Dayse Horta Diniz A INFLUÊNCIA DOS FINOS
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Dayse Horta Diniz A INFLUÊNCIA DOS FINOS
Dayse Horta Diniz A INFLUÊNCIA DOS FINOS DE ESCÓRIA DE ACIARIA COMO ESTABILIZANTE DE SOLOS PARA USO EM PAVIMENTOS Dissertação de Mestrado Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Orientador: Professor Ricardo André Fiorotti Peixoto Co-Orientador: Professor Flávio Renato de Góes Padula Belo Horizonte, 29 maio de 2009 Todos os direitos autorais reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da Instituição, do autor e do orientador. Diniz, Dayse Horta A Influência dos finos de escória de aciaria como estabilizante para uso em pavimentos / Dayse Horta Diniz. Belo Horizonte, 2009. 146p. Dissertação (Mestrado) – Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais. Departamento de Engenharia Civil, 2009. Orientador: Ricardo André Fiorotti Peixoto 1. Escória aciaria (metalurgia); 2. Pavimentos; 3. Solos 5.Impacto – Compactação; 4. Propriedades Mecânicas; Ambiental – Avaliação. I CEFET-MG/DEC/PPGEC II Título a Dayse Horta Diniz Este é o termo de aprovação da dissertação A INFLUÊNCIA DOS FINOS DE ESCÓRIA DE ACIARIA COMO ESTABILIZANTE DE SOLOS PARA USO EM PAVIMENTOS Dissertação apresentada ao Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil do CEFET-MG como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil Prof. Ricardo André Fiorotti Peixoto Orientador Departamento de Engenharia Civil, CEFET-MG Prof. Flávio Renato de Góes Padula Co-Orientador Departamento de Engenharia Civil, CEFET-MG Prof. José Roberto de Oliveira Departamento de Metalurgia e Materiais, CEFET-ES Prof. Nilton da Silva Maia Departamento de Engenharia Civil, CEFET-MG Belo Horizonte, 29 maio de 2009. iv A meu marido e meus filhos, para quem, neste período, não fui suficientemente mãe nem esposa, mas que por me amarem tanto sempre estiveram a meu lado, me apoiaram e incentivaram, quer nos bons momentos, quer nas tempestades, contribuindo com muito carinho para que eu me tornasse suficientemente profissional. Muito Obrigada! Amo vocês! v AGRADECIMENTOS Ao meu orientador, Professor Ricardo André Fiorotti Peixoto, pela incansável e valiosa atenção, pelos conhecimentos transmitidos, pelo apoio, amizade, confiança e dedicação depositados em mim, sem os quais este trabalho não seria realizado. Ao meu marido e filhos, principais responsáveis pela conclusão deste trabalho, pelo incentivo incondicional, paciência e compreensão constantes, apoio incansável, interesse permanente, auxílio e sugestões ao longo de toda esta trajetória, verdadeiros companheiros e amigos, exemplos de amor. A todos os meus familiares, pelo imprescindível amor, apoio e incentivo, em especial meus pais. À engenheira, amiga, irmã e companheira Maria Estânia Mendonça Passos, excolega de CEFET, pelo constante incentivo, conselhos, disponibilidade para me ouvir e esclarecer dúvidas, pela verdadeira amizade e presença constante. Ao co-orientador prof. Flávio Renato de Góes Padula, pelo apoio, confiança e valiosas discussões e sugestões. Aos colegas Matheus Justino da Silva e Leandro da Silva de Souza pela amizade, apoio técnico, companheirismo, profissionalismo e inestimável ajuda sem a qual este trabalho não seria realizado. Ao Grupo de Pesquisa Reciclos/CNPQ, especialmente aos colegas: Fiorotti, Kerry, Thiago, Douglas, Marcela, Jussara e Cristiane, pelo apoio técnico, companheirismo, profissionalismo e ajuda. Aos colegas do mestrado pelo companheirismo, apoio, incentivo, pelas boas risadas e novas amizades. A todos vocês meus grandes e muitos amigos, que de alguma forma, direta ou indiretamente auxiliaram na realização deste trabalho e sempre estiveram ao meu lado (Sandra, Andréa, Sônia, Maristela, Júnia, ...) pela amizade, presença constante em minha vida, incentivo e contribuição. À CICLOMETAL pelo fornecimento das amostras da escória de aciaria. À Arcelor Mital Tubarão – CST e à Fundação CEFETMINAS pelo financiamento e apoio técnico administrativo, que tornaram possível o desenvolvimento desta pesquisa. À empresa Holcim S.A. pelo fornecimento das amostras de cimento Pavifort e pela execução dos ensaios de granulometria e microscopia da escória. E finalmente, não poderia deixar de agradecer: a Deus, por me guiar, ajudar a crescer, acreditar e superar obstáculos. A todos e aos que me ajudaram, espero ter o privilégio de estar sempre construindo uma vida melhor ao lado de vocês. Um forte abraço a todos e muito obrigada, Dayse Horta Diniz 29 Maio de 2009 vi CONTEÚDO Página ÍNDICE vii LISTA DE FIGURAS xii LISTA DE TABELAS xv LISTA DE SÍMBOLOS xvii LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS xviii APÊNDICE xx ANEXOS xxi RESUMO xxii ABSTRACT xxiii vii Página 1 – INTRODUÇÃO .......................................................................... 1 1.1. Objetivo Geral .............................................................. 4 1.2. Objetivos Específicos ................................................... 4 1.3. Estrutura da Dissertação 5 1.3. Justificativa ................................................................... 5 2 – REVISÃO DE LITERATURA .................................................... 7 2.1. A Siderurgia no Brasil ................................................... 7 2.1.1. Breve Histórico do Processo ......................... 7 2.1.2. A Produção do Aço e sua Importância para a Economia do País .................................................... 2.1.3. Escória de Aciaria .......................................... 2.1.4. Utilização de Escória de Aciaria como Matéria-prima em Obras de Engenharia Rodoviária 2.2. A Malha Rodoviária Brasileira ...................................... 2.2.1. Malha Rodoviária de Minas Gerais .............. 2.2.2. Pavimento rodoviário do ponto de vista estrutural e funcional .............................................. 10 12 17 19 20 21 2.3. Compactação do Solo .................................................. 23 2.3.1. O Ensaio de compactação ............................ 25 viii 2.3.2. A Influência das Características dos Solos no Ensaio de compactação ..................................... 25 2.3.3. A Influência da Energia de Compactação ..... 26 2.3.4. Expansão ....................................................... 26 2.3.5. CBR – Califórnia Bearing Ratio ..................... 27 2.4. Estabilização de Solos ................................................ 27 2.4.1. Mecanismos de Estabilização de Solos .......... 28 2.4.1.1. Estabilização Mecânica ou Estabilização por Compactação ................... 28 2.4.1.2. Estabilização Granulométrica ........ 29 2.4.1.3. Estabilização Química ................... 29 2.4.2. Estabilização Solo-cimento ............................ 30 2.4.2.1. A dosagem do solo-cimento ............ 31 2.4.2.2. Procedimentos de dosagem ........... 31 2.4.3. Estabilização Solo-cal .................................... 33 2.4.3.1. Fatores que influem no processo 34 de estabilização dos solos com cal ......................... 2.4.4. Estabilização Solo-escória ............................. 34 2.5. Resistência à Compressão Simples ........................... 35 2.6. Resistência à Tração por Compressão Diametral ...... 36 2.7.Construção e Desenvolvimento Sustentável ............... 38 2.8. Estatística ................................................................... 39 ix 3. MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................... 40 3.1. Materiais ..................................................................... 40 3.1.1. Solo .................................................................. 40 3.1.2. Água ................................................................. 41 3.1.3. Escória de Aciaria ............................................ 42 3.1.4. Cal Hidratada ................................................... 43 3.1.5. Cimento Pavifort .............................................. 43 3.2. Métodos ...................................................................... 44 3.2.1. Caracterização Geotécnica do Solo ................ 44 3.2.2. Caracterização da Escória de Aciaria.............. 44 3.2.3. Caracterização Cal Hidratada ......................... 45 3.2.4. Caracterização Cimento Portland.................... 45 3.2.5. Caracterização da Água .................................. 46 3.2.6. Compactação .............................................. 46 3.2.6.1. Etapa 1 ................................................ 46 3.2.6.2. Etapa 2 ................................................ 46 3.2.6.3. Etapa 3 ................................................ 47 3.2.7. Expansão e CBR ......................................... 48 3.2.8. Moldagem dos Corpos-de-Prova .................... 50 3.2.8.1. Misturas de solo com um estabilizante 50 3.2.8.2. Misturas de solo com dois estabilizante ..................................................... 51 x 3.2.9. Resistência Mecânica ..................................... 53 3.2.10. Ensaios Ambientais........................................ 54 3.2.11. Tratamento Estatístico................................... 54 3.2.11.1. Resistência á compressão simples e à tração por compressão diametral ........................... 55 3.2.12. Inventário dos ensaios ......................... 55 4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS................ 57 4.1. Caracterização do solo ................................................. 57 4.1.1. Análise granulométrica do Solo...................... 57 4.1.2. Limites Físicos de Atterberg e Massa Específica ................................................................ 58 4.1.3. Classificação do solo ..................................... 59 4.2. Caracterização da Escória de Aciaria .......................... 59 4.3. Compactação ............................................................... 61 4.4. Expansão ..................................................................... 63 4.5. CBR .............................................................................. 67 4.6. Resistência Mecânica .................................................. 70 4.6.1. Resistência á Compressão Simples .............. 70 4.6.2. Resistência à Tração por Compressão Diametral ................................................................. 73 4.7. Ensaios de caracterização ambiental ......................... 76 4.8. Tratamento Estatístico ................................................ 78 4.8.1. Resistência à compressão simples: 4 misturas .................................................................. 78 xi 4.8.2. Resistência à compressão diametral: 4 misturas .................................................................. 4.8.3. Resistência à compressão diametral: 8 misturas .................................................................. 4.8.4. Resistência à compressão simples: 8 misturas .................................................................. 80 82 83 5. CONCLUSÕES ........................................................................... 85 5.1. Contribuição para trabalhos futuros ............................ 88 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................... 89 APÊNDICE ............................................................................. 97 ANEXOS ................................................................................ 117 xii LISTA DE FIGURAS Página Figura 2.1 Produção Brasileira de Aço Bruto 12 Figura 2.2 Fluxograma esquemático do processo de beneficiamento de escória 13 Figura 2.3 Ensaio de compressão diametral 37 Figura 3.1 Jazida de coleta do saibro amarelo 40 Figura 3.2 Amostra de saibro, preparada para secar Figura 3.3 O fino de escória de aciaria espalhado para secagem 43 Figura 3.4 Acréscimo de umidade ás amostras 47 Figura 3.5 Ensaio de compactação 47 Figura 3.6 Arrasamento do volume do cilindro 48 Figura 3.7 Equipamento expansão Figura 3.8 Cilindros no tanque de saturação 49 Figura 3.9 Ensaio de CBR 49 Figura 3.10 Moldagem e extração do CP 50 Figura 3.11 Preparo da misturas e homogeneização das amostras para moldagem dos corpos-de-prova 52 Figura 3.12 Cura dos CP ao ar 52 Figura 3.13 Capeamento dos CP 53 Figura 3.14 Prensa para ensaio compressão simples Figura 3.15 Ensaio de resistência à tração por compressão diametral 54 Figura 4.1 Curva granulométrica por peneiramento 57 Figura 4.2 Curva granulométrica por sedimentação 58 Figura 4.3 Curva da granulometria laser do fino de escória 60 Figura 4.4 Compactação do solo 61 em necessário local ao de coberto, ensaio resistência de à 41 48 53 xiii Figura 4.5 Massa específica aparente máxima diferentes teores de estabilizante Figura 4.6 Umidade ótima para diferentes teores de estabilizante 63 Figura 4.7 Variação da expansão X umidade para o solo puro 63 Figura 4.8 Variação da expansão X umidade para as misturas solo-cal 64 Figura 4.9 Variação da expansão X umidade para as misturas solo-escória 64 Figura 4.10 Variação da expansão X umidade para as misturas solo-Pavifort 65 Figura 4.11 Variação da expansão X umidade para as misturas solo-escória-cal e solo-escóriaPavifort 65 Figura 4.12 Expansão na umidade ótima, para diferentes teores de estabilizante 66 Figura 4.13 Variação do CBR X umidade do solo puro 67 Figura 4.14 Variação do CBR X umidade para as misturas solo-cal 68 Figura 4.15 Variação do CBR X umidade para as misturas solo-escória 68 Figura 4.16 Variação do CBR X umidade para as misturas solo-Pavifort 68 Figura 4.17 Variação do CBR X umidade para as misturas solo-escória-cal e solo-escória-Pavifort 69 Figura 4.18 CBR na umidade ótima, para diferentes teores de estabilizante 69 Figura 4.19 Ruptura de CP de misturas de solo com 10% de estabilizantes 71 Figura 4.20 Resistência à compressão misturas com 1 estabilizante simples para 71 Figura 4.21 Resistência à compressão misturas com 2 estabilizante simples para Figura 4.22 Ruptura do CP solo + 15% escória + 5% cal para 62 71 72 xiv Figura 4.23 Ruptura do CP solo + 15% escória + 5% Pavifort 72 Figura 4.24 Ruptura do CP solo + 20% escória + 5% cal 73 Figura 4.25 Ruptura do CP solo + 20% escória + 5% Pavifort 73 Figura 4.26 Ruptura do CP de misturas de solo com 10% de estabilizantes 74 Figura 4.27 Resistência à tração por compressão diametral das mistura com 1 estabilizante 74 Figura 4.28 Resistência à tração por compressão diametral das mistura com 2 estabilizante 75 Figura 4.29 Ruptura do CP solo + 20% escória + 5% Pavifort 75 Figura 4.30 Gráfico de efeitos principais: resistência a compressão simples – 4 misturas 78 Figura 4.31 Validação do modelo: 4 misturas 79 Figura 4.32 Gráfico de efeitos principais: resistência a compressão diametral – 4 misturas 80 Figura 4.33 Validação do modelo: 4 misturas 81 Figura 4.34 Gráfico de efeitos principais: resistência a compressão simples – 8 misturas 82 Figura 4.35 Validação do modelo: 8 misturas 83 Figura 4.36 Gráfico de efeitos principais: resistência a compressão diametral – 8 misturas 84 Figura 4.37 Validação do modelo: 8 misturas 85 xv LISTA DE TABELAS Página Tabela 2.1 Produção de aço bruto por processo de refino, no Brasil 9 Tabela 2.2 Tipos de fornos das siderúrgicas brasileiras 9 Tabela 2.3 Relação das Aciarias Brasileiras que utilizam convertedor a oxigênio 11 Tabela 2.4 Produção Brasileira – 80% por convertedor a oxigênio e 20% por forno elétrico 11 Tabela 2.5 Características da escória de aciaria 14 Tabela 2.6 Faixa de composição química típica da escória LD no Brasil 15 Tabela 2.7 Composições das escórias de aciaria elétrica 15 Tabela 2.8 Malha rodoviária do Brasil 20 Tabela 2.9 Malha rodoviária de Minas Gerais 20 Tabela 2.10 O estado geral das rodovias mineiras 21 Tabela 2.11 Teor de cimento, segundo NBR 12253/90 32 Tabela 3.1 Parâmetros físicos da cal hidratada CHI 45 Tabela 3.2 Composição química típica físicos do Pavifort - Holcin 45 Tabela 3.3 Parâmetros de qualidade da água - período de maio 2008 46 Tabela 3.4 Demonstrativo de ensaios executados 56 Tabela 4.1 Parâmetros geotécnicos 58 Tabela 4.2 Classificação do solo 59 Tabela 4.3 Caracterização química da escória de aciaria 59 Tabela 4.4 Caracterização física da escória de aciaria 60 Tabela 4.5 Análise química no extrato lixiviado das misturas 76 Tabela 4.6 Análise química no extrato solubilizado das misturas 77 Tabela 4.7 Classificação das misturas 77 e parâmetros xvi Tabela 4.8 Resultado das ANOVA: 4 misturas resistência a compressão simples 78 Tabela 4.9 Resultado das ANOVA: 4 misturas resistência a compressão diametral 80 Tabela 4.10 Resultado das ANOVA: 8 misturas resistência a compressão simples 82 Tabela 4.14 Resultado das ANOVA: 8 misturas resistência a compressão diametral 84 xvii LISTA DE SÍMBOLOS γS Massa Específica Sólida γd màx Massa Específica Aparente Máxima Seca Wot Umidade Ótima # Malha da peneira