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RAYANDERSON SARAIVA DE SOUZA AVALIAÇÃO DA INCORPORAÇÃO DE CASCALHO DE PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO NA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE SOLO-CIMENTO NATAL-RN 2017 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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RAYANDERSON SARAIVA DE SOUZA

AVALIAÇÃO DA INCORPORAÇÃO DE CASCALHO DE

PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO NA

FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE SOLO-CIMENTO

NATAL-RN

2017

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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Rayanderson Saraiva de Souza

Avaliação da incorporação de cascalho de perfuração de poços de petróleo na fabricação de

blocos de solo-cimento

Trabalho de Conclusão de Curso na

modalidade Artigo Científico, submetido ao

Departamento de Engenharia Civil da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

como parte dos requisitos necessários para

obtenção do Título de Bacharel em Engenharia

Civil.

Orientador: Prof.ª Dr.ª Jaquelígia Brito da

Silva.

Natal-RN

2017

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN

Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede

Souza, Rayanderson Saraiva de.

Avaliação da incorporação de cascalho de perfuração de poços de

petróleo na fabricação de blocos de solo-cimento / Rayanderson Saraiva de Souza. - 2017.

18 f.: il.

Artigo científico (Graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de

Engenharia Civil. Natal, RN, 2017.

Orientadora: Profª. Drª. Jaquelígia Brito da Silva.

1. Engenharia civil - TCC. 2. Solo-cimento - TCC. 3. Cascalho

de perfuração de poços de petróleo - TCC. 4. Bloco - TCC. I.

Silva, Jaquelígia Brito da. II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 624

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Rayanderson Saraiva de Souza

Avaliação da incorporação de cascalho de perfuração de poços de petróleo na fabricação de

blocos de solo-cimento

Trabalho de conclusão de curso na modalidade

Artigo Científico, submetido ao Departamento

de Engenharia Civil da Universidade Federal

do Rio Grande do Norte como parte dos

requisitos necessários para obtenção do título

de Bacharel em Engenharia Civil.

Aprovado em 02 de Junho de 2017:

___________________________________________________

Profa. Dra. Jaquelígia Brito da Silva – Orientadora

___________________________________________________

Prof. Dr. Marcos Lacerda Almeida- Examinador interno

___________________________________________________

Prof. Me. João José Melo dos Santos - Examinador externo

Natal-RN

2017

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RESUMO

A grande quantidade de cascalho gerado no processo de perfuração de poços de petróleo

apresenta riscos ambientais devido aos componentes químicos usados no fluido de perfuração,

assim como dificuldades quanto ao seu tratamento e armazenamento. Alternativas para a

destinação desse resíduo têm sido apresentadas, como sua utilização na produção de blocos de

solo-cimento. O bloco de solo-cimento é o produto da mistura de solo, cimento em água que

após processo de prensagem e cura adquirem resistência e propriedades satisfatórias que

testificam sua viabilidade técnica de utilização. No presente trabalho foi estudado a

incorporação do cascalho em blocos de solo-cimento, que contribui positivamente para a

redução da degradação ambiental, além de contribuir com melhorias nas propriedades finais

dos blocos. As matérias-primas utilizadas foram caracterizadas através do índice de

plasticidade, granulometria a laser, difratometria de raios X e fluorescência de raios X. Em

seguida, foram desenvolvidas quatro formulações com os percentuais de matérias-primas de

70, 75, 80 e 85% de cascalho, com 12% e 9% de cimento, e uma formulação com 90% de

cascalho e 10% de cimento. O cimento utilizado foi o CP II Z 32 para composição das

formulações. Foram realizados ensaios de compactação Proctor Normal para a determinação

da umidade ótima de compactação. Os blocos foram devidamente prensados, e após o

processo de cura foram executados os ensaios de absorção e resistência à compressão. O

melhor resultado obtido foi para a formulação com 70% de cascalho de perfuração, 18% de

solo e 12% de cimento, tanto para o teste de absorção, quanto para a resistência à compressão.

Palavras-chave: Solo-cimento, cascalho de perfuração de poços de petróleo, bloco.

