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AVALIAÇÃO DO USO DE RESÍDUO DE SERRAGEM DE PEDRA CARIRI (RSPC) PARA PRODUÇÃO DE CONCRETOS CONVENCIONAIS - Adolfo - Jacques - Oliveira - Bastos - DISSERTAÇÃO
AVALIAÇÃO DO USO DE RESÍDUO DE SERRAGEM DE PEDRA CARIRI (RSPC) PARA PRODUÇÃO DE CONCRETOS CONVENCIONAIS - Adolfo - Jacques - Oliveira - Bastos - DISSERTAÇÃO
AVALIAÇÃO DO USO DE RESÍDUO DE SERRAGEM DE PEDRA CARIRI (RSPC) PARA PRODUÇÃO DE CONCRETOS CONVENCIONAIS - Adolfo - Jacques - Oliveira - Bastos - DISSERTAÇÃO
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
FEIRA DE SANTANA – BA
2014
Ficha catalografica: Biblioteca Central Julieta Carteado
CDU: 624.012.45
ADOLFO JACQUES OLIVEIRA BASTOS
Orientador:
FEIRA DE SANTANA – BA
2014
ADOLFO JACQUES OLIVEIRA BASTOS
Aprovada por:
______________________________________________________
Prof. Washington Almeida Moura, D.Sc.
(Universidade Estadual de Feira de Santana)
______________________________________________________
Prof. Antônio Eduardo Bezerra Cabral, D.Sc.
(Universidade Federal do Ceará)
______________________________________________________
Prof. Paulo Roberto Lopes Lima, D.Sc.
A Deus, pela própria existência humana e pelas graças concedidas ao longo de minha
vida.“Os que confiam no SENHOR serão como o monte de Sião, que não se abalam, mas
permanece para sempre” (Salmos 125:1).
“É tão difícil ficar sem você, o teu amor é gostoso demais, teu cheiro me dá prazer, quando
estou com você, estou nos braços da paz” (Dominguinhos). A minha querida esposa, Makeli
Fortunatti e meu amado filho Benício Fortunatti Bastos, pelo amor, dedicação,
companheirismo e coomprenssão, pelos vários e longos períodos distantes. Mesmo
ausente, embora fisicamente, sempre tentando manter presença e amor. Amo muitos vocês.
“E se eu chorar e o sal molhar o meu sorriso não se espante, cante que o teu canto é minha
força pra cantar” (Gonzaguinha). Ao meu pai, Eng. Aníbal Bastos, por sempre, mesmo nos
momentos mais difíceis, ter dado apoio de toda forma possível, tanto financeira como moral,
para que fosse possível a formação de todos os seus filhos. É bom te-lo com exemplo de
vida, mostrado que sempre é possível a vitória para quem acredita e luta dioturnamente por
ela. Obrigado papai, o senhor é um ótimo exemplo, para mim e agora para o seu neto. A
minha querida mãe Dona Jaciana, por ter sempre disposto amor e carinho para conosco,
além de sua atenção durante todos os momentos de minha vida, às vezes deixando suas
próprias vontades para satisfazer as minhas e me ajudar sempre que preciso. Obrigado
mamãe, a senhora é muito especial para mim.
A minha irmã, Priscilla Bastos e aos meus irmãos: Aníbal Sales, Paulo Guilherme, e meu
irmão fraternal, Breno Pontes pelo carinho, presença e amor, sempre apoiando minha
careira estudantil, e às vezes me dando alguns puxões de orelha. Amo muito todos vocês.
A todos os professores do PPGCEA, em especial ao meu orientador Dr. Washington Moura,
além de tudo um amigo, que tive o prazer em toda a minha jornada para obtenção deste
título, desfrutar de uma verdadeira amizade, sempre me dando apoio e me incentivando a
conclusão deste curso. O senhor sim, sabe o significado da palavra orientar. MUITO
OBRIGADO POR TUDO.
À professora Drª. Mônica Leite, muito obrigado professora, aprendi muito com a senhora e
registro aqui a participação da senhora em cada página deste trabalho. Muito obrigado pela
paciência na transferência de conhecimento e no convívio durante todo o programa
experimental e análise de resultados. Poder ser seu amigo é muito bom.
“Luz das estrelas, laço do infinito, gosto tando dela assim” (Djavan). A minha querida e
amada cidade Sobral que me acolheu e fez o que hoje sou e meus amigos da querida
terrinha. Em especial, ao professor e meu primeiro orientador e grande amigo, Dr. Francisco
Carvalho Arruda Coelho. Os agradecimentos não se referem somente aos trabalhos
realizados, mas também a sua amizade que tenho o prazer de desfrutar. Agradeço pela
oportunidade que me foi dada de participar como estagiário do Laboratório de Materiais de
Construção da UVA. Ali foi gerada a motivação para o curso de mestrado e, com certeza,
germinada a vontade de buscar o saber. Não apenas a busca do saber pura e simplesmente
para satisfação pessoal, mais para que possamos dar respostas à sociedade cearense
difundindo conhecimento para melhorar a vida do nosso povo.
“Minha vida é andar por este país prá ver se um dia descanso feliz guardando a recordação
das terras onde passei andando pelos sertões dos amigos que lá deixei” (Luis Gonzaga).
Aos meus amigos de Mestrado: Jodilson e João, vocês foram de extrema importância para
minha fixação em uma cidade até então desconhecida. Muito obrigado. Aos demais amigos
de mestrado: Adriana, Jorge, Guida, Tayse, Pollyana, Leila, Glaydson (Negão), Saulo, Maria
Elane, Rogério, Bruno (Gordo), Marcelo, Rebeca, Heni, todos vocês foram muito
importantes nesta minha jornada; aos amigos de Feira de Santana: Chico Chicote (obrigado
por tudo amigo, nossa amizade sem duvidas irá transpor os tempos...), Zenaide, Acácio,
Jáízo, Sr. Adilton, Sr. Cesar, Igor, Carlos (Formigão), Damasceno, Uirã, Acácia, Bruna,
Arlem, Rafael e tantos outros não citados muito obrigado por todos os momentos de
convivência sem duvidas vocês me ajudaram a matar parte da saudade do meu Ceará.