Al2O3 Óxido de alumínio (alumina) CaO Óxido de cálcio (cal) CaCO3 Carbonato de cálcio ou calcita CaSiO3 Silicato de cálcio CaFe2O4 Ferrita calcita Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio ou Cal hidratada C2S Silicato dicálcio ou dicálcico (2CaO.SiO2) C3S Silicato tricálcio ou tricálcico (3CaO.SiO2) Fe Ferro FeO Óxido de ferro Fe2O3 Hematita H2O Água MgO Óxido de magnésio ou periclásio (magnésia) Mg(OH) 2 Hidróxido de magnésio ou brucita MnO Óxido de manganês pH Indicador de pH P2O5 Pentóxido de fósforo RCs Resistência à compressão simples RCt Resistência á tração por compressão diametral S Enxofre Si Silício SiO2 Dióxido de silício (sílica) xviii LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS AASHO American Association of State Highway Officials AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ABEDA Associação Brasileira de Empresas Distribuidoras de Asfalto ASTM American Society for Testing and Materials, Philadelphia (USA) AÇOMINAS Aços Minas S.A. BOF Blast Oxygen Furnace CAP Concreto Asfáltico de Petróleo CBR California Bearing Ratio – (Índice Suporte Califórnia) CEFET-MG Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais CNT Confederação Nacional do Transporte CP Corpo-de-prova CSN Companhia Siderúrgica Nacional CST Grupo Arcelor DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes DRX Difração de Raios X EAF Eletric Arc Furnace EM Especificação de Material HRB Highway Recearch Board IBS Instituto Brasileiro de Siderurgia IISI International Iron and Steel Institute IG Índice de Grupo IP Índice de Plasticidade IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias xix IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo LabCIM Laboratório de Ciências dos Materiais LabMEC Laboratório de Materiais e Estruturas de Concreto LabSolos Laboratório de Solos LD Linz e Donawitz LL Limite de Liquidez LP Limite de Plasticidade NBR Norma Brasileira Registrada NM Norma Mercosul ME Método de Ensaio MMQ Método dos Mínimos Quadrados OH Forno Siemens-Martins (Open Heart) PAC Programa de Aceleração do Crescimento PTM Pennsylvania Testing Method USCS Unifield Soil Classification System USIMINAS Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais xx APÊNDICE Página Apêndice 1 Ensaio de granulometria por peneiramento 98 Apêndice 2 Ensaio de granulometria por sedimentação 99 Apêndice 3 Características físicas do fino de escória de aciaria 100 Apêndice 4 Compactação do solo e das misturas 101 Apêndice 5 Expansão do solo e das misturas 105 Apêndice 6 CBR do solo e das misturas 109 Apêndice 7 Resumo de resistência à compressão simples 113 Apêndice 8 Resumo de resistência á tração por compressão diametral 114 Apêndice 9 Tratamento estatístico 115 Apêndice 10 xxi ANEXO Página Anexo 1 Caracterização química e granulometria laser da escória Anexo 2 Ensaios ambientais 118 119 xxii RESUMO A preocupação com o meio ambiente e a escassez de recursos naturais têm levado à busca por alternativas mais sustentáveis, na indústria da construção civil. O presente trabalho propõe desenvolver o estudo da avaliação da influência de finos de escória de aciaria como estabilizante em misturas para uso em camadas de pavimentos, dado o grande déficit de rodovias pavimentadas no Brasil. A redução dos resíduos industriais gerados vem se tornando uma exigência constante. A preservação dos recursos naturais, a redução do consumo de energia, a falta de espaço para disposição dos resíduos e a degradação ambiental, tornam a reciclagem e a reutilização destes resíduos uma alternativa atraente. Além dos benefícios ambientais, o reaproveitamento deste resíduo industrial pela construção civil, pode diminuir o custo da construção e a melhoria das características de materiais de construção. Dessa forma, este trabalho apresenta um estudo do uso de estabilizantes em misturas de solo para utilização em pavimentos, com enfoque ao uso de finos de escória de aciaria. A metodologia adotada foi um comparativo das características mecânicas. Utilizouse para a análise os resultados dos ensaios de massa específica aparente máxima seca, expansibilidade, CBR, resistência à compressão simples e resistência à tração por compressão diametral, para os períodos de cura ao ar de 7, 28 e 56 dias para o solo puro, solo-cal, solo-escória de aciaria e soloPavifort. Os resultados obtidos apontam para a viabilidade da utilização de finos de escória de aciaria como estabilizante em misturas de solo para utilização em camadas de pavimentos. PALAVRAS CHAVE: Escória de aciaria, pavimentação rodoviária, compactação, CBR, resistência mecânica. xxiii ABSTRACT The concern with the environment and the scarcity of natural resources has led to the search for more sustainable alternatives in the civil construction industry. The present work proposes to develop the study of the evaluation of the influence of the use of fine of steel slag as stabilizer in mixtures for use in infrastructure of road bases, due to the large deficit of pavement road in Brazil. The reduction of industrial waste produced has become a constant requirement. The preservation of the natural resources, the reduction of the energy consumption, the lack of space for disposal of waste and its environmental contamination become the recycling and the reuse of these wastes an attractive alternative. Moreover environmental benefits, the reuse of industrial wastes in the civil construction can decrease the cost of the construction and improvement the characteristics of construction materials. Thereby, this work presents a study of the use of stabilizers in soil mixtures for use in infrastructure of road bases, with a focus on the use of fine of steel slag. The adopted methodology was a comparative of the mechanical characteristics. It was used for the analysis the results of apparent maximum dry specific gravity, expansibility, CBR, compressive strength and split tensile strength tests, at air curing time of 7, 28 and 56 days for pure soil, soillime, soil-steel slag and soil-Pavifort. The results showed the viability of the use of fine of steel slag as stabilizers in soil mixtures for use in infrastructure of road bases. KEYWORDS: Steel slag, pavement road, compacting, CBR, mechanic resistance 1 1 - INTRODUÇÃO Segundo dados do Boletim Estatístico da Confederação Nacional do Transporte, CNT (2008), a malha rodoviária pavimentada nacional é composta por uma rede de 73.009km de rodovias federais, 24.162km de estaduais coincidentes, 208.319km de estaduais e 1.297.641km de municipais, totalizando 1.603.131km. A pesquisa também revela que da malha nacional analisada, 74,2% estão de regular a péssimo estado de conservação e em Minas Gerais este percentual atinge 63,3%. A competitividade do setor produtivo nacional perde assim muito no quesito infraestrutura de transporte, visto que nossa matriz modal apresenta como principal meio de escoamento de produção o rodoviário, que responde por 61,2% do total, e como o mesmo não se apresenta em condições de atender às necessidades do transporte nacional, fica prejudicada e onerada toda a cadeia produtiva, logística interna e de exportação. Isto demanda e propicia ambiente favorável ao desenvolvimento de estudos e pesquisas, bem como a busca de alternativas de novos materiais que apresentem potencial para viabilizarem obras no ritmo, custo e qualidade necessários, devendo-se nesta busca de alternativas e inovação considerar-se alguns desafios e paradigmas relevantes, destacando-se: • Redução de custo e melhoria de qualidade dos pavimentos, • Utilização de passivos ambientais produzidos pelas indústrias, • Compatibilização da preservação ambiental com a necessidade por expansão de infra-estrutura, • Proposição de inovações no setor da construção civil por meio de investimentos atrelados ao desenvolvimento de pesquisas. Pouca coisa foi feita nas últimas décadas e as condições de nossas vias e rodovias são preocupantes, mais que isso, a melhoria das condições de transporte no Brasil são urgentes e inadiáveis. Vale lembrar que a oferta satisfatória de rodovias, sustenta as demandas do potencial de crescimento econômico. Assim as rodovias devem ser entendidas como um patrimônio, que necessita não só manutenção, como também expansão, uma vez que a demanda por este tipo de infra-estrutura de transportes é sempre crescente. 2 É senso comum entre usuários e técnicos que algumas centenas de milhares de quilômetros neste país, necessitam com urgência, de serviços de infra-estrutura de pavimentação, tanto de implantação do pavimento tecnicamente recomendado quanto de restauração e recomposição. Cerca de 90% das rodovias brasileiras são não pavimentadas e entre os diversos métodos de melhoria de qualidade dos materiais terrosos empregados, ou para suprir a dificuldade de obtenção dos materiais ou ainda preservar o meio ambiente, destaca-se a estabilização química como alternativa viável em todos os aspectos. A preocupação com o meio ambiente e a escassez de recursos naturais leva à busca por alternativas mais sustentáveis na indústria da construção civil. Nesta busca, estudar o uso de finos de escória de aciaria, um dos subprodutos de grande volume gerado nas indústrias beneficiadoras de produtos siderúrgicos, com milhares de toneladas descartadas a cada ano, é de grande importância. Transformar a escória de aciaria (resíduo ou subproduto sólido, originado do processo de produção do aço) em fonte alternativa de matéria-prima dentro da infra-estrutura de pavimentos constitui um desafio para o meio técnico científico. Neste sentido, incorporar escória de aciaria em misturas de solos estabilizados para aplicação em camadas de pavimentos é uma das alternativas que se apresentam. O uso deste resíduo, além de redução de custos para a estabilização de misturas, abre espaço para pesquisas no campo da sustentabilidade possibilitando o tratamento de dois passivos ambientais importantes: o aproveitamento dos resíduos da siderurgia e diminuição da necessidade de exploração de jazidas, pelas construtoras de rodovias. Segundo o Instituto de Pesquisas Rodoviárias - IPR, “A utilização dessa escória deve seguir padrões ambientais e estruturais estabelecidos internacionalmente, cuja ausência impossibilita o aproveitamento na construção”. Estudos de utilização de solo-cimento e solo-cal em misturas para estabilização de solos empregadas em obras de infra-estrutura de pavimentos cresceram a partir da década de 80, já estando técnica e conhecimentos específicos bem difundidos, chegando então o momento de se estudar a viabilidade de incorporação deste novo material aglomerante, o pó de escória de aciaria. 3 Segundo Cincotto et al. (1992), a composição química, o resfriamento e a finura são fatores determinantes na capacidade aglomerante da escória, bem como o pH do meio. A partir daí vários autores publicaram sobre o tema. Machado (2000) estudou sobre a expansibilidade das escórias de aciaria, França (2003), sobre a estabilização química de solos para fins rodoviários, Ferreira et al. (2005), o desempenho físico-químico de solo argiloso estabilizado com cal e silicato de sódio visando aplicação em construção rural e recentemente Peixoto et al. (2007) estudaram o uso de escória de aciaria como agregado de concreto de cimento Portland em pavimentação. Segundo dados IBS (2009) a indústria siderúrgica gera de subproduto da fabricação do aço, cerca de 5,7 x 103 toneladas de escória por ano, o que representa cerca de 158.000 toneladas, diariamente. Neste particular, a busca de tecnologias que visem o reaproveitamento desses resíduos reveste-se de grande importância, pois possibilita a compatibilização da produção do aço com outras atividades, eliminando o passivo ambiental gerado pelo acúmulo de escória nos pátios das siderúrgicas. No que se refere à utilização desses subprodutos na construção civil, a questão está a merecer estudos aprofundados para que se conheçam não só a sua composição química, mas, também, sua interação com o solo, pois escória de aciaria tende a expandir quando exposta à umidade, a menos que seja previamente envelhecida com água. Padula et al. (2007) destacam o uso de escória de aciaria como substituto de agregados naturais como rochas britadas, areias e cascalhos, minimizando os impactos ambientais e possibilitando a viabilização de obras de engenharia de baixo custo por apresentar grande versatilidade de aplicações. O processo de beneficiamento e transformação da escória de aciaria em agregado de escória produz uma quantidade extremamente elevada de finos (pó), que ficam retidos nos filtros de manga, e sendo posteriormente empilhados nos pátios das beneficiadoras criando volumes e passivos a serem descartados. Assim o uso de fino de escória de aciaria em estabilização de misturas para aplicação em camadas de pavimentos, pode contribuir para a sustentabilidade na área. Jonh (2000) destaca que a construção civil é, certamente, em qualquer economia, a maior consumidora de recursos naturais. Assim, a utilização de resíduos de siderurgia na construção civil, é uma ferramenta importante no 4 aumento da sustentabilidade da construção civil, contribuindo para a diminuição da extração de matérias-primas naturais, para a manutenção de um ambiente saudável e a redução dos custos dos pavimentos. Para Villibor et al. (2007), o déficit de pavimentação no país é muito grave, por isto a grande necessidade e importância do desenvolvimento de novas tecnologias de pavimentação que melhorem a qualidade e minimizem custos de implantação. 1.1. Objetivo Geral O objetivo da pesquisa proposta é avaliar experimentalmente a influência do uso dos finos de escória de aciaria, como aditivo estabilizante em misturas de solos para uso em pavimentos. 1.2. Objetivos Específicos a) Estudar as características físicas e os parâmetros de compactação das diferentes misturas estabilizadas com finos de escória de aciaria, cal hidratada e Pavifort; b) Estudar as diferentes misturas estabilizadas com finos de escória de aciaria, cal hidratada e Pavifort, segundo variações dos teores de adição de estabilizantes; c) Avaliar o efeito da adição de finos de escória de aciaria, cal hidratada e Pavifort, nos parâmetros de expansibilidade, das diferentes misturas de solo estabilizado; d) Avaliar o efeito da adição de finos de escória de aciaria, cal hidratada e Pavifort, nos parâmetros de CBR, das diferentes misturas de solo estabilizado; e) Avaliar o efeito da adição de finos de escória de aciaria, cal hidratada e Pavifort, em solo, relacionados às propriedades mecânicas de resistência à compressão simples e resistência à tração por compressão diametral em diferentes misturas e idades; f) Avaliar o impacto ambiental gerado pela utilização das misturas solo-cal, solo-escória e solo-Pavifort como infra-estrutura de rodovias. 5 1.3 Estrutura da Dissertação A presente dissertação é dividida em 6 capítulos: Capítulo 1 – introdução à pesquisa, apresentação de objetivos e justificativa. Capítulo 2 - Revisão da literatura onde são relacionados aspectos da siderurgia no Brasil, processos de geração de escória de aciaria e sua utilização na construção civil, bem como o panorama do sistema rodoviário brasileiro. Apresenta-se ainda uma revisão sobre os diversos processos de estabilização de solo e os métodos de ensaio de caracterização, compactação, expansão, CBR, resistência à compressão simples e resistência à compressão diametral. Capítulo 3 Métodos – Descreve procedimentos utilizados para a condução dos experimentos relacionados neste trabalho; bem como ações necessárias para a execução dos objetivos propostos, obtenção de resultados sua análise e discussão. Descrevem-se ainda materiais utilizados nos modelos propostos. Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados obtidos dos ensaios realizados com o solo e as misturas durante todo o desenvolvimento do experimento com vista à sua utilização em pavimentos. Capítulo 5 – Conclusões obtidas a partir desta pesquisa e sugestão para trabalhos futuros. Capítulo 6 – Referências bibliográficas consultadas durante a pesquisa. 1.4 Justificativa Ressalta-se a importância do tema, face à extensão e potencial do pólo industrial siderúrgico que do processo de produção de aço gera por ano 5.776 x 103 toneladas de resíduos e passivos representados pelas pilhas de escória resultantes. Tal material precisa e pode ser aplicado em conformidade com a necessidade da expansão de infra-estrutura de rodovias e a preservação ambiental. Sua utilização como matéria-prima em obras de engenharia rodoviária é de extrema importância uma vez que apenas sob jurisdição municipal 1,43x106km de rodovias necessitam pavimentação para escoamento da produção industrial, a agrícola e de pessoas (DNIT, 2009). 