ABSTRACT

The large amount of gravel generated in the drilling of oil wells presents environmental risks

due to the chemical components used in the drilling fluid as well as difficulties in its treatment

and storage. Alternatives for its destination have been presented, for example its use in the

production of soil-cement blocks. The soil-cement block is the product of the soil-cement

mixture in water which, after pressing and curing, acquires resistance and satisfactory

properties that testify to its technical feasibility of use. In the present work, the incorporation

of gravel in soil-cement blocks was studied, which contributes positively to the reduction of

environmental degradation, besides contributing with improvements in the final properties of

the blocks. The raw materials used were characterized by plasticity index, laser granulometry,

X-ray diffractometry and X-ray fluorescence. Afterwards, four formulations with the

percentages of 70, 75, 80 and 85% Of gravel, with 12% and 9% of cement, and a formulation

with 90% of gravel and 10% of cement were developped. The cement used was CP II Z 32 for

formulation composition. Proctor Normal compaction tests were performed to determine the

optimum compaction moisture. The blocks were duly pressed, and after the curing process the

absorption and compressive strength tests were performed. The best result was for the

formulation with 70% of drilling gravel, 18% of soil and 12% of cement, both for the

absorption test and for the compressive strength.

Keywords: Soil-cement, oil-well drilling gravel, block.

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1. INTRODUÇÃO

A utilização do solo como material de construção data-se desde os primórdios. As

construções utilizando o solo local apresentam um histórico evolutivo que vão desde casas

construídas apenas com terra, até a sua associação com outros elementos, como a taipa na

construção de paredes monolíticas. O solo-cimento surge como consequência da evolução do

uso do solo como material de construção, no qual a utilização do cimento como material

estabilizante confere melhorias significativas em suas características, como maior

durabilidade e resistência.

Conforme Neves (2000), solo-cimento é uma mistura de solo, cimento e água, que

quando compactada adquire a resistência e a durabilidade necessárias para fins de construção.

Por se utilizar do solo local, tem-se um material abundante, com baixo custo e simplicidade de

produção, onde não demanda mão de obra especializada. Para Bellen (2005), o conceito

surgiu após um longo processo histórico, no qual houve uma reavaliação sobre a relação entre

o meio ambiente e a sociedade. Seu processo de fabricação não exige queima em forno à

lenha, o que evita desmatamentos e não polui o ar, pois não lança resíduos tóxicos no meio

ambiente, ou seja, é um material alternativo ambientalmente correto e que também está em

conformidade com os princípios da sustentabilidade.

Estudos referentes à incorporação de resíduos sólidos em blocos de solo-cimento vêm

sendo desenvolvidos. Folmann (2012) analisou as propriedades físico-químicas e mecânicas

da adição da areia descartada de fundição em tijolos de solo-cimento, Silva (2015) estudou a

incorporação de resíduos de telhas cerâmicas britadas na mistura solo-cimento. Ambas as

pesquisas apresentaram melhorias nas propriedades dos blocos. Dessa forma, estes estudos

vêm contribuindo para a análise das propriedades do bloco de solo-cimento com a

incorporação de resíduos.

O cascalho proveniente da perfuração de poços de petróleo representa os fragmentos

de rocha deslocados pela broca e carreados para a superfície no fluido de perfuração. Esses

fragmentos são também denominados de amostra de calha. Estas, quando lavadas e secas, são

analisadas pelos geólogos para a obtenção de informações sobre as formações perfuradas. O

termo cascalho é utilizado na indústria do petróleo para qualquer sedimento retirado do poço,

seja de granulometria fina ou grossa (MORAES, 2010).

Estudos realizados por Marques (2015) apresentaram resultados positivos nas

composições ternárias de solo, cascalho e cimento realizados, apresentando melhorias nas

propriedades do bloco, como a redução da absorção, a aumento da resistência à compressão.

Dessa forma, o presente trabalho busca avaliar a incorporação dos resíduos de

cascalho de perfuração de poços de petróleo em tijolos de solo-cimento, desenvolvendo as

formulações com 12% e 9% de cimento com variação de 70, 75, 80 e 85% de cascalho, e 10%

de cimento com 90% de cascalho, com o intuito de estudar as características mecânicas de

blocos vazados produzidos a partir das formulações citadas.

*Autor: Rayanderson Saraiva de Souza, graduando em Engenharia Civil pela Universidade Federal do

Rio Grande do Norte (UFRN).