“Tua cor é o que eles olham, velha chaga, teu sorriso é o que eles temem, medo medo,
Feira moderna, o convite sensual” (Beto Guedes). Meu muito obrigado a esta cidade tão
cheia de contrastes e de espantos que me encantou sem demora adorei conhecer-te,
Princesa do Sertão.
À COOPEDRAS, na pessoa do Sr. Gerlanio Sampaio, que me recebeu tão bem nas visitas
de campo e pelo fornecimento do material e entrega do mesmo na UEFS.
A todas as pessoas que aqui não citei, mas que de certa maneira colaboraram nesta jornada
e continuam fazendo-se presentes em minha vida e meu coração, meus sinceros
agradecimentos.
RESUMO
In the state of Ceará, in Cariri region, a laminated limestone ore, known commercially
as "Cariri Stone" is much explored. The processes of exploration and melioration of this ore
are causes of residue generation. One of the generated types is the Stone Cariri Sawdust
residue (SCSR). In this research, it was evaluated the viability of using SCSR as a partial
replacement for cement, in the production of conventional concretes. It were determined the
chemical and physical characteristics of the RSPC. The residue influence was measured by
the mechanical properties (axial and diametrical compression resistance) and durability
parameters (absorption by immersion and by capillary suction) of concretes. It were
produced concretes with w/c ratio of 0.45; 0.55; 0.65. The percentage of RSPC used were
0%, 10% and 20% by mass of cement. The results show that the cement replacement by
RSPC caused a reduction in the compressive strength compared to the reference concretes.
Concerning about the tension resistance by diametral compression, there was no difference
between the concretes with RSPC and the reference concretes, with w/c ratio of 0.55 and
0.65. However, it was observed for concrete with w / c ratio equal to 0.45, a decrease for the
mixtures with replacement content of 10% and 20% cement replacement by RSPC.
Concretes with RSPC showed better behavior with regard to absorption by immersion and by
capillary suction.
1 INTRODUÇÃO........................................................................................................... 15
1.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 17
1.2 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO .................................................................................... 18
2 PEDRA CARIRI .......................................................................................................... 19
2.1 EXPLORAÇÃO DA PEDRA CARIRI .................................................................................. 20
2.1.1 Processo produtivo da Pedra Cariri e geração de resíduos ........................................................... 22
2.1.2 Lavra da rocha ............................................................................................................................... 23
2.1.3 Desplacamento manual ................................................................................................................. 26
2.1.4 Calibragem das placas ................................................................................................................... 28
2.1.5 Esquadrejamento das placas ......................................................................................................... 29
2.2 UTILIZAÇÃO DE PEDRA CARIRI ..................................................................................... 30
2.3 RESÍDUO DA EXPLORAÇÃO DE PEDRA CARIRI .............................................................. 31
3 ADIÇÕES MINERAIS .................................................................................................. 34
3.1 CLASSIFICAÇÃO DAS ADIÇÕES MINERAIS ..................................................................... 35
3.1.1 Material pozolânico ....................................................................................................................... 36
3.1.2 Material cimentante ...................................................................................................................... 36
3.1.3 Fíler ................................................................................................................................................ 37
3.2 ADIÇÕES MINERAIS E SEUS EFEITOS QUÍMICOS E FÍSICOS ............................................ 37
3.2.1 Efeito químico das adições ............................................................................................................ 37
3.2.2 Efeito físico das adições ................................................................................................................. 37
3.3 EFEITO DAS ADIÇÕES MINERAIS EM CONCRETOS ......................................................... 38
3.3.1 Efeito das adições em concretos no estado fresco ....................................................................... 38
3.3.1.1 Demanda de água ................................................................................................................ 38
3.3.1.2 Aspectos reológicos ............................................................................................................. 39
3.3.1.3 Calor de hidratação .............................................................................................................. 40
3.3.2 Efeito das adições em concretos no estado endurecido ............................................................... 41
3.3.2.1 Resistência à compressão .................................................................................................... 41
3.3.2.2 Resistência à tração ............................................................................................................. 42
3.3.2.3 Características relacionados à durabilidade ........................................................................ 43
3.3.2.3.1 Porosidade capilar; absorção de água e permeabilidade................................................ 43
3.4 ESTUDOS REALIZADOS COM RESÍDUOS MINERAIS SEM REATIVIDADE QUÍMICA ........... 43
3.4.1 Resíduo de Serragem de Rochas Ornamentais .............................................................................. 44
3.4.2 Resíduo de Serragem de Calcário (RSC) ......................................................................................... 48
3.4.3 Resíduo de Serragem de Pedra Cariri (RSPC) ................................................................................. 50
4 PROGRAMA EXPERIMENTAL..................................................................................... 52
4.1 MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................................. 52
4.1.1 Materiais ........................................................................................................................................ 52
4.1.1.1 Cimento ................................................................................................................................ 52
4.1.1.2 Agregado miúdo ................................................................................................................... 53
4.1.1.3 Agregado graúdo .................................................................................................................. 55
4.1.1.4 Resíduo de Serragem de Pedra Cariri (RSPC) ....................................................................... 56
4.1.1.4.1 Beneficiamento para utilização do resíduo ..................................................................... 56
4.1.1.4.2 Determinação do tempo de moagem ............................................................................. 59
4.1.1.4.3 Características químicas .................................................................................................. 61
4.1.1.4.4 Características físicas....................................................................................................... 62
4.1.2 Dosagem e produção dos concretos ............................................................................................. 63
4.1.2.1 Propriedades do concreto .................................................................................................... 65
6 CONCLUSÕES ........................................................................................................... 85
6.1 QUANTO À CARACTERIZAÇÃO DO RSPC ....................................................................... 85
6.2 EM RELAÇÃO à TRABALHABILIDADE DOS CONCRETOS ................................................. 85
6.3 QUANTO ÀS PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENdURECIDO ........................ 85
6.3.1 Propriedades Mecânicas................................................................................................................ 85
6.3.2 Parâmetros de Durabilidade .......................................................................................................... 86
6.3.2.1 Absorção por Imersão .......................................................................................................... 86
6.3.2.2 Absorção por Sucção Capilar ................................................................................................ 86
6.4 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................................... 87
7 REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 88
15
1 INTRODUÇÃO
A escassez dos recursos naturais vem sendo uma das maiores justificativas para o
desenvolvimento e utilização de materiais não convencionais na construção civil. Esta
prática contribui para o desenvolvimento sustentável. Define-se desenvolvimento
sustentável como sendo uma forma de desenvolvimento econômico que emprega recursos
naturais e o meio ambiente não apenas em benefício do presente, mas também das
gerações futuras (SJORTROM, citado por JOHN, 1998). Por outro lado, a Conferência das
Nações Unidas de 1992, que tratou sobre o Desemvolvimento e Meio Ambiente (Rio92),
apresentou um dos primeiros conceitos de desenvolvimento sustentável, o qual preconiza a
garantia para as gerações futuras de iguais condições de desenvolvimento (LIDDLE, ONU
apud Gonçalves 2000).