6 Um dos mais importantes campos de aplicação da escória de aciaria é o seu emprego como agregado na pavimentação rodoviária. Neste contexto a escória de aciaria vem sendo utilizada como infra-estrutura de pavimentos, porém problemas relacionados à sua expansão e estabilização além de práticas inadequadas de uso que implicam em restrições quanto à sua utilização (RAPOSO, 2005). O produto solo-cimento pode ser definido como uma mistura de solo pulverizado, cimento Portland e água que, sob compactação a um teor de umidade ótima, forma um material estruturalmente resistente, estável, durável e de baixo custo (FREIRE 1976). Nos últimos anos diversas pesquisas têm sido realizadas visando à redução do custo, de solos estabilizados, através da substituição total ou parcial do cimento Portland por diversas adições minerais, tais como: cal, sílica ativa, metacaulinita e cinza volante. Misturas de solo estabilizadas com cimento e adições minerais que contenham percentuais de sílica e alumina amorfas possuem melhores propriedades mecânicas. Esse incremento nas propriedades mecânicas deve-se à combinação destes elementos com a cal oriunda da hidratação do cimento (DALLACORT, 2002). O estudo da influência dos finos de escória de aciaria como ligante em misturas para uso em infra-estrutura de pavimentos, vai de encontro às ações do milênio, no que tange a sustentabilidade e eficiência ambiental do sistema – extração; industrialização; passivo; reaproveitamento – utilização em um ciclo fechado. Desta forma, a adição de finos de escória de aciaria pode representar possibilidade de incremento das propriedades mecânicas de solo estabilizadas. 7 2. REVISÃO DE LITERATURA Este capítulo apresenta uma revisão bibliográfica que expõe sobre a siderurgia no Brasil, o processo de geração de escória de aciaria, sua utilização, o sistema rodoviário brasileiro, os diversos processos de estabilização de solo, ensaios de caracterização, compactação, expansão, CBR, resistência à compressão (simples e diametral) e construção sustentável. 2.1. A siderurgia no Brasil Esta seção apresenta um breve histórico sobre a siderurgia no Brasil, a produção do aço e sua importância econômica, o processo de geração da escória de aciaria e sua aplicação como matéria prima. 2.1.1. Breve histórico do processo Siderurgia se refere ao conjunto de técnicas industriais voltadas à obtenção e tratamento para a fabricação do ferro e do aço. O aço é uma liga metálica de múltiplas aplicações industriais, cujos componentes principais são o ferro e o carbono, que em quantidades variáveis lhe confere propriedades específicas. A produção de aço cresce juntamente com seu consumo, proporcionalmente ao desenvolvimento econômico do país, à construção civil, à execução de obras públicas, à instalação de meios de comunicação e à produção de equipamentos utilizados na exploração das riquezas necessárias ao bem-estar da população. Atualmente fabrica-se o aço pelo processo de carbonização do ferro-gusa, no sistema Bessemer. A operação elimina o carbono, que se combina com o oxigênio do ar; no sistema Siemens-Martin, a oxidação se processa pela aplicação de ar pré-aquecido com os gases desprendidos do alto-forno. Por trabalhar com temperaturas muito elevadas, o método permite a fusão da sucata e seu aproveitamento, o que é ponto positivo no aspecto da reciclagem e sustentabilidade do processo. Segundo Rizzo (2006), a partir de 1856, iniciou-se na Inglaterra a utilização do oxigênio puro para a transformação do ferro-gusa líquido em aço por meio da utilização do sistema desenvolvido por Sir Henry Bessemer, processo pneumático com a exclusão do nitrogênio do ar soprado nos convertedores. 8 O convertedor Bessemer consiste de uma carcaça de chapas de aço, em formato cilíndrico, dotada de rotação e fundo destacável, contendo ventaneiras de material refratário. Este processo aumentou em 200 vezes a produção do aço em comparação com sistemas anteriores. O desenvolvimento do processo apresentou alguns problemas. Na Inglaterra, por exemplo, o processo fracassou, pois o ferro-gusa apresentava elevado teor de fósforo que, não sendo eliminado na etapa de elaboração, tornava o aço frágil. Em 1878, Sidney G. Thomas, aplicou algumas alterações na tecnologia do convertedor Bessemer em ferros gusa de alto teor de fósforo através da utilização de revestimento dolomítico calcinado. No caso do convertedor Thomas, o ferro-gusa líquido empregado deve ter preferencialmente de baixo teor de silício, Si e enxofre, S e ser fisicamente quente. O baixo teor de Si é necessário porque o silício do banho ataca as paredes do convertedor que são de tijolos de dolomita e também porque elevados teores de Si, no começo do sopro, provocam a formação de uma escória espumante, dispersa no meio do banho e projetada para fora do forno na etapa de sopro. Um baixo teor de S é importante porque este elemento é nocivo à composição do aço e difícil de ser retirado no convertedor. Com a produção das primeiras unidades industriais de oxigênio no final do século XIX, o interesse pela sua utilização na siderurgia se acentuou. Em 1930, o oxigênio era utilizado para o enriquecimento do ar soprado em alto-fornos e em convertedores Bessemer. O ano de 1952 marca o nascimento do processo de refino em convertedores a oxigênio, LD que recebeu este nome em homenagem as duas cidades austríacas, Linz e Donawitz, que iniciaram este processo. A partir desta data o tamanho dos convertedores aumentou gradativamente em uma série de outras usinas em todo o mundo. Em agosto de 1954 a Usina de Dominium Fourdries em Hamiton, Canadá, entrou em operação, sendo a primeira Aciaria a oxigênio fora da Áustria, e em dezembro do mesmo ano a Mclouth Steel Coorporation nos EUA. Em 1957, outras usinas entraram em operação, destacam-se: BelgoMineira (João Monlevade - Brasil), Jones and Laughlin (Aliquipa - USA), Nippon Steel (Japão), Krupp (Alemanha). Quanto ao processo de refino, a fabricação do aço pode ser dividida em 3 grandes grupos: LD (Linz-Donawitz) ou BOF (Blast Oxygen Furnace) que utiliza o conversor a oxigênio, elétrico ou EAF (Eletric Arc Furnace) que utiliza o forno de arco elétrico e OH (Open Heart) que utiliza o forno Siemens-Martin. A produção do aço no Brasil, é cerca de 80% pelo processo LD, cerca de 20% pelo 9 processo que utiliza forno arco elétrico e apenas 1,9% pelo forno SiemensMartin. A Tabela 2.1, extraída do Instituto Brasileiro de Siderurgia, apresenta a produção do aço bruto no Brasil dividido pelo processo de refino. Tabela 2.1 – Produção de aço bruto por processo de refino, no Brasil. Fonte: IBS, 2009. 106 toneladas Forno de Refino Oxigênio (LD / BOF) 43,8 Conversor a oxigênio Elétrico (EAF) 29,8 Arco elétrico Processos de aciaria O aço é uma substância, flexível e resistente. Sua composição química varia de acordo com a finalidade a que é destinado: para artefatos que requerem durabilidade, aço-silício-manganês é o tipo indicado; para resistência a choque, aço-níquel; contra a corrosão, aço inoxidável; o que melhor reage ao desgaste é o aço-cromovanádio, etc. conforme Rizzo (2006). A Tabela 2.2 informa os modelos de fornos utilizados pelas principais siderúrgicas brasileiras e o autor destaca que a maior parte da literatura publicada sobre a utilização de escórias de aciaria faz distinção entre os tipos de fornos utilizados pelas indústrias siderúrgicas na produção do aço. Tabela 2.2 - Tipos de fornos das siderúrgicas brasileiras. Fonte: RODHE, 2002 citado por CASTELO BRANCO, 2004, p. 7. Tipo de Forno Empresa Acesita S.A. Aço Minas Gerais S.A. Aços Villares S.A. Cia. Sidegúrgica Belgo Mineira Cia. Sidegúrgica Nacional (CSN) Cia. Sidegúrgica Paulista (COSIPA) Cia. Sidegúrgica Tubarão (CST) Localização LD / BOF Conversor a oxigênio EAF Forno de arco elétrico MG X X MG/SP X SP X MG/SP/ES RJ X X SP X ES MG/PE/RS/PR/CE /BA RJ X X MG X Vllourec & Mannesman Tubes – V&M do Brasil S.A MG X Villares Metais S.A. SP Gerdau S.A. Sidegúrgica Barra Mansa S.A. Usinas Sidegúrgicas de Minas Gerais S.A. (USIMINAS) X X X X 10 2.1.2. A produção do aço e sua importância para a economia do país O Congresso Internacional de Geologia de Estocolmo, realizado em 1910, publicou estatísticas sobre as reservas de minério de ferro brasileiras que despertaram a atenção das nações industrializadas. Até o final da década de 1930, prevaleceu no Brasil, a exportação do minério bruto sobre a industrialização. Durante a segunda guerra mundial, o Brasil contava com 11 pequenas usinas siderúrgicas que produziam pouco mais de 90.000 toneladas de aço por ano. Quase metade dessa produção vinha da Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira, localizada em João Monlevade, MG. Em 1941, em Volta Redonda – RJ foi criada a Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), sua construção foi negociada com os Estados Unidos durante a guerra, em troca de uso de bases militares no Nordeste. Outra usina siderúrgica, a Companhia Siderúrgica Tubarão (CST), entrou em funcionamento apenas em 1983, e dois anos mais tarde, em 1985, foi inaugurada a Aço Minas SA (Açominas). Durante a década de 1990 a indústria siderúrgica brasileira enfrentou graves problemas e o déficit acumulado do setor provocou uma contenção salarial que gerou repetidas greves, a mais séria delas ocorrida em 1988 na CSN. A partir de 1991, o governo federal iniciou o processo de privatização da maior parte das usinas siderúrgicas. A primeira a passar ao controle privado foi a USIMINAS – Ipatinga, MG, seguida da CST – Tubarão, ES em 1992, a ACESITA – Timóteo, MG, e em 1993 a CSN – Volta Redonda, RJ. O Brasil está entre os dez maiores produtores de aço bruto do mundo, com 3,7% da produção mundial, É também, o maior produtor da América Latina sendo sua produção 52,5% dados coletados do Instituto Brasileiro de Siderurgia – IBS em 2009. O processo LD entrou em funcionamento, no Brasil, em 1957, através da Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira, em João Monlevade, em 1963, nas Usinas da Companhia Siderúrgica Mannesmann, em Belo Horizonte e Intendente Câmara e na Usiminas, em Ipatinga, todas em Minas Gerais. Em 1965 entrou em operação a aciaria da COSIPA em Cubatão-SP. A partir desta data o crescimento da produção de aço em Minas Gerais com convertedores a oxigênio foi de: em 1979 - 8,8 milhões t/ano, em 1996 - 18,0 milhões t/ano e em 2005 - próximo dos 23,6 milhões t/ano: para uma produção total brasileira de aço de 31,2 milhões t/ano em 2005, conforme mostram as Tabelas 2.3 e 2.4. 11 Tabela 2.3 – Relação das Aciarias Brasileiras que utilizam convertedor a oxigênio - ano base 2006. Fonte: RIZZO, 2006, p.117. Empresa Localização Cia. Sidegúrgica Belgo-Mineira João Monlevade – MG Nº de fornos e Capacidade (t)* 2 x 112 Ipatinga - MG 1 x 84 USIMINAS 1 x 180 COSIPA Piaçaguera – SP 1 x 170 Timóteo – MG 1 x 80 Cia. Aços espaciais Itabira – ACESITA 1 x 80 Cia. Sidegúrgica Nacional – CSN Gerdau-Barão Cia. Sidegúrgica Mannesman Volta Redonda – RJ 3 x 225 Barão de Cocais – MG 1 x 32 Belo Horizonte – MG 1 x 80 Serra - ES 2 x 315 Ouro Branco - MG 2 x 200 Cia. Sidegúrgica Tubarão – CST GERDAU-AÇOMINAS *Refere-se á capacidade do equipamento quando da instalação do mesmo. Tabela 2.4 – Produção Brasileira de Aço Bruto por Unidade de Produção – 80% convertedor a oxigênio e 20% forno elétrico. Fonte: RIZZO, 2006, p. 117, IBS, IISI, IBGE, 2006. Empresas Produção Brasileira de aço Bruto (Unidade: 1.000 toneladas) 2005 2001 2002 2003 2004 Produção Capacidade Gerdau 5.826 5.999 6.976 7.284* 6.910 8.840 CSN 4.048 5.107 5.318 5.518 5.201 6.000 CST 4.784 4.904 4.812 4.958 4.850 5.300 Usiminas 4.620 4574 4.524 4.738 8.661 5.000 COSIPA 2.460 3.873 4.097 4.213 Belgo-Mineira 2.668 2.827 2.889 3.250 3.272 3.800 Acesita 780 709 749 835 750 830 Aço Villares 508 595 661 816 680 870 V & M do Brasil 500 500 551 611 592 570 Barra Mansa 392 387 421 564 579 600 Villares Metais 94 105 113 122 133 130 MWL Brasil 31 24 36 - - - 21.717 29604 31.147 32.909 31.631 36.440 Açominas TOTAL 4.500 NOTA: Produção de aço Bruto = Lingotes + Produtos de lingotamento contínuo + Aço para fundição. * A Açominas foi responsável por cerca de 3.000 x 10³ toneladas neste ano. A figura 2.1 apresenta a evolução da produção anual de aço bruto no Brasil no período compreendido entre 2001 e 2008, segundo dados do IBS, 2009. 12 36.000 34.000 Toneladas 32.000 30.000 28.000 26.000 24.000 22.000 20.000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Ano Figura 2.1 – Produção Brasileira de Aço Bruto – 80% convertedor a oxigênio e 20% forno elétrico. Fonte: IBS, 2009. 2.1.3. Escória de aciaria Segundo Rizzo (2006), a escória é um resíduo importante gerado em grandes quantidades do processo de elaboração do aço nos convertedores LD. Em 2008, a produção brasileira de aço bruto por processo de aciaria e lingotamento foi de 30.106 toneladas (IBS, 2008). Cada tonelada de aço produzido gera de 70 a 170kg de escória. Se considerarmos uma média de 120kg/t e a produção nacional de 30.106 toneladas de aço empregando-se convertedores (dados de 2008), a geração de escória por ano, é de aproximadamente 3,6.106 toneladas. A escória de aciaria é classificada segundo a norma ABNT NBR 10.004/2004 Resíduos sólidos: Classificação, como um resíduo da classe II - não inerte. Após todo o processo de fabricação do aço, a escória é vertida para um pote apropriado e é transportada até o pátio, onde é basculada em baias de resfriamento. O resfriamento é feito por bicos de aspersão de água ou através de jatos de água de mangueiras, e devido ao choque térmico, ela é fragmentada. Depois de resfriada é transportada para um pátio de beneficiamento e estocada em pilhas. Em seguida, no processamento mais convencional, a escória passa por um processo de britagem, peneiramento, separação magnética da parte metálica existente e através de correias transportadoras, estocadas em pilhas, por faixa granulométrica conforme apresentado na Figura 2.1. A granulometria de britagem da escória depende da sua aplicação. 13 Figura 2.2 - Fluxograma esquemático do processo de beneficiamento de escória. Fonte; RIZZO, 2006, p. 99. A escória de aciaria é basicamente constituída por uma mistura de óxidos de cálcio e de magnésio, silicatos de cálcio, ferro. As limitações encontradas no material são basicamente: heterogeneidade; alto teor de cal livre e a ausência de atividade hidráulica. As tecnologias de produção de aço mais difundidas geram escórias LD, produzidas por fornos de arco elétrico e por convertedores de oxigênio. Adicionalmente, possuem uma elevada variação em sua composição química e mineralógica, em função da matéria-prima empregada, do processo de produção e do tipo de aço. As variações na composição química da escória de aciaria, são conseqüências das variações ocorridas no processo de refino do aço, na sua forma de resfriamento e no seu processo de armazenagem. O tipo de resfriamento da escória também interfere no seu potencial de utilização. Escórias resfriadas ao ar são utilizadas, principalmente, como agregados para construção de estradas e em lastros de ferrovias. Já as escórias resfriadas bruscamente são potencialmente utilizadas como agregado em concreto, aterro, fabricação de artefatos de concreto, adições em concreto de cimento Portland, concreto leve e matéria-prima para produção do cimento (GEYER, 2001). Segundo Machado (2000) e Rizzo (2006), as escórias de aciaria podem ser utilizadas na construção civil em diversos fins, como: • Estabilização de solos, por apresentar maior rugosidade superficial, excelente índice de forma, maior angulosidade, maior resistência ao desgaste e aumento da resistência dos solos. 