CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS – UnilesteMG

Mestrado em Engenharia Industrial

EVALDO SABINO LIMA

UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO GRITS DA FABRICAÇÃO DE CELULOSE

PELO PROCESSO KRAFT COMO AGREGADO GRAÚDO PARA

CONCRETO

CORONEL FABRICIANO - MG

2010

EVALDO SABINO LIMA

UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO GRITS DA FABRICAÇÃO DE CELULOSE

PELO PROCESSO KRAFT COMO AGREGADO GRAÚDO PARA

CONCRETO

Dissertação apresentada ao Centro

Universitário do Leste de Minas Gerais –

UnilesteMG, como parte do programa de

Mestrado em Engenharia Industrial.

Orientador: Dr. Fabrício Moura Dias.

CORONEL FABRICIANO - MG

2010

À minha esposa Maria Angélica e minhas

filhas Ana Luiza e Rebeca.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar a Deus, sem Ele nada seria possível.

À minha família, pelo apoio e paciência durante o período do curso e principalmente pela

compreensão e sacrifício dos momentos de lazer.

Aos professores e funcionários do UnilesteMG pelo apoio, em especial ao Prof. Dr. Fabrício

Moura Dias pela orientação e amizade.

Ao amigo e colega Prof. Msc. José Carlos de Lacerda pelo incentivo.

Aos atuais e antigos colegas de trabalho, turmas do DEPSU, DEFAB, DESAG e CONVAÇO

pelo apoio e torcida.

À equipe da SOLUÇÃO pela presteza e apoio neste trabalho.

Aos colegas do programa de mestrado pela amizade, incentivo e inspiração para continuar.

A todos que neste período me ajudaram e me apoiaram direta ou indiretamente.

A sabedoria é a coisa principal; adquire,

pois, a sabedoria; sim, com tudo o que

possuis adquire o entendimento. (Pv. 4:7)

RESUMO

A necessidade de preservação de recursos naturais bem como de dispor os resíduos gerados

nos processos industriais de maneira adequada, juntamente com a necessidade de tornar as

atividades humanas em geral mais sustentáveis tem sido objeto de estudos das instituições de

pesquisa. Estudos para o aproveitamento dos mais variados tipos de resíduos, como os

resíduos de construção e demolição, lodo de estação de tratamento de água, vidro, cinzas de

lixo urbano, dentre outros, tem sido realizados no Brasil e no exterior como tentativas de

resolver ou minimizar as questões acima suscitadas. O consumo estimado de agregados para

concreto e argamassa no Brasil é em torno de 210 milhões de toneladas por ano.

Considerando a crescente produção de celulose no Brasil e o fato da produção de 1,0 tonelada

de celulose produzir 0,268 tonelada de resíduos sólidos, o estudo de aplicação de resíduo da

produção de celulose como material alternativo na construção civil ganha relevância. Na

produção de celulose pelo processo Kraft, atualmente o principal processo utilizado

industrialmente, é gerado o resíduo grits durante o ciclo de recuperação química. Este resíduo

é composto basicamente de carbonato de cálcio e sua extração é considerada o principal ponto

de purga dos sólidos inertes do processo. Neste trabalho foi avaliado o grits como substituto

do agregado graúdo no concreto. Procurou-se conhecer a aplicabilidade do resíduo grits como

agregado graúdo e também a sua influência na resistência final do concreto. Para esta

avaliação o resíduo grits foi submetido aos ensaios de reatividade álcali-agregado (RAA) e

abrasão “Los Angeles” e foram confeccionados concretos com diferentes percentuais de

substituição de agregado natural por grits e realizados os ensaios de abatimento de tronco de

cone e resistência a compressão para as idades de 3, 7 e 28 dias, à luz da ABNT. A utilização

do resíduo grits como agregado graúdo no concreto em substituição a rocha natural gnaisse

mostrou-se viável considerando-se que o mesmo se mostrou potencialmente inócuo para a

RAA e apresentou perda de massa acima do determinado pela NBR 7211 (1986). A

resistência a compressão axial simples do concreto foi aumentada para substituições de brita

de gnaisse pelo resíduo grits nas proporções de 25% e 50% em massa. Para substituições nos

percentuais de 75% e 100% em massa da brita 1 pelo resíduo grits, houve uma redução da

resistência à compressão axial simples do concreto. A trabalhabilidade do concreto foi

influenciada pela substituição da brita 1 pelo resíduo grits, neste aspecto a mesma foi se

tornando pior com o aumento da substituição da brita 1 pelo resíduo grits, porém dentro de

limites que permitem o adensamento adequado do concreto para os traços com até 75% de

substituição de gnaisse e quando alterada a relação a/c para a substituição de 100% de gnaisse

pelo resíduo grits.

Palavras-chave: Grits. Concreto. Caracterização física-mecânica

ABSTRACT

The need to preserve natural resources and waste generated in industrial processes adequately

summed up the need to make more sustainable human activities has been the object of study

of research institutions. Studies for the use of various types of waste such as the as the

residues of construction and demolition, silt of station of water treatment, glass, ash of urban

garbage, among others, has been made in Brazil and abroad as attempts to resolve or

minimize the issues raised above. The estimated consumption of aggregates for concrete and

mortar in Brazil is around 210 million tons per year. Considering the increasing pulp

production in Brazil and the fact the production of 1.0 ton of pulp to produce 0.268 ton of

solid waste, the study of application of waste from pulp production as alternative material in

construction becomes relevant. In the production of pulp by Kraft process, currently the main

process used industrially, the residue grits saleable is generated during the chemical recovery

cycle. This residue is composed mostly of calcium carbonate and its extract is considered the

primary point of purging of inert solids of the process. This study evaluated the grits as a

substitute for coarse aggregate in concrete. Tried to know the applicability of grits as

aggregate and also its influence on the ultimate strength of concrete. For this evaluation the

grits was subjected to tests for alkali-aggregate reactivity and abrasion "Los Angeles" and

were made concrete with different percentages of replacement of natural aggregate by grits

and performed slump test and compressive strength at ages 3, 7 and 28 days, according to

ABNT (Brazilian Code). The use of grits as aggregate in concrete to replace the natural rock

gneiss was feasible considering that it showed potential for innocuous to the alkali-aggregates

and showed mass loss determined above by the NBR 7211 (1986). A ultimate strength of

concrete was increased for substitution of coarse aggregate in concrete grits in the proportions

of 25% and 50% by weight. For replacements in the percentage of 75% and 100% by weight

of a crushed by the grits was a reduction in ultimate strength of concrete. The workability of

concrete was influenced by the replacement of a coarse aggregate by grits at this point it was

getting worse with increasing replacement by grits, but within limits that allow adequate

compaction of the concrete to the mixtures with up to 75% replacement of gneiss and altered

when the ratio water/cement to replace 100% of gneiss by the grits.

Keywords: Grits. Concrete. Physical-mechanical Characterization

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Esquema de classificação dos resíduos sólidos segundo a fonte geradora . . . . . . . 19

Figura 2 - Diagrama simplificado da recirculação química no processo Kraft . . . . . . . . . . . . 21

Figura 3 - Ciclo de recuperação do processo kraft – esquema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Figura 4 - Esquema do Reator de Apagamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Figura 5 - Rocha de gnaisse . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Figura 6 - Resíduo grits utilizado na manufatura dos concretos alternativos . . . . . . . . . . . . . 45

Figura 7 - Brita 1 utilizada na manufatura dos concretos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Figura 8 - Betoneira utilizada para manufatura dos concretos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Figura 9 - Corpos de prova dos concretos recém moldados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Figura 10 - Corpos de prova dos concretos em tanque de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Figura 11 - Realização do “Slump Test” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Figura 12 - Retificação de superfície de corpo de prova de concreto para ensaio de resistência

à compressão axial simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Figura 13 - Capeamento de superfície de Corpo de Prova com enxofre para ensaio de

resistência à compressão axial simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Figura 14 - Gráfico da evolução da expansão do corpo de prova de cimento e grits com o

tempo de cura em solução alcalina – NBR 15577-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Figura 15 - Gráfico da evolução da expansão do corpo de prova de cimento e grits com o

tempo de cura em solução alcalina – NBR 15577-5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Figura 16 - “Slump Test” do concreto traço C0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Figura 17 - “Slump Test” do concreto traço C25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Figura 18 – “Slump Test” do concreto traço C100.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Figura 19 - CP’s dos concretos traços C75 e C100.1 após moldagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Figura 20 - Gráfico da resistência média à compressão do concreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Figura 21 - Variação da resistência média à compressão do concreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Figura 22 - Gráficos de resíduos para resistência à compressão do concreto na idade de 3

dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Figura 23 - Gráficos de resíduos para resistência à compressão do concreto na idade de 7

dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Figura 23 - Gráficos de resíduos para resistência à compressão do concreto na idade de 28

dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Classificação de Resíduos Sólidos segundo NBR 10.004 (2004) . . . . . . . . . . . . . 18

Tabela 2 - Principais componentes químicos do grits expressa na forma de óxidos. . . . . . . . 24

Tabela 3 - Tipos de cimento Portland conforme ABNT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Tabela 4 – Características dos cimentos Portland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Tabela 5 - Traços utilizados nos corpos de provas dos concretos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Tabela 6 - Normas utilizadas para realização dos ensaios em agregados . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Tabela 7 - Normas utilizadas para realização dos ensaios nos concretos . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Tabela 8 – Sequência de preparação dos concretos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Tabela 9 – Resultado do ensaio de abrasão “Los Angeles” do resíduo grits. . . . . . . . . . . . . . 53

Tabela 10 - Variação dimensional das barras de argamassa em solução alcalina . . . . . . . . . . 54

Tabela 11 - Ensaio granulométrico do resíduo Grits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Tabela 12 - Ensaio granulométrico do gnaisse (brita 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Tabela 13 - Ensaio granulométrico da areia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Tabela 14 - Resultados do “Slump Test”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Tabela 15 - Resistência média à compressão do concreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Tabela 16 - Variação da Resistência a Compressão em relação ao traço 1 . . . . . . . . . . . . . . . 63

Tabela 17 - Resultados da ANOVA para análise dos resultados do ensaio de resistência à

compressão axial simples na idade de 3 dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Tabela 18 - Resultados da ANOVA para análise dos resultados do ensaio de resistência à

compressão axial simples na idade de 7 dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Tabela 19 - Resultados da ANOVA para análise dos resultados do ensaio de resistência à

compressão axial simples na idade de 28 dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

a/c - água/cimento

ACI – American Concrete Institute

ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM - American Society for Testing and Materials

CP's - Corpos de Prova

ETA - Estação de Tratamento de Água

F - Relação F

fc - Resistência característica a compressão

fck - Resistência característica a compressão para "k" dias

GDL - Graus de Liberdade

mg/l - miligrama por litro

MPa - Mega Pascal

MQ - Médias Quadradas

NBR - Norma Brasileira

ONU - Organização das Nações Unidas

P - P-valores

pH - potencial de Hidrogênio

R-Q - R²

R-Qaj - R² ajustado

RAA - Reação Álcali-Agregado

RAC - Reação Álcali-Carbonato

RAS - Reação Álcali-Sílica

RASS - Reação Álcali-Sílica-Silicato (RASS) ou Reação Álcali-Silicato

RCD - Resíduo de construção e Demolição

RSU - Resíduo sólido urbano

SOLUÇÃO - Solução Engenharia, Consultoria e Tecnologia Ltda.

SQ = Soma dos Quadrados

UnilesteMG - Centro Universitário do Leste de Minas Gerais

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.1 Reciclagem, reuso e sustentabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.1.1 Reciclagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.1.2 Reuso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.1.3Sustentabilidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2 Resíduos sólidos e sua classificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3 Obtenção de Celulose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.3.1 Processo Kraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.3.2. O ciclo de recuperação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.4 Caracterização do grits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.5 Concreto e seus componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.5.1 Cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.5.2. Agregados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.5.2.1 Gnaisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.5.2.2 Areia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.6 Deterioração do concreto por reações químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.6.1 Reação Álcali-Agregado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.6.1.1 Reação álcali-sílica (RAS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.6.1.2 Reação álcali-silicato (RASS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.6.1.3 Reação álcali-carbonato (RAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.6.2 Hidratação do MgO e CaO cristalinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.7 Deterioração por desgaste superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.7.1 Ensaio de abrasão “Los Angeles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.8 Utilização de agregados alternativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.8.1 Utilização do resíduo de construção e demolição (RCD). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.8.2 Utilização de resíduos diversos e materiais alternativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4 MATERIAIS E MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.1 Programa Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.1.1 Tratamento estatístico dos resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.2 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.3 Caracterização física dos agregados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.3.1 Caracterização física do grits (objeto deste estudo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.4 Abatimento de tronco de cone e resistência à compressão axial simples dos concretos

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.5 Manufatura dos concretos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.6 Moldagem e cura dos corpos de prova dos concretos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.7 Realização do “slump test” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.8 Rompimento dos corpos de prova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5.1 Resíduo grits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5.1.1 Abrasão “Los Angeles” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5.1.2 Reatividade álcali-agregado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.1.3 Granulometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.2 Gnaisse e areia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.3 Concretos no estado fresco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

5.4 Análise sobre adensamento e desmoldagem do corpos de prova dos concretos . . . . 60

5.5 Resistência à compressão axial simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

6 CONCLUSÕES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

ANEXO A – ENSAIO GRANULOMÉTRICO – RESÍDUO GRITS . . . . . . . . . . . . . . . . 79

ANEXO B – ANÁLISE DE AGREGADO – BRITA 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

ANEXO C – ANÁLISE DE AGREGADO – AREIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

ANEXO D – FICHA DE ROMPIMENTO DE CORPOS DE PROVA - NBR 5739 . . . .85

13

1 INTRODUÇÃO

A necessidade de preservação de recursos naturais, aliada a necessidade de dispor os resíduos

gerados nos processos industriais de maneira adequada assim como de tornar as atividades

humanas em geral mais sustentáveis, tem sido objeto de estudos das empresas e das

instituições de pesquisa nos últimos anos. Estas necessidades se relacionam de maneira

complexa, visto que a reciclagem e a utilização de materiais alternativos participam da

solução destas necessidades.