da massa de cimento contribui para a redução do custo do concreto, uma vez que, o
Segundo Castro (2009), a Pedra Cariri é explorada, há mais de 40 anos, para uso
como revestimento, no Sul do Estado do Ceará, nos municípios de Nova Olinda e Santana
do Cariri, encravados na Chapada do Araripe. A produção da Pedra Cariri por um
aglomerado de pequenas pedreiras constitui a principal fonte de renda desses municípios,
empregando aproximadamente 1.500 trabalhadores.
Parte do resíduo, na forma de placas já foi captado pela Indústria Itapuí Barbalhense
de Cimentos, que é utilizado para como parte do material na produção de clinquer.
Entretanto, a COOPEDRAS, cooperativa que estatutariamente é proprietária de todos os
resíduos provenientes da exploração da Pedra Cariri, deseja agregar valor a este material,
uma vez que a indústria cimenteira que utiliza parte deste resíduo, não oferece
contrapartida, a não ser a limpeza da área de estocagem do mesmo.
Uma das formas de agregar valor a esse material é utilizá-lo como adição mineral,
substituindo parte do cimento para produção de concretos. Desta maneira, proporcionaria
uma diminuição no consumo de cimento para produção de concretos, obtendo-se um
material mais econômico e com possíveis vantagens tecnológicas. Esses concretos podem
ser utilizados em obras específicas de engenharia, a exemplo de barragens, quando o
volume de material é muito grande, podendo diminuir o calor de hidratação, e evitar, desta
forma, fissuras nas primeiras idades e aumentar a durabilidade da estrutura.
1.1 OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo geral avaliar a viabilidade técnica do uso do Resíduo
de Serragem de Pedra Cariri - RSPC como substituição parcial do cimento na produção de
concretos convencionais.
18
2 PEDRA CARIRI
Segundo Vidal et al. (2005), os maiores produtores da Pedra Cariri são os municípios
cearenses de Nova Olinda e Santana do Cariri, localizados na bacia sedimentar do Araripe,
no sul do Estado, como pode ser observado no mapa da Figura 1. Segundo Castro (2009), a
bacia sedimentar possui uma extensão regional, englobando os Estados do Ceará, Piauí e
Pernambuco. Sua área é de mais de 8.000km², disposta no sentido longitudinal, por cerca
de 180km e latitudinal, por cerca de 70km, no seu trecho mais largo.
(a)
(b) (c)
(Fonte: (a) e (c) Do Próprio Autor; (b) CASTRO, 2009)
Figura 2 Aspectos de fósseis encontrados na Pedra Cariri: (a) Fóssil de Planta de família não
identificada; (b) Dastiselbe Elongatus, localmente conhecido como “piaba”; (c)
Dastiselbe Elongatus
Segundo Castro (2009), a maior quantidade de Pedra Cariri extraída (95%) é de cor
amarelada a creme, apresentando algumas variações de cor, em função de sua composição
química, existindo em menores quantidades, rochas de cor amarronzada e cinza. A Figura 3
mostra placas de Pedra Cariri com diferentes tonalidades de cor.
21
(a) (b)
(Fonte: Do Próprio Autor)
Figura 3 Aspecto da Pedra Cariri Beneficiada, com diferentes tonalidades de cores: a) Pedra
Cariri com tonalidade creme; b) Pedra Cariri com tonalidade cinza
Nos itens a seguir será detalhada toda a cadeia produtiva da Pedra Cariri,
desde a lavra, passando pelos processos de beneficiamento até as áreas de estocagem e
geração de resíduos de cada etapa. Segundo Oliveira (2006) a quantidade de resíduo
gerado e não aproveitado na exploração da Pedra Cariri, alcança valores realmentes altos,
70,81% ou seja 276,16m³, de um bloco-padrão de 390,00m³. Deste total, existe uma parte
relativamente pequena que é considerada irrecuperável ou sem possibilidade de uso, como
23
1
É uma dissolução química (corrossão) das rochas. O termo deriva do alemão Karst, que é nome de uma região
que se estende do norte da Itália até o sudoeste da Eslovênia, que significa “campo de pedras calcárias”
(KARMANN ,2000).
24
(a) (b)
(Fonte: Do Próprio Autor)
Segundo Vidal et al. (2005), o diâmetro do disco de corte varia de 350mm a 500mm,
permitindo um corte em placas de calcário, com profundidade não superior a espessura de
18cm. Atualmente o método mais utilizado para lavra é o semi-mecanizado. Mas ainda
ocorre, mesmo que quase totalmente abandonada, a extração das rochas de forma manual,
rudimentar. Em ambos os casos, a lavra é seletiva, a céu aberto, por bancadas baixas
descendentes. Estima-se que a perda na lavra, com a operação manual, atinge a 90% e,
com a utilização da máquina com disco diamantado, reduz-se consideravelmente para 60%
(Vidal e Padilha, 2003). A redução nos percentuais de perda se dá, basicamente, devido a
utilização da cortadeira móvel proporcionar uma menor variação das dimensões do produto
extraído minimizando assim desperdício de aparas da etapa de esquadrejamento, além de
eliminar totalmente a retirada de material que não atende as dimensões mínimas utilizada
pelo comércio.
Ainda segundo este mesmo autor, uma vez alcançado o topo do calcário lavrável, vai
se extraindo o material, como mostrado na Figura 7, em bancadas descendentes de
aproximadamente 90m², até se atingir a base da camada ou uma camada de "matracão”. Na
Figura 8 observa-se uma camada de matracão.