14 • Matéria-prima para produção de cimento, devido à presença dos silicatos dicálcico e tricálcico que tornam o material com composição química muito parecida com o clinquer usado na produção do cimento Portland. • Agregado na produção de concreto, por possuir grande durabilidade e alta resistência à compressão e à abrasão. Masuero et al. (2000) avaliou a adição de 20,0% de escória de aciaria elétrica em concreto. O resultado mostrou que as propriedades mecânicas (resistência à compressão e resistência à tração na flexão) foram superiores para o concreto com adição de escória de aciaria em relação ao concreto convencional. Houve redução do consumo de cimento para o concreto produzido com escória de aciaria. Peixoto et al. (2008), avaliou o concreto produzido com agregado de escória que apresentaram desempenho semelhante ao concreto produzido com agregado natural para resistências mecânicas, massa específica, absorção e estabilidade dimensional idênticas. • Construção de lastros no leito de ferrovias, devido a sua alta massa específica. A escória deve apresentar baixa condutividade, impedindo a formação de fagulhas no caso de transporte de cargas inflamáveis. • Utilização em base e sub-base de pavimentos rodoviários e como agregados na confecção de misturas asfálticas. • Outros fins, tais como: execução de aterros, construção de peças de quebramar, contenção sendo utilizada na fabricação de gabiões, etc. Características físicas – Segundo Machado (2000) citado por Castelo Branco (2004) os agregados de escória de aciaria apresentam maior rugosidade superficial, excelentes índice de forma, maior angulosidade, menor resistência ao desgaste e alto coeficiente de atrito quando comparados com agregados convencionais. As características típicas de escórias de aciaria apresentadas na Tabela 2.5. Tabela 2.5 - Características das escórias de aciaria. Fonte: CASTELO BRANCO, 2004. Características Densidade aparente Porosidade (%) Abrasão Los Angeles (%) Valor 3,2 – 3,6 .3 20 – 25 Durabilidade ao Sulfato de Sódio (%) < 12 Dureza 6–7 ISC (%) > 300 Polaridade Teor de ligante (%), misturas densas Alcalina (pH 8 – 10) > 6,5 são 15 Características químicas - A composição química típica de uma escória de aciaria proveniente do convertedor a oxigênio é apresentada na Tabela 2.6. Tabela 2.6 - Faixa de composição química típica da escória LD no Brasil. Fonte: CASTELO BRANCO, 2004, p.9. Composto Quantidade (%) CaO MgO SiO2 Al2O3 FeO MnO 6 – 45 1–9 7 - 16 1–4 8 - 30 3–7 Segundo Jonh (2003), dentre as impurezas do processo que formam a escória estão os silicatos de cálcio (CaSiO3), dióxido de silício (SiO2), ferrita calcita (CaFe2O4), óxido de magnésio (MgO) e outros. Os altos teores de CaO e MgO livres, presentes na escória, devem ao fato de que, depois que o fósforo e o silício se oxidam, estes elementos precipitam porque ultrapassam os limites de solubilidade da escória fundida. As composições típicas de algumas escórias de aciaria elétrica no mundo podem ser vistas nas Tabelas 2.7. Tabela 2.7 - Composições das escórias de aciaria elétrica. Fonte: MASUERO et al., 2000. País Geração CaO MgO SiO2 Al2O3 FeO MnO P2O5 S Kg/ton (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Brasil 150 33 10 18 6 30 5 0,9 0,1 Japão 127 40 4 25 5 19 7 - 0,06 Suécia 100 46 5 11 5 28 4 0,7 - EUA 160 41 10 17 8 18 4 0,6 0,2 Alemanha 120 32 10 15 4 31 4 1,4 0,1 Itália 120 41 8 14 7 20 6 0,9 0,1 Segundo Rizzo (2006) nas transformações, seja por hidratação, carbonatação ou por oxidação, ocorre um significativo aumento de volume em relação às dimensões originais do cristal. Este fenômeno, associado com as transformações alotrópicas do C2S, conduz à expansão destrutiva na escória de aciaria. A principal limitação no uso dessa escória, é a sua elevada instabilidade volumétrica (expansão), provocada pela hidratação dos óxidos de magnésio (MgO) e cálcio (CaO) que em contato com água, resultam em reações 16 expansivas. Outra fonte potencial de expansão da escória é a mudança nas formas alotrópicas do silicato dicálcico ou ortosilicato de cálcio (2CaO2.SiO2 ou usando a simbologia C2S). Uma forma de reduzir este inconveniente pode ser o armazenamento da escória em pilhas de envelhecimento por longo tempo, porém este processo demanda muito espaço e muito tempo. A escória pode ser considerada curada ou estabilizada após um período de tempo mínimo de seis meses, podendo ser reduzido em função do grau de expansão almejada para uma determinada aplicação ou a utilização de métodos especiais de cura. Já SEKI (1986) considera que as escórias de aciaria podem ter este tempo de estabilização reduzido para três meses quando expostas às intempéries. Existem pesquisas em andamento buscando processos para acelerar a estabilização da escória e evitar suas restrições do mercado. A estabilização da escória de aciaria está diretamente associada à formação de elementos estáveis, seja por hidratação do CaO e MgO ou carbonatação dos produtos hidratados gerados por estes óxidos. Segundo Machado (2000), o tempo de estocagem da escória em pilhas, ou tempo de envelhecimento da escória em ambiente com umidade, é o principal fator que influencia na estabilização dos óxidos reativos (CaO e MgO). O tempo necessário para a estabilização depende fundamentalmente da: composição química e granulométrica da escória, temperatura e umidade do ambiente, tamanho e aeração das pilhas. A literatura pesquisada não indica métodos seguros para a estabilização da escória, necessitando-se assim de estudos que definam métodos confiáveis. 17 2.1.4. Utilização da escória de aciaria como matéria-prima em obras de engenharia rodoviária O grande volume de escória de aciaria, gerados nos processos convencionais de produção do aço exige que a indústria siderúrgica invista em pesquisas de forma a buscar aplicação em novas tecnologias. Apesar de sua utilização como fertilizantes, enriquecendo o solo com adição de fósforo, não é possível utilizar todos os tipos de escória resultantes dos processos de fabricação do aço. Dentre os possíveis consumidores encontra-se a construção civil por se tratar de um setor com alto grau de aplicação de produtos naturais tornando-se necessário buscar alternativas de materiais visando minimizar a extração predatória e prejuízo à natureza. As escórias de aciaria podem ser aplicadas na engenharia rodoviária como agregado para concreto asfáltico, base e sub-base de estradas e estabilização de solos (PIRET e DRALANTES,1984). Dados do IBS (1998) indicaram que 44% da escória gerada em aciarias eram destinadas à base e sub-base de rodovias. Para Machado (2000), a aplicação da escória de aciaria como camada inferior em estradas, ou mesmo como agregado na mistura asfáltica é a principal opção de reciclagem, mas alerta da elevada variabilidade decorrente tanto do processo de produção quanto da matéria prima utilizada, o que leva muitas vezes ao não atendimento aos critérios de qualidade exigidos. Para o autor é claro que a limitação da escória de aciaria em seu campo de aplicação é devido a sua alta variação volumétrica devido à presença do MgO. Segundo a norma DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, EM 262/1994, Escórias de aciaria para pavimentos rodoviários, deve obedecer aos seguintes limites (para uso como agregado): • Máximo de 3,0% de expansão, • Estarem isentas de impurezas orgânicas, contaminação com escórias de alto forno, solos e outros materiais, • Granulometria: 40,0% até 12,7mm e 60,0% entre 12,7 e 50,8mm de abertura nominal e atender a granulometria de projeto, • Absorção de água: 1,0% a 2,0% em peso, • Massa específica: 3,0 a 3,5 g/cm3, 18 • Massa unitária: 1,5 a 1,7 kg/dm3, • Desgaste por abrasão Los Angeles: no máximo igual a 25,0% para subbase, base e revestimento, • Durabilidade ao sulfato de sódio: 0,0% a 5,0%, em 5 ciclos. Nesta norma o DNER, não especifica o tipo de processo de refino utilizado na fabricação do aço que será responsável pela geração da escória. A norma ABNT EB – 2103 (1994), materiais para sub-base ou base de pavimentos estabilizados granulometricamente, especifica que para utilização em sub-base e base de pavimentos a expansão da escória, utilizando o método PTM 130/78, deve ser no máximo igual a 1,0% e 0,5%. Em estudos realizados para concreto a variação dimensional de 0,30% já é dita como deletéria ao concreto, (GAMINO, 2000). O uso de escória em pavimentação rodoviária já foi normatizado em outros países, como a França, que especificou mistura da escória com agregados comuns ou com cal hidratada (Ca(OH)2), para uso em construções de base ou sub-base de pavimentos. Cerca de 65,0% das rodovias francesas utilizam este material. A África do Sul utiliza em seus pavimentos, mistura de escória com cal na proporção de 4:1, (ROHDE, 2002). Na atualidade, o uso da escória de aciaria encontra-se mais concentrado na construção de bases para pavimentos e uso como agregado em misturas de solos e principalmente em misturas de concreto asfáltico. Esta utilização é encontrada nos Estados Unidos, Inglaterra, Japão e Canadá, particularmente em áreas próximas á produção do aço, para a minimização dos custos de transporte do material. A reciclagem da escória de aciaria é de grande interesse para a construção civil, pois pode ser usadas na produção de cimento, como substituto parcial de clinquer Portland, como também na função bases e sub-bases de pavimentos ou ainda como agregados artificiais puros. O problema mais comum da escória é a expansibilidade de seus óxidos, o que limita seu uso. É por esta razão que existem muitas pesquisas sobre a expansibilidade e novas destinações para a escória. Paralelo a isto a reciclagem de escória de aciaria, e sua utilização em grandes volumes na construção civil, interessa ao mercado e à sociedade na medida em que a preocupação com o meio ambiente e a escassez de recursos naturais, 19 amplamente discutida na atualidade, têm mobilizado a opinião pública e levado à busca por alternativas mais sustentáveis. Sendo a indústria da construção civil sabidamente um dos setores industriais onde se concentram as maiores taxas de exploração e consumo de matérias-primas naturais em seus processos, provocando grande impacto ao meio ambiente. O estudo da viabilidade técnica e econômica da utilização do resíduo sólido de siderurgia, escória de aciaria, como subproduto, ou ainda, como matéria-prima em processos de construção civil, está condicionada, também, ao custo de reciclagem, que deve ser igual ou inferior ao custo total para descartá-lo adequadamente. A utilização da escória de aciaria pode trazer benefícios: • Ambientais: reduzindo as áreas destinadas à deposição da escória e ao mesmo tempo reduzindo a degradação ambiental provocada pela extração de agregados naturais. Sendo pertinente ainda contabilizar custos ambientais que se economizam com: a remoção e estocagem da camada vegetal, as obras de proteção ambiental das áreas de bota-fora, o transporte do material utilizável, a recuperação ambiental das áreas degradadas e os custos burocráticos junto aos órgãos ambientais e governamentais Geyer (2001). • Técnicos: por apresentar maior rugosidade superficial, excelente índice de forma, maior angulosidade, maior resistência ao desgaste e aumento da resistência dos solos. Possui alto coeficiente de atrito o que confere ao pavimento qualidades antiderrapantes Machado (2000). • Econômicos: Rohde (2002) cita que a demanda por agregados para construção civil é muito significativa. Um terço desta demanda está ligada à construção de estradas. A escória é ideal para utilização em zonas urbanas, próximas á usinas siderúrgicas, pois apresenta um custo inferior ao da brita, até certa distância média de transporte. Para distâncias de até 80km para utilização em pavimentação rodoviária e até 150km para utilização como lastro de ferrovias, LIMA et al. (1993) acreditam que o uso da escória de aciaria é competitivo. 2.2. A malha rodoviária brasileira A malha rodoviária nacional apresenta uma extensão da ordem de 1.603.131km, com 12,2% pavimentados. Desse total, 95,4% enquadram-se na categoria de 20 rodovias estaduais, municipais e vicinais, dos quais apenas 8,6% encontram-se pavimentada, conforme mostra a Tabela 2.8. Tabela 2.8 – Malha Rodoviária do Brasil – extensão em Km. Fonte: CNT, 2008. Jurisdição Federal Estadual coincidente Estadual Municipal Total Pavimentada 58.152 17.016 98.377 22.735 196.280 Não Pavimentada 14.857 7.147 109.942 1.274.906 1.406.851 Total 73.009 24.162 208.319 1.297.641 1.603.131 Os dados indicam que as condições de nossas rodovias são preocupantes, mais que isso, a melhoria das condições de transporte no Brasil são urgentes e inadiáveis. A melhoria na pavimentação rodoviária brasileira envolve certamente algumas centenas de milhares de quilômetros. Ao analisar o total da malha rodoviária pavimentada, de 196.280km que representa 12,2% do total nacional em comparação com 1.406.851km não pavimentados, que representam 87,7% do total nacional, observa-se que há uma grande demanda por novas rodovias pavimentadas no Brasil. Ainda segundo Bernicci (2008), aproximadamente 60% do transporte de carga nacional é realizado pelo modal rodoviário, sendo o restante distribuído por 21% ferroviário, 14% aquaviário, 5% dutoviátio e apenas 1% aéreo. Destaca também que 96% dos passageiros circulam pelo modal rodoviário. 2.2.1. Malha rodoviária de Minas Gerais Segundo dados do Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais, DER-MG o estado possui 25.223km de rodovias, sendo este montante 8378km não pavimentados; 33,2% do total de rodovias, conforme a Tabela 2.9. Tabela 2.9 – Malha Rodoviária de Minas Gerais – Fonte: DER-MG, 2009. Jurisdição Federais Delegadas Estaduais Total Federal (DNIT) Total Geral Estadual (DERMG) Extensão em Km Não Pavimenta Pavimenta da da 2.252 408 14.593 7.970 16.845 8.378 8.149 741 24.994 9.092 Total 2.660 22.563 25.223 8.863 34.086 21 Segundo dados da Secretaria de Transporte e Obras Públicas do Estado de Minas Gerais, em 2007 o governo através dos programas ProMG e Proacesso, investiu R$ 1,1 bilhão e em 2008 R$ 1,2 bilhão em obras nas rodovias mineiras. O programa prevê até o final de 2011 a execução de 5.515km de rodovias, que beneficiará de forma direta cerca de 1,5 milhões de pessoas, sendo que até outubro de 2008, 2.116km já haviam sido pavimentadas. A tabela 2.10 apresenta a avaliação realizada pela Confederação Nacional do Transporte – CNT (2007) sobre o estado geral das rodovias mineiras. Tabela 2.10 – Estado Geral das Rodovias Mineiras – Fonte: CNT, 2007. Estado Geral Ótimo Bom Regular Ruim Péssimo Total Extensão Avaliada Km 689 1.478 6.072 3.692 1.553 13.484 % 5,1 11,0 45,0 27,4 11,5 100 Segundo Padula et al. (2007) é na engenharia rodoviária que a escória de aciaria encontra sua mais relevante aplicação, pois para cada quilômetro de rodovia pavimentada podem ser gastos até 4.000m3 quando utiliza-se este agregado. Desta forma, pavimentar 1% do total da malha rodoviária mineira não pavimentada, representa aproximadamente 900km de rodovias. Considerando um consumo médio de agregado de 4.000m3/km, o consumo total necessário para esta construção será de cerca de 3,6.106 toneladas de escoria (agregado) de aciaria, considerando sua massa unitária 1,70t/m3. Deve-se ainda levar em consideração que, da atual malha rodoviária estadual, cerca de 40% está de ruim a péssimo estado de conservação necessitando de restauração urgente, o que acresce a demanda de mais uma quantidade considerável de toneladas de escória de aciaria. 2.2.3. Pavimento rodoviário do ponto de vista estrutural e funcional Pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplenagem, destinadas técnica e economicamente a resistir esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, e propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, conforto economia e segurança (ABEDA, 2008). 22 O pavimento rodoviário, tradicionalmente pode ser: rígido e flexível. Mais recentemente, Bernucci et al. (2008), indicam a tendência em adotar a nomenclatura: pavimento de concreto de cimento Portland e pavimento asfáltico, indicando desta forma, o tipo de revestimento do pavimento. Assim cabe relembrar alguns conceitos importantes sobre pavimentação. Obras de pavimentação rodoviária também chamada de superestrutura são constituídas por um sistema de camadas de espessuras finitas, assente sobre o terreno de fundação, considerado como espaço semi- infinito e designado de subleito, SENÇO (1997). Segundo SANTANA (1993), Pavimento é uma estrutura construída sobre a superfície obtida pelos serviços de terraplanagem com a função principal de fornecer ao usuário segurança e conforto, obtidos sob o ponto de vista da engenharia, com a máxima qualidade e o mínimo custo. Para SOUZA (1980), Pavimento é uma estrutura construída após a terraplanagem por meio de camadas de vários materiais de diferentes características de resistência e deformabilidade. Esta estrutura assim constituída apresenta um elevado grau de complexidade no que se refere ao cálculo das tensões e deformações. Segundo a NBR-7207/82 da ABNT: "O pavimento é uma estrutura construída após terraplenagem e destinada, econômica e simultaneamente, em seu conjunto, a: resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego; melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança; resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento”. Nomenclatura da seção transversal das camadas e componentes principais que compõem a seção típica de pavimento rodoviário. Subleito: É o terreno de fundação onde será apoiado todo o pavimento. Considerado e estudado até as profundidades em que atuam significativamente as cargas impostas pelo tráfego (em média de 0,60 a 1,50 m de profundidade). Se o CBR do subleito for < 2% , substituir por um material melhor, (2% ≤ CBR ≥ 20) até pelo menos 1,00 metro de profundidade. Expansão medida no ensaio de CBR ≤ 2%. Se o CBR do material do subleito for ≥ 20% , este usar como subbase. 