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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
1
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
2
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
3
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
4
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
7
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
8
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.
9
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
11
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
12
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
14
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
15
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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