(a) (b)
(c)
(Fonte: Do próprio autor)
Esta etapa é realizada in loco, logo após o desplacamento das lajes ou lajotas em
placas. Consiste em calibrar a placa manualmente, com o auxilio de uma espátula e martelo,
removendo pequenos filetes, ainda remanecentes do desplacamento manual, de material
quebrado que conferem irregularidade à superfície da placa (CASTRO, 2009). Na Figura 11
apresenta-se o método de calibragem utilizado.
(a) (b)
(c)
Figura 14 Exemplos de utilização não convencional da Pedra Cariri – (a) Mesa e bancos; (b e
c) Artigo decorativo
A utilização da Pedra Cariri para estes fins é uma forma de agregar valor aos
produtos e difundir ainda mais o uso desta rocha.
A Pedra Cariri vem sendo explorada a mais de 40 anos nos municíos de Nova Olinda
e Santana do Cariri, Vidal et al., (2005) estima que o volume de resíduos da Pedra Cariri,
gerado em sua exploração, remanescente até 2005 nos bota-foras das pedreiras,
localizadas nestas cidades é de 1.030.000m³, correspondendo a 2,4 milhões de toneladas.
Essa rocha apresenta teores médios de 54% de CaO e 0,7% de MgO e baixo conteúdo em
32
SiO2, Fe2O3 e Al2O3, o que possibilita sua utilização como material carbonático. O resíduo
gerado é hoje utilizado como aterros para construção civil e melhorias de estradas vicinais
nos períodos chuvosos. Eventualmente o resíduo proveniente da exploração da Pedra Cariri
na forma de pedaços de placas é utilizado como matéria prima na fabricação de cimento,
por uma cimenteira da região. Na Figura 15 está apresentado aspectos de pilhas de bota-
fora próximas as frente de exploração de Pedra Cariri. Este tipo de disposição, além de
comprometer a paisagem natural da região, compromete corpos hídricos e ainda diminui o
espaço disponível para exploração da rocha.
(a) (b)
(c)
esquadrejamento das placas de Pedra Cariri para dimensões comerciais. Não existe, ainda,
levantamento do volume gerado destes resíduos, devido à variação dos processos de
exploração.
3 ADIÇÕES MINERAIS
Define-se adições minerais como sendo materiais finamente moídos, que são
incorporados ao concreto com a finalidade de se obter características específicas. As
adições são geralmente utilizadas com a finalidade de reduzir custos, podendo também
melhorar propriedades do concreto tanto no estado fresco, a exemplo da trabalhabilidade,
quanto no estado endurecido (resistência à compressão, fissuração térmica, expansão
decorrente da reação álcali-agregado e ao ataque por sulfatos) (MEHTA; MONTEIRO,
2008).
Além disso, essa utilização constitui um grande ganho ambiental, considerando que
estes resíduos geralmente são descartados em grandes pilhas de bota-fora, e muitas vezes
são dispostos de maneira inadequada, o que pode contribuir para a contaminação do solo e
da água no caso dos materiais não inertes. Quando se trata de resíduos inertes, a
disposição inadequada pode provocar assoreamento dos corpos hídricos. O aproveitamento
destes resíduos também pode contribuir de forma relevante para minimizar o impacto
ambiental da construção civil, de forma que sua utilização pode contribuir para redução do
uso de recursos naturais não renováveis, bem como da redução na emissão de CO 2 e no
consumo energético durante a produção de materiais como o cimento.
Segundo a EFNARC (2002), as adições podem ser classificadas em tipo I e tipo II,
de acordo com sua reatividade. As adições inertes, classificadas de tipo I, promovem uma
ação física, aumentando a compacidade da mistura. Essas adições do tipo I são
representadas pelos fíleres calcários e quartzos finamente moídos, dentre outros.
Entretanto, as dolomíticas podem vir a apresentar riscos à durabilidade do concreto, devido
à reação álcali-carbono (LISBÔA, 2004). Já as adições reativas são classificadas como de
tipo II a exemplo da cinza volante, cinza de casca de arroz, metacaulin, escória de alto forno
e o fumo de sílica (sílica ativa).
As adições minerais são classificadas em três grandes grupos, segundo suas ações
físico-químicas (DAL MOLIN, 2005):
a) material pozolânico;
b) material cimentante;
c) fíleres.
36
Para ativar materiais pozolânicos, tanto naturais quanto artificiais, pode ser
necessário um co-processamento destes materiais, a exemplo da britagem e moagem, ou
ainda, queima controlada.
3.1.3 Fíler
Os fíleres são materiais não reativos, finamente moídos, que devido às suas
características físicas pode ter um efeito benéfico sobre as propriedades das argamassas e
concretos, tais como: trabalhabilidade, densidade, permeabilidade e porosidade (NEVILLE,
1997). A ação destas adições se resume a um efeito físico de empacotamento
granulométrico e a formação de pontos de nucleação que facilitam a hidratação dos grãos
de cimento anidro. São considerados fíleres o Resíduo de Serragem de Rochas
Ornamentais (RSRO), o pó de calcário e materiais carbonáticos.
Segundo Dal Molin (2005) o efeito físico das adições, também conhecido como efeito
fíler, é gerado por adições minerais com ou sem atividade pozolânica. Estas adições podem
provocar vários efeitos, dentre eles o efeito microfíler. Além disso, pode provocar o
38
sem adição, tendem a ser mais coesos e apresentam uma redução substancial da tendência
à segregação e exsudação.
Em seu estudo, Gonçalves (2001) concluiu que quanto maior o teor de Resíduo de
Corte de Granito (RCG) como adição ao concreto, maior a coesão e consistência do
mesmo. Também foi observado, pelo autor, uma diminuição na exsudação com o aumento
dos teores de RCG.
Deste modo geral podemos afirmar que a substituição de parte do cimento por
adições minerais, pode reduzir o calor de hidratação. Isto pode ser explicado devido à
diminuição da quantidade de cimento na mistura, o que ocasiona uma menor liberação de
calor que é produzido à medida que as reações de hidratação do cimento vão acontecendo.