** Orientadora: Dra. Jaquelígia Brito da Silva, Departamento de Engenharia Civil, professora adjunta

da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

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2. REVISÃO DE LITERATURA

2.1 PRODUÇÃO DE PETRÓLEO

Conforme dados da BP ESTATISTICAL REVIEW de 2016, o maior produtor

mundial de petróleo é o Oriente Médio com 47,3% e a América Central e do Sul ficam em

segundo lugar com 19,4%. O Brasil produz 0,9% da produção mundial de petróleo sendo o

segundo maior produtor da América Central e do Sul.

A distribuição de produção mundial está apresentada na Figura 1, a seguir.

Figura 01 – Produção mundial de petróleo

Fonte: BP Estatistical Review, 2016

Com relação ao Brasil, o Rio de Janeiro é o maior produtor de petróleo e gás natural,

representando 68% da produção nacional. O Rio Grande do Norte representa 2%, ocupando o

6° lugar no raking nacional. Quando analisado apenas a produção de petróleo o Rio Grande

do Norte ocupa o 4° no raking nacional, (ANP, 2017). A distribuição de produção de petróleo

por estado está apresentada na Figura 2, a seguir.

Figura 02 – Distribuição da produção de petróleo no Brasil

Fonte: ANP/SDP/Sigep 2016

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2.2 PERFURAÇÃO DOS POÇOS DE PETRÓLEO

2.2.1 PROCESSO DE PERFURAÇÃO ONSHORE E OFFSHORE

O processo de perfuração de poços de petróleo em terra (onshore) através da

perfuração rotativa é o método mais empregado pela indústria de petróleo, o método pode ser

associado ou não a percussão (Toledo, 2014).

No processo onshore, a broca utilizada na perfuração necessita de um sistema de

resfriamento, assim como durante o processo de perfuração faz-se necessário utilizar algum

material que garanta a estabilidade das paredes do poço, evitando o desmoronamento. Dessa

forma, utiliza-se o fluido de perfuração para resfriar a broca, evitar o desmoronamento e

realizar a retirada dos fragmentos de rochas que sobem a superfície através da injeção do

fluido pela broca, a esses fragmentos de rochas denomina-se cascalho de perfuração (Fialho,

2012).

Os poços de petróleo offshore são aqueles com o objetivo de explorar os

hidrocarbonetos em área marítima. O custo de execução e operação em área marítima é mais

oneroso, apesar do processo construtivo ser semelhante ao onshore.

2.2.2 CASCALHO DE PERFURAÇÃO

A perfuração de poços de petróleo gera uma grande quantidade de resíduos sólidos

que compromete o meio ambiente. O resíduo sólido gerado apresenta uma granulometria

diversificada que varia desde cascalho a argila.

Conforme Marques (2010), a disposição inadequada do cascalho polui o solo,

ocasiona a deterioração da paisagem e podem constituir um passivo ambiental quando

depositado em aterros sem tratamentos prévios. Segundo PAGE (2013), a quantidade de

resíduos de perfuração de poços de petróleo gera impactos negativos significativos. A

concentração de contaminantes é dependente de algumas variáveis como o fluido utilizado, a

formação geológica perfurada, da fase do poço e da água utilizada na preparação dos fluidos.

Dessa forma, os principais contaminantes do cascalho podem ser divididos em

hidrocarbonetos, sais solúveis em água e para alguns casos metais pesados, que são os

produtos da perfuração.

De acordo com a NBR 10.004/2004, que classifica os resíduos sólidos quanto aos

riscos potenciais de danos ao meio ambiente e à saúde humana, o cascalho de perfuração está

incluso na classe II A – resíduo não inerte, que são aqueles que não se enquadram nas

classificações de resíduos classe I (perigosos) ou de resíduos classe II B (inertes). Os resíduos

classe II A podem ter propriedades, tais como: biodegradabilidade, combustibilidade ou

solubilidade em água.