23 Regularização do subleito (nivelamento): É a operação destinada a conformar o leito, transversal e longitudinalmente. Poderá ou não existir, dependendo das condições do leito. Compreende cortes e/ou aterros uma espessura de até 20 cm. Reforço do subleito: É a camada de espessura constante transversalmente e variável longitudinalmente, de acordo com o dimensionamento do pavimento, fazendo parte integrante deste e que, por circunstâncias técnico econômicas, será executada sobre o subleito regularizado. Serve para melhorar as qualidades do subleito e regularizar a espessura da sub-base. O material usado deve apresentar CBR maior que o do subleito e expansão ≤ 1%. Sub-base: Camada complementar à base. Usada quando não for aconselhável executar a base diretamente sobre o leito regularizado ou sobre o reforço, por circunstâncias técnico-econômicas. Usada para regularizar a espessura da base. Deve apresentar CBR ≤ 20%, IG = 0 e expansão ≤ 1%(medida com sobrecarga de 10 libras). Base: Camada destinada a resistir e distribuir ao subleito, os esforços oriundos do tráfego e sobre a qual se construirá o revestimento. Deve apresentar CBR ≥ 80%, expansão ≤ 0,5% (medida com sobrecarga de 10 libras), LL ≤ 25% e IP ≤ 6%. As diversas camadas que compõem a estrutura do pavimento têm a função de atenuar os efeitos da tensão vertical aplicada na superfície, de tal forma que o subleito receba uma parcela mínima desta tensão. 2.3. COMPACTAÇÃO DO SOLO Entende-se por compactação o processo que visa melhorar as propriedades do solo, através da redução dos espaços vazios por meio de equipamento com uma determinada energia mecânica, objetivando sua densificação, Pinto (2002). A compactação promove o aumento de contato entre os grãos e torna o aterro homogêneo, estável e resistente, aumentando também sua resistência ao cisalhamento e capacidade de suporte, retratada através do ensaio de CBR. Outro aspecto importante é que a compactação reduz a permeabilidade, a expansão do solo. A compactação é empregada em diversas obras de engenharia e em particular na pavimentação rodoviária, objeto de estudo deste trabalho. O tipo de solo 24 disponível dita o processo de compactação a ser empregado, definindo a massa específica a ser atingida e seu teor ótimo de umidade, buscando reduzir os vazios, a permeabilidade e futuros recalques e aumentar a rigidez e a resistência do solo. Credita-se o início da técnica de compactação ao engenheiro norte-americano Proctor (1933), que mostrou que ao se aplicar certa energia de compactação a um solo, sua massa específica varia em função da umidade em que o solo se encontre. Quando se compacta um solo com umidade baixa, o atrito entre os grãos é muito alto e não se consegue uma redução significativa dos vazios e consequentemente da massa específica. Aumentando a umidade do solo, a água provoca certo efeito lubrificante entre os grãos, promovendo maior acomodação e uma estrutura mais compacta. A partir de certo teor de umidade, o mecanismo da compactação não consegue mais reduzir os vazios de ar, pois o solo já apresenta um grau de saturação elevado e o ar existente entre os grãos está envolvo por água. Executando, portanto, o ensaio de compactação para um solo, com teores crescentes de umidade determina-se sua variação de massa específica. O ensaio deve ser executado para cinco teores crescentes de umidade. Para cada teor de umidade determinado pelo método da estufa, calcula-se a correspondente massa específica aparente seca. Com os resultados encontrados traça-se a curva de compactação: teor de umidade X massa específica aparente seca. Geralmente os dois pontos ascendentes do ramo seco constituem uma reta e os dois últimos pontos descendentes do ramo úmido, outra reta. Une-se o ponto intermediário por uma curva tangente às retas, formando uma parábola, Pinto (2002). A maior ou menor eficiência do efeito da compactação na massa específica aparente do solo é a influência direta da umidade em relação ao atrito existente entre as suas partículas. Segundo Joacy Junior (2005), a adição de água ao solo reduz as forças capilares e a resistência ao atrito e ao cisalhamento do solo. Para umidades muito baixas, o atrito é muito alto e prejudica a redução dos vazios. À medida que se aumenta o teor de umidade, ocorre um efeito de lubrificação entre os grãos, facilitando a saída do ar. A partir de um determinado teor de umidade, a água impede a expulsão do ar, não reduz o atrito e nem influencia no rearranjo das partículas do solo, fazendo com que a compactação não tenha mais eficiência no aumento da massa específica. Há, portanto, para uma dada energia, uma densidade máxima que é obtida para certo teor de umidade, denominado ótimo, onde se configura uma relação ideal 25 entre água, ar e solo no processo de compactação. Os resultados de teor de umidade ótimo e massa específica aparente seca máxima são obtidos pelo ponto máximo de inflexão da curva de compactação, referente a uma determinada energia de compactação aplicada. 2.3.1. O Ensaio de Compactação O ensaio original para determinação da umidade ótima e da massa específica aparente máxima de um solo, ensaio de Proctor Standard (Proctor Normal), consiste em compactar o solo num molde cilíndrico padrão, com teores crescentes de umidade. A compactação é feita aplicando-se um determinado número de golpes em cada camada, com um soquete de dimensões, peso e altura de queda especificada. Conforme a Equação (1) observa-se, que para mudar a energia de compactação nos ensaios preconizados pela ABNT, basta alterar somente os números de golpes por camada, permanecendo os demais parâmetros os mesmos. A energia de compactação é definida pela Equação (1): Ec = M .H .Ng .Nc V (Equação 1) onde: E c = energia de compactação em Kg.m/m3; M = massa do soquete em kg; H = altura de queda do soquete em m; Ng = número de golpes por camada; Nc = número de camadas; V = volume de solo compactado em m3. A norma ABNT, NBR 7182/86 especifica três energias de compactação: Normal, Intermediária e Modificada. 2.3.2. Influência das características dos solos no ensaio de compactação O comportamento de um determinado material, após a compactação, depende, fundamentalmente, da natureza do solo. Materiais granulares têm um comportamento diferente em relação aos materiais coesivos, quando submetidos aos mesmos esforços de compactação e a um determinado teor de umidade. 26 Solos coesivos quando compactados, exibem uma influência marcante na orientação das partículas, resistência, permeabilidade e compressibilidade em função de uma maior variação do teor de umidade. Os solos não coesivos têm a massa específica aparente significativamente alterada, mesmo para pequenas variações do teor de umidade. 2.3.3. Influência da energia de compactação Segundo Pinto (2002) a massa específica aparente seca máxima e a umidade ótima determinada no ensaio de compactação dependem da energia aplicada. O aumento da energia de compactação resulta em uma massa específica aparente seca máxima maior e a uma umidade ótima menor, proporcionando um deslocamento da curva de compactação para a esquerda. Portanto, quanto maior a energia de compactação aplicada tanto maior a massa específica aparente máxima e tanto menor sua umidade ótima. Solos de naturezas diferentes, quando compactados com uma mesma energia de compactação, apresentam curvas características a cada tipo de material. As areias, por exemplo, possuem maior massa específica aparente máxima e menor umidade ótima do que as argilas, que apresentam curva de compactação com um máximo de massa específica aparente, bem mais definida. 2.3.4. Expansão Segundo Campos e Burgos (2004) a expansão dos solos reflete-se pela variação volumétrica. Apoiar estruturas sobre camadas de solos expansivos propicia uma série de ações indesejáveis resultantes da expansão devida à presença de umidade, bem como das variações de volumes associados, que podem provocar o levantamento ou a contração das camadas do pavimento. Quando os solos expansivos não são tratados de forma adequada nas etapas de projeto e execução da construção, podem causar sérios danos às obras de engenharia. A compreensão destes fatores é de grande importância para tomar medidas que minimizem ou anulem os seus efeitos negativos. O fenômeno de expansão dos solos envolve um conjunto de fatores que influenciam e interagem entre si, tais como a composição das argilas e fatores ambientais. Com relação aos fatores ambientais que levam à expansão dos solos os principais são: a variação da umidade e a variação do nível freático em campo, às chuvas. 27 A determinação da expansão do solo está descrito na norma NBR 9895/87. O ensaio que expressa o percentual de variação volumétrica de uma amostra é executado em corpos-de-prova compactados submetidos à saturação por capilaridade durante um período de 4 dias, com leituras a cada 24 horas. 2.3.5. CBR - California Bearing Ratio Conhecido no Brasil, como ensaio de determinação do Índice Suporte Califórnia NBR 9895/87. É um ensaio que expressa a razão entre resistência à penetração de um pistão padrão a uma penetração pré-definida, na amostra que se deseja ensaiar, e a pressão para a mesma penetração numa amostra padrão de pedra britada. A resistência à penetração no ensaio de CBR é relacionada à resistência padrão e determinada somente para as penetrações e 2,54 e 5,08mm do pistão padrão, executado no corpo-de-prova após 4 dias de saturação. Esse método gera discussões quanto à sua aplicação no Brasil, em virtude das diferenças geotécnicas existentes entre os solos de clima tropical e os solos de clima temperado, para os quais os procedimentos foram desenvolvidos Joacy Junior (2005). Segundo Senço (1997), o CBR é um índice que busca caracterizar o comportamento mecânico de materiais granulares por comparação com um material de referência (brita graduada). Os principais fatores que afetam os resultados de CBR são: massa específica aparente, a umidade e a textura dos solos. O ensaio é realizado após saturar o solo por 4 dias. Retira-se os cilindros do tanque de saturação 15 minutos antes de ensaiar para escorrer o excesso de água. O efeito de expansão, durante o período de saturação, não tem grande influência nos valores de CBR para os solos granulares, em contrapartida, os solos finos, coesivos, são bastante afetados pelo fenômeno da expansão. 2.4. Estabilização de solos Sob o ponto de vista da engenharia, o solo desempenha várias funções, ora como sustentação de obras (fundações), ora como materiais de construção (aterros, barragens, pavimentos, tijolos etc.). Independente do uso, apresentar certas propriedades químicas, físicas e mecânicas relacionadas à estabilidade 28 volumétrica, resistência e durabilidade é fundamental, caso contrário a alternativa é promover a sua estabilização (FERREIRA et al., 2005). Segundo Houben e Guillaud (1994), o termo estabilização de solo corresponde a qualquer processo natural ou artificial, pelo qual um solo, sob o efeito de cargas aplicadas, se torna mais resistente à deformação e ao deslocamento, do que o solo original. O processo de estabilização consiste em modificar as características do sistema solo-água-ar com o objetivo de obter propriedades de longa duração para uma aplicação específica. 2.4.1. Mecanismos de Estabilização de Solos Segundo Vieira (1994), no Brasil, o principal problema enfrentado na construção de estradas é a escassez de solos com resistência adequada e a durabilidade da superfície de rolamento, o que leva à necessidade de aplicação de técnicas de estabilização para conferir-lhes as características de resistência mecânica solicitadas no projeto. Dentre outros conceitos de estabilização de solos pode ser citado aquele que considera como sendo conferir ao solo, a capacidade de resistir e suportar as cargas e os esforços induzidos pelo tráfego normalmente aplicados sobre o pavimento e também às ações erosivas de agentes naturais sob as condições mais adversas de solicitação consideradas no projeto. A estabilização compreende todos os processos naturais e artificiais aplicados aos solos, objetivando melhorar suas características de resistência mecânica, bem como garantir a constância destas melhorias no tempo de vida útil das obras de engenharia. Essencialmente, a estabilização de um solo consiste do estudo de sua resistência e da complementação da resistência necessária. Vários são os métodos de estabilização de solos. O critério para a classificação dos métodos de estabilização normalmente se refere à natureza da energia transmitida ao solo, como exemplo abordaremos os principais tipos de estabilização: mecânica, granulométrica e química. 2.4.1.1 Estabilização Mecânica ou Estabilização por Compactação O método objetiva transmitir ao solo ou à mistura de solos utilizados na camada do pavimento rodoviário uma condição de densificação máxima, de modo a 29 minimizar o volume de vazios existente no material relacionada a uma umidade ótima e à energia de compactação especificada. 2.4.1.2. Estabilização Granulométrica Os projetos de misturas de solos e/ou agregados são muito utilizados na execução de base e sub-base de pavimentos. Entretanto, os materiais fornecidos por jazidas em geral não apresentam individualmente as características requeridas, sendo necessário um processo de mistura de materiais, de modo que o produto resultante seja adequado às necessidades apresentadas pela obra. A estabilização granulométrica consiste no emprego da mistura de dois ou mais materiais, de modo a se enquadrarem dentro de determinadas especificações. O método altera as propriedades dos solos através da adição e/ou retirada de partículas de solo de modo a atender a faixa granulométrica e densidade máxima exigida. A boa prática recomenda que a granulometria esteja na média entre os limites mínimo e máximo estabelecidos. Existem muitos métodos de mistura de materiais, que tem como objetivo construir um material ideal que seja uma mistura adequada, para tal destacamse alguns processos de cálculo, quais sejam: o método analítico, o método das tentativas, o método algébrico, os métodos matemáticos e suas variações e os métodos gráficos: como o método de Rothfuchs ou método das áreas balanceadas, Souza (1980) e Senço (1997). Por serem os métodos tradicionais morosos e envolverem extensos cálculos interativos, Greco e Greco (2007) propuseram um método alternativo para o projeto de misturas de materiais, método matricial – Método dos Mínimos Quadrados (MMQ), que fornece, a partir das curvas granulométricas dos materiais disponíveis, as proporções ótimas de tais materiais na mistura. 2.4.1.3. Estabilização Química De acordo com Fang (1991) dentre os inúmeros processos de estabilização de solos, o que mostrou maior eficiência é o da estabilização química. Neste método, tanto as interações química, quanto as físico-químicas e físicas, ocorrem durante o processo de estabilização. 30 Atualmente muitos são os métodos de estabilização química, dentre os quais destacam a estabilização solo-cimento, solo-cal, solo-betume, solo-resina, solocinza volante, solo-escória de alto forno, estabilização com sais (cloretos), aluminatos, sulfatos, óxidos, cinza pozolânica e restos de atividades agrícolas como palha de arroz bagaço de cana e outros materiais vegetais como alcatrão de eucalipto. 2.4.2. Estabilização solo-cimento No Brasil, o solo-cimento é utilizado em pavimentação desde 1940. São mais de 50 anos de experiência brasileira com a tecnologia do solo-cimento. A estabilização solo-cimento é o produto obtido pela compactação e cura de uma mistura de solo, cimento e água, de modo a satisfazer a critérios de estabilidade e durabilidade exigidos. Segundo Maragon e Marques (2000) processo de estabilização do solo-cimento ocorre a partir do desenvolvimento de reações químicas que são geradas na hidratação do cimento. Durante o processo de estabilização do solo-cimento, ocorrem dois tipos de reações: as reações de hidratação do cimento e as reações entre os argilominerais e a cal liberada na hidratação do cimento (C3S, β-C2S, C3A, C4AF + H2O). Estas reações podem ser exemplificadas da seguinte forma: Reações de hidratação do cimento C3S + H2O → C3S2Hx (gel hidratado) + Ca(OH)2 Ca(OH)2 → Ca++ + 2(OH)Se o pH da mistura abaixar: C3S2Hx → CSH + Cal Reações entre a cal gerada na hidratação e os argilominerais do solo: Ca++ + 2(OH)- + SiO2 (Sílica do solo) → CSH Ca++ + 2(OH)- + Al2O3 (Alumina do solo) → CAH As últimas reações são chamadas pozolânicas e ocorrem em velocidade mais lenta. O CSH é um composto cimentante semelhante ao C3S2Hx. Segundo os mesmos autores, nos solos argilosos a reação da cal gerada na hidratação e os argilominerais ocasionam uma queda no PH da mistura, prejudicando o endurecimento do cimento, mas é possível ocorrerem reações sucessivas, porém as reações de hidratação do cimento são as mais importantes 31 e respondem pela maior parte da resistência final alcançada para a mistura. Nos solos argilosos a resistência devido às reações pozolânicas se dá à custa de um decréscimo de contribuição da matriz cimentante. Já nos solos granulares desenvolvem-se vínculos de coesão nos pontos de contato entre os grãos, semelhante ao concreto, porém o ligante não preenche todos os espaços. 