Segundo Dal Molin (2005), o calor de hidratação gerado pelas adições de pozolanas
não contribui para a geração do gráfico de pico do calor de hidratação da mistura, uma vez
que, as reações químicas provocadas pela adição das mesmas acontecem em idades mais
avançadas. Nestas idades, o pico de calor de hidratação já aconteceu. Desta forma, pode-
se dizer que o calor de hidratação, que é um problema em estruturas de concreto com
grandes massas, pode ser reduzido com a substituição do clínquer por adições minerais,
com velocidades de reação lentas, como a cinza volante, argila calcinada ou escória de alto-
41
forno. No caso das adições minerais consideradas superpozolanas (mais reativas e com
velocidades de reação maiores), como a sílica ativa, metacaulim e a cinza da casca de
arroz, a diminuição do calor de hidratação causado por conta da diminuição do total de
clínquer da mistura, é recuperado devido à capacidade destas adições se dispersarem e
formarem pontos de nucleação, acelerando a hidratação do cimento restante.
Sabe-se que as adições minerais de alta reatividade, como a sílica ativa, cinza da
casca de arroz e o metacaulim, contribuem para um incremento significativo na resistência à
compressão. Este incremento de resistência se dá devido ao refinamento da estrutura de
poros, e das reações químicas, que durante a hidratação do cimento anidro geram cristais
resistentes como o C-S-H.
Em seus estudos, Isaia (1995) observou que a substituição do cimento pela sílica
ativa nos percentuais de 10% e 20% (em massa), gerou um aumento médio de resistência à
compressão entre 25% e 45%, em relação à resistência do concreto de referência.
físico, quanto pela reação pozolânica (efeito químico). Estes mecanismos proporcionam
uma melhora substancial na zona de transição das misturas.
Por outro lado, as adições minerais sem ação química não apresentam contribuição
tão significativa na resistência à tração, já que seu efeito é apenas de preenchimento.
Gonçalves (2000) verificou que os concretos com 10% de adição de resíduo de serragem de
granito apresentaram um pequeno aumento nos resultados de tração por compressão
diametral, em relação aos concretos sem adição.
43
Segundo Dal Molin (2005), as adições minerais com atividade química normalmente
reagem com o hidróxido de cálcio resultante da hidratação do cimento, gerando silicatos e
sílico-aluminatos de cálcio hidratado. Esses compostos hidratados acabam precipitando nos
vazios maiores da pasta de cimento endurecida, reduzindo a permeabilidade e absorção do
concreto. Além disso, a substituição de um composto solúvel e lixiviável, como o hidróxido
de cálcio, por um composto estável e resistente, proporciona um concreto com maior
capacidade de impedir a passagem de água por haver um refinamento de sua estrutura de
poros capilares.
da massa de cimento contribui para a redução do custo do concreto, uma vez que, o
Gonçalves et al. (2003) utilizaram como adição mineral para concreto o Resíduo de
Serragem de Mármore e Granito – RSMG. Os concretos com adição de 10% e 20% de
RSMG, em relação à massa de cimento, apresentaram resistência à compressão axial e
resistência à tração por compressão diametral, aos 28 dias, superiores aos concretos de
referência (sem resíduo). Os autores atribuíram este comportamento ao efeito fíler
proporcionado pelo resíduo.
Segundo Gonçalves et al. (2003) e Cruz e Lameiras (2003), as adições do tipo fíler,
para que venha a conferir melhores propriedades às misturas à base de cimento Portland
não podem ultrapassar teores maiores que 20% de substituição em relação à massa de
cimento.
atribuído ao efeito de nucleação causado pelo resíduo, que pode ter contribuído para uma
maior hidratação do cimento anidro nas primeiras idades. No entanto, aos 28 dias, o ganho
de resistência não foi significativo, apresentando apenas 3% de acréscimo da mesma
mistura, em relação à mistura referência. Os autores também constataram o bom
desempenho do RSMG na produção de lajotas de argamassa para pisos. Os autores
discutem e atribuem como sendo o efeito fíler o responsável pelo melhor comportamento
das misturas com o resíduo.
Reis (2008) realizou um amplo estudo experimental das proporções dos constituintes
das três camadas do ladrilho e da influência da adição do Resíduo de Serragem de Rochas
47
Ornamentais (RSRO), para tornar o ladrilho mais compacto possível. O autor desenvolveu
estudos sobre empacotamento e compactação de partículas, distribuição granulométrica das
misturas e influência da umidade na prensagem. Os ladrilhos hidráulicos foram produzidos
em três camadas e compactados em prensa hidráulica semi-industrial. O resíduo foi
adicionado nos teores de 20% a 31% em relação à massa anidra utilizada no ladrilho
hidráulico. Nas peças produzidas com resíduo foram verificadas propriedades físicas e
mecânicas, tais como absorção de água, carga de ruptura, módulo de resistência à flexão,
resistência ao desgaste por abrasão e avaliação dimensional. Os resultados encontrados
pelo autor apresentaram elevado aumento na resistência à flexão, proporcionado pelo
resíduo. Por outro lado, o autor constatou que a absorção de água e à resistência ao
desgaste por abrasão não são passíveis de atender aos respectivos limites da norma, a
partir de dosagens viáveis economicamente. O autor concluiu que o uso do resíduo na
confecção do ladrilho hidráulico piso tátil é viável tecnicamente e contribui para o
desenvolvimento autosustentável do setor.
Bastos (2009) estudou pastas autoadensáveis compostas por cimento, RSRO, água
e aditivo de última geração. Foram produzidas quatro séries de pasta, com diferentes teores
de aditivos e a cada série foi incorporado RSRO nas proporções de 5%, 10% e 15%, além
da série referência (sem adições de RSRO), totalizando 16 misturas. Os resultados
mostraram que para a mesma relação aditivo/cimento, a incorporação de diferentes teores
de RSRO é um fator importante para o comportamento reológico da PAA.