Estudos realizados no Brasil e no exterior objetivam aprimorar o conhecimento sobre a

utilização de resíduos de construção e demolição (RCD) em substituição aos agregados

naturais comumente utilizados na construção civil. Outros tipos de resíduos também são

objeto de estudo no Brasil e no mundo, tais como: i) resíduos de pedra mineira; ii) lodo de

Estação de Tratamento de Água (ETA); iii) resíduo de polimento de pedras graníticas; iv)

resíduos sólidos urbanos (RSU); v) rejeitos de mineração.

Outro objeto de pesquisas é a utilização de materiais alternativos, ou subprodutos em novas

funções. Pode-se citar a utilização das escórias oriundas da siderurgia e metalurgia como

constituintes de cimentos, argamassas e concretos. Estudos são realizados também visando à

utilização de agregados naturais alternativos ou não, tais como: i) dunito (ASSIS e DIAS,

2007); ii) materiais disponíveis na região metropolitana de Curitiba (calcário, diabásio e

granito) (MENDES, 2002); iii) finos basálticos, (BARBOSA et al., 2004); iv) agregados

graúdos disponíveis no estado de Minas Gerais (calcários de Belo Horizonte e Montes Claros

e gnaisses de Guaxupé, Passos, Patos de Minas e Uberlândia) (ALHADAS, 2008); v)

incorporação de resíduos de pneus e vidro cominuído em concretos; vi) utilização de materiais

alternativos para construção de estradas asfaltadas e não asfaltadas. Observou-se que a

separação entre material reciclado e material alternativo é tênue, admitindo-se neste estudo

que materiais alternativos são os subprodutos, que segundo definição de Cincotto (1988),

subproduto é quando um resíduo adquire valor comercial. A utilização destes materiais

contribui diretamente para a redução do volume de material extraído da natureza e do material

depositado em aterros.

Segundo Castilho et al. (1996) os materiais alternativos apresentam vantagens ecológicas e

14

poderão viabilizar consequentemente construções com menor custo. Entretanto a viabilidade

de reciclagem de um resíduo depende de alguns fatores, tais como: i) proximidade da

instalação de processamento; ii) custo de transporte dos resíduos; iii) volume de resíduos

disponíveis para o reprocessamento; iv) custo de estocagem do resíduo no local de geração ou

afastado da origem.

Um resíduo produzido em boa quantidade é o grits, oriundo da produção de celulose pelo

processo kraft. Conforme Gullichen e Fogelholn (2000) o processo Kraft (ou sulfato) é o mais

utilizado mundialmente na produção de celulose. Este processo reutiliza grande parte dos

reagentes empregados no cozimento da madeira, através de uma série de operações unitárias.

Uma das etapas de recuperação é a caustificação, onde é produzido o resíduo denominado

grits e que se constitui no principal ponto de purga de elementos não processáveis.

A crescente produção de celulose no Brasil abre espaço para a pesquisa da correta disposição

dos resíduos gerados, tanto do ponto de vista econômico, quanto do ponto de vista ambiental.

Segundo CENIBRA (2010) a produção de 1,0 tonelada de celulose produz 0,268 tonelada de

resíduos sólidos, fato este que estimula a necessidade de se encontrar uma destinação

adequada para os mesmos. Sendo assim, este trabalho apresenta à utilização do resíduo grits

como substituto parcial ou total do agregado natural gnaisse como agregado graúdo no

concreto.

15

2 OBJETIVOS

O objetivo geral deste trabalho é estudar a utilização do resíduo grits como agregado graúdo

no concreto em substituição à rocha natural gnaisse.

Os objetivos específicos são:

Avaliar por meio do ensaio de abrasão “Los Angeles” a viabilidade da utilização do grits

como agregado graúdo para o concreto, conforme documentos normativos da ABNT.

Avaliar a reatividade álcali-agregado do grits segundo os documentos normativos da

ABNT.

Avaliar a influência da adição do grits na trabalhabilidade do concreto através do ensaio

de abatimento de tronco de cone, segundo os documentos normativos da ABNT.

Avaliar a influência da adição do grits na resistência à compressão axial simples final do

concreto.

16

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A seguir é apresentada a revisão bibliográfica dividida nas seguintes partes: i) reciclagem e

sustentabilidade; ii) resíduos sólidos e sua classificação; iii) obtenção de celulose; iv)

caracterização do grits; v) componentes do concreto; vi) deterioração do concreto por reações

químicas; vii) deterioração do concreto por desgaste superficial; viii) utilização de agregados

alternativos.

3.1 Reciclagem, reuso e sustentabilidade

A crescente população humana exerce uma pressão degradadora sobre os recursos naturais,

seja como matéria-prima, ou como área para moradia e infra-estrutura, ou ainda como área

para atividades agrícolas (CABRAL, 2007). Esta demanda crescente por recursos naturais tem

levado à necessidade de maior compreensão dos conceitos de reciclagem e sustentabilidade.

3.1.1 Reciclagem

Existem diversos conceitos de reciclagem. Segundo CETESB (2005) apud Cabral (2007) a

reciclagem refere-se a qualquer técnica que permita o aproveitamento de um resíduo, após um

tratamento que altere as características físico-químicas do mesmo. A reciclagem pode ser

classificada como: i) reciclagem fora do processo, quando se permite o aproveitamento do

resíduo como insumo em um processo diferente daquele que o gerou; ii) reciclagem dentro do

processo, quando se permite o reaproveitamento do resíduo como insumo no próprio processo

que o gerou. A reciclagem também pode ser definida, segundo PNUD (1998), como o

processo de reaproveitamento dos resíduos sólidos, em que os seus componentes são

separados, transformados e recuperados, envolvendo economia de matérias-primas e energia,

combate ao desperdício, redução da poluição ambiental e valorização dos resíduos, com

mudança de concepção em relação aos mesmos.

17

3.1.2 Reuso

CETESB (2005) apud Cabral (2007) diferencia o reuso da reciclagem, definindo o primeiro

como qualquer técnica de reutilização do resíduo sem que o mesmo seja submetido a

tratamento que altere suas características físico-químicas.

3.1.3 Sustentabilidade

O conceito de desenvolvimento sustentável (ou sustentabilidade) foi estabelecido pela ONU

em 1987 no relatório de Brundtland como: “[...] o desenvolvimento que vai de encontro com

as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de satisfazer

as suas próprias necessidades” (AGENDA 21 GLOBAL, 1992).

Segundo Cabral (2007) a introdução de do conceito de sustentabilidade em setores

tradicionais como a construção civil exige a quebra de alguns paradigmas de desenvolvimento

e que as questões ambientais sejam contempladas já no planejamento das atividades.

3.2 Resíduos sólidos e sua classificação

Neste estudo avaliou-se uma alternativa para a reciclagem do resíduo grits, resíduo sólido

industrial, Classe II A (Souza e Cardoso, 2008). De acordo com a NBR 10004 (2004) a Classe

II A engloba resíduos de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial agrícola, de

serviços e de varrição. Ficam ainda incluídos nesta definição os lodos provenientes de

sistemas de tratamento de água, e os gerados em equipamentos e instalações de controle de

poluição, assim como líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na

rede pública de esgotos ou em corpos de água, ou que exijam para isso soluções inviáveis

técnica e economicamente em face à melhor tecnologia disponível. Segundo a NBR 10004

(2004) os resíduos sólidos podem ser classificados em: Classe I; Classe II, esta subdividida

em Classe II A e Classe II B. Na Tabela 1 é apresentado o detalhamento da classificação dos

18

resíduos sólidos segundo NBR 10004 (2004).

Tabela 1 - Classificação de Resíduos Sólidos segundo NBR 10.004 (2004)

CLASSE CARACTERÍSTICAS

Classe I - Perigosos São aqueles que apresentam inflamabilidade, corrosividade,

reatividade, toxidade ou patogenicidade, ou seja, são aqueles que

apresentam risco à saúde pública, provocando mortalidade,

incidência de doenças ou acentuando seus índices ou riscos ao meio-

ambiente, quando gerenciados de forma inadequada.

Classe II - Não

Perigosos

Estes resíduos se dividem em resíduos classe II A – Não inertes e

resíduos classe II B – Inertes.

Classe II A

Não Perigosos

Não Inertes

São aqueles que não se enquadram nas classificações de resíduos

classe I ou de resíduos classe II B. Estes resíduos podem ter

propriedades de biodegrabilidade, combustibilidade ou solubilidade

em água.

Classe II B

Não Perigosos

Inertes

São os resíduos que quando submetidos a um contato dinâmico ou

estático com água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente,

não tenham nenhum de seus constituintes solubilizados a

concentrações superiores aos padrões de potabilidade da água,

excetuando-se aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor.

Fonte: NBR 10004 (2004), adaptado pelo autor

Além da classificação quanto à reatividade dos resíduos sólidos, os mesmos podem ser

classificados quanto a sua origem. Na Figura 1 é apresentado um esquema de classificação

dos resíduos sólidos conforme sua origem.

19

Figura 1 - Esquema de classificação dos resíduos sólidos segundo a fonte geradora

Fonte: Cabral (2007).

3.3 Obtenção de Celulose

O principal processo de obtenção de celulose da atualidade é o Kraft (que em alemão significa

“força”). Segundo Gullichen e Fogelholn (2000) este processo é a evolução do processo Soda,

patenteado em 1867 e teve a primeira planta industrial em 1885 na Suécia. Esse processo

também é conhecido como “sulfato”, pois é utilizado o sulfato de sódio (Na2SO4) para

reposição das perdas dos compostos químicos inorgânicos, durante a recuperação química do

licor negro no processo.

20

3.3.1 Processo Kraft

Segundo Gullichen e Fogelholn (2000) o processo Kraft consiste na separação da celulose da

lignina através do cozimento dos cavacos à temperaturas entre 160°C e 170°C na presença do

licor branco. O licor branco é uma solução fortemente alcalina (pH 14), sendo seus

componentes ativos o NaOH (hidróxido de sódio) e o Na2S (sulfeto de sódio). O licor branco

também contem pequenas quantidades de carbonato de sódio (Na2CO3), sulfato de sódio

(Na2SO4), tiossulfato de sódio (Na2S2O3), cloreto de sódio (NaCl) e carbonato de cálcio

(CaCO3). Estes outros materiais são considerados inertes do ponto de vista do cozimento da

madeira e são adicionados ao licor branco em função dos contaminantes que acompanham as

matérias primas (ou insumos) ou em conseqüência da ineficiência do ciclo de recuperação

química. Durante o cozimento, as fibras são separadas por meio da dissolução da lignina e de

parte das hemiceluloses no licor de cozimento, transformando-o em licor negro, denominado

também de licor preto. A Figura 2 apresenta o diagrama simplificado da recirculação química

no processo Kraft.

21

COZIMENTO E LAVAGEM

LAVAGEM E CALCINAÇÃO

RECIRCULAÇÃO DE POEIRA

Ca(OH)2CaCO3

SMELT

DISSOLUÇÃO E CLARIFICAÇÃO

CAUSTIFICAÇÃO E CLARIFICAÇÃO

LICOR FRACO

LICOR BRANCO

LICOR VERDE

FORNALHA DE RECUPERAÇÃO

EVAPORAÇÃO

POLPA LAVADA

CAVACOS LAVAGEM

CaCO3CaO

Figura 2 - Diagrama simplificado da recirculação química no processo kraft

Fonte: Gullichen e Fogelholn (2000), adaptado pelo autor

3.3.2. O ciclo de recuperação

O licor utilizado é extraído do processo passando a ter a denominação de licor preto, devido à

coloração adquirida durante o cozimento da madeira. Este licor preto é concentrado na

evaporação e queimado em uma caldeira redutora denominada “Caldeira de Recuperação

22

Química”. Segundo Gullichen e Fogelholn (2000) esta caldeira possui duas funções

principais: queimar o material orgânico (produzindo CO2 e H2O) e produzir um “smelt”

inorgânico composto de carbonato de sódio (Na2CO3) e sulfeto de sódio (Na2S). Este “smelt”

é dissolvido em licor branco fraco gerando o chamado licor verde. Segundo Andreola et al.

(2000) o ciclo de recuperação se fecha no sistema de reatores de caustificação, composto

basicamente de um reator de apagamento seguido por vários reatores de caustificação. No

reator de apagamento ocorre a formação de hidróxido de cálcio, segundo a reação 1 e

simultaneamente, a formação de hidróxido de sódio (reação de caustificação) segundo a

reação 2, estendendo-se ao longo dos vários reatores de caustificação.

CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s) (1)

Na2CO3(aq) + Ca(OH)2(s) → 2NaOH(aq) + CaCO3(s) (2)

A reação 1 é fortemente exotérmica e tem rendimento máximo em torno de 70%. A reação 2 é

fracamente exotérmica (ANDREOLA et al., 2000). A Figura 3 apresenta o esquema do ciclo

de recuperação do processo Kraft.

Figura 3 - Ciclo de recuperação do processo kraft – esquema

Fonte: Gullichen e Fogelholn (2000), adaptado pelo autor

23

De acordo com Gullichen e Fogelholn (2000) o processo de caustificação do licor verde tem

dois objetivos: produzir licor branco para o cozimento da madeira e produzir lama de cal para

o forno de cal. Segundo Andreola (2000) e Gullichen e Fogelholn (2000), durante a

caustificação são gerados duas correntes distintas: a de lama de cal (enviada para o forno de

cal) e a de sólidos inertes, denominados “grits”, que são extraídos do processo e constituem-se

nos principais pontos de purga dos materiais inertes do processo. Conforme Modolo (2006) o

resíduo grits tem a sua origem no forno da cal e na preparação do hidróxido de cálcio

(Ca(OH)2) para a caustificação do licor verde. Considerando-se que a lama de cal possui sódio

residual e que no forno de cal atingem-se temperaturas da ordem dos 1200 ºC, este material

fundindo provoca a granulação da cal (peletização da cal), ocasionando a formação dos grits.

Estes são posteriormente recolhidos e retirados do processo. A Figura 4 apresenta o esquema

do reator de apagamento, com o ponto de saída do grits.

Figura 4 - Esquema do Reator de Apagamento

Fonte: Gullichen e Fogelholn (2000), adaptado pelo autor

3.4 Caracterização do grits

As caracterizações do grits realizadas por Machado et al. (2003), Pereira et al. (2006b) e

Souza e Cardoso (2008), indicam que o grits é um resíduo rico em cálcio. A perda ao fogo

elevada e o alto teor de CaO (óxido de cálcio) confirma a constituição carbonática do resíduo

(SOUZA e CARDOSO, 2008). Foi ainda detectada a fase calcita (CaCO3) do resíduo. Através

24

da análise dos extratos lixiviados e solubilizados, o grits foi classificado como classe IIA, isto

é, resíduo não-perigoso e não inerte (SOUZA e CARDOSO, 2008; MACHADO et al., 2009).

Conforme Machado et al. (2007) o grits constituí-se de areia, pedregulho, calcário (CaCO3) e

outras impurezas, podendo possuir, também, quantidades de CaO, Ca(OH)2 e Na2CO3. A

Tabela 2 apresenta a composição química dos constituintes expressa na forma de óxidos.

Tabela 2 - Principais componentes químicos do grits expressa na forma de óxidos

Referência Composição química (%)

Ca Mg SiO2 P K Na S Al

1 20,00 ND 79,00 ---- ---- ---- ---- ND

2 53,50* 0,60* ---- 0,26 0,12 0,70 0,18 0,09

3 35,38* 0,43* ---- 0,37 0,04 0,22 0,13 0,13

4 95,40* ---- 0,78 ---- 0,08* 0,76* ---- < 0,1*

1 – Machado et al. (2003); 2 e 3 – Pereira et al. (2006b); 4 – Souza e Cardoso (2008).

ND - abaixo do limite de detecção.

* em forma de óxido.

Fonte: Machado et al. (2003), Pereira et al. (2006b); e Souza e Cardoso (2008), adaptado pelo

autor

Segundo Souza e Cardoso (2008) os resultados obtidos da análise granulométrica apresentam

faixas granulométricas semelhantes às areias e britas naturais, sendo possível substituir os

agregados naturais utilizados na dosagem de concretos e argamassas pelo resíduo.

Em função da origem do grits o mesmo apresenta soda cáustica residual proveniente do ciclo

de recuperação, conforme descrito no item 3.3.2. A soda cáustica residual deve ser eliminada

do grits por 2 razões principais: i) evitar acidentes (queimaduras químicas) durante o

manuseio e; ii) evitar o excesso de álcalis no concreto, que deve ser mantido abaixo de 0,6%

para evitarem-se as reações álcali-agregado (RAA) (METHA e MONTEIRO, 1994) . O

processo de lavagem do grits gera a necessidade adicional de dispormos adequadamente a

água utilizada ou ainda de reutilizarmos esta água, que se constitui basicamente de uma

solução aquosa de soda cáustica, no processo de produção de celulose. Segundo Pera apud

Leite (2001) a avaliação dos impactos resultantes do beneficiamento dos resíduos, tais como

25

contaminação da água ou do solo, deve ser realizada para que um novo material seja aceito

pelo mercado.

3.5 Concreto e seus componentes

Segundo Metha e Monteiro (1994), o concreto de cimento Portland é um material poroso,

com uma estrutura bastante heterogênea e complexa. Analisando sua macroestrutura

identificamos dois constituintes principais: a pasta de cimento endurecida e partículas de

agregado. Entretanto há uma terceira fase presente, a zona de transição, normalmente entre 10

e 50 µm de espessura em torno dos agregados, principalmente dos agregados graúdos.

Segundo Zhang e Gjorv (1990), sendo o concreto um material composto, formado

basicamente por uma matriz de pasta de cimento endurecida envolvendo os agregados, o

estudo das propriedades mecânicas e da durabilidade do concreto são afetadas por cada um

destes componentes.

3.5.1 Cimento

Conforme Shriver (2008) o cimento Portland é feito moendo-se uma mistura de calcário

(CaCO3), e uma fonte de aluminossilicato como argila. Argilito ou areia. A 900 ºC ocorre a

transformação do calcário em óxido de cálcio (CaO) de acordo com a reação 3.

CaCO3(s) + calor → CaO(s) + CO2(g). (3)

Em temperaturas mais altas o CaO reage com os aluminissilicatos e silicatos para formar uma

fusão de Ca2SiO4, Ca3SiO5 e Ca3Al2O6. Quando resfriados formam o clinquer, que quando

resfriado, moído e adicionado a uma pequena quantidade de gesso (CaS) forma o cimento

Portland.

Quando adiciona-se água ao cimento, ocorre as reações de hidratação complexas que hidratos

como Ca3Si2O7.H2O, Ca3Si2O7.3H2O e Ca(OH)2, conforme as reações 4 e 5.

26

Ca2SiO4(s) + 2H2O(l) → Ca3Si2O7.H2O(s) + Ca(OH)2(aq) (4)

Ca2SiO4(s) + 4H2O(l) → Ca3Si2O7.3H2O(s) + Ca(OH)2(aq) (5)

Estes hidratos formam um gel que recobre as superfícies dos agregados miúdo e graúdo e

preenche as cavidades para formar o concreto sólido.

Conforme Appleton (2005) foi com o desenvolvimento da produção e do estudo das

propriedades do cimento (Smeaton em 1758, James Parker em 1976, Louis Vicat em 1818),

que culminaram com a aprovação da patente do cimento Portland (Joseph Aspdin em 1824),

que se inicia o grande desenvolvimento da aplicação do concreto, tal como o conhecemos

hoje, nas construções.

Segundo Mackenzie e Fletcher (1979) “[...] a qualidade do cimento Portland depende da sua

composição química e mineralógica.”. A argila fornece basicamente três óxidos: SiO2 (sílica),

Al2O3 (alumina) e Fe2O3 (hematita). O calcário se decompõe durante a queima fornecendo

CaO (óxido de cálcio). O CaO reage para formar 2CaO.SiO2 (belita) [C2S], 3CaO.SiO2

(alita) [C3S], 3CaO.Al2O3 (celita) [C3A] e 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (aluminoferrato tetracálcio)

[C4AF]. Para balancear a composição do cimento e permitir a correta formação de todas as

fases necessárias para a produção do cimento são adicionados ainda SiO2 (sílica) e Fe2O3

(hematita). A composição química aproximada do cimento (expressa em óxidos) é: 62-68%

CaO (oxido de cálcio), 21-24% SiO2 (sílica), 4-8% Al2O3 (alumina), e 2-5% Fe2O3 (hematita).

A composição final do cimento é aproximadamente 45-46% C3S, 15-35% C2S, 10-18%

C4AF e 4-14% C3A. Os principais tipos de concreto estão apresentados na Tabela 3.

27

Tabela 3 - Tipos de cimento Portland conforme ABNT

Nome técnico Norma Sigla Classe Identificação do

tipo e classe

Cimento Portland comum NBR 5732 CP I 25

32

40

CP I-25

CP I-32

CP I-40

Cimento Portland comum

com adição

NBR 5732 CP I-S 25

32

40

CP I-S-25

CP I-S-32

CP I-S-40

Cimento Portland composto

com escória

NBR 11578 CP II-E 25

32

40

CP II-E-25

CP II-E-32

CP II-E-40

Cimento Portland composto

com pozolana

NBR 11578 CP II-Z 25

32

40

CP II-Z-25

CP II-Z-32

CP II-Z-40

Cimento Portland composto

com filler

NBR 11578 CP II-F 25

32

40

CP II-F-25

CP II-F-32

CP II-F-40

Cimento Portland de alto-forno NBR 5735 CP III 25

32

40

CP III-25

CP III-32

CP III-40

Cimento Portland pozolânico NBR 5736 CP IV 25

32

CP IV-25

CP IV-32

Cimento Portland de alta

resistência inicial

NBR 5733 CP V-ARI - CP V-ARI

Cimento Portland resistente

aos sulfatos

NBR 5737 - 25

32

40

Sigla e classe dos

tipos originais

acrescidos do

sufixo “RS”

Cimento Portland de baixo

calor de hidratação

NBR 13116 - 25

32

40

Sigla e classe dos

tipos originais

acrescidos do

sufixo “BC”

Cimento Portland branco

estrutural

NBR 12989 CPB 25

32

40

CPB-25

CPB-32

CPB-40

Cimento Portland branco não

estrutural

NBR 12989 CPB - CPB

Cimento Portland para poços

petroliferos

NBR 9831 CPP G CPP – classe G

Fonte: ABCP (2002), adaptado pelo autor

A Tabela 4 apresenta as principais características dos cimentos produzidos no Brasil.

28

Tabela 4 – Características dos cimentos Portland

Tipo de

Cimento Características

Cimento

Portland

comum

CP I (NBR

5732)

cimento Portland sem quaisquer adições além do gesso

adequado para o uso em construções de concreto em geral quando não

há exposição a sulfatos do solo ou de águas subterrâneas

usado em serviços de construção em geral, quando não são exigidas

propriedades especiais do cimento

Cimento

Portland

CP II (NBR

11578)

cimento Portland composto

gera calor numa velocidade menor do que o gerado pelo Cimento

Portland Comum

indicado em lançamentos maciços de concreto, onde a combinação de

grande volume da concretagem e a relativamente pequena superfície

reduzem a capacidade de resfriamento da massa

apresenta melhor resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo

Cimento

Portland de Alto

Forno

CP III (NBR

5735)

apresenta maior impermeabilidade e durabilidade

baixo calor de hidratação

alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado

resistente a sulfatos

particularmente vantajoso em obras de concreto-massa, obras em

ambientes agressivos, concretos com agregados reativos, pilares de

pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de

aeroportos

Cimento

Portland com

pozolana

CP IV (NBR

5736)

o concreto se torna mais impermeável e mais durável além de

apresentar resistência mecânica à compressão superior à do concreto

feito com cimento Portland CP I, a idades avançadas

especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e

ambientes agressivos

baixo calor de hidratação, semelhantemente ao cimento Portland CP

III

Cimento

Portland Alta

Resistência

Inicial

CP V ARI

(NBR 5733)

possui valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a

1 dia de idade e de 53 MPa aos 28 dias

possui uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do

clínquer

moagem mais fina do cimento

ao reagir com a água o CP V ARI adquire elevadas resistências, com

maior velocidade

Fonte: ABCP (2009c), adaptado pelo autor

29

3.5.2. Agregados

Conforme Silva Jr (1956), os agregados são materiais granulares, sem forma e volume

definidos, geralmente inertes, de dimensões e propriedades adequadas para uso em obras de

engenharia. Devem ser compostos por grãos de minerais duros, compactos, duráveis, limpos e

não devem conter substâncias que possam afetar a hidratação e o endurecimento do cimento.

Segundo Hummel (1966) os agregados são compostos por todos os materiais que possuem

resistência própria (resistência do grão), e que não perturbam e nem afetam de maneira

significativa o endurecimento do cimento e ainda garantem aderência suficiente com a pasta

de cimento. Conforme Silva Jr (1956) os agregados são classificados em naturais e artificiais.

Os naturais podem ser areias, pedregulhos, cascalhos ou seixos rolados. Os artificiais

geralmente são pedras britadas procedentes de jazidas naturais, materiais processados

termicamente tais como argila, escória de alto-forno, cinza volante e folhelho (xisto argiloso)

expandidos, que são usados para a produção de concreto leve.