2.4.2.1. A dosagem do solo-cimento Dosagem de solo-cimento é uma seqüência de ensaios realizados com uma mistura de solo-cimento e água, seguida de interpretação dos resultados por meio de critérios pré-estabelecidos. Em 1941, a Associação Brasileira de Cimento Portland, ABCP publicou métodos análogos aos publicados em 1944 e 1945 pela American Society for Testing and Material, ASTM e American Association of State Highway Officials, AASHO respectivamente. Em 1962, foram feitas algumas alterações, dando origem à chamada Norma Simplificada de Dosagem Solo-Cimento. Em 1990, após estudos pela Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT surgiu a nova norma de dosagem de mistura solo-cimento, designada Solo-cimento: dosagem para emprego como camada de pavimento (NBR 12.253). Segundo a mesma norma os solos utilizados como base e sub-base de pavimento em solo-cimento são restritos aos tipos A1, A2, A3 e A4, conforme sistema de classificação da Highway Research Board - HRB. Os solos siltosos e argilosos foram descartados por dificuldades no processo de execução e por requererem teores elevados de cimento, o que elevaria o custo da obra, tornando-se assim fator indesejado. 2.4.2.2 - Procedimentos de dosagem Para a realização da dosagem são realizados os seguintes ensaios: a) Ensaios preliminares do solo - Identificação e classificação, utilizando a classificação HRB de solos dos grupos A1, A2, A3 e A4; b) Escolha do teor de cimento para ensaio de compactação - Recomendado para uso quando não se tenham experiências anteriores com o solo em questão, conforme Tabela 2.11, apresentada a seguir. 32 Tabela 2.11 - Teor de cimento, segundo NBR 12253/90. Classificação do solo A1-a A1-b A2 A3 A4 Teor de Cimento. Sugerido em Massa ( % ) 5 6 7 9 10 c) Ensaio de compactação - O ensaio de compactação tem como objetivo determinar a massa específica aparente seca máxima e a umidade ótima para a mistura, segundo a norma NBR 7182/1986; d) Ensaio de resistência à compressão simples - Moldagem de no mínimo 3 corpos de prova para o teor de cimento estabelecido no ensaio de compactação para a execução do ensaio de resistência à compressão simples segundo a NBR 12025/90. Após a moldagem os corpos de prova devem ser submetidos ao período de cura. O teor de cimento a ser adotado, capaz de estabilizar uma camada de pavimento através de uma mistura solo-cimento, será o menor dos teores que forneça resistência média à compressão simples aos 7 dias igual ou superior a 2,1MPa. O valor de 2.1MPa foi fixado por ser um número já consagrado no meio rodoviário devido ao bom desempenho dos pavimentos conseguido com solos estudados com este valor de resistência. A estabilização química por envolver aspectos físico-químicos do cimento e do solo, é influenciada por inúmeros fatores: a) Tipo de solo: todo solo pode ser estabilizado quimicamente com cimento, porém os solos arenosos são mais eficientes ao cimento que os argilosos por exigirem menores teores de cimento; b) Presença de materiais nocivos no solo: a presença de matéria orgânica no solo afeta a hidratação do cimento devido à absorção dos íons de cálcio gerado, resultando uma queda no PH da mistura; c) Teor de cimento: a resistência da mistura solo-cimento aumenta linearmente com o teor de cimento, para um mesmo tipo de solo; d) Teor de umidade da mistura: assim como nos solos naturais, as misturas solo-cimento exigem um teor de umidade que conduza a uma massa específica aparente seca máxima, para uma dada energia de compactação. O acréscimo de cimento ao solo produz um acréscimo no 33 teor de umidade e um decréscimo na massa específica seca máxima, devido à ação floculante do cimento; e) Tempo e condições de cura: como no concreto, a mistura solo-cimento ganha resistência por processo de cimentação das partículas durante vários meses ou anos, sendo maior até os 28 dias iniciais. 2.4.3. Estabilização solo-cal A estabilização com a cal é uma prática milenar, existem referências de uso da cal para construção de pavimentos pelos romanos há dois mil anos (HERRIN e MITCHELL, 1961). Na atualidade, entretanto, seu estudo data de 1955 nos Estados Unidos da América, no estado do Texas, segundo Diamond e Kinter, (1965). A partir desta data, a estabilização solo-cal tomou grande impulso e é estudada em vários países do mundo, podendo citar como referência Thompson (1966). No Brasil estudos sobre o uso de solo cimento e de misturas estabilizadas de solo-cal em obras de infra-estrutura rodoviária cresceram a partir da década de 80, com Lima (1981). A mistura solo-cal tem como principais funções a melhoria permanente das características do solo, o aumento a resistência à ação da água, a melhoria do poder de suporte e a melhoria da trabalhabilidade de solos argilosos. A estabilização com a cal é o método mais comumente utilizado principalmente para solos argilosos, pois o cálcio ataca quimicamente as argilas e até mesmo o quartzo, resultando na formação de silicatos e aluminatos hidratados de cálcio, de notável capacidade cimentante. Ao misturar a cal ao solo em condições ótimas de massa específica aparente seca máxima e umidade ótima, ocorrem reações químicas que provocam alterações físico-químicas tais como: a redução do índice de plasticidade e do limite de liquidez da mistura em relação ao solo; o aumento do limite de plasticidade da mistura em relação ao solo; a redução na porcentagem da fração de solo passante na peneira n°80 (0,42mm); a redução na contração linear e expansão em relação ao solo; a melhor trabalhabilidade da mistura pela aceleração da desintegração dos torrões de argila durante a pulverização promovida pela ação da água e da cal e o aumento da resistência à compressão, estabilidade e durabilidade do sistema solo-cal. Tais reações resultam assim em alterações geotécnicas importantes e amplamente favoráveis. (GUIMARÃES, 1992). 34 Na mistura solo-cal, ocorrem vários tipos de reações, ressaltando as mais importantes como sendo; a troca catiônica, a floculação e aglomeração que se processam rapidamente e produzem alterações imediatas na plasticidade e na resistência da mistura e as reações pozolânicas, que responsáveis pela formação dos agentes de cimentação, que segundo Lima et. al. (1993) resultam no aumento da resistência e durabilidade da mistura. 2.4.3.1. Fatores que influenciam no processo de estabilização dos solos com cal a) Tipo de cal empregado: Emprega-se tanto cal virgem quanto cal hidratada, sendo a calcítica hidratada a mais referenciada; b) Tipo de solo: Solos finos (argilosos) respondem melhor à estabilização solo-cal que solos granulares por possuir maior superfície específica, o que refletirá em reações mais intensas entre a cal e o solo; c) Tempo de cura: Pequenos ganhos de resistência nas primeiras idades e um maior ganho para idades maiores; d) Influência da temperatura: O aumento de resistência evolui mais rapidamente com o aumento da temperatura de cura. Não existe no Brasil metodologia normalizada para dosagem e dimensionamento de misturas solo-cal como há para solo-cimento. A avaliação da dosagem adequada da mistura é determinada pela capacidade de suporte das misturas solo-cal, feita mediante o ensaio de CBR – NBR 9895/87. Normalmente são utilizados procedimentos de dosagem experimentais. 2.4.4. – Estabilização solo-escória Os estudos científicos, pesquisas e experimentos sobre estabilização química utilizando resíduos industriais, são poucos e recentes em todo o mundo, havendo uma demanda crescente por resultados, especialmente em função dos danos ambientais provocados pelos passivos industriais e pelas possibilidades de se diminuírem as pressões sobre novas explorações e extrações de insumos. No Brasil, em termos práticos, a escória é utilizada na pavimentação em substituição ao agregado natural já havendo notícias de emprego de escória granulada de alto forno ou escória de aciaria no processo de estabilização granulométrica na metodologia tradicional, Velten et al. (2006). 35 Rohde (2002) concluiu em seu estudo que a escória de aciaria elétrica pode ser empregada como material para pavimentação. Determinou as características mecânicas do agregado através de ensaios de granulometria, durabilidade ao sulfato de sódio, abrasão no equipamento de Los Angeles, compactação, índice de suporte Califórnia e módulo de resiliência. No trabalho observou-se a necessidade de corrigir a granulometria da escória, o que melhorou significativamente a capacidade de suporte e a trabalhabilidade do material. Após a correção granulométrica, a escória apresentou módulos de resiliência superiores aos de materiais granulares tradicionais, resultando em pavimentos mais esbeltos e econômicos. Avaliou ainda a possibilidade de melhorar as características da escória adicionando outros resíduos industriais. Diferentemente de outros autores ela concluiu que o tempo de estocagem mínimo para liberação do agregado é 4 meses. Castelo Branco (2004) avaliou a mistura asfáltica com escória de aciaria como agregado. Estas misturas foram caracterizadas mecanicamente através dos ensaios de resistência à tração estática por compressão diametral, módulo de resiliência, fadiga por compressão diametral a tensão controlada e resistência à tração retida por umidade induzida. Os resultados foram comparados com os obtidos para uma mistura dosada com brita de origem granítica, areia de campo, pó de pedra, filer mineral e cimento asfáltico de petróleo (CAP). A escória de aciaria apresentou possibilidade de uso em revestimentos asfálticos, sendo a expansibilidade da escória avaliada através do método PTM 130/78. Parente et al (2003); Santos Neto e Barroso (2008) concluíram que o solo puro, na região de Fortaleza, não tinha aplicação para fins rodoviários, mas depois que misturado a 50% de escória, ele apresentou potencial para o uso em subbase de pavimentos. Especificamente sobre a estabilização química solo-escória, não foram encontrados trabalhos anteriores sobre a utilização do fino de escória de aciaria a referenciar os estudos. 2.5. Resistência à compressão simples A resistência à compressão simples (σC) expressa em MPa, é determinada individualmente para cada corpo-de-prova, através da razão entre sua carga de ruptura (N) e a área de sua seção transversal (mm²), e expressa pela média de suas repetições. Sua determinação é especificada por norma ABNT, NBR 36 12025/1990 que descreve o procedimento de ensaio para corpos-de-prova de solo-cimento. A resistência à compressão simples é expressa pela Equação (2). σc = P A (Equação 2) onde: σC P A = resistência à compressão; = carga de ruptura (máxima) obtida no ensaio ; = área do corpo-de-prova. O equipamento deve conter dois pratos de aço com espessuras suficientes para evitar deformação durante o ensaio. No caso de prensas verticais, o prato superior deve assentar-se em rótula esférica e o prato inferior deve ser um bloco rígido e plano. O prato de carga assentado na rótula esférica deve poder rodar livremente e girar ângulos menores que 4º, em todas as direções permitindo o perfeito assentamento sobre a superfície do CP a ser ensaiado. Durante todo ensaio é necessário carregamento contínuo e sem choques. Para a realização do ensaio as bases dos CP devem ser verificadas quanto ao nivelamento e horizontalidade e capeadas com gesso ou mistura de enxofre e caolin. 2.6. Resistência à tração por compressão diametral O ensaio para a determinação da resistência à tração (σT) por compressão diametral é um método brasileiro, desenvolvido pelo professor Lobo Carneiro. É um ensaio de compressão, com forças aplicadas na direção diametral para determinação indireta da resistência à tração Carneiro, 1943. O ensaio consiste na aplicação de duas forças de compressão diametralmente opostas em um cilindro, ao longo do seu diâmetro. Estas forças geram tensões de tração uniformes e perpendiculares ao longo de todo o diâmetro do corpo-deprova. É um ensaio de grande facilidade e rapidez, além da praticidade, realizado com o mesmo corpo-de-prova cilíndrico utilizado para o ensaio de resistência à compressão direta e o mesmo equipamento. 37 A Figura 2.3, ilustra o ensaio em que Lobo Carneiro ensaiando corpos-de-prova de concreto, notou que ele se rompeu de uma maneira totalmente diferente do aço. Por isto a idéia de propor um método específico para a determinação da resistência à tração dos concretos. Método que hoje é utilizado para concreto, argamassas e misturas de solo-cimento, solo-cal e outros. Figura 2.3 – Ensaio de compressão diametral Segundo Falcão e Soares (2002), as trincas são os principais defeitos encontrados nos pavimentos brasileiros, que são resultantes do processo de fadiga. Um dos parâmetros mecânicos capaz de avaliar o fenômeno é a resistência à tração, analisada por meio do ensaio de compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Um cilindro carregado diametralmente por cargas de compressão concentradas, gera uma tensão de tração uniforme perpendicular ao diâmetro do corpo-deprova, como apresentado na Figura 2.2. A resistência à tração por compressão diametral é calculada pela Equação (3): σT = 2 .P π .D.L onde: σT = resistência à tração; P = carga de ruptura (máxima) obtida no ensaio; D = diâmetro do corpo-de-prova; L = largura do corpo-de-prova. (Equação 3) 38 2.7. Construção e desenvolvimento sustentável Para a indústria de uma forma geral, o significado de desenvolvimento econômico está atrelado à transformação do ambiente natural em ambiente construído adequado ao desenvolvimento e visando melhorar a qualidade de vida da população. O modelo de desenvolvimento predominante na construção civil, baseado na extração maciça de recursos naturais e geração de resíduos, transforma-se, na busca pela sustentabilidade. A natureza adquire mais importância e marcos regulatórios são construídos para protegê-la. Os limites de poluição gerada são mais rigorosos, preservar os recursos naturais, conter o ritmo da extração dos recursos e diminuir a geração de resíduos sob a percepção dos efeitos das alterações do meio ambiente sobre o homem e a natureza em geral, é chamado de paradigma ecológico por Liddle (1994). Nos últimos tempos é cada vez maior preocupação com a deposição de resíduos industriais e os impactos causados com sua utilização. Praticamente todas as atividades industriais e construções com resíduos são consideradas aceitáveis e incentivadas desde que seus índices de poluição e/ou contaminação não extrapolem os limites estabelecidos pela norma brasileira de resíduos, NBR 10.004/2004. A análise ambiental baseia-se principalmente no risco da utilização dos resíduos provocarem impacto direto ao meio ambiente, como por exemplo, a poluição do ar, a contaminação do subsolo e da água por lixiviação ou arraste, dessorção em meio líquido de elementos poluentes tais como metais pesados ou substâncias tóxicas para o meio ambiente. É comum a presença de metais pesados, devendo os valores encontrados não excederem aos valores limites máximos previstos nas normas ambientais brasileiras NBR 10.004/2004. Segundo Van Der Sloot (1996) o ensaio de lixiviação dos contaminantes dos resíduos é muito importante para a avaliação da utilização dos mesmos, o potencial de risco de contaminação ao ambiente bem como sua influência quando empregados em materiais cimentícios, pois podem provocar efeitos deletérios na resistência e durabilidade de sistemas aglomerantes, maximizados com o aumento de sua concentração. Segundo a norma NBR 10.005/2004, o ensaio de lixiviação de resíduos é o processo de determinação da capacidade de liberação de substâncias orgânicas e inorgânicas através da dissolução em meio extrator e tem os seguintes 39 objetivos: avaliar o risco potencial de contaminação do lençol d’água subterrâneo; classificar os resíduos em perigosos ou não; avaliar o potencial de lixiviação de poluentes provenientes de resíduos sob determinadas condições ambientais; fornecer um extrato representativo do lixiviado produzido por um resíduo em campo e identificar o apropriado gerenciamento do resíduo. A NBR 10.005/2004 é no Brasil o protocolo de lixiviação existente, visando a classificação de resíduos em inertes e não inertes, perigosos e não perigosos. 