Popee e Schutter (2005), em seu estudo observaram que embora as adições, fíler
calcário e de quartzo sejam consideradas adições inertes, influenciam diretamente na
hidratação do cimento anidro. Os autores explicam esta influência devido às adições
causarem um efeito de nucleação nos grãos de cimento, o que acelera o processo de
hidratação do mesmo. Em alguns casos, os mecanismos de reação são alterados, podendo
ocorrer um novo pico de hidratação. Os autores realizaram experimentos e, posteriormente,
uma modelagem, a fim de predizer a influência das adições na hidratação do cimento. De
posse dos dados experimentais foi verificado que a inclusão de fíler calcário, em algumas
misturas, influenciou claramente no mecanismo de hidratação do cimento. Porém, não foi
verificada nenhuma mudança no comportamento de hidratação do cimento quando o fíler
49
utilizado foi o de origem quartzosa. Os autores não realizaram neste estudo, análises
químicas que explicassem a influência do fíler calcário na hidratação do cimento.
Por outro lado, existem estudos que mostram que o fíler calcário não apresenta
nenhuma reação química nas misturas à base de cimento. É o caso do estudo realizado por
Ye et al. (2007). Os autores investigaram o desenvolvimento da microestrutura, como:
porosidade e distribuição de poros. Estes parâmetros estudados no Concreto autoadensável
(CAA) foram comparados com concretos de alto desempenho e concreto tradicional. Os
testemunhos de pasta de cimento autoadensável (PCAA) tiveram as relações a/c de 0,41 e
0,48, a pasta de cimento de alto desempenho (PCAD), a/c de 0,33 e a pasta de cimento
tradicional (PCT) com a/c de 0,48. Foram realizadas diferentes medições no decorrer do
tempo, considerando vários estágios de hidratação, 1, 3, 7, 14, 28 e 56 dias. Os autores
afirmam que a estrutura de poros, distribuição de tamanho de poros e os diâmetros críticos
de poros são muito semelhantes entre a PCAA e a PCAD, o que revela que a adição do fíler
calcário presente apenas na PCAA não participa das reações químicas.
Estudos, como o de Almeida, Branco e Santos (2007), mostram que resíduo também
pode ser utilizado como substituinte da areia. No estudo, os autores utilizaram o Resíduo de
Serragem de Rocha Ornamentais (RSRO) na produção dos concretos, nos teores de 5%,
10%, 15%, 20%, 34%, 67% e 100%, em relação à massa de areia, além da mistura
referência (sem resíduo). O resíduo só pôde ser disperso na mistura com a utilização de
altos teores de aditivo superplastificante. A Tabela 3 apresenta os resultados encontrados
no estudo para as propriedades mecânicas.
50
Os autores destacaram que quando o teor de substituição de areia pela RSRO foi de
5% (RSR5) a resistência à compressão aos 7 dias aumentou em 10,3% e aos 28 dias em
7,1% em relação a mistura referência. Este aumento pode estar relacionado à maior
concentração de compostos hidratados de cimento dentro de um mesmo volume e as
partículas de resíduo, por serem muito finas, colaborar com a densificação da zona de
transição e diminuir o tamanho e quantidade de poros capilares, reduzindo assim a água
livre da mistura. No entanto, nas misturas com teores de substituição superiores a 5% foi
observado uma redução de resistência à compressão, em relação à mistura de referência.
Os autores explicaram que devido às relações a/c das misturas terem sido extremamente
baixas pode ter havido uma inibição das reações químicas. Quando os teores aumentaram
em mais de 20% de substituição as perdas de resistência tornaram-se ainda mais
significativas, chegando a cerca de 50%. O autor concluiu que a substituição total do
agregado miúdo pelo RSRO não é indicado quando a resistência à compressão for um
aspecto fundamental.
primeira com a substituição da areia pelo calcário, em proporções de 5%, 10%, 15%, 20% e
25%, em relação à massa da areia, mantendo-se constante a massa do cimento e o fator
água/cimento; a segunda com a substituição do cimento pelo calcário, também em
proporções de 5%, 10%, 15%, 20% e 25%, em relação à massa do cimento, mantendo-se
constante a massa da areia e o fator água/pó (cimento + calcário).
Nas duas etapas, foi avaliada a resistência à compressão, aos 7, 14 e 28 dias, tendo
sido rompido dois corpos-de-prova, para cada idade. Os resultados de resistência das
argamassas com RSPC substituindo a areia encontram-se naTabela 4.
Tabela 4 Resistência à compressão axial (MPa) das argamassas de referência e com RSPC
substituindo a areia
Teor de substituição (%)
Tempo (dias)
0% 5% 10% 15% 20% 25%
7 15,7 9,5 11,4 15,0 16,2 14,7
14 19,0 14,2 19,2 18,5 13,7 14,0
28 17,2 16,5 14,2 14,2 13,5 15,7
Fonte: Silva et al. (2008)
Tabela 5 Resultados de resistência à compressão axial (MPa) das argamassas com RSPC
substituindo o cimento
Teor de substituição (%)
Tempo (dias)
0% 5% 10% 15% 20% 25%
7 15,6 12,8 10,3 13,3 8,8 7,5
14 15,4 13,6 13,7 13,2 10,5 10,5
28 19,9 13,6 13,5 15,4 14,5 10,8
Fonte: Silva et al. (2008)
4 PROGRAMA EXPERIMENTAL
4.1.1 Materiais
4.1.1.1 Cimento
Foi utilizado como agregado miúdo, areia quartzosa de origem fluvial, proveniente do
Rio Jacuípe, localizado no município de Feira de Santana-BA. Os ensaios de caracterização
do agregado miúdo encontram-se na Tabela 8 e foram realizados segundo as prescrições
da NBR 7211 (2009).
54
100
90
80
70
% RETIDO ACUMULADO
60
50
LIM UTILIZÁVEL SUP
40
30 Agregado Miúdo
20
LIM UTILIZÁVEL INF
10
0
10 1 0,1 0,01
DIÂMETRO DOS GRÃOS- log (mm)
Foi utilizado como agregado graúdo, brita de origem granítica, obtida na Pedreira Rio
Branco, situada na cidade de Feira de Santana – BA. Os resultados dos ensaios de
caracterização da brita estão apresentados na Tabela 9.
100
90
80
RETIDO ACUMULADO %
70
60
50
40 LIM UTILIZÁVEL
SUP
30
LIM UTILIZÁVEL
20 INF
10 Agregado
Graúdo
0
10 1
DIAMETRO DOS GRÃOS- LOG (mm)
Observa-se que, embora muito pouco, existe uma fração do agregado graúdo fora
da zona utilizável.