De acordo com Durante (2000), com relação ao tamanho de grãos, os agregados podem ser

divididos em graúdos, que são partículas maiores do que 4,8 mm, e miúdos, que são partículas

menores do que 4,8 mm. Quando a dimensão máxima é acima de 38 mm em concretos de

elevada resistência à compressão, se vê presente riscos da ocorrência de resultados

desfavoráveis, pois grãos maiores têm menor área de contato agregado/pasta e propiciam

tensões de contato mais elevadas. Também, agregados mais resistentes produzem, para uma

mesma relação água/cimento, concretos mais resistentes.

Para Ribeiro et al. (2002) as rochas podem ser classificadas de acordo com a origem em três

grupos principais: ígneas, sedimentares e metamórficas; estes grupos são ainda subdivididos

de acordo com a composição química e mineralógica, textura ou granulação, e a estrutura

cristalina. Dentre as rochas utilizadas como agregado para concreto, destaca-se o gnaisse.

30

3.5.2.1 Gnaisse

Conforme Giacomini et al. (2009) o gnaisse é uma rocha resultante da deformação de granitos

ou de sedimentos arcóseos. É uma das rochas mais antigas do mundo. Sua composição é de

diversos minerais, mais de 20% de feldspato potássico, plagioclásio, e ainda quartzo e biotita.

Possui grande variação mineralógica e grau metamórfico, é hoje amplamente empregada

como brita na construção civil e pavimentação, além do uso ornamental (UNIVERSIDADE

ESTADUAL PAULISTA, 2010). A Figura 5 apresenta uma das variantes do gnaisse.

Figura 5 - Rocha de gnaisse

Fonte: Giacomini et al. (2009)

3.5.2.2 Areia

Segundo Wentworth apud Modenesi e Toledo (1993) a areia é um fragmento mineral de

dimensões que variam entre 0,062 mm e 2 mm de diâmetro. A areia pode ser também uma

rocha sedimentar dendritica não consolidada. Os grãos de areia são majoritariamente

constituídos por quartzo, podendo também, ser constituídos por outros minerais, dependendo

da rocha que lhes deu origem e da quantidade de transporte e alteração a que foram

submetidos.

31

3.6 Deterioração do concreto por reações químicas

Degradações químicas sofridas pelo concreto geralmente são provocadas pelas interações

químicas entre os agentes agressivos presentes no meio ambiente externo e os constituintes da

pasta de cimento ou por reações internas. As mais comuns e presentes em algumas patologias,

são a reação álcali-agregado e a de hidratação retardada de CaO e MgO cristalinos, quando

presentes em quantidades excessivas no cimento Portland. (DNIT, 2006). Estas reações

químicas se manifestam através de deficiências físicas do concreto, tais como aumento da

porosidade e da permeabilidade, diminuição da resistência, fissuração e lascamento.

3.6.1 Reação Álcali-Agregado

A Reação Álcali-Agregado (RAA) é um dos fenômenos mais importantes que podem

provocar deterioração do concreto. De acordo com Mesquita (2000), esta é a reação química

entre os constituintes do agregado e os hidróxidos alcalinos dissolvidos na solução do

concreto. Pode ser dividida em três tipos: Reação Álcali-Sílica (RAS), Reação Álcali-Sílica-

Silicato (RASS), também chamada de Reação Álcali-Silicato, e Reação Álcali-Carbonato

(RAC). A reação álcali-agregado é a reação entre a sílica reativa contida nos agregados, a cal

liberada pelo cimento, e os álcalis (sódio e potássio) da pasta de cimento. Os vários tipos de

sílica presentes nos agregados reagem com os íons hidroxila, presentes nos poros do concreto.

A sílica dissolvida reage com os álcalis sódio e potássio formando um gel de álcali-sílica,

altamente instável.

Uma vez formado, o gel começa a absorver água e a expandir-se, ocupando um volume maior

que os materiais que originaram a reação. Esta água absorvida pelo gel pode ser parte da que

não foi usada para a hidratação do cimento, água existente no local (reservatório, água de

chuva e, até mesmo, água condensada da umidade do ar). Se o gel estiver confinado pela pasta

de cimento seu inchamento implica na introdução de tensões internas que, eventualmente,

podem causar fissuras no concreto (MESQUITA, 2000).

A intensidade e a velocidade da RAA e a grandeza das deformações dependem de muitos

32

fatores, entre os quais citamos: i) quantidade e características dos agregados reativos

utilizados; ii) níveis de álcalis do cimento; iii) temperatura ambiente; iv) disponibilidade de

umidade; v) dosagem do concreto; vi) permeabilidade da pasta de cimento hidratada; vii)

presença ou não de adições minerais (MESQUITA, 2000).

A RAA isoladamente, não leva uma estrutura de concreto a um colapso repentino, pois é um

fenômeno que se desenvolve ao longo de anos. Esse fato sempre tem permitido que sejam

tomadas medidas corretivas antes que possa ocorrer um acidente. Isso reforça a importância

da realização de inspeções periódicas na estrutura (SINDIPEDRAS, 2007).

De acordo com Andriolo (1999) os principais sintomas da RAA são: micro fissuras no

concreto, fissuras nas proximidades da superfície dos agregados graúdos, podendo ocorrer

também na interface; presença de gel exsudando ou preenchendo vazios do concreto; fissuras

características na superfície.

Conforme Pinheiro (2003) os agregados, como um todo ou em parte, podem provocar efeitos

danosos ao concreto devido à RAA. Os ensaios de caracterização do grits são necessários para

a melhor compreensão do comportamento do concreto produzido com este agregado. A NBR

15577 (2009) indica na parte 4 o método para avaliação da reatividade de agregados frente a

uma solução alcalina de NaOH. Esta mesma norma indica em sua parte 5 a metodologia para

avaliação da eficiência dos cimentos com adição de pozolanas ou escórias de alto-forno em

inibir a expansão de agregados considerados potencialmente reativos pela metodologia

preconizada na NBR 15577 (2009) parte 4.

3.6.1.1 Reação álcali-sílica (RAS)

De acordo com Kihara (1986) a reação álcali-sílica é a RAA que ocorre mais rapidamente e é

a mais conhecida. Para Kihara (1986) e Hobbs (1988) os principais minerais reativos do grupo

das sílicas são: i) vidros naturais de origem vulcânica; ii) vidros artificiais, tipo pirex; iii)

opala; iv) calcedônia; v) cristobalita; vi) tridimita.

33

3.6.1.2 Reação álcali-silicato (RASS)

Conforme a NBR 15577 (2008) a reação álcali-silicato é um tipo particular de reação álcali-

sílica, em que participam os álcalis e algum tipo de silicato presente nos minerais. Segundo

Hobbs (1988) e a NBR 15577 (2008) os silicatos reativos mais comuns são os minerais do

grupo dos filossilicatos (presentes, entre outros, em ardósias, filitos, gnaisses, granulitos,

quartzitos e xistos) e os quartzos tensionados por processos tectonicos ou metamórficos.

3.6.1.3 Reação álcali-carbonato (RAC)

Segundo NBR 15577 (2008) a reação álcali-carbonato é um tipo de RAA em que participam

os álcalis e agregados rochosos carbonáceos. Neste caso não há a formação do gel expansivo,

mas de compostos cristalinos como a brucita, carbonatos alcalinos, carbonatos calcários e

silicato magnesiano. A deterioração do concreto se dá através da desdolomitização, que

ocasiona a alteração da estrutura do calcário e consequente aumento de volume. Conforme

Kihara (1986) está reação é completamente distinta das reações álcali-sílica (RAS) e álcali-

silicato (RASS).

3.6.2 Hidratação do MgO e CaO cristalinos

A hidratação do MgO e CaO cristalinos quando presentes em grandes quantidades no

cimento, podem causar expansão e fissuração no concreto.

De acordo com Machado (2000), com relação ao MgO, os efeitos nocivos de sua expansão e

presença de grandes quantidades no cimento foi reconhecida na França, quando o colapso de

várias pontes de viadutos de concreto foi atribuído a este fator, e na Alemanha, que foi

forçada a reconstruir um edifício, pelos mesmos motivos. O percentual de MgO que, nos

exemplos citados, chegava a 30%, hoje é da ordem de 6%.

34

Ao se hidratar, o óxido de magnésio (MgO), forma o hidróxido de magnésio ou brucita

(Mg(OH)2). O processo de hidratação do óxido ocorre de acordo com a equação 6.

MgO(s) + H2O(l) → Mg(OH)2(s) (6)

O resultado da formação deste composto gera expansão devido às tensões criadas pela

diferença de volume molar entre o óxido e o hidróxido.

Ainda segundo Machado (2000), o CaO, que também pode ser nocivo, tem, da mesma forma,

seu percentual limitado. Este, ao se hidratar, forma o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) cujo

cristal tem maior volume. O processo de hidratação do óxido ocorre de acordo com a equação

7.

CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s) (7)

Esse aumento de volume ocasiona expansão, fissuração e em alguns casos leva a pulverização

do concreto devido às tensões criadas pela diferença de volume molar.

3.7 Deterioração por desgaste superficial

A pasta de cimento endurecido, não possui alta resistência ao atrito. Dessa forma, sob

condições de ciclos repetidos de atrito, a vida útil do concreto pode diminuir,

preferencialmente se a pasta de cimento possui alta porosidade ou baixa resistência, e é

inadequadamente protegida por um agregado com baixa resistência ao desgaste.

De acordo com Metha e Monteiro (1994), para se obter resistência à abrasão em superfície de

concreto, a resistência mínima recomendada pelo comitê 201 do American Concrete Institute

(ACI), deve ser de 28 MPa. Em condições muito severas, recomenda-se além do uso de

agregados com alta dureza, um mínimo de 41 MPa com cura adequada. Com estas

recomendações é possível atingir resistências adequadas correlacionando uma baixa relação

a/c, granulometria apropriada, boas condições de adensamento e um mínimo conteúdo de ar

possível.

35

3.7.1 Ensaio de abrasão “Los Angeles”

Segundo Leite (2001) o ensaio de perda por abrasão dos agregados permite avaliar a

qualidade do material a ser utilizado na produção do concreto, pois o mesmo determina a

resistência à fragmentação por choque e atrito das partículas do agregado graúdo. No ensaio

de abrasão “Los Angeles” pode-se obter informações sobre a resistência mecânica dos

agregados, principalmente a fragmentação e atrito. Os resultados do ensaio são indicadores da

qualidade dos materiais (LIMA, 1999). De acordo com Neville (1997) o ensaio de abrasão

“Los Angeles” apresenta boa correlação com a resistência à abrasão do agregado no concreto

e também uma boa correlação com a resistência à compressão axial simples e à tração na

flexão.

3.8 Utilização de agregados alternativos

De acordo com Sjöström, apud John (2000), a construção civil consome entre 14% a 50% dos

recursos naturais que são extraídos na terra, sendo que no Brasil este consumo representa

14,5% do PIB, (FIESP, 1999). John (2000) afirma que, o consumo estimado de agregados

para concreto e argamassa no Brasil é em torno de 210 milhões de toneladas por ano, sem

considerar o consumo para pavimentação e as perdas. Já para John (2001) e Terry (2004) a

indústria da construção civil é responsável pela geração de aproximadamente 40% dos

resíduos sólidos na economia. De acordo com Pinto (1999) os custos de implantação de uma

usina de reciclagem de resíduos de construção e demolição amortizam-se entre 1 e 2 anos,

quando realizado pelo setor público. Em Belo Horizonte/MG o investimento realizado na

usina de reciclagem Estoril foi amortizado em 6,3 meses. Em condição similar, a usina de

reciclagem de Ribeirão Preto/SP amortizou 2,5 vezes o valor investido em um período de 32

meses. Estes números demonstram que a indústria da construção civil tem um grande

potencial para se trabalhar estes conceitos, pois utiliza intensamente os recursos naturais e

pode utilizar resíduos sólidos provenientes da indústria em diversas etapas e produtos.

36

3.8.1 Utilização do resíduo de construção e demolição (RCD)

Vários estudos tem sido realizados para avaliar a utilização do RCD na indústria da

construção civil. As principais utilizações do RCD são como material para enchimento de

aterros, como material drenante, como agregado para novos concretos e como material de

base e sub-base em estradas (XIAO, SUN e FALKNER, 2006). Segundo Weil, Jeske e

Schebek (2006) a Alemanha é um exemplo de utilização do RCD como agregado para o

concreto estrutural, onde já se demonstrou através de pesquisas sua viabilidade para este fim,

inclusive com a criação de normas para sua utilização. Para permitir a utilização de agregados

alternativos na construção civil Castilho et. al (1996) realizaram a caracterização do resíduo

sólido industrial em Santa Catarina. Semelhantemente Carneiro et al. (2000) caracterizaram o

RCD da cidade de Salvador/BA.

Para Achtemichuk et al. (2009) é viável a produção de concreto magro utilizando-se RCD e

escória sem a adição de cimento Portland. Nesta mistura o endurecimento se dá através das

reações pozolânicas e hidráulicas entre a escória e o álcali residual presente no RCD. Neste

estudo foram obtidos concretos magros com resistência à compressão axial simples acima de

8,0 MPa.

Conforme Gayarre (2008) a resistência a compressão simples dos concretos produzidos com

agregados graúdos de RCD, em substituição parcial ou total do agregado graúdo natural, são

afetados principalmente pela qualidade dos RCD. A variação da resistência à compressão

axial simples foi pequena para os percentuais de substituição do agregado natural em

percentuais de 20%, 50% e 100% em massa, justificado pela ação do aditivo plastificante

utilizado e pela redução da relação água/cimento (a/c) efetiva causada pela absorção de parte

da água de amassamento pelo RCD.