2.3 SOLO-CIMENTO

Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) define solo-cimento como o

material resultante da mistura homogênea, compactada e curada de solo, cimento e água em

proporções adequadas. A NBR 10834/1994 define o bloco de solo-cimento vazado como

componente para alvenaria de seção transversal útil entre 40% e 80% da seção transversal

total, constituído por uma mistura homogênea, compactada e endurecida de solo, cimento

Portland, água e eventualmente aditivos. A compactação pode ser realizada através de prensas

manuais ou hidráulicas. O material resultante após a mistura e compactação apresenta boa

resistência à compressão, baixa permeabilidade, baixa retração volumétrica e boa

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durabilidade, apresentando ainda diversas vantagens ante os materiais comumente utilizados

nas alvenarias de elevação, como disponibilidade de matéria-prima local para confecção,

baixo custo energético, não demanda do processo de queima, e adaptação à autoconstrução.

Vale salientar que o solo local pode ser utilizado desde que atendam os requisitos

estabelecidos da NBR 10833/2013, a qual demanda a necessidade da caracterização do solo, o

qual são ensaios rotineiros dos laboratórios de solos.

Segundo o CEBRACE (1981), a maior parte da mistura de solo-cimento é de solo

sendo que a fração de cimento é muito baixa (5 a 10 % de cimento em peso são suficientes

para estabilizar o solo conferindo-lhe as propriedades desejadas). Os solos ideais para esta

mistura são aqueles que apresentam uma curva granulométrica bem distribuída, isentos de

matéria orgânica, devendo-se ainda evitar os que contenham argilo-minerais do tipo

montmorilonitas.

2.4 SOLO-CIMENTO COM INCORPORAÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS

Estudos vêm sendo desenvolvidos com o intuito de proporcionar uma finalidade a

resíduos e subprodutos de processos industriais e construtivos que possam contribuir com

melhoria das propriedades e características dos materiais e elementos construtivos.

Folmann (2012) realizou um estudo com o intuito de analisar as propriedades físico-

químicas e mecânicas da adição da areia descartada de fundição em tijolos de solo-cimento.

Foram realizados ensaios de compactação, calorimetria de condução isotérmica, resistência à

compressão, durabilidade e absorção de água em corpos de prova cilíndricos e tijolos

modulares. A adição do resíduo de areia de fundição contribuiu para a diminuição da absorção

de água e aumentou a densidade máxima com pequenas alterações na resistência mecânica.

Como resultados obtidos, verificou-se a viabilidade técnica e ambiental para a utilização da

areia descartada de fundição em tijolos de solo-cimento para alvenaria de vedação.

Lima (2014) analisou o comportamento da adição de resíduo de argamassa de

assentamento e revestimento na produção de blocos de solo-cimento em diversas

porcentagens. Realizado ensaios de absorção, durabilidade e resistência á compressão, o

melhor resultado para os itens analisados foi obtido para a adição de 20% do resíduo com

substituição em massa.

Silva (2015), estudou a incorporação de resíduos de telhas cerâmicas britadas na

mistura solo cimento, para fabricação de blocos vazados, utilizando a metodologia de

otimização dos volumes dos materiais, de forma a preencher os vazios do agregado com solo

cimento compactado. Os ensaios realizados apresentaram resultados satisfatórios quanto a

resistência, mas não quanto a absorção.

3 METODOLOGIA

3.1 CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS

O solo utilizado na pesquisa foi coletado na BR 101 entre as cidades de Goianinha e

São José do Mipibú, no estado do Rio Grande do Norte.

O cascalho de perfuração de poços de petróleo é proveniente de poços Onshore da

região de Mossoró – RN, sendo fornecido por uma fonte confidencial. O cascalho coletado

foi devidamente ensacado e armazenado para transporte.

O cimento utilizado foi o CP II F – 32, o qual apresenta as propriedades adequadas

conforme orientações da ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland) para a produção

de blocos de solo-cimento.

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O cascalho de perfuração e o solo foram caracterizados quanto a sua granulometria

através do granulômetro a laser, Cilas 1180L. que se baseia na difração de luz e propriedades

do espalhamento. O ensaio foi realizado no Laboratório de Materiais do Departamento de

Engenharia Química da Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

O cascalho de perfuração e solo foram caracterizados através dos ensaios de limite de

plasticidade (NBR 8170/84) e limite de liquidez (NBR6459/84). Conforme a c o limite de

liquidez do solo deve ser menor ou igual a 45% e o limite de plasticidade menor ou igual a

18%, os ensaios foram realizados no laboratório de solos do Instituto Federal de Educação,

Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte – Campus Central (IFRN).

