodoviários. Maio/2007.

PTM - Pennsylvania Testing Method 130/1978 "Método de ensaio para a avaliação do potencial de expansão da escóriade aciaria". Adaptado pelo Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais - DMA-1/DER-MG-1982.

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