De acordo com Miranda (2000), que pesquisou os fatores que influem na fissuração de

revestimentos de argamassa com RCD, o desempenho de agregados obtidos pela reciclagem

de RCD dependem de sua composição. Conforme Vegas et al. (2009) a utilização de RCD em

substituição de até 25% da areia natural na confecção de argamassas é viável, sem implicar

em perdas significativas das propriedades mecânicas, trabalhabilidade e retração. Até o limite

de 25% a substituição da areia natural por RCD não necessita de novos aditivos ou de

37

aumento da dosagem dos aditivos habituais. Segundo Vieira, Dal Molin e Lima (2004) a

utilização de RCD na produção do concreto não afeta sua resistência à compressão axial

simples e sua durabilidade, ressalvando-se a necessidade de se dosar este agregado

convenientemente, sendo também de suma importância o tratamento dos resíduos, desde o

beneficiamento, caracterização e utilização dos mesmos.

Conforme Leite (2001), avaliando as propriedades mecânicas dos concretos produzidos com

RCD, as utilizações de agregados miúdos e graúdos reciclados apresentaram resistência à

compressão axial simples pouco menores que os concretos de referência ou aumentos de

resistência à compressão axial simples para os traços de concreto com ralação a/c acima de

0,45. Segundo Modler e Pozzobon (2008) os concreto elaborados com a substituição de 50%

e 75% de agregados naturais por RCD apresentaram o mesmo comportamento do concreto de

referência quando avaliadas a absorção de água do concreto, resistência à compressão axial

simples e resistência à tração. Neste estudo a relação a/c foi ajustada para manter o slump do

concreto constante.

Para Buttler (2003) a utilização de RCD reciclados logo após a sua geração contribui para a

melhoria das propriedades mecânicas do concreto, em razão da existência de grande

quantidade de partículas não hidratadas de cimento. Estes concretos obtiveram resistência à

compressão axial simples e resistência à tração superiores aos concretos com agregados

naturais. Conforme Ferrari e Morotti (2008) a confecção de concreto com 30% em massa de

RCD apresentou resistência à compressão axial simples 21% superior ao concreto com 100%

de agregados naturais, e a utilização de 100% de RCD produziu concreto com resistência a

compressão axial simples 7% inferior ao concreto com 100% de agregados naturais. Segundo

Kou e Poon (2009) a utilização de RCD em substituição ao agregado natural miúdo e graúdo

mostrou-se viável. Para uma substituição de 25% e 50% de agregado miúdo por RCD foram

obtidos os valores máximos de resistência à compressão axial simples e de resistência à

tração.

De acordo com Juan e Gutiérrez (2004) a substituição de agregados graúdos naturais por

agregados graúdos de RCD reduz a resistência à compressão axial simples do concreto,

principalmente quando em taxas elevadas. Zordan (1997) utilizou RCD como agregado para o

concreto, obtendo resistência até 50 % inferior à resistência do concreto de referência, quando

comparados concretos nos quais foi estabelecido como parâmetro de dosagem o slump do

38

concreto, variando-se neste caso as relações a/c e os consumos de cimento das misturas.

A utilização de RCD como agregado de concreto deve ser avaliada quanto a presença de

contaminantes, notadamente cloretos e sulfatos. Estes contaminantes não afetam a resistência

do concreto quando comparados com RCD sem contaminantes e podem ser retirados do RCD

através de lixiviação. Entretanto a presença destes contaminantes no RCD afeta a durabilidade

do concreto negativamente (DEBIEB et al., 2010).

3.8.2 Utilização de resíduos diversos e materiais alternativos

Visando a valorização do resíduo de extração da pedra mineira (quartzito), que podem

representar até 80% do volume extraído, Pinheiro (2003) estudou sua utilização como

agregado para concreto, concluindo pela viabilidade de sua utilização em diversas aplicações

do concreto. Conforme Alves (2008) os concretos com adição do resíduo de polimento de

granito apresentaram diminuição em sua porosidade e permeabilidade, proporcionando

melhoria de suas propriedades no estado endurecido quando comparados com os concretos de

referência. Esta melhoria está relacionada ao efeito fíller (preenchimento) do resíduo de

polimento de granito.

Para Hoppen et al. (2005) os traços de concreto contendo até 5% de lodo de Estação de

Tratamento de Água (ETA) em substituição à areia natural podem ser aplicados em situações

que vão desde a fabricação de artefatos, blocos e peças de concreto até a construção de

pavimentos rígidos em concreto de cimento Portland. Para teores acima de 5%, a sua

utilização é mais restrita, em razão da baixa trabalhabilidade. Conforme Souza (2010) a

utilização de lodo de ETA, serragem de pinus e água formando um compósito leve para

utilização como agregado graúdo do concreto resultou em um concreto leve não estrutural

com resistência à compressão axial simples de 11,1 MPa, resistência à tração de 1,2 MPa e

absorção de água de 8,7%. Este concreto mostrou-se eficiente na imobilização do alumínio

contido no lodo da ETA. A concentração de alumínio no extrato solubilizado do concreto

produzido com o compósito leve do estudo foi de 19,96 mg/l, contra uma concentração de

alumínio no lodo da ETA de 11.100 mg/l.

39

Estudos realizados por Flyhammar e Bendz (2006) avaliaram os efeitos acumulados de 15

anos de lixiviação dos leitos e sub-bases em construções de estradas pavimentadas com

ombros permeáveis onde foram utilizadas cinzas volantes de incineração de RSU. Os

resultados obtidos são importantes para a modelagem do processo de lixiviação em condições

de campo. De acordo com Saikia et al. (2007) a produção de clínquer de cimento Portland a

partir de cinzas volantes de incineração de (RSU) mostraram que mais de 44% das cinzas

volantes dos RSU com a adição de pequenas quantidades de sílica e óxido de ferro podem ser

usados para produzir clínquer de cimento Portland. A quantidade de CaCO3 necessária para a

produção de clínquer (aproximadamente 50%) também é menor do que a necessária para o

processo convencional (mais de 70%). Segundo Lam, et al. (2010) revisando os processos de

incineração de RSU e a utilização das cinzas oriundas do processo na construção civil,

industria química e agricultura Muitas aplicações das cinzas da incineração de RSU ainda

estão sob investigação. Os problemas ambientais e técnicos têm desencorajado a reutilização

destas cinzas. Mesmo com o aumento do custo total da incineração, o pré-tratamento do RSU

ou pós tratamento das cinzas permite que estas sejam utilizadas. Qualquer uma das aplicações

seria uma grande contribuição para minimizar o desperdício, além de proporcionar uma

alternativa para os aterros.

Segundo Ahmedzade e Sengoz (2009) avaliando a substituição a fração grossa de agregados

de calcário por escória de aciaria na produção de concreto betuminoso usinado a quente

(asfalto), esta substituição melhorou as propriedades mecânicas e de condutividade elétrica da

mistura, indicando que a escória de aciaria tem excelentes propriedades para a realização

desta substituição. Conforme Velasquez et al. (2009) a utilização de resíduos da mineração da

taconita (minério de ferro) como agregado na produção de concreto betuminoso usinado a

quente (asfalto) melhora as propriedades mecânicas do mesmo quando combinados com

agregados calcários ou graníticos, permitindo a valorização do resíduo e a diminuição da

demanda sobre os agregados convencionais. A utilização de escória de aciaria como agregado

no concreto betuminoso usinado a quente (asfalto) foi estudada como alternativa a deposição

desta escória em aterros. Este estudo é de grande impacto para o meio ambiente da China e

concluiu que a escória de aciaria promoveu uma melhora na qualidade do asfalto produzido.

Esta abordagem é capaz de produzir ganhos econômicos e ambientais (WU et al., 2007).

Para Moura (2000) a utilização de escória de cobre moída até o tamanho médio dos grãos de

materiais pozolânicos apresenta um resultado ótimo para o teor de 20%. Esta escolha deste

40

teor foi feita com base nos resultados de resistência à compressão axial simples, aos 28 dias,

de argamassas produzidas com teores de adição 10%, 20% e 30%. De acordo com Silva Filho

et al. (2002) avaliando a utilização da escória de ferro-cromo como agregado graúdo para o

concreto, esta foi classificada como resíduo classe II pela metodologia da NBR 10004 (1987).

A escória de ferro-cromo foi avaliada em suas propriedades físicas e químicas e apresentou

propriedades compatíveis para utilização como agregado graúdo para concreto.

Conforme Maslehuddin et al. (2003) os concretos produzidos com escória de aciaria de forno

elétrico como agregado apresentaram resultado superior quando comparados com concretos

produzidos com agregado de rocha calcaria quando avaliados a permeabilidade, a estabilidade

dimensional e corrosão das armaduras. Os resultados indicaram uma maior durabilidade dos

concretos produzido com escória de aciaria. Segundo Faraone et al. (2009) a utilização de

escória de aciaria para produção de argamassas melhora a resistência à compressão axial

simples da mesma. Concretos produzidos com substituição parcial ou total da areia por

escória de aciaria de forno elétrico tiveram a resistência à compressão axial simples

melhorada quando a escória de aciaria é utilizada em substituição de areia em teores de até

30%. Quando os valores ótimos são usados, a resistência à tração do concreto é melhorada

entre 40% e 140% e a resistência à compressão é melhorada entre 10% e 39%, para idade de

28 dias (QASRAWI et al., 2009). De acordo com Nascimento (2007) a utilização de escória

de aciaria elétrica como substituto total dos agregados convencionais (areia e brita) é possível

para obras que não sejam de responsabilidade ou para concretos não estruturais.

Para Barbosa et al. (2004) a utilização de finos basálticos como filler na produção de concreto

auto adensável é uma alternativa viável. Conforme Alhadas (2008) as características do

agregado graúdo de diferentes origens mineralógicas exerceram influência significativa tanto

na resistência à compressão axial simples quanto no módulo de deformação dos concretos

estudados. A análise comparativa dos valores medidos do módulo de deformação com as

equações previstas nos documentos normativos revela que estas são seguras e conservativas,

estimando valores menores que os medidos para os concretos estudados.

Estudos realizados por López et al. (2005) demonstraram que com a substituição de 5% em

peso do agregado fino (areia) por vidro numa granulometria entre 150-300 μm houve um

aumento de aproximadamente 60% na resistência à compressão axial simples do concreto

fabricado, que seria devido à diminuição da porosidade do concreto. A utilização de outras

41

faixas granulométricas acarretou aumentos menores, porém superiores aos valores

apresentados pelo concreto de referência. Por outro lado, a adição de vidro moído na

granulometria entre 150-300 μm em percentagens de até 20% sobre o peso do agregado fino

(areia) apresentou uma resistência à compressão axial simples 56,6% superior à do material

de referência com a adição de 5% em peso de vidro fino sobre o peso da areia. Acima deste

teor, houve uma diminuição da resistência à compressão do concreto. Este comportamento

seria influenciado pelo aumento da quantidade de material seco que deveria ser hidratado e o

aumento do número de vazios na massa de concreto.

De acordo com Giacobbe (2008) para a avaliação do comportamento do concreto com adição

de borracha reciclada de pneus é possível a utilização de uma curva baseada na teoria de

Abrams, em que a borracha incorporada pode ser correlacionada juntamente com a água. O

estudo realizado evidenciou uma aderência à teoria de Abrams com índice de correlação

próximo a 0,96. Segundo Freitas et al. (2009) a utilização de fibras de borracha reciclada de

pneus como agregado miúdo no concreto em substituição parcial da areia reduziu suas

resistências à compressão axial simples e à tração. Estes concretos, entretanto, apresentaram

boa resistência de aderência, sendo superior ao concreto de referência para 5% em massa

(calculado pela massa da areia). Para o ensaio de desgaste abrasivo os concretos com 5%,

10% e 15% de borracha apresentaram resultado superior ao do concreto de referência. Estes

resultados indicam o concreto com 5% de fibras de borracha como um bom material de reparo

em superfícies hidráulicas.

Vários estudos foram realizados para avaliar-se a utilização do grits, objetivando seu

aproveitamento. De acordo com Pereira et al. (2006a) o grits [...] apresentou potencial

significativo como estabilizante dos solos [...]. A adição do grits permitiu ganhos de

resistência mecânica nos solos, principalmente para os de textura areno-silito-argilosa. Os

resultados obtidos para misturas com teores superiores a 8% de grits as qualificam como

camadas de sub-base para pavimentos flexíveis segundo o método do Departamento Nacional

de Infra-estrutura de Transportes (DNIT). Segundo Machado et al. (2007) O grits apresentou-

se potencialmente utilizável como agente estabilizante de solo (latossolo) para pavimento de

estradas florestais, sendo mais eficiente após o tratamento térmico do grits a 600ºC. Conforme

Machado et al. (2009), dentro do comportamento geotécnico de misturas granulométricas de

solo-grits os resultados apontaram que a fração fina do grits é a mais importante para ganhos

de resistência mecânica, demonstrando a sua importância na reatividade das misturas, sendo

42

que a fração pedregulho exerce menor influencia nos ganhos de resistência mecânica dos

solos.