A coleta do resíduo foi realizada de acordo com a NBR 10007 (ABNT, 2004). A
amostra do RSPC foi coletada em uma empresa filiada à Cooperativa de Mineração dos
Produtores de Pedra Cariri – Ceará (COOPEDRAS), na cidade de Nova Olinda-CE.
O volume de resíduo coletado foi de cerca de 1 m³. Esta amostra foi considerada
representativa o suficiente para o desenvolvimento da pesquisa. O resíduo foi coletado em
forma de pasta, portanto, com altos teores de umidade. O material foi colocado em sacos de
ráfia e transportado para o Laboratório de Materiais de Construção da Universidade
Estadual de Feira de Santana, onde o estudo foi desenvolvido. Na Figura 19 apresenta-se
um aspecto do processo de coleta do RSPC.
Após a coleta do RSPC foi necessário um beneficiamento para seu uso nos
concretos. Tais processos serão descritos nos itens a seguir.
a) Secagem do material
A Figura 20 mostra um aspecto do RSPC seco. Pode-se observar que após seco, o
resíduo forma grandes torrões.
(a) (b)
(Fonte: Do Próprio Autor)
Na segunda etapa foi utilizado um moinho de bolas horizontal CT 242 Servitech, que
conferiu ao RSPC o aspecto de pó, desejável para a utilização nos concretos. A carga de
bolas de alumina utilizada foi de 800g e igual quantidade de RSPC. A Figura 22 mostra um
aspecto do moinho utilizado.
(a) (b)
(Fonte: Do Próprio Autor)
Figura 22 Equipamento usado na segunda etapa da moagem: (a) Aspecto do Moinho de bolas;
(b) Foco nos jarros e corpos moedores
59
Tabela 10 Tamanho médio dos grãos e superfície específica do RSPC para os diversos tempos de
moagem
Tempo de moagem
D50%(µm) Sup. Esp. m²/g
(minutos)
2 5,23 2,25
10 4,69 2,39
20 4,58 2,41
30 4,38 2,52
Os resultados apresentados na Tabela 10 demonstraram, como esperado, que
quanto maior o tempo de moagem menor o diâmetro médio e maior a superfície especifica
dos grãos.
Tabela 11 Resistência a compressão axial aos 28 dias e traço utilizado para produção das
argamassas estudadas
Tempo de moagem Tensão Traço
C.V. (%)
(minutos) (MPa) (c:a:a/c)
Ref 24,0 11,27
0 25,4 19,36
2 27,4 9,78
1:3:0,54
10 27,9 9,74
20 25,6 3,91
30 27,7 4,94
A partir dos resultados encontrados na Tabela 12, pode-se verificar que existem
grandes variações na composição química do RSPC e da Pedra Cariri. O fato do ensaio
realizado no RSPC não ter determinado a perda ao fogo (PF) pode justificar estas
diferenças.
100,00
PASSANTE ACUMULADO (%)
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00 RSPC
0,00
0,01 0,1 1 10 100 1000
TAMANHO DOS GRÃOS (µm)
Como pode-se observar na tabela 10, o diâmetro médio do resíduo utilizado foi de
5,23µm. O RSPC apresenta por tanto um diâmetro médio muito menor que o do cimento
Portland, o que pode contribuir para melhor preenchimento da matriz.
Não foi utilizada substituição do cimento pelo RSPC nesta etapa do estudo. Na
Tabela 13 apresentam-se os traços, em massa, utilizados para definição do diagrama de
dosagem.
fc7
fc28 25
20
15
10
Cc(kg/m³) a/c
500 450 400 350 300 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
3
m
(Fonte: Do Próprio Autor)
(Fonte: KELHAM,1988)
Onde:
Figura 31 Ilustração de gráfico genérico de absorção por sucção capilar destacando o Nick
point
(1)
onde:
– Resistência capilar ( )
– espessura do corpo-de-prova ( )
E os ensaios de absorção por imersão foram realizados com base na norma NBR
9778 (ABNT, 2005). A absorção foi determinada em 2 corpos-de-prova cilíndricos
(100x200)mm por traço na idade de 28 dias.
70
5.1 TRABALHABILIDADE
(a) (b)
Idade
7 dias 28 dias
Mistura a/c Fc Fcm C.V. (%) Fc Fcm C.V. (%)
( MPa) ( MPa) ( MPa) ( MPa)
0,45 28,4 33,0
0,45 23,5 35,8
27,0 9,08 34,3 3,40
0,45 27,0 34,3
0,45 28,9 34,3
0,55 21,8 28,4
0,55 21,9 28,4
Referência 21,5 2,02 27,7 3,42
0,55 21,3 26,4
0,55 21,0 27,7
0,65 19,7 20,7
0,65 17,0 22,0
18,2 6,81 21,0 6,29
0,65 17,4 22,1
0,65 18,6 19,3
0,45 22,6 32,0
0,45 24,8 31,4
24,5 5,47 31,3 6,27
0,45 25,6 28,6
0,45 25,0 33,3
10% de 0,55 21,4 25,6
substituição 0,55 19,8 24,4
20,4 4,05 23,9 5,78
do cimento 0,55 19,6 22,8
pelo RSPC 0,55 20,7 22,7
0,65 16,4 21,8
0,65 16,5 22,3
17,2 5,22 22,3 3,36
0,65 18,2 21,6
0,65 17,5 23,3
0,45 23,0 31,3
0,45 25,6 28,3
23,4 8,07 28,4 7,15
0,45 23,8 26,7
0,45 21,1 27,5
20% de 0,55 20,9 23,1
substituição 0,55 19,2 22,1
19,4 5,21 22,7 1,87
do cimento 0,55 19,0 22,8
pelo RSPC 0,55 18,6 22,8
0,65 14,4 16,3
0,65 16,4 14,7
14,9 11,42 16,2 7,11
0,65 15,9 16,5
0,65 12,7 17,5
72
40
MISTURAS
35 REF
10%RSPC
20%RSPC
30
fc (MPa)
25
20
15
7d 28d
10
0,45 0,55 0,65 0,45 0,55 0,65
Relação a/c Relação a/c
(a) (b)
(Fonte: Do Próprio Autor)
Com base nos resultados da ANOVA pode-se verificar que as variáveis: teor de
substituição de cimento pelo RSPC, a relação a/c e as idades, analisados separadamente
possuem efeito significativo sobre a resistência à compressão axial. Também foi verificado
que existem influências significativas nas interações, teor de substituição e relação a/c, teor
de substituição e idade e relação a/c e idade. No entanto não há efeito significativo da
interação quando as três variáveis são analisadas conjuntamente.