2.8. ESTATÍSTICA Segundo Werkema (1996) “um experimento é um procedimento no qual alterações propositais são feitas nas variáveis de entrada de um processo ou sistema, de modo que se possam avaliar as possíveis alterações sofridas pela variável resposta”. Para a realização de um planejamento e análise de experimento, é necessário a definição de variável resposta, variável dependente ou explicativa e blocos. “Blocos são conjuntos homogêneos de unidades experimentais”. “Em muitas situações experimentais é necessário planejar o experimento de forma que a variabilidade resultante da presença de fatores perturbadores conhecidos, sobre os quais não existe interesse, possa ser sistematicamente controlada e avaliada”. Um ponto importante nesse estudo, é que o número de réplicas em cada uma das combinações do tipo de mistura e o tempo de cura é diferente. “Uma réplica é uma repetição do experimento sob as mesmas condições experimentais”. Assim, segundo Montgomery (2005) se configura por uma Análise de Experimentos Fatoriais em Blocos Completos Desbalanceados. 40 3. MATERIAIS E MÉTODOS Este capítulo tem por objetivo apresentar e identificar todos os materiais utilizados neste estudo além de apresentar as metodologias utilizadas para os ensaios de caracterização, compactação, expansão, CBR, resistência à compressão simples, resistência à tração por compressão diametral e os ensaios referentes às análises ambientais. 3.1. Materiais 3.1.1. Solo Para o experimental, utilizou-se um solo, proveniente de uma jazida localizada às margens do anel rodoviário de Belo Horizonte, altura do km 4,5 – Engenho Nogueira. A jazida, conforme Figura 3.1, destinou-se ao uso na obra de Revitalização da Vila São José no bairro Alípio de Melo, para regularização de subleito, dentro do Programa de Aceleração do Crescimento do Governo Federal (PAC). Figura 3.1 – Jazida de coleta do saibro amarelo. Foram coletados cerca de 1.200kg do solo, no mês de fevereiro de 2008, que foi levado ao CEFET-MG e preparado para secar em local coberto, à sombra, sobre 41 lona plástica, conforme Figura 3.2. A cada dois dias, o solo foi revirado por um período de um mês, até secagem. Figura 3.2 – Amostra do saibro amarelo, em local coberto, preparada para secar. Após a secagem, o solo foi totalmente destorroado, peneirado na peneira de número 4, abertura de 4,8mm, com 100% do material passante por esta peneira, destorroado e peneirado, todo o material foi acondicionado em recipientes herméticos de 200 litros, de modo a evitar umidade e contaminações com outros materiais. Foram retiradas três amostras representativas para a realização dos ensaios de caracterização do solo. Todos os ensaios foram realizados segundo as normas da ABNT. Análise granulométrica NBR 7181/1984, determinação dos limites de liquidez NBR 6459/1984, limite de plasticidade NBR 7180/1984 e massa específica dos grãos NBR 6508/1984. 3.1.2. Água A água utilizada nos procedimentos experimentais da pesquisa foi a que abastece o laboratório de matérias e estrutura - LabMEC e os demais laboratórios do CEFET-MG, proveniente da Companhia de Saneamento de Minas Gerais, COPASA empresa responsável pelo tratamento e distribuição de água potável à região metropolitana de Belo Horizonte. 42 3.1.3. Escória de aciaria A escória utilizada neste trabalho experimental consiste de um resíduo proveniente de processo LD, recuperada em filtros de manga, sob a forma de particulado retido do processo de segregação magnética. A escória de aciaria utilizada neste programa experimental, passa por um processo de segregação magnética especializada. Recebe a escória bruta (metálicos + não metálicos) da siderurgia e em processamento industrial próprio, segrega frações metálicas (reutilizada pela siderúrgica) e não metálicas (utilizada como “matéria prima” para “projeto de pesquisa”), além de submeter-se a estabilização e inertização, que tem por finalidade neutralizar os efeitos prejudiciais da expansão de elementos como o óxido de cálcio (CaO) e o óxido de magnésio (MgO). As elevadas porcentagens de óxido de ferro (FeO), são recuperadas em processo especialista o que justifica recobrar o metal, atividade essa que viabiliza economicamente o processo de reciclagem. A fração metálica recuperada é constituída essencialmente por aço sendo reconduzida ao processo siderúrgico sob a forma de matérias primas reciclada. A escória de aciaria utilizada nesta pesquisa foi gerada pelo Grupo Arcelor Mital Tubarão – CST e beneficiada pela empresa CICLOMETAL em Itaúna - MG. O processo de refino de aço utilizado na Arcelor é através de convertedor do tipo LD. Este material foi embalado em sacos plásticos e acondicionado em recipientes herméticos. O material foi transportado da cidade de Itaúna - MG, para o CEFET-MG em Belo Horizonte onde foi utilizado ao longo do período da pesquisa. O fino de escória foi espalhado, dentro do laboratório de estruturas do CEFETMG, sobre lona plástica, revirado diariamente durante 5 dias, até completa secagem, como apresentado na Figura 3.3. Após procedimento de secagem este material foi novamente embalado em sacos plásticos e acondicionado em recipientes plásticos herméticos e etiquetados. 43 Figura 3.3 – O fino de escória de aciaria espalhado para secagem. 3.1.4. Cal hidratada Foi utilizada na pesquisa a cal hidratada aditivada - CHI, MASSICAL, da indústria de calcinação ICAL. Produto indicado para o preparo de argamassas e estabilização química de misturas de solo. Elaborada com uma composição rigorosamente controlada de hidróxido de cálcio + magnésio + aditivos, atendendo a norma ABNT NBR 7175. Facilmente encontrada no mercado em sacos de 20kg. Este material foi acondicionado em recipientes plásticos hermeticamente fechados de modo a conservar/preservar suas características, evitar contaminações e/ou alterações de umidade e devidamente etiquetado. 3.1.5. Cimento Pavifort Foi utilizado o cimento Pavifort da marca Holcim, que é um aglutinante desenvolvido especialmente para aplicações em base, sub-base e subleito de pavimentos. O cimento Pavifort foi acondicionado em recipientes plásticos hermeticamente fechados de modo a conservar/preservar suas características, contaminações e/ou alterações de umidade e devidamente etiquetado. evitar 44 As amostras de cimento Pavifort utilizadas inicialmente para o experimento apresentaram problemas; presença de grumos no interior das embalagens. Essas amostras foram descartadas. O segundo lote de amostras, apresentou o mesmo problema. Adotou-se o procedimento de peneiramento de toda a amostra de cimento a fim de separarem-se os grumos do restante do material. O cimento peneirado foi acondicionado em recipientes plásticos hermeticamente fechados de modo a conservar/preservar suas características, evitar contaminações e/ou alterações de umidade e devidamente etiquetado. 3.2. Métodos Todos os procedimentos adotados durante o trabalho experimental seguiram o prescrito pela Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT e Departamento Nacional de Transporte e Trânsito, DNIT. 3.2.1. Caracterização geotécnica do solo A caracterização do solo foi realizada de acordo com as prescrições ABNT, a saber: Granulometria NBR 7181/84, Limite de Liquidez NBR 6459/84, Limite de Plasticidade NBR 7180/84, Massa Específica NBR 6508/84. 3.2.2. Caracterização da Escória de Aciaria Os ensaios para a determinação das características físicas da escória de aciaria em pó, por não haver procedimentos específicos para estes materiais, foram realizados segundo as normas e procedimentos utilizados para ensaios de cimento e solos. A massa específica da escória foi realizada pelo procedimento do picnômetro utilizado para solos, conforme ABNT NBR 6508/84, os demais procedimentos seguiram as especificações da ABNT para cimento, sendo: determinação da finura por meio da peneira 0,075mm, NBR 11.579/91, da água da pasta de consistência normal NM 43/03, e determinação dos tempos de pega NM 65/03. 45 3.2.3. Caracterização da Cal Hidratada Foram utilizados os parâmetros e características fornecidas pelo fabricante, conforme mostra a Tabela 3.1. Tabela 3.1 - Parâmetros físicos da cal hidratada CHI. Dados Técnicos Resultados Óxidos não hidratados 0 Incorporação de areia > 4,0 2 Blaine 7200 cm /g Massa unitária 1,73 a 1,80 Retenção de água > 80% Plasticidade > 120% Retido na peneira 30 < 0,5 Retido na peneira 200 < 0,7 Massa específica Não informada Tempo de pega 180min Finura Não informada 3.2.4. Caracterização do Cimento Pavifort Foram utilizados os parâmetros e características fornecidas pelo fabricante, conforme mostra a Tabela 3.2. Tabela 3.2 - Composição química típica e parâmetros físicos do Pavifort - Holcin. Composição Química SiO2 Teor Médio (%) 30 – 35 Característica Físicas Resultados 3 2,960 1,280 Massa específica dos grãos (g/cm ) 3 Al2O3 10 – 13 Massa específica aparente (g/cm ) Fe2O3 0,5 – 3,0 Finura pela peneira 200 (%) 7,8 CaO 42,5 – 45,5 Tempo de trabalhabilidade (h) 5-7 MgO 5–7 46 3.2.5. Caracterização da Água A caracterização da água utilizada refere-se aos dados técnicos fornecidos pela COPASA (Companhia de Saneamento de Minas Gerais), disponibilizada no site da empresa, conforme mostra a Tabela 3.3. Tabela 3.3 - Parâmetros de qualidade da água - período de maio 2008. Parâmetro Unidade Valor Médio Limites Cloro mg/L Cl UH 0,89 0,09 0,2 a 2 15 mg/L F 0,76 0,6 a 0,85 UT - 0,41 8,27 5 6 a 9,5 Cor Fluoreto Turbidez pH 3.2.6. Compactação As análises para a determinação do comportamento mecânico do solo puro e das misturas solo-escória, solo-cal e solo-Pavifort, desenvolveram-se segundo as etapas apresentadas a seguir: 3.2.6.1. Etapa 1 Compactação, expansão e CBR, para todas as misturas com um estabilizante, ou seja, o solo puro e os diferentes percentuais de adição dos três finos estabilizantes; 5, 10, 15 e 20% de escória, cal e Pavifort, em relação à massa do solo seco e para as misturas com dois estabilizantes solo-15%escória acrescentando 5% de cal e 5% de Pavifort; solo-20%escória acrescentando 5% de cal e 5% de Pavifort. 3.2.6.2. Etapa 2 Ensaios de resistência mecânica (compressão simples de compressão diametral) para o solo e para as misturas com 10% de adição de fino estabilizante. 47 3.2.6.3. Etapa 3 Ensaios de compressão simples de compressão diametral para todas as misturas produzidas. Os ensaios de compactação foram realizados com a energia de compactação do Proctor Intermediário, conforme especificado pela ABNT - NBR 7182/86, que indica, segundo Pinto (2002), uma energia de compactação de 12,632kg/cm2. As Figuras 3.4; 3.5 e 3.6 ilustram os procedimentos de compactação realizados. Figura 3.4 – Acréscimo de umidade às amostras. Figura 3.5 – Ensaios de compactação. 48 Figura 3.6 – Arrasamento do volume do cilindro compactado. 3.2.7. Expansão e CBR Após o ensaio de compactação, todos os cilindros foram conduzidos para os ensaios de expansão e CBR, realizados segundo o prescrito pela NBR 9.895/87. Sobre o solo compactado foi colocado um prato perfurado com haste ajustável e um par de sobrecargas de 4,536kg. Em seguida os cilindros foram levados para o tanque de saturação onde receberam um tripé portando um extensômetro de resolução de 0,01mm. A Figura 3.7 apresenta os equipamentos utilizados nos ensaios de expansão e CBR, conduzidos para todas as amostras. Figura 3.7 – Equipamentos necessários ao ensaio de expansão. 49 Os cilindros permanecem no tanque de saturação durante um período de 4 dias com leituras feitas a cada 24 horas conforme especificado pela NBR 9895/87 e ME 049/94, conforme Figura 3.8. Figura 3.8 – Cilindros no tanque de saturação. Após 4 dias de saturação, os cilindros são retirados do tanque 30 minutos antes do ensaio de CBR, para escorrer o excesso de água. Os ensaios de CBR foram realizados para todos os corpos de prova em prensa automática e micro processada, marca SOLOTEST, com célula de carga de 5.000Kgf, conforme Figura 3.9. Figura 3.9 – Ensaio de CBR. 50 3.2.8. Moldagem dos corpos-de-prova Os corpos-de-prova para análise das propriedades mecânicas de resistência à compressão simples e resistência à tração por compressão diametral, num total de 240, foram moldados segundo prescrições da NBR 12.024/90 Solo-cimento: Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos, conforme Figura 3.10, apresentada a seguir. Figura 3.10 – Moldagem e extração dos CP. 3.2.8.1. Misturas de solo com um estabilizante As misturas de solo com um estabilizante foram realizadas da seguinte forma: • 30 corpos-de-prova compactados na umidade ótima, do solo puro, sendo 15 para resistência à compressão simples (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias) e 15 para resistência à tração por compressão diametral (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias); • 30 corpos-de-prova compactados na umidade ótima, da mistura solo + 10% de cal, sendo 15 para resistência à compressão simples (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias) e 15 para resistência à tração por compressão diametral (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias); • 30 corpos-de-prova compactados na umidade ótima, da mistura solo + 10% de fino de escória de aciaria, sendo 15 para resistência à compressão simples (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias) e 15 para resistência à tração por compressão diametral (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias); • 30 corpos-de-prova compactados na umidade ótima, da mistura solo + 10% de cimento Pavifort, sendo 15 para resistência à compressão 51 simples (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias) e 15 para resistência à tração por compressão diametral (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias). 3.2.8.2. Misturas de solo com dois estabilizantes As misturas de solo com dois estabilizantes foram realizadas da seguinte forma: • 30 corpos-de-prova compactados na umidade ótima, da mistura solo + 15% de fino de escória de aciaria + 5% de cal, sendo 15 para resistência à compressão simples (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias) e 15 para resistência à tração por compressão diametral (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias); • 30 corpos-de-prova compactados na umidade ótima, da mistura solo + 15% de fino de escória de aciaria + 5% de cimento Pavifort, sendo 15 para resistência à compressão simples (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias) e 15 para resistência à tração por compressão diametral (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias); • 30 corpos-de-prova compactados na umidade ótima, da mistura solo + 20% de fino de escória de aciaria + 5% de cal, sendo 15 para resistência à compressão simples (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias) e 15 para resistência à tração por compressão diametral (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias); • 30 corpos-de-prova compactados na umidade ótima, da mistura solo + 20% de fino de escória de aciaria + 5% de cimento Pavifort, sendo 15 para resistência à compressão simples (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias) e 15 para resistência à tração por compressão diametral (5 para cada idade; 7, 28 e 56 dias); As misturas de solo com um estabilizante, foram preparadas com uma porção de 10% do estabilizante, 6kg, para cada porção de solo de 60kg. Para a moldagem dos 30 CP de cada mistura somariam 66Kg de material a ser homogeneizado, o que não seria tarefa fácil. Optou-se por dividir em 4 vezes, com preparo de 16,5kg/vez. Para as análises das misturas com dois estabilizantes optou-se por produzir traços com maiores teores de escória de aciaria; a fim de aumentar o consumo e conseqüentemente a adequada disposição. 52 Todas as misturas foram cuidadosamente preparadas, pelo mesmo operador, de forma que fossem literalmente idênticas, com precisão de massa de material, de água, obtendo a mesma compactação e controle de umidade, conforme Figura 3.11. Figura 3.11 – Preparo da mistura e homogeneização das amostras para moldagem dos corpos-de-prova. Como se trata de estudo de misturas a ser utilizadas em camadas de pavimentos, optou-se por submeter os CP à cura ao ar, partindo da premissa de que no campo, após a compactação, a cura se dá ao ar, conforme Figura 3.12. Figura 3.12 – Cura dos CP ao ar As amostras foram compactadas em cilindros pequenos, com 10,0cm ± 0,05 de diâmetro interno e 12,73cm ± 0,03 de altura, sendo um volume de aproximadamente 1000cm3 ± 10. De acordo com Pinto (2002) neste caso, para manter a energia de compactação constante, uma vez que o volume foi reduzido o número de golpes é alterado. A partir da Equação (1), foi calculado o número de golpes necessários para compactar os corpos-de-prova com base de 10cm na energia do Proctor Intermediário. Todos os corpos-de-prova foram moldados na umidade ótima determinada pelo ensaio de compactação. 