De acordo com Pereira et al. (2006b) a compactação da mistura solo-grits logo após a mistura

apresentou resistência mecânica superior quando comparado com tempos de cura de até 6

horas. Conforme Pereira et al. (2006c) analisando a resistência mecânica da mistura solo-grits

com períodos de cura de até 90 dias após a compactação obteve valores distintos para as 2

amostras de solo utilizadas. As amostras de solo utilizadas foram: o solo lateritico (latossolo

vermelho-amarelo) denominado solo 1 e o solo saprolítico (coloração acinzentada e textura

arenosa) denominado solo 2. As misturas solo 1-grits não obtiveram taxas de incremento na

resistência dessas misturas em função do período de cura, com as melhores respostas obtidas

nas misturas não-curadas, considerando-se as energias de compactação intermediária e

modificadas. Excetuando as misturas compactadas na energia modificada, em que ocorreram

ganhos no período de 90 dias de cura após a compactação. Para as misturas solo 2-grits

compactadas na energia intermediária, a cura não surtiu efeito em termos de ganhos de

resistência. com melhores respostas obtidas nas misturas não-curadas, Para a compactação na

energia modificada, essas mesmas misturas tiveram ganhos significativos de resistência

mecânica quando curadas.

O estudo proposto por Pinto (2005) para a valorização de resíduos da indústria de celulose na

produção de agregados leves concluiu que a melhor utilização para os grits será na aplicação

como cobertura dos aglomerados e não na matriz argilosa dos agregados leves. Na avaliação

das propriedades do grits como cobertura os estudos mostraram que o material ficou menos

poroso, o que indica que o grits pode simular o efeito de cobertura da calcita ou dolomita no

processo industrial. O tratamento do grits através de crivagem o moagem permitiram a sua

incorporação em cimento como aditivo na produção do mesmo em escala laboratorial. Em

teores de grits de até 5 % não alterou significativamente os valores de resistência mecânica e

os impactos previstos na composição do cimento, quanto a sulfatos e óxido de sódio (Na2O),

são inferiores aos valores admissíveis (MODOLO, 2006). Conforme Martins (2006) a

caracterização química e mineralógica do grits indica que o mesmo pode ser utilizado em

substituição do hidróxido de cálcio, neutralizante geralmente utilizado para o tratamento do

efluente do branqueamento ácido do processo Kraft. O grits pode contribuir para o aumento

da fertilidade e calagem do solo.

43

4 MATERIAIS E MÉTODOS

A seguir são apresentados os materiais e métodos utilizados.

4.1 Programa experimental

O programa experimental foi estabelecido em duas etapas. Na primeira etapa foi realizada a

caracterização do grits para avaliação das possíveis aplicações ou restrições à sua utilização.

Na segunda etapa foi definido traço de concreto padrão de baixa resistência constituído de

cimento, areia, brita 1 e água. Na manufatura dos concretos aqui analisados foram

confeccionados concretos com substituição de fração em massa do agregado graúdo

tradicionalmente utilizado, gnaisse, por agregado alternativo, grits, proveniente do processo

de produção de celulose. Para comparação dos resultados foi estabelecido um concreto de

referência, confeccionado com materiais de aplicação já difundida.

Foram definidos cinco traços com substituição da brita 1 por grits nas proporções de 25%,

50%, 75% e 100% em massa e com a mesma relação a/c um traço com a substituição de

100% em massa adotando uma alteração da relação a/c. Estes traços foram denominados de

C25, C50, C75, C100.1 e C100.2 respectivamente.

O traço do concreto de referência utilizado foi definido pela SOLUÇÃO Engenharia,

Consultoria e Tecnologia, localizada em Ipatinga/MG, para uma resistência caracteristica (fck)

de 11,0 MPa. Este traço de referência foi denominado C0. Os 6 traços de concreto foram

então determinados e estão apresentados na Tabela 5.

44

Tabela 5 - Traços utilizados nos corpos de prova dos concretos

TRAÇO Cimento Areia Brita 1 Grits a/c

C0 1 kg 3,378 kg 4,244 kg - 0,944

C25 1 kg 3,378 kg 3,183 kg 1,061 kg 0,944

C50 1 kg 3,378 kg 2,122 kg 2,122 kg 0,944

C75 1 kg 3,378 kg 1,061 kg 3,183 kg 0,944

C100.1 1 kg 3,378 kg - 4,244 kg 0,944

C100.2 1 kg 3,378 kg - 4,244 kg 1,044

Fonte: o autor (2010)

4.1.1 Tratamento estatístico dos resultados

Para os resultados de resistência à compressão axial simples foi utilizado o programa

computacional estatístico, Minitab 15 (2010) para a manipulação dos dados e análise dos

resultados. A técnica estatística utilizada para análise dos dados foi a Análise de Variância

(ANOVA – Analysis of Variance). O nível de significância adotado nas análise foi de 5%,

comumente utilizado na área da engenharia civil (ALVES, 2008)

4.2 Materiais

A coleta do grits foi realiza na empresa CENIBRA – Celulose Nipo-Brasileira S.A., situada

no município de Belo Oriente MG. A coleta foi realizada em dois pontos distintos de geração

do grits, em período de produção normal da fábrica de celulose. As amostras provenientes dos

dois pontos de coleta foram homogeneizadas e em seguida o material foi classificado segundo

sua granulometria, utilizando a metodologia da NBR 7211 (2009). Em razão da origem do

grits este apresenta soda cáustica (NaOH) residual. Para o manuseio seguro do grits o mesmo

foi submetido à lavagem com água corrente, até a eliminação da soda cáustica residual

presente na superfície do grits, em seguida o grits foi seco em estufa a 101ºC por 24 horas. A

45

Figura 6 mostra o aspecto do grits utilizado na preparação do concreto, em substituição ao

agregado natural gnaisse.

Figura 6 - Resíduo grits utilizado na manufatura dos concretos alternativos

Fonte: o autor (2010)

O agregado natural gnaisse utilizado na manufatura do dos concretos foi adquirido no

mercado local (leste de Minas Gerais), em forma de brita 1. O material foi classificado

segundo sua granulometria, utilizando a metodologia da NBR 7211 (2009). A Figura 7

mostra o aspecto da brita 1 utilizada na preparação do concreto.

Figura 7 - Brita 1 utilizada na manufatura dos concretos

Fonte: o autor (2010)

46

O agregado miúdo areia foi adquirida no mercado local (leste de Minas Gerais). O material

foi classificado segundo sua granulometria, utilizando a metodologia da NBR 7211 (2009).

Neste trabalho foi utilizado o cimento Portland de alto forno CP III-40-RS. O cimento foi

adquirido no mercado local (leste de Minas Gerais) em saco de papel kraft de 50 kg. Este

cimento foi escolhido por se tratar do cimento mais tradicionalmente utilizado na região,

sendo produzido em município pertencente a micro região do Vale do Aço.

4.3 Caracterização física dos agregados

Os ensaios de caracterização física dos agregados gnaisse e areia foram realizados no

Laboratório de Controle Tecnológico de Concreto da SOLUÇÃO Engenharia, Consultoria e

Tecnologia, localizado em Ipatinga/MG. Para o grits foi realizado o ensaio de granulometria,

executado no Laboratório de Tecnologia de Materiais, do UnilesteMG. Todos estes ensaios

seguem as normas ABNT detalhadas na Tabela 6.

Tabela 6 - Normas utilizadas para realização dos ensaios em agregados

Norma Descrição Características

NBR 7211

(2009)

Agregados para concreto - Especificação Granulometria, Módulo de

Finura, Diâmetro Máximo

NBR 7218

(2010)

Agregados - Determinação do teor de argila

em torrões e materiais friáveis

Teor de Argila

NBR NM46

(2003)

Agregados - Determinação do material fino

que passa através da peneira 75 um, por

lavagem

Materiais Puvurulentos

NBR NM49

(2001)

Agregado miúdo - Determinação de impurezas

orgânicas

Impurezas Orgânicas

NBR NM52

(2009)

Agregado miúdo - Determinação de massa

específica, massa específica aparente

Massa Específica, Massa

Unitária, Absorção

Fonte: o autor (2010)

47

4.3.1 Caracterização física do grits (objeto deste estudo)

Na primeira etapa deste trabalho foram enviados à Associação Brasileira de Cimentos

Portland (ABCP) 25 Kg do grits e 5 Kg de Cimento Portland de Alto Forno - CP-III-40-RS

para a realização dos ensaios de Reatividade Álcali-Agregado conforme métodos indicados na

norma NBR 15577 (2009) partes 4 e 5, Abrasão de “Los Angeles”conforme métodos

indicados na norma NBR NM51 (2001).

Para os ensaios de Reatividade Álcali-Agregado quando o resultado do ensaio acelerado

indica expansão menor que 0,19% aos 30 dias, equivalente a 28 dias de cura em solução

alcalina, o agregado é considerado potencialmente inócuo. Para a avaliação da mitigação da

reação álcali-agregado pelo método acelerado considera-se que a comprovação da mitigação

da reação é obtida quando a expansão for menor que 0,10% aos 16 dias, equivalente a 14 dias

de cura em solução alcalina.

Para o ensaio de abrasão “Los Angeles” o limite máximo de perda de massa deve ser inferior

a 50%.

4.4 Abatimento de tronco de cone e resistência à compressão axial simples dos concretos

Na segunda etapa foram realizados os ensaios de caracterização do concreto. Estes ensaios

foram realizados no Laboratório de Controle Tecnológico de Concreto da Solução

Engenharia, Consultoria e Tecnologia, localizado em Ipatinga/MG. Todos os ensaios

seguiram as normas da ABNT detalhadas na Tabela 7.

Tabela 7 - Normas utilizadas para realização dos ensaios nos concretos

Norma Descrição Características

NBR 5739

(2007)

Concreto - Ensaios de compressão de corpos-

de-prova cilíndricos

Resistência à Compressão

NBR NM67

(1998)

Concreto - Determinação da consistência pelo

abatimento do tronco de cone

Slump

Fonte: o autor (2010)

48

O ensaio de determinação da consistência de abatimento de cone, denominado neste estudo de

“Slump Test”, foi realizado com o objetivo de avaliar o comportamento do concreto com a

substituição da brita 1 pelo grits. Segundo Neville (1997) a trabalhabilidade é um dos

parâmetros mais importantes para a determinação da dosagem do concreto. Segundo Metha e

Monteiro (1994) a resistência à compressão axial simples é geralmente considerada como

sendo o principal parâmetro de avaliação do concreto, sendo a resistência à compressão axial

simples aos 28 dias aceita universalmente como um índice da resistência.

4.5 Manufatura dos concretos

A manufatura dos concretos foi realizada em betoneira tradicional adotando-se uma sequência

especifica de colocação dos materiais e tempo de mistura, apresentados na Tabela 8.

Tabela 8 – Sequência de preparação dos concretos

Sequência Material Tempo de mistura

1 Agregado graúdo -

2 Agregado miúdo 1 minuto

3 50% da água de amassamento 1 minuto

4 Cimento 1 minuto

5 50% da água de amassamento 5 minutos

Fonte: o autor (2010)

Os corpos de prova para os ensaios de resistência à compressão axial simples foram moldados

em forma plásticas cilíndricas de 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura. A betoneira utilizada

pode ser vista na Figura 8.

49

Figura 8 - Betoneira utilizada para manufatura dos concretos

Fonte: o autor (2010)

4.6 Moldagem e cura dos corpos de prova dos concretos

Os corpos de prova para os ensaios de resistência à compressão axial simples foram moldados

em forma plásticas cilíndricas de 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, conforme a NBR 9941

(1989). A Figura 9 apresenta os CP’s logo após a moldagem dos mesmos.

Figura 9 - Corpos de prova dos concretos recém moldados

Fonte: o autor

Após 24 horas os CP’s foram desmoldados e submetidos à cura em tanque de água por 3 dias.

Após este período os CP´s selecionados para ensaio a 28 dias foram retirados do tanque de

50

cura e submetidos à cura em câmara úmida. A Figura 10 apresenta os CP’s imersos em tanque

de água.

Figura 10 - Corpos de prova dos concretos em tanque de água

Fonte: o autor (2010)

4.7 Realização do “Slump Test”

O “Slump Test” dos concretos foram realizados para os seis traços de concreto utilizados

neste trabalho, sendo executados conforme metodologia preconizada na NBR NM67 (1998).

A Figura 11 apresenta a execução do ensaio.

51

Figura 11 - Realização do “Slump Test”

Fonte: o autor (2010)

4.8 Rompimento dos corpos de prova

Os ensaios de resistência à compressão axial simples foram realizados conforme a NBR 5739

(1986). Para cada idade foram utilizados dois CP’s para cada traço, conforme metodologia

preconizada pela NBR 5739 (1986). Antes da realização dos ensaios as superfícies dos CP’s

das idades de 3 e 7 dias foram regularizadas através de capeamento com enxofre, para a idade

de 28 dias as superfícies foram retificadas. A Figura 12 apresenta o método de regularização

das superfícies dos CP’s através de retificação. A Figura 13 apresenta os CP’s após o

capeamento com enxofre de uma das superfícies.

52

Figura 12 - Retificação de superfície de corpo de prova de concreto para ensaio de resistência

à compressão axial simples

Fonte: o autor (2010)

Figura 13 - Capeamento de superfície de corpo de prova de concreto com enxofre para ensaio

de resistência à compressão axial simples

Fonte: o autor (2010)

53

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

A seguir são apresentados os resultados e discussão deste trabalho.