A difração de raios X será utilizada para determinação da mineralogia das matérias-

primas, assim como permitir o estudo das características cristalográficas desses materiais.

Para o ensaio foi necessário uma amostra com granulometria menor que 0,075mm e secas em

estufa a 110°C por 24h. Foi utilizado o difratômetro de raios X da marca Shimadzu, modelo

XRD-6000.

A análise através da fluorescência de raios X permite a caracterização quanto a

composição química do material. Tal caracterização e um importante auxiliar na determinação

das propriedades do material. Para o ensaio foi necessário uma amostra com granulometria

menor que 0,075mm e secas em estufa a 110°C por 24h. Foi utilizado espectrômetro de

fluorescência de raios X da marca Shimadzu, modelo EDX-700

3.2 PREPARO DAS FORMULAÇÕES

Marques (2010) realizou ensaios com combinações terciarias de solo, cascalho de

perfuração e cimento, tendo o melhor resultado obtido foi para a combinação com 14% de

cimento e 80% de cascalho de perfuração. No presente trabalho serão utilizados formulações

com 12 e 9% de cimento em relação a massa do bloco com o intuito de estudar as

propriedades mecânicas dos blocos de solo-cimento com menores porcentagens de cimento.

As seguintes combinações, binárias e terciária, realizadas são apresentadas na Tabela 01.

Tabela 01 – Nomenclatura das composições

Composições Nomenclatura

70% residuo + 18% Solo + 12% Cimento 70R+18S+12C

75% residuo + 13% Solo + 12% Cimento 75R+13S+12C

80% residuo + 08% Solo + 12% Cimento 80R+08S+12C

85% residuo + 03% Solo + 12% Cimento 85R+03S+12C

70% residuo + 21% Solo + 09% Cimento 70R+21S+9C

75% residuo + 16% Solo + 09% Cimento 75R+16S+9C

80% residuo + 11% Solo + 09% Cimento 80R+11S+9C

85% residuo + 06% Solo + 09% Cimento 85R+06S+9C

90% residuo + 10% Cimento 80R+10C Fonte: Autor

Segundo Barbosa e Mattone (2002), a determinação da quantidade de água a ser

utilizada é realizada com base na máxima densidade seca. Tal determinação é realizada com

através do ensaio de compactação conforme a NBR 12023/2012 (Solo-cimento- ensaio de

compactação). Todavia essa determinação é uma otimização, uma vez que o ensaio é

realizado com compactação dinâmica e para as confecções dos blocos de solo-cimento usa-se

praticamente a compressão estática. Conforme Silva (2005), para uma maior resistência

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mecânica do bloco a força de compactação é fator mais importante durante o processo de

produção. Quanto maior a pressão de compactação menor a demanda de cimento para garantir

altas resistências. Foram realizados ensaios de compactação para cada formulação, no qual

pode-se determinar a umidade ótima e massa específica aparente seca para cada formulação.

A Tabela 02 abaixo apresenta os resultados obtidos no ensaio de compactação Proctor

Normal, realizados no laboratório de solos do IFRN.

4. CONFORMAÇÃO DOS BLOCOS

Após realização das formulações foram confeccionados 36 corpos-de-prova, 4 para

cada formulação no laboratório de materiais de construção do IFRN. O cascalho e solo foram

previamente destorroados e passados na peneira 4,8mm. Em seguida o cascalho, solo e

cimento foram pesados e separados conforme formulações para posterior homogeneização.

A mistura foi realizada manualmente, sendo o cimento colocado primeiro no

recipiente para desfazer os possíveis torrões existentes. Em seguida foi adicionado o cascalho

e solo (conforme formulação). A quantidade de água potável foi adicionada gradativamente e

realizada a homogeneização da mistura.

Após mistura, o material foi transferido para a prensa para a confecção do tijolo de

solo-cimento, com dimensões 23x11x9cm, aplicando uma tensão de 25MPa. Seguido da

prensagem os blocos foram colocados sobre bancada e devidamente identificados para inicio

do processo de cura. Após 6 h da moldagem, e durante os 7 primeiros dias os blocos foram

umedecidos a cada 12 h por aspersão.