√
NOTA: DNS = Diferença Não Significativa; ; MQR = Média quadrática
√
dentro do grupo; n = nº de repetições; = Limite de decisão
A diferença entre os valores médios são inferiores ao valor do limite de decisão,
determinado no método da CMM, conforme observa-se na Tabela 18. Portanto, pode-se
afirmar que a diferença não é significativa para todos os resultados médios de resistência à
compressão axial, aos 7 dias.
3,4
3,2 MIST URAS
REF
3,0
10%RSP C
2,8
20%RSP C
2,6
ft'd (MPa)
2,4
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4 7d 28d
1,2
0.45 0.55 0.65 0.45 0.55 0.65
Relação a/c Relação a/c
(a) (b)
(Fonte: Do Próprio Autor)
Tabela 21 Resultados da ANOVA de resistência à tração por compressão diametral dos concretos
produzidos
Fator GDL MQ Fcalculado F0,05 Significância
A – Teor 2 0,101 4,439 3,55 S
B – a/c 2 2,114 92,793 3,55 S
C – Idade 1 1,440 63,219 4,41 S
AB 4 0,269 1,183 2,93 NS
AC 2 0,010 0,439 3,55 NS
BC 2 0,003 0,110 3,55 NS
ABC 4 0,033 1,427 2,93 NS
Erro 18 0,023 - - -
GDL - Graus de liberdade / Fcalculado - Valor calculado de F / MQ - Média quadrada /
F0,05 Valor tabelado de f para o nível de significância de 5% / S - Significativo / NS -
Não significativo
concretos. Por outro lado, não houve influência significativa das interações entre as
variáveis, em relação à propriedade estudada.
Com base nos resultados de 7 dias pode-se verificar, que os concretos com 10% de
substituição de cimento pelo RSPC apresentaram resistência à tração semelhante aos
concretos de referência. Já os concretos com 20% de RSPC apresentaram resistência à
tração inferior a dos concretos de referência, para todas as relações a/c estudadas. A
redução da resistência à tração por compressão diametral chegou a 11,8% na mistura com
relação a/c 0,65, em relação ao correspondente concreto de referência.
Em relação aos resultados de 28 dias pode-se observar que os concretos com 10% e
20% RSPC não apresentaram uma redução na resistência à tração, em relação aos
concretos de referência. A redução da resistência chega a 16,1% para a mistura com 20%
de RSPC e relação a/c de 0,45. Por outro lado, observa-se que para os concretos com 10%
e 20% de RSPC e relação a/c igual a 0,55 e 0,65 a resistência à tração por compressão
diametral é bastante semelhante à resistência dos concretos de referência.
Em relação aos resultados de 28 dias pode-se observar que os concretos com 10% e
20% RSPC não apresentaram uma grande redução na resistência à tração, em relação aos
concretos de referência. A redução da resistência chega a 16,1% para a mistura com 20%
de RSPC e relação a/c de 0,45. Por outro lado, observa-se que para os concretos com 10%
e 20% de RSPC e relação a/c igual a 0,55 e 0,65 a resistência à tração por compressão
diametral é bastante semelhante à resistência dos concretos de referência. Foi utilizado o
método do CMM também para este conjunto de resultados para verificar se esta diferença é
ou não significativa. Na Tabela 23 é apresentado os resultados da analise do método CMM
do conjunto de resultados referentes à resistência a tração por compressão diametral aos 28
dias.
Quanto maior é a relação a/c maior deverá ser a absorção de água por imersão. Este
comportamento pode ser explicado pelo fato de que quanto mais água se tem em uma
mistura de concreto, mais poros existirão no concreto, para um mesmo volume de concreto,
após o seu endurecimento. Este comportamento não foi observado nos concretos de
referência, uma vez que a absorção do concreto com a/c igual a 0,65 foi menor do que o
concreto com relação 0,65. Pode-se atribuir este fato a falha no adensamento dos corpos-
de-prova de a/c 0,65. A Figura 35 apresenta o comportamento, quanto à absorção, das
misturas estudadas
81
8,0
7,5
7,0
6,0
5,5
5,0 MISTURAS
REF
10%
4,5
T20%
4,0
0,45 0,55 0,65
Relação a/c
Gonçalves (2000) observou que concretos com adição 10% de resíduo de corte de
granito (RCG) apresentaram menor absorção por imersão do que os concretos sem resíduo.
Por outro lado, os concretos com adição de 20% de RCG apresentaram maior absorção do
que os concretos de referência. O autor explica que a adição de 10% RCG proporcionou um
maior refinamento dos poros e uma melhor distribuição destes.
Para este ensaio foram utilizados 2 corpos-de-prova, para cada traço de concreto
estudado. Com os gráficos de ganho de massa em função da raiz quadrada do tempo,
calculou-se a taxa de absorção e resistência capilar, cujos resultados estão apresentados na
Tabela 25.
14,0
13,5
13,0
Taxa de absorção (g/h^1/2)
12,5
12,0
11,5
11,0 MISTURAS
REF
10%
10,5 20%
10,0
0,45 0,55 0,65
Relação a/c
12000
Resistência capilar (h/m²)
11000
10000
MISTURA
REF
10%
20%
9000
0,45 0,55 0,65
Relação a/c
6 CONCLUSÕES
A mistura com teor de 10% de RSPC apresentou uma redução de 8,7% na absorção
por imersão, em relação ao concreto de referência, para relação a/c 0,55, e um incremento
de 6,0% na absorção, em relação ao concreto de referência, para a relação a/c de 0,65. Nos
concretos com teores de substituição de 20% de cimento pelo RSPC houve uma variação
muito pequena na absorção, em relação aos concretos de referência, para todas as relações
a/c estudadas.
7 REFERÊNCIAS
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and raw or calcined natural pozzolanfor use as a mineral admixture in concrete.
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