5.1 Resíduo grits

A seguir são apresentados os resultados e discussão dos ensaios realizados na primeira etapa

deste trabalho.

5.1.1 Abrasão “Los Angeles”

A tabela 9 apresenta o resultado do ensaio para determinação da abrasão “Los Angeles”.

Tabela 9 – Resultado do ensaio de abrasão “Los Angeles” do resíduo grits

Identificação das

amostras

Graduação

utilizada

Perda de

massa

Limite máximo de perda de massa

NBR 7211

ABCP 123729 B 56 % < 50 %

Fonte: ABCP (2009a)

O resultado obtido está acima do limite máximo de perda de massa determinado pela NBR

7211 (1986), concluindo-se assim que o grits não atende ao requisito da norma. Este resultado

é coerente com a observação visual da consistência do grits, que apresenta britas com

consistência firme concomitantemente com material com facilidade de esfarelar-se.

O resultado apresentado na tabela 9 indica que a utilização do grits como agregado graúdo

está restrita a casos onde a resistência a abrasão não seja um fator determinante, tais como: i)

concretos de enchimento, concretos para utilização em locais de pouca criticidade, como

contra pisos em locais que sofrerão revestimento posterior.

54

5.1.2 Reatividade álcali-agregado

Os ensaios para determinação da reatividade álcali agregado utilizando cimento padrão da

ABCP e cimento CP III apresentaram os resultados apresentados na tabela 10.

Tabela 10 - Variação dimensional das barras de argamassa em solução alcalina

Idade de cura agressiva (dias) Variações dimensionais médias (%)

NBR 15577-4 NBR 15577-5

2 0,00 0,00

5 0,00 0,00

7 0,00 0,01

9 0,00 0,01

12 0,00 0,01

14 0,00 0,01

16 0,00 0,01

19 0,00 0,01

21 0,00 0,01

23 0,00 0,01

26 0,00 0,01

28 0,00 0,02

Fonte: ABCP (2009b)

Os gráficos representando a variação dimensional média de cada ensaio estão apresentados

nas Figuras 14 e 15.

55

Figura 14 - Gráfico da evolução da expansão do corpo de prova de cimento e grits com o

tempo de cura em solução alcalina – NBR 15577-4

Fonte: ABCP (2009b)

Figura 15 - Gráfico da evolução da expansão do corpo de prova de cimento e grits com o

tempo de cura em solução alcalina – NBR 15577-5

Fonte: ABCP (2009b)

Os resultados apresentados na Tabela 10 indicam que o agregado é considerado

56

potencialmente inócuo, bem como a sua combinação com o cimento Portland CP III

tradicionalmente utilizado na região leste de Minas Gerais. A combinação de grits e cimento

Portland CP III também apresentou comprovação da mitigação da RAA, apresentando baixos

riscos de manifestações patológicas referentes à RAA.

5.1.3 Caracterização granulométrica

O resultado do ensaio granulométrico do grits é apresentado na Tabela 11.

Tabela 11 - Ensaio granulométrico do resíduo grits

Peneiras (mm) Quantidade (g) Retida (%) Acumulada (%)

32,000 total: 16100g 0,0 0,0

25,000 460 2,9 2,9

19,000 880 5,5 8,4

12,500 3600 22,4 30,8

9,500 3200 19,9 50,7

6,300 2800 17,4 68,1

4,800 1120 7,0 75,1

2,400 1320 8,2 83,3

2,000 289 1,8 85,1

1,000 818 5,1 90,2

0,600 445 2,8 93,0

0,425 216 1,3 94,3

0,300 161 1,0 95,3

0,250 260 1,6 96,9

0,180 287 1,8 98,7

0,150 55 0,3 99,0

0,125 35 0,2 99,2

0,075 88 0,5 99,7

fundo 48 0,3 100,0

Peso inicial: 20 Kg - Peso final (após lavagem e secagem a 101ºC durante 24 h): 16,1 Kg

Módulo de finura: 5,934

D máx: 25,000 mm

Fonte: o autor (2010)

57

O resíduo grits utilizado neste trabalho apresentou granulometria não enquadrada como brita

1 ou como brita 0. Com relação à brita de gnaisse, tipo 1, o resíduo grits apresentou maior

quantidade de frações mais finas e diâmetro máximo superior. O resultado do ensaio

granulométrico do grits e suas curvas granulométricas podem ser vistos no ANEXO A.

5.2 Gnaisse e areia

O resultado do ensaio granulométrico do gnaisse é apresentado na Tabela 12. A

caracterização física completa da brita 1 está apresentada no ANEXO B.

Tabela 12 - Ensaio granulométrico do gnaisse (brita 1)

Peneiras (mm) Quantidade (g) Retida (%) Acumulada (%)

32,000 total: 2000g 0,00 0,00

25,000 0 0,00 0,00

19,000 10 0,50 0,50

12,500 1049 52,45 52,95

9,500 832 41,60 94,55

6,300 100 5,00 99,55

4,800 2 0,10 99,65

2,400 0 0,00 99,65

2,000 0 0,00 99,65

1,200 0 0,00 99,65

0,600 0 0,00 99,65

0,300 0 0,00 99,65

0,150 0 0,00 99,65

fundo 7 0,35 100,00

Peso inicial: 2 Kg

Módulo de finura: 6,930

D máx: 19,0 mm

Fonte: o autor (2010)

A tabela 12 indica que a brita utilizada neste trabalho está de acordo com a curva

granulométrica da brita 1.

58

O resultado do ensaio granulométrico da areia é apresentado na Tabela 13. A caracterização

física completa da areia está apresentada no ANEXO C.

Tabela 13 - Ensaio granulométrico da areia

Peneiras (mm) Quantidade (g) Retida (%) Acumulada (%)

6,300 total: 500g 0,00 0,00

4,800 8,8 1,76 1,76

2,400 28,8 5,76 7,52

1,200 57,1 11,42 18,94

0,600 201,4 40,28 59,22

0,300 128,4 25,68 84,90

0,150 62,7 12,54 97,44

fundo 12,8 2,56 100,00

Peso inicial: 0,5 Kg

Módulo de finura: 2,698

D máx: 4,8 mm

Fonte: o autor (2010)

A tabela 13 indica que a areia utilizada neste trabalho está de acordo com a curva

granulométrica areia média.

5.3 Concretos no estado fresco

O resultado do “Slump Test” está apresentado na tabela 14.

Tabela 14 - Resultados do “Slump Test”

Traço Abatimento de tronco de cone (cm)

C0 3,00

C25 0,00

C50 0,00

C75 0,00

C100.1 0,00

C100.2 5,00

Fonte: o autor (2010)

59

A trabalhabilidade do concreto foi influenciada pela adição do grits. A Tabela 14 indica que a

partir da substituição de 25% da brita 1 por grits houve uma redução do abatimento do tronco

de cone de 3 cm para zero, indicando piora na trabalhabilidade do concreto. A figura 16

apresenta a medição do abatimento do tronco de cone do concreto do traço C0. A figura 17

apresenta a medição do abatimento do tronco de cone do concreto de traço C25.

Figura 16 – “Slump Test” do concreto traço C0

Fonte: o autor (2010)

Figura 17 – “Slump Test” do concreto traço C25

Fonte: o autor (2010)

Na sequência da manufatura dos concretos de traços C50, C75 e C100.1 a trabalhabilidade do

concreto foi se tornando mais difícil. Esta alteração não se refletiu diretamente no “Slump

Test” pois o abatimento para todos estes traços foi igual a zero. A alteração da

60

trabalhabilidade do concreto pode ser observada visualmente pelo aspecto do tronco de cone,

conforme observado na Figura 17 (relativa ao traço C25) e na Figura 18 (relativa ao traço

C100.1).

Figura 18 – “Slump Test” do concreto traço C100.1

Fonte: o autor (2010)

A alteração da relação água/cimento de 0,944 para 1,044 no traço C100.2 alterou

significativamente a trabalhabilidade do concreto. Esta alteração pode ser comprovada através

do “Slump Test” com a alteração do abatimento do tronco de cone do concreto para 5,00 cm.

O comportamento dos concretos durante a realização do “Slump Test” sugere que parte da

água de emassamento do concreto foi absorvida pelo grits, alterando a consistência dos

concretos conforme observado nas figuras 16, 17 e 18.

5.4 Análise sobre adensamento e desmoldagem do corpos de prova dos concretos

A manufatura dos CP’s refletiu a alteração da trabalhabilidade do concreto observada durante

a realização do “Slump Test”. O adensamento do concreto foi mais demorado à medida que o

percentual de grits no concreto aumentava. Para o traço C100.1 pode-se observar visualmente

61

um diferença na qualidade do adensamento. A Figura 19 apresenta a superfície dos CP’s de

traços C75 e C100.1 logo após a moldagem.

Figura 19 - CP’s dos concretos traços C75 e C100.1 após moldagem

Fonte: o autor (2010)

O comportamento dos concretos durante a realização do adensamento dos CP’s também

sugere que parte da água de emassamento do concreto foi absorvida pelo grits, alterando a

consistência dos concretos conforme observado na figura 19.

Ao realizar-se a desmoldagem dos CP’s pode-se observar o perfeito adensamento dos CP’s

dos traços C0, C25, C50, C75 e C100.2. Observou-se existência de bolhas nos CP’s do traço

C100.1. Este resultado é compatível com a alteração da trabalhabilidade do concreto

observada durante o “Slump Test” e a moldagem dos CP’s.

5.5 Resistência à compressão axial simples

Os resultados obtidos nos ensaios de resistência à compressão axial simples (rompimento dos

corpos de prova) estão apresentados na Tabela 15.

TRAÇO C100.1

TRAÇO C75

62

Tabela 15 - Resistência média à compressão do concreto

Traço Resistência média à compressão (MPa)

3 dias 7 dias 28 dias

C0 5,01 7,56 11,37

C25 6,39 8,93 12,77

C50 7,37 9,64 13,30

C75 6,58 8,18 11,19

C100.1 6,76 8,25 10,68

C100.2 4,10 5,81 7,66

Fonte: o autor (2010)

Os valores de rompimento dos concretos no ensaio de resistência à compressão axial simples

estão apresentados no ANEXO D.

A Figura 20 apresenta os resultados da Tabela 14 em forma de gráfico.

Figura 20 - Gráfico da resistência média à compressão do concreto

Fonte: o autor (2010)

Os resultados apresentados indicam uma curva com máximo de resistência à compressão axial

simples para o traço C50 (substituição de 50% em massa da brita 1 por grits). Para os traços

63

C75 e C100.1 (substituição de 75% e 100% em massa da brita 1 por grits respectivamente)

houve uma redução da resistência à compressão axial simples.

A resistência a compressão axial simples do traço C100.2 (substituição de 100% em massa da

brita 1 por grits e aumento da relação a/c de 0,944 para 1,044 apresentou o menor resultado do

grupo. Este comportamento é compatível com o predito por Neville (1997), segundo o qual a

resistência à compressão axial simples de um concreto de uma determinada idade depende de

dois fatores: i) grau de adensamento; ii) relação a/c. Este comportamento também se enquadra

nas predições de Metha e Monteiro (1994) e Otsuki et al. (2003), segundo os quais quanto

maior a relação a/c menor a resistência à compressão axial simples do concreto.

A Tabela 16 apresenta a variação percentual da resistência à compressão dos diversos traços

comparados com o concreto de referência (traço C0).

Tabela 16 - Variação da Resistência a Compressão em relação ao traço 1

Traço Variação da resistência à compressão em relação ao traço C0 (%)

3 dias 7 dias 28 dias

C25 27,54 18,12 12,31

C50 47,11 27,51 16,97

C75 31,34 8,20 -1,58

C100.1 34,93 9,13 -6,07

C100.2 -18,16 -23,15 -32,63

Fonte: o autor (2010)

A Figura 21 apresenta os resultados da Tabela 15 em forma de gráfico, para melhor

visualização.

64

Figura 21 - Variação da resistência média à compressão do concreto

Fonte: o autor (2010)

Os resultados da tabela 16 mostram que o ganho percentual de resistência à compressão axial

simples obtido na idade de 3 dias não se manteve para as idades de 7 e 28 dias, ficando as

resistências à compressão axial simples para estas idades mais próximas da resistência do

concreto de referência.

A análise de variância (ANOVA) foi realizada para as idades de 3, 7 e 28 dias separadamente

e estão apresentadas nas tabelas 17, 18 e 19 respectivamente.

Tabela 17 – Resultados da ANOVA para análise dos resultados do ensaio de resistência à

compressão axial simples na idade de 3 dias

FATOR GL SQ MQ F P

TRAÇO 5 15,050 3,010 21,26 0,001

ERRO 6 0,850 0,142 - -

TOTAL 11 15,900 - - -

S = 0,3763 R-Q = 94,66% R-Qaj = 90,20%

Nota: GDL = Graus de Liberdade SQ = Soma dos Quadrados MQ = Médias Quadradas

F = Relação F P = P-valores R-Q = R² R-Qaj = R² ajustado

Fonte: o autor (2010)

65

O resultado apresentado na tabela 17 para P (0,001) menor que 0,05, equivalente ao nível de

significância de 5%, indica que os valores são significativamente diferentes. O valor de R-Qaj

de 90,20% demonstra o correto ajuste dos resultados obtidos com o modelo estatístico.