5. ENSAIOS TECNOLÓGICOS

5.1 ABSORÇÃO

O ensaio de absorção foi realizado conforme a NBR 10836/1993 (Bloco vazado de

solo-cimento sem função estrutural - Determinação da resistência à compressão e da absorção

de água). Os corpos-de-prova foram secos em estufa por 24h a 105°C, em seguida pesados e

submersos por 24h. Posterior às 24h submersos foram pesados. Absorção foi calculada,

conforme a Equação 01 a seguir:

Equação 01 – Absorção

Figura 03 – Preparo das formulações

Figura 04 – Cura dos blocos

Fonte: Autor, 2017

Fonte: Autor, 2017

A%= (M2-M1)x100/M1

Onde,

M1 = Massa do corpo-de-prova seco em estufa (g);

M2 = Massa do corpo-de-prova saturado (g);

A%= Absorção de água (%);

Fonte: NBR 10836/1993

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5.2 RESISTÊNCIA Á COMPRESSÃO

O ensaio de compactação foi realizado conforme a NBR 10836/1993 (Bloco vazado de

solo-cimento sem função estrutural - Determinação da resistência à compressão e da absorção

de água). Sendo utilizada a compressão axial paralela ao eixo dos furos do bloco. Foram

retiradas as medidas de cada face perpendicular à aplicação da carga e calculada assim sua

média. A resistência será a carga aplicada dividida pela média das áreas das duas faces

perpendiculares a aplicação das cargas.

6. RESULTADOS

6.1 GRANULOMETRIA

A Figura 05 apresenta a curva granulométrica referente ao cascalho de perfuração e a

Figura 06 apresenta a curva granulométrica referente ao solo.

Figura 06 – Curva granulométrica do solo

Fonte: Autor, 2017

Fonte: Autor, 2017

Figura 05 – Curva granulométrica do cascalho de

perfuração

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6.2 ÍNDICE DE PLASTICIDADE

O índice de plasticidade é apresentado na Tabela 03 abaixo, sendo a diferença entre o

limite de liquidez e limite de plasticidade.

Tabela 02 – Índice de plasticidade das matérias-primas.

Matéria-Prima Limite de Liquidez Limite de Plasticidade Índice de

Plasticidade

Solo 31,0 17,8 13,2

Cascalho de Perfuração - - Não Plástico

Fonte: Autor, 2017

6.3 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

Tabela 03 – Resultados do ensaio de compactação Proctor Normal

Composições WOt (Umidade Ótima %)

Massa específica

aparente seca

(g/cm3)

70R+18S+12C 15,0 2,11

75R+13S+12C 14,9 2,06

80R+08S+12C 14,8 2,08

85R+03S+12C 14,5 2,04

70R+21S+9C 16,5 2,07

75R+16S+9C 16,2 2,05

80R+11S+9C 16,1 2,07

85R+06S+9C 15,9 2,01

90R+10C 13,0 2,04

Fonte: Autor, 2017

6.4 DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX)

A Figura 07 e a Figura 08 apresentam o difratograma para o cascalho de perfuração e

solo respectivamente.

Fonte: Autor, 2017 Fonte: Autor, 2017

1 Quartzo SIO2

2 Calcita CaCO3 3 Dolomita CaMg(CO3)2

4 Microclínio KAISI3O3

2 Theta

Inte

nsi

da

de (

cp

s)

Inte

nsi

da

de (

cp

s)

1 Caulinita Al2(SI2O5)(OH)4

2 Quartzo SIO2

2 Theta

Figura 07 – Difratograma do cascalho

Figura 08 – Difratograma do solo

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6.5 FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X (FRX)

As Tabelas 04 e 05 apresentam os resultados da fluorescência de raios X do cascalho

de perfuração e solo, respectivamente.

Tabela 04 – Fluorescência de raios X – cascalho de perfuração

Óxido

s SIO2 CaO

Al2O

3

Fe2O

3

K2

O

Mg

O

Ba

O SO3

TiO

2 SrO

ZrO

2

Cu

O ZnO PF

%

46,7

2 20,64 10,12 5,33 2,48 1,34 0,99 0,76 0,56

0,0

6 0,05 0,04 0,03

10,8

8

Fonte: Autor, 2017

Tabela 05 – Fluorescência de raios X – Solo

Óxidos SIO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO P2O5 SO3 TiO2 V2O5 ZrO2 CuO

% 52,2 36,0 1,91 0,25 0,49 0,02 0,05 0,68 0,04 0,09 0,02

Fonte: Autor, 2017

6.6 ABSORÇÃO

A Tabela 06 apresenta os resultados do ensaio de absorção realizado após os 7 dias de

cura dos blocos de solo-cimento.

Tabela 06 – Resultado do ensaio absorção

Composições Absorção (%) Desvio-Padrão

70R+18S+12C 15,4 0,09

75R+13S+12C 16,3 0,18

80R+08S+12C 17,6 0,11

85R+03S+12C 19,5 1,08

70R+21S+9C 19,1 0,09

75R+16S+9C 17,7 0,71

80R+11S+9C 17,6 0,19

85R+06S+9C 16,3 0,08

90R+10C 17,8 0,13

Fonte: Autor, 2017

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6.7 RESISTÊNCIA Á COMPRESSÃO

A Tabela 07 apresenta os resultados da resistência á compressão, sendo realizado o

rompimento aos 7 dias.

Tabela 07 – Resultado do ensaio de resistência à compressão

Composições 7 dias (MPa) Desvio

Padrão

70R+18S+12C 6,81 0,07

75R+13S+12C 6,76 0,11

80R+08S+12C 4,72 0,08

85R+03S+12C 4,62 1,03

70R+21S+9C 4,48 0,07

75R+16S+9C 5,40 0,76

80R+11S+9C 6,14 0,17

85R+06S+9C 4,76 0,06

90R+10C 4,34 0,11

Fonte: Autor, 2017

7. DISCUSSÃO

As curvas granulométricas do cascalho (Figura 05) e solo (Figura 06) apresentaram

distribuição semelhante. O cascalho, conforme a curva, apresenta D10 = 4,05 µm; D50 =

49,47 µm; D90 = 120,59 µm e diâmetro médio de 57,49 µm. O Solo apresenta D10 = 4,05

µm; D50 = 49,47 µm; D90 = 120,59 µm e diâmetro médio de 78,41 µm. Quanto ao índice de

plasticidade apresentado na Tabela 3, o cascalho não apresentou plasticidade, o solo

apresentou limite de liquidez de 31% e limite de plasticidade de 17,8 apresentando o índice de

plasticidade de 13,2%. Os limites encontram-se dentro dos limites estabelecidos pela NBR

108833/2012, que define o limite de liquidez do solo deve ser menor ou igual a 45% e o

limite de plasticidade menor ou igual a 18%.

O ensaio de compactação realizado para determinação da umidade ótima a ser

utilizada nas formulações apresentou variação da umidade de 15,0%, para a formulação com

70% de resíduo e 12% de cimento, a 16,5% para a formulação com 70%de resíduo e 9% de

cimento. A maior massa aparente seca foi de 2,11g/cm3, obtido para a formulação com 70%

de resíduo e 12% de cimento. Por apresentar a maior massa especifica aparente seca, tem-se a

maior concentração das partículas, o que confere uma melhor resistência, o que foi

comprovado através do resultado do ensaio de resistência a compactação.

Pôde-se perceber, no difratograma do cascalho de perfuração da Figura 08, que a sua

mineralogia é composta por Quartzo (SIO2), Calcita (CaCO3), Dolomita (CaMg(CO3)2 e

Microclínio (KAISI3O3). O difratograma da Figura 09 apresentou que o solo é composto

mineralogicamente por Caulinita Al2(SI2O5)(OH)4 e Quartzo SIO2. A fluorescência de raios X

da cascalho de perfuração apresentada na Tabela 04, expressa a composição química do

cascalho, através do ensaio de fluorescência de raios X, sendo as maiores concentrações de

SIO2 (46,72%) , CaO (20,64%), Al2O3 (10,12%) e Fe2O3 (5,33%). Conforme Marques (2015), a

presença elevada de sílica (46,72%) justifica a substituição do solo pelo cascalho de

perfuração. A fluorescência de raios X do solo, na Tabela 05, apresentou maiores

concentrações de SIO2 (52,2%), Al2O3 (36,0%) e Fe2O3 (1,91%).