Tabela 18 – Resultados da ANOVA para análise dos resultados do ensaio de resistência à

compressão axial simples na idade de 7 dias

FATOR GDL SQ MQ F P

TRAÇO 5 17,2877 3,4575 35,36 0,000

ERRO 6 0,5867 0,0978 - -

TOTAL 11 17,8744 - - -

S = 0,3127 R-Q = 96,72% R-Qaj = 93,98%

Nota: GDL = Graus de Liberdade SQ = Soma dos Quadrados MQ = Médias Quadradas

F = Relação F P = P-valores R-Q = R² R-Qaj = R² ajustado

Fonte: o autor (2010)

O resultado apresentado na tabela 18 para P (0,000) indica que os valores são

significativamente diferentes. O valor de R-Qaj de 93,98% demonstra o correto ajuste dos

resultados obtidos com o modelo estatístico.

Tabela 19 – Resultados da ANOVA para análise dos resultados do ensaio de resistência à

compressão axial simples na idade de 28 dias

FATOR GDL SQ MQ F P

TRAÇO 5 39,318 7,864 11,40 0,005

ERRO 6 4,137 0,690 - -

TOTAL 11 43,457 - - -

S = 0,8304 R-Q = 90,48% R-Qaj = 82,55%

Nota: GDL = Graus de Liberdade SQ = Soma dos Quadrados MQ = Médias Quadradas

F = Relação F P = P-valores R-Q = R² R-Qaj = R² ajustado

Fonte: o autor (2010)

O resultado apresentado na tabela 19 para P (0,005) indica que os valores são

significativamente diferentes. O valor de R-Qaj de 82,55% demonstra o ajuste adequado dos

66

resultados obtidos com o modelo estatístico.

Na figura 22 são apresentados os gráficos de resíduos para os concretos com idade de 3 dias.

Figura 22 – Gráficos de resíduos para resistência à compressão do concreto na idade de 3 dias.

(a) probabilidade normal, (b) resíduos versus valores ajustados, (c) histograma e (d) resíduos

versus ordem dos dados.

Fonte: o autor (2010)

A figura 22 (a) indica uma distribuição normal com média próxima de zero, a figura 22 (c)

apresenta a curva da distribuição dos resíduos. A figura 22 (b) exibe os resíduos com

variância constante. A figura 22 (d) demonstra a independência dos dados. Este

comportamento de resíduos mostra-se adequado às condições de normalidade do trabalho

realizado.

Na figura 23 são apresentados os gráficos de resíduos para os concretos com idade de 7 dias.

(a) (b)

(c) (d)

Histograma de resíduos

Per

cen

tual

Resíduo

Resíduos versus ordem de dados

Ordem da observação

Res

ídu

o

Per

cen

tual

Resíduo

Probabilidade nornal dos resíduos Resíduos versus valores ajustados

Res

ídu

o

Valor ajustado

67

Figura 23 – Gráficos de resíduos para resistência à compressão do concreto na idade de 7 dias.

(a) probabilidade normal, (b) resíduos versus valores ajustados, (c) histograma e (d) resíduos

versus ordem dos dados.

Fonte: o autor (2010)

A figura 23 (a) e (c) indicam uma distribuição normal com média próxima de zero. A figura

22 (b) exibe os resíduos com variância constante. A figura 22 (d) demonstra a independência

dos dados. Este comportamento de resíduos mostra-se adequado às condições de normalidade

do trabalho realizado.

Na figura 24 são apresentados os gráficos de resíduos para os concretos com idade de 28 dias.

(a) (b)

(c) (d)

Histograma de resíduos Resíduos versus ordem de dados

Per

cen

tual

Res

ídu

o

Resíduo Ordem da observação

Probabilidade nornal dos resíduos Resíduos versus valores ajustadosP

erce

ntu

al

Res

ídu

o

Resíduo Valor ajustado

68

Figura 24 – Gráficos de resíduos para resistência à compressão do concreto na idade de 28

dias. (a) probabilidade normal, (b) resíduos versus valores ajustados, (c) histograma e (d)

resíduos versus ordem dos dados.

Fonte: o autor (2010)

A figura 24 (a) indica uma distribuição normal com média próxima de zero, a figura 24 (c)

apresenta a curva da distribuição dos resíduos. A figura 24 (b) exibe os resíduos com

variância constante. A figura 24 (d) demonstra a independência dos dados. Este

comportamento de resíduos mostra-se adequado às condições de normalidade do trabalho

realizado.

(a) (b)

(c) (d)

Histograma de resíduos Resíduos versus ordem de dados

Per

cen

tual

Res

ídu

o

Resíduo Ordem da observação

Probabilidade nornal dos resíduos Resíduos versus valores ajustadosP

erce

ntu

al

Res

ídu

o

Resíduo Valor ajustado

69

6 CONCLUSÕES

A utilização do resíduo grits como agregado graúdo no concreto em substituição a rocha

natural gnaisse mostrou-se viável dentro dos parâmetros avaliados neste estudo. Os resultados

da primeira etapa do estudo indicam que o resíduo grits pode ser utilizado como agregado

graúdo em onde a resistência a abrasão não seja um fator determinante (tais como: concretos

de baixa resistência ou de enchimento, contra pisos em locais que sofrerão revestimento

posterior), pois o mesmo se mostrou potencialmente inócuo para a RAA e apresentou perda

de massa acima do determinado pela NBR 7211 (1986).

A resistência a compressão axial simples do concreto foi aumentada para substituições de

brita de gnaisse pelo resíduo grits nas proporções de 25% e 50% em massa. Para substituições

nos percentuais de 75% e 100% em massa da brita 1 pelo resíduo grits houve uma redução da

resistência a compressão axial simples do concreto. A maior resistência à compressão axial

simples foi obtida com a substituição de 50% em massa da brita 1 de gnaisse pelo resíduo

grits.

A trabalhabilidade do concreto verificada pelo “Slump Test” foi influenciada pela substituição

da brita 1 de gnaisse pelo resíduo grits, neste aspecto a trabalhabilidade tornou-se pior com o

aumento da substituição da brita 1 pelo resíduo grits, porém de limites que permitem o

adensamento adequado do concreto para os traços com até 75% de substituição de gnaisse.

Para o concreto com 100% de substituição de gnaisse e relação a/c de 0,944 a trabalhabilidade

tornou-se inviável, prejudicando o adensamento adequado do concreto. Para o concreto com

100% de substituição de gnaisse e relação a/c de 1,044 a trabalhabilidade do concreto foi

superior a do concreto de referência (sem grits).

Os resultados dos ensaios de abatimento de tronco de cone e resistência à compressão axial

simples obtidos neste estudo indicam que existe um ponto ótimo de substituição de brita 1 de

gnaisse pelo resíduo grits capaz de produzir um concreto com resistência à compressão axial

simples adequado para utilização como concreto de baixa resistência ou de enchimento e

contra pisos que sofrerão revestimento posterior.

70

RECOMENDAÇÕES

Para uma avaliação mais completa da viabilidade de utilização do resíduo grits como

agregado graúdo no concreto em substituição ao agregado natural gnaisse sugere-se: um

estudo incluindo o ensaio de abrasão “Los Angeles” para as diversas proporções de

substituição do agregado natural gnaisse pelo grits, de acordo com as proporções a serem

utilizadas nos concretos.

Para uma compreensão mais completa da influência do resíduo grits na resistência final do

concreto sugere-se um novo estudo contemplando: i) controle adequado da relação a/c,

compensando a absorção de água de amassamento pelo grits; ii) execução de traços com

substituição volumétrica em razão da diferença de densidade entre estes agregados; iii)

variação da resistência a compressão final do concreto; iv) avaliação da utilização de aditivos

plastificantes em adição ao concreto para permitir a redução da relação a/c sem

comprometimento da trabalhabilidade.

Sugere-se a realização de um estudo avaliando a influência do tratamento térmico do grits na

resistência a compressão final do concreto.

Sugere-se ainda que os estudos para melhor compreensão da influência do resíduo grits e sua

viabilidade como agregado graúdo para o concreto incluam a discussão sobre a correta

destinação da água resultante da lavagem do grits.

71

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79

ANEXO A – ENSAIO GRANULOMÉTRICO – RESÍDUO GRITS

80

ENSAIO GRANULOMÉTRICO – RESÍDUO GRITS

CURVA GRANULOMÉTRICA BRITA 0

CURVA GRANULOMÉTRICA BRITA 1

81

ANEXO B – ANÁLISE DE AGREGADO – BRITA 1

82

ANÁLISE DE AGREGADO – BRITA 1

MATERIAL: BRITA 1

GRANULOMETRIA

Peneiras

(mm)

Quantidad

e (g) Retida (%)

Acumulada

(%) ENSAIOS

32,000

total:

2000g 0,00 0,00

DESCRIÇÃO RESULTADOS

MASSA UNITÁRIA

NBR NM 52

MASSA ESPECÍFICA

NBR NM 52

TEOR DE ARGILA

NBR 7218

MATERIAIS PULVERULENTOS

NBR NM 46

ABSORÇÃO

NBR NM 52

IMPUREZAS ORGÂNICAS

NBR NM 49

MÓDULO DE FINURA

NBR 7211

DIÂMETRO MÁXIMO

NBR 7211

COEFICIENTE DE VAZIOS

-44,56%

0%

< 300 ppm

6,93

19,0 mm

1,444 kg/dm3

2,604 kg/dm3

0,30%

2,20%

25,000 0 0,00 0,00

19,000 10 0,50 0,50

12,500 1049 52,45 52,95

9,500 832 41,60 94,55

6,300 100 5,00 99,55

4,800 2 0,10 99,65

2,400 0 0,00 99,65

2,000 0 0,00 99,65

1,200 0 0,00 99,65

0,600 0 0,00 99,65

0,300 0 0,00 99,65

0,150 0 0,00 99,65

fundo 7 0,35 100,00

Peso inicial: 2 Kg

Módulo de finura: 6,930

D Max: 19,0 mm

83

ANEXO C – ANÁLISE DE AGREGADO – AREIA

84

ANÁLISE DE AGREGADO – AREIA

MATERIAL: AREIA

GRANULOMETRIA

Peneiras

(mm)

Quantidade

(g)

Retida

(%)

Acumulada

(%) ENSAIOS

6,300 total: 500g 0,00 0,00 DESCRIÇÃO RESULTADOS

MASSA UNITÁRIA

NBR NM 52

MASSA ESPECÍFICA

NBR NM 52

TEOR DE ARGILA

NBR 7218

MATERIAIS PULVERULENTOS

NBR NM 46

ABSORÇÃO

NBR NM 52

IMPUREZAS ORGÂNICAS

NBR NM 49

MÓDULO DE FINURA

NBR 7211

DIÂMETRO MÁXIMO

NBR 7211

COEFICIENTE DE VAZIOS

-

1,306.kg/dm3

2,618 kg/dm3

0,04%

0,82%

50,11%

0%

< 300 ppm

2,698

4,8 mm

4,800 8,8 1,76 1,76

2,400 28,8 5,76 7,52

1,200 57,1 11,42 18,94

0,600 201,4 40,28 59,22

0,300 128,4 25,68 84,90

0,150 62,7 12,54 97,44

fundo 12,8 2,56 100,00

Peso inicial: 0,5 Kg

Módulo de finura: 2,698

D Max: 4,8 mm

85

ANEXO D – FICHA DE ROMPIMENTO DE CORPOS DE PROVA - NBR 5739

86

FICHA DE ROMPIMENTO DE CORPOS DE PROVA - NBR 5739

REGISTROIDADE

(dias)DISCRIMINAÇÃO

TENSÃO

DE

RUPTURA

(MPa)

MÉDIA

(MPa)

1 3 TRAÇO C0 4,69

2 3 5,32

3 7 BRITA 1: 100% 7,58

4 7 GRITS: 0% 7,53

5 28 11,52

6 28 a/c: 0,94 11,22

7 3 TRAÇO C25 6,85

8 3 5,92

9 7 BRITA 1: 75% 8,94

10 7 GRITS: 25% 8,92

11 28 13,15

12 28 a/c: 0,94 12,38

13 3 TRAÇO C50 7,18

14 3 7,56

15 7 BRITA 1: 50% 9,15

16 7 GRITS: 50% 10,13

17 28 12,32

18 28 a/c: 0,94 14,27

19 3 TRAÇO 75 6,46

20 3 6,70

21 7 BRITA 1: 25% 8,37

22 7 GRITS: 75% 7,99

23 28 10,41

24 28 a/c: 0,94 11,97

25 3 TRAÇO C100.1 6,79

26 3 6,72

27 7 BRITA 1: 100% 8,37

28 7 GRITS: 0% 8,13

29 28 11,26

30 28 a/c: 0,94 10,10

31 3 TRAÇO C100.2 3,86

32 3 4,34

33 7 BRITA 1: 0% 5,76

34 7 GRITS: 100% 5,85

35 28 7,71

36 28 a/c: 1,04 7,61

5,81

7,66

6,76

8,25

10,68

4,10

7,37

9,64

13,30

6,58

8,18

11,19

5,01

7,56

11,37

6,39

8,93

12,77