O ensaio de absorção realizado após os 7 dias de cura dos blocos, apresentou todos

resultados satisfatórios, conforme limites estabelecidos pela NBR 10836/1993, que limita a

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20% o limite de absorção aos 28 dias. A realização do ensaio de compactação Proctor Normal

para cada formulação contribuiu de forma significativa na redução da capacidade de absorção,

uma vez que se conseguiu determinar a máxima densidade aparente seca (Silva, 2005).

Conforme a Tabela 06, a menor absorção ocorreu para a formulação 70R+18S+12C. Os

resultados obtidos nos descrevem que nas formulações com 12% de cimento conforme se

acrescentou o cascalho houve o aumento da absorção. Já para as formulações com 9% de

cimento conforme se acrescentou o cascalho ocorreu a diminuição da absorção. Conforme

Barbosa e Mattone (2002), a utilização do ensaio de Proctor Normal é uma otimização, uma

vez que a aplicação de cargas se dá de maneiras diferentes, onde o ensaio Proctor Normal usa

carga dinâmica e a prensa carga praticamente estática.

A Tabela 07 apresenta o resultado da resistência à compressão aos 7 dias. A NBR

10836/1993 estabelece que aos 28 dias a resistência não deve ser inferior a 2,0 MPa.

Observou-se assim, que aos 7 dias todas formulações alcançaram resistência superior a

2,0Mpa, e a menor resistência alcançada foi para a formulação binária 90R+10C com 4,34

±0,11 Mpa, e a maior resistência alcançada foi para a formulação 70R+18S+12C com

6,81±0,07 MPa.

8. CONCLUSÃO

Após a análise dos resultados, pode-se concluir que em todos os blocos com adição de

cascalho, em formulações com 12% de cimento, quanto maior a quantidade de cascalho,

maior a sua absorção de água. Nas formulações com 9% de cimento, percebeu-se a

diminuição da resistência conforme se adicionou o cascalho. Todavia, aos 7 dias, todos os

blocos obtiveram absorção inferior à 20%, que é a absorção máxima estabelecida pela NBR

10836/1993 aos 28 dias, tendo a menor absorção para a formulação com 70% de Cascalho,

18% de solo e 12% de cimento, com apenas 15,4% de absorção aos 7 dias. Conclui-se dessa

forma que a utilização do cascalho de perfuração mantêm os valores de absorção dentro do

limite estabelecido por norma.

A alta concentração de Sílica (46,72%) no cascalho justificou a possibilidade de sua

utilização em substituição do solo em parte ou completamente, o que viabilizou usar

porcentagens mais elevadas de cascalho nas formulações. Através dos resultados da

resistência à compressão aos 7 dias (Tabela 07), pode-se concluir que para a utilização de

12% de cimento, quanto maior a porcentagem de cascalho utilizado mais a resistência foi

sofrendo redução. Quando utilizado 9% de cimento a resistência aumentou até a adição de

80% de cascalho, após esse valor ocorreu à redução da resistência. Para a formulação com

90% de cascalho e 10% de cimento foi obtida a menor resistência para todas as formulações

apresentadas neste trabalho, 4,32MPa. A maior resistência, 6,81MPa, foi obtida para a

formulação com 70% de resíduo, 18% de solo e 12% de cimento. Todavia, ainda o menor

valor obtido é superior ao exigido pela NBR 10836/1993, que seria 2,0 MPa aos 28 dias.

Todas as formulações obtiveram valores superiores a 4 MPa aos 7 dias, o dobro do exigido

por norma aos 28 dias. Conclui-se assim a viabilidade técnica e contribuição da melhoria da

resistência a compressão dos blocos de solo-cimento com a adição do cascalho de perfuração.

Após realização desse estudo, pode-se perceber que a utilização do cascalho de

perfuração para a confecção de blocos de solo-cimento apresentou uma destinação viável para

o resíduo, fomentando a diminuição das quantidades de cascalho e consequentemente as

chances de sua disposição inadequada, evitando possíveis problemas ambientais. Pode-se

concluir também que a redução do teor de cimento de 12% para 9% de cimento, manteve os

blocos com resistências elevadas, superiores ao limite mínimo estabelecido pela NBR

10836/1993, tanto para as formulações com 9% de cimento quanto para 12% de cimento. Os

valores de absorção também permaneceram dentro dos limites estabelecidos por norma.

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