53 Após a compactação dos corpos-de-prova, os mesmos foram submetidos à cura ao ar, pelo período de 7; 28 e 56dias. 3.2.9. Resistência Mecânica Para a determinação da resistência à compressão simples utilizou-se 5 corposde-prova, para cada idade, conforme prevê a norma, ABNT NBR 12025/90 - Solo cimento: Compressão simples de corpos de prova cilíndricos. Adotou-se esta norma, pois todas as misturas foram executadas com material estabilizante de finura compatível com a do cimento. Todos os corpos-de-prova foram capeados com enxofre, seguindo os cuidados de nivelamento e horizontalidade como recomenda a normalização. A Figura 3.13 ilustra esta etapa. Figura 3.13 – Capeamento de corpos-de-prova. Os ensaios de resistência à compressão simples, Figura 3.14, foram realizados na máquina universal de ensaios, marca EMIC, automática e micro processada, com capacidade para até 200tf, devidamente aferida e calibrada, conforme descreve a NBR 12095/1990. Figura 3.14 – Prensa para resistência à compressão simples, LabCIM - CEFET-MG. 54 Para a determinação da resistência à tração por compressão diametral utilizouse também 5 corpos-de-prova, para cada idade, conforme recomenda a norma, NBR 7.222/94 - Argamassa e concretos: determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos, de forma adaptada, pois não se dispõe de norma brasileira específica para sua determinação em misturas de solos. Os ensaios de resistência à tração por compressão diametral, conforme apresenta a figura 3.15, foram realizados na máquina universal de ensaios, marca EMIC, automática e micro processada, com capacidade para até 200tf, devidamente aferida e calibrada, conforme descreve a NBR 7.222/94. Figura 3.15 – Ensaios de tração por compressão diametral, LabCIM - CEFET-MG. 3.2.10. Ensaios Ambientais A metodologia adotada para a classificação das misturas em estudo foi realizada de acordo com A NBR 10.004/2004, norma de classificação de resíduos sólidos que indica a realização dos ensaios de lixiviação NBR 10.005/2004 e solubilização NBR 10.006/2004. 3.2.11. Tratamento Estatístico dos Dados A metodologia escolhida para a análise dos dados foi a de “planejamento e análise de experimentos”, utilizando-se como ferramenta, o software MINITAB. Neste estudo as variáveis respostas utilizadas foram: resistência à compressão simples e resistência à tração por compressão diametral, analisadas separadamente. A variável dependente ou explicativa foi o tipo de mistura e os blocos foram os períodos de cura das misturas. 55 Para esse experimento tornou-se necessário a utilização de experimentos fatoriais em blocos. Como nesse estudo o impacto dos dias de cura das misturas é conhecido, deseja-se controlar este efeito para representar uma situação mais realista da resistência para as várias misturas utilizadas, sem que o tempo de cura influencie os resultados do experimento. Assim, trabalhou-se com todas as misturas em três tempos diferentes, 7, 28 e 56 dias. Um ponto importante nesse estudo, é que o número de réplicas em cada uma das combinações do tipo de misturas são os diferentes tempos de cura. 3.2.11.1. Resistência à compressão simples e resistência à tração por compressão diametral Foram analisados os resultados do planejamento de experimentos para a variável resposta tensão de ruptura dos ensaios de resistência à compressão simples e resistência à tração por compressão diametral, considerando misturas de solo com diferentes teores de estabilizantes. Para determinar se existem diferenças entre as misturas, foi criada a tabela a partir da análise de variância dos resultados do experimento. A partir da análise da tabela, observa-se se há mistura diferente, objetivando descobrir qual a mistura que nos proporciona uma maior resistência à compressão, a partir dos gráficos de efeitos principais. Como esta análise é um tanto quanto subjetiva, para avaliar se estas diferenças são estatisticamente significativas, utilizou-se a técnica de comparações múltiplas de Tukey. Para validar os resultados encontrados, utilizou-se a avaliação das suposições iniciais feitas sobre o modelo, de variância constante, independência e normalidade dos resíduos do modelo. Para tanto, construiu-se os gráficos de resíduos x valores ajustados x ordem de execução do experimento e o gráfico de probabilidade normal com o teste de normalidade de Ryan Joiner. 3.2.12. Inventário de ensaios Para melhor visualização dos experimentos desta pesquisa, elaborou-se a um inventário de todos os ensaios realizados: compactação, umidade, expansão, CBR, moldagem de corpos-de-prova, umidade dos corpos-de-prova, resistência 56 à compressão simples e resistência à tração por compressão diametral, conforme apresenta a tabela 3.4. Tabela 3.4 – Inventário de ensaios executados. Número de ensaios executados Amostras % de Moldagem Umidade de CP de CP 10 30 5 5 20 10 5 10 20 5 5 Solo Escória RCs RCt 10 5 5 - - - - 10 30 10 3 3 5 5 - - 3 3 10 5 5 - - 3 3 5 10 5 5 - - - - 10 5 10 5 5 30 10 5 3 15 5 10 5 5 - - 3 2 20 5 10 5 5 - - - - 5 5 10 5 5 - - - - 10 5 10 5 5 30 10 5 3 15 5 10 5 5 - - - - 20 5 10 5 5 - - - - Solo + 5% 5 5 10 5 5 24 8 3 3 Cal 10 5 10 5 5 24 8 3 3 15 5 10 5 5 24 8 3 3 20 5 10 5 5 24 8 3 2 - 95 190 95 95 216 72 39 33 Compactação Umidade Expansão CBR 100 10 20 10 5 5 10 10 10 15 adição Solo Puro Solo Cal Solo Pavifort Solo + 5% Pavifort Total 57 4. Resultados – Análise e discussões Neste capítulo, são analisados e discutidos os resultados encontrados. 4.1. Caracterização do solo Todos os resultados aqui descritos são provenientes dos ensaios de caracterização do solo estudado realizados nos laboratórios do CEFET-MG. 4.1.1. Análise Granulométrica do Solo As análises granulométricas por peneiramento e sedimentação indicam ser o solo, um SILTE ARENOSO de cor amarela, denominado SAIBRO AMARELO. Este tipo de solo, essencialmente arenoso apresenta parâmetros físicos ideais para estabilização química com cimento, ABCP (1986) e ABNT NBR 12.253/1990. A Figura 4.1 apresenta as curvas granulométricas do ensaio de granulometria por peneiramento. Figura 4.1 - Curvas granulométricas do ensaio de peneiramento. O ensaio de sedimentação determinou da fração fina, passada na peneira 200, cerca de 38% de silte e 7% de argila, conforme Figura 4.2. 58 Figura 4.2 - Curvas granulométricas do ensaio de sedimentação. 4.1.2. Limites Físicos de Atterberg e Massa Específica Os resultados encontrados para as determinações dos limites físicos do solo indicaram IP =NP. Os valores encontrados indicam material não plástico, de constituição essencialmente granular. Solos granulares possuem afinidade a processos de estabilização química com cimento, superiores aos solos coesivos Maragon e Marques (2000). A massa específica média determinada foi de 2,795g/cm3. A Tabela 4.1 apresenta os resultados dos ensaios de caracterização geotécnica do solo realizados no LabSolos do CEFET-MG. Tabela 4.1 – Parâmetros geotécnicos. Caracterização dos solos Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 2,793 2,795 2,795 Massa específica aparente (g/cm ) 1,435 1,428 1,439 Limite de liquidez 33,9 33,5 33,5 Limite de plasticidade NP NP NP Índice de plasticidade NP NP NP 3 Massa específica dos grãos (g/cm ) 3 Granulometria peneiras % Passa 4,8 mm 100 100 100 2,0 mm 99,2 99,5 99,3 0,42 mm 70,6 69,9 69,6 0,075 mm 46,8 45,9 45,2 59 4.1.3. Classificação do solo O solo caracterizado como SAIBRO AMARELO recebeu classificação A-4, segundo padronização HRB (Bureau of Public Roads) conforme apresenta a Tabela 4.2. Tabela 4.2 - Classificação do solo. Classificação % < 0,075mm LL IP IG HRB UNIFICADA Amostra 1 46,8 33,9 NP 3 A-4 SM Amostra 2 45,2 33,5 NP 3 A-4 SM Amostra 3 45,9 33,7 NP 3 A-4 SM O solo em estudo foi classificado como areia siltosa pelo Sistema Unificado de Classificação - USCS (Unified Soil Classification System) e também pelo Sistema de Classificação da American Association of State Highway and Transportation Officials - AASTHTO (também conhecido como sistema rodoviário de classificação HRB), que sugere material suscetível de ser empregado em subleito de estradas, prevendo para amostras que se enquadram neste grupo e possui índice grupo, IG = 0 (solos granulares), um comportamento de excelente a bom. 4.2. Caracterização da Escória de Aciaria A escória utilizada apresentou as características químicas conforme apresenta a Tabela 4.3. Tabela 4.3 – Caracterização química da escória de aciaria. Componentes FeO Al2O3 SiO2 CaO MgO SiO3 Concentração(%) 17,44 3,55 17,22 35,97 10,01 0,35 PF 1000º (perda de massa ao fogo) 12,94 RI (resíduos insolúveis) 5,72 Na análise através de difração laser pode-se observar que os valores encontrados para escória CST, enquadram-se aos limites estabelecidos na composição típica, exceto para o SiO2; que apresentou-se ligeiramente acima dos limites típicos. 60 A granulometria laser foi executada pela Holcim, e pode ser observada na figura 4.3. Trata-se de um material fino que apresenta 100% de partículas menores que 100µm. 100 90 80 % passa 70 60 50 40 30 20 10 0 0,1 1 10 100 1000 -6 Diâmetro dos grãos (10 m) Figura 4.3 - Granulométrica laser do fino de escória. Cerca de 20% da escória de aciaria apresentou diâmetro menor que 0,15µm responsável pela contribuição do efeito filler á mistura. Esta característica pode ser responsável pelo elevado valor de massa específica aparente máxima seca atingida pela mistura solo + 10% de escória. A contribuição ao efeito filler, possibilita um maior agrupamento de grãos para a mesma energia de compactação, o que permite uma máxima redução no índice de vazios, resultando em maiores valores de CBR. A escória de aciaria apresentou módulo de finura 6,72; enquanto o cimento Pavifort apresentou 7,8. Os resultados dos ensaios de caracterização física estão apresentados na Tabela 4.4. Tabela 4.4 – Caracterização física da escória de aciaria. 3 Massa específica dos grãos (g/cm ) 3 3,166 Massa unitária (g/cm ) 1,368 Finura pela peneira 200 (%) 6,72 Início de pega (h) 22 2 Superfície específica (m /g) 1,71 61 Os valores de massa especifica dos grãos e massa unitária apresentam-se inferiores aos limites indicados por castelo Branco (2004). A redução destes valores deve-se ao tratamento especializado para segregação das frações metálicas a que foram submetidas esta escória. A escória de aciaria apresentou valores de massa específica e massa unitária 7% maiores que o cimento Pavifort, devidamente explicado pela maior concentração de Fe e Mg. Observou-se ainda, relativa atividade aglutinante desenvolvida pela escória, com a detecção de pega. Atribui-se à hidratação do CaO; na forma do Ca(OH)2, a atividade química observada. Desta forma, seus grãos podem preencher os vazios entre as partículas maiores do solo e/ou cimento aumentando a compacidade do solo e, conseqüentemente, sua resistência. 4.3 Compactação A massa específica aparente máxima seca para o solo foi de 1,840g/cm3 e umidade ótima de 13,0% conforme Figura 4.4. Massa Espacífica Seca (g/cm2) 1,860 1,840 1,820 1,800 1,780 1,760 1,740 1,720 1,700 1,680 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 Teor de um idade (%) Figura 4.4 – Compactação do solo. Conforme observa-se na Figura 4.5, o acréscimo percentual dos estabilizantes não contribuiu para o respectivo aumento de massa específica das misturas, exceto para o teor de 10%; em todas as adições. 1,760 Solo + 20%Escória + 5%Pavifort 1,720 Solo + 20%Escória + 5%Cal 1,760 1,700 1,780 Solo + 20%Pavifort Solo + 15%Escória + 5%Cal 1,800 Solo + 15%Escória + 5%Pavifort ESTABILIZANTE (% ) Solo + 15%Pavifort 1,840 Solo + 10%Pavifort 1,790 1,730 Solo + 20%Escória Solo + 5%Pavifort 1,740 Solo + 15%Escória 1,860 Solo + 10%Escória 1,770 1,670 Solo + 20%Cal Solo + 5%Escória 1,680 1,740 Solo + 10%Cal Solo + 15%Cal 1,740 Solo + 5%Cal Solo Puro 1,950 1,900 1,850 1,800 1,750 1,700 1,650 1,600 1,550 1,500 1,840 3 MASSA ESPECÍFICA MÁXIM SECA (g/cm) 62 Figura 4.5 – Massa Específica Aparente Máxima para diferentes teores de estabilizante. Para as misturas com um estabilizante, houve um aumento da massa específica entre os teores de 5 e 10% de adição do estabilizante. O fato deve-se ao aumento da finura das misturas em função do acréscimo das adições e conseqüente aumento da necessidade de água de dosagem. Independente do tipo de estabilizante, o teor de 10% corresponde à maior massa específica aparente máxima seca alcançada pelas misturas, conforme pode ser observado pela figura 4.4. Para a adição de dois estabilizantes ao solo sua massa específica aparente máxima seca cai quando comparada ao solo puro. O aumento na adição do teor de escória para um mesmo teor de cal, promove um aumento da massa específica aparente máxima seca. Já para o aumento na adição do teor de escória para um mesmo teor de Pavifort, não altera o resultado da massa específica aparente máxima seca. Quanto à umidade ótima, onde constatou-se que o acréscimo no percentual de estabilizante não significa aumento da umidade ótima das misturas, devido às características de cada estabilizante, como pode ser observado na Figura 4.6 a seguir. ESTABILIZANTE (% ) Solo + 20%Escória + 5%Cal 16,1 Solo + 20%Escória + 5%Pavifort 14,8 15,3 16,3 Solo + 15%Escória + 5%Cal Solo + 15%Escória + 5%Pavifort 15,8 Solo + 20%Pavifort 15,0 Solo + 15%Pavifort 13,6 Solo + 10%Pavifort 15,8 Solo + 5%Pavifort 15,0 Solo + 20%Escória Solo + 10%Escória Solo + 15%Escória 12,6 14,0 Solo + 5%Escória Solo + 20%Cal Solo + 15%Cal 13,8 18,5 14,5 15,8 Solo + 10%Cal 14,6 Solo + 5%Cal 13,0 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 Solo Puro UMIDADE (%) 63 Figura 4.6 – Umidade Ótima para os diferentes teores de estabilizante. Os resultados observados apontam em relação à umidade ótima, que acréscimo no percentual de estabilizante não significou o respectivo aumento da umidade ótima das misturas, devido ás características de cada estabilizante. A adição de dois estabilizantes ao solo aumenta a umidade ótima das misturas quando comparadas ao solo puro. O aumento na adição do teor de escória para um mesmo teor de cal reduz sua umidade ótima, enquanto que para o aumento na adição do teor de escória para um mesmo teor de Pavifort, aumenta sua umidade ótima. 4.4 Expansão A expansão foi determinada para cada ponto de compactação e para cada estabilizante através da curva de expansão X umidade. O gráfico da Figura 4.7, TEOR DE UMIDADE (%) Figura 4.7 – Variação da expansão x umidade para o solo puro. 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 6,0 EXPANSÃO(%) apresenta a expansão de cada corpo-de-prova para o solo puro. 64 O gráfico da Figura 4.8, apresenta a expansão de cada corpo-de-prova para as misturas solo-cal. SOLO +5%Cal 0,50 EXPANSÃO (%) SOLO +10%Cal SOLO +15%Cal SOLO +20%Cal 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 0,00 TEOR DE UMIDADE (% ) Figura 4.8 – Variação da expansão x umidade para as misturas solo-cal. O gráfico da Figura 4.9 apresenta a expansão de cada corpo-de-prova para as 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 5%Escória 10%Escória 15%Escória 23,0 21,0 19,0 17,0 15,0 13,0 11,0 9,0 7,0 20%Escória 5,0 E X P A N S Ã O(% ) misturas solo-escória. TEOR DE UMIDADE (%) Figura 4.9 – Variação da expansão x umidade para as misturas solo-escória. O gráfico da Figura 4.10 apresenta a expansão de cada corpo-de-prova para as misturas solo-Pavifort. 65 Solo + 5%Pavifort EXPANSÃO (%) 2,00 Solo + 10%Pavifort Solo + 15%Pavifort 1,50 Solo + 20%Pavifort 1,00 0,50 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 0,00 TEOR DE UMIDADE (%) Figura 4.10 – Variação da expansão x umidade para as misturas solo- solo-Pavifort. O gráfico da Figura 4.11 apresenta a expansão de cada corpo-de-prova para as misturas solo-escória-cal e solo-escória-Pavifort. Solo + 15%Escória + 5%Cal Solo + 20%Escória + 5%Cal 0,50 EXPANSÃO (%) Solo + 15%Escória + 5%Pavifort Solo + 20%Escória + 5%Pavifort 23,0 22,0 21,0 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 0,00 TEOR DE UMIDADE (% ) Figura 4.11 – Variação da expansão x umidade para as misturas solo-escória-cal e soloescória-Pavifort. A partir dos dados plotados nos gráficos, expansão X umidade, das figuras 4.7 a 4.11, determinou-se a expansão correspondente à umidade ótima para cada teor de adição de estabilizante. 66 A expansão das misturas, na umidade ótima, para diferentes teores de estabilizantes, indica que o acréscimo no percentual de estabilizante contribui para a redução da expansão das misturas, conforme Figura 4.12. 0,25 Solo + 20%Escória + 5%Cal Solo + 20%Escória + 5%Pavifort 0,18 ESTABILIZANTE (% ) Solo + 15%Escória + 5%Pavifort 0,17 0,29 Solo + 15%Escória + 5%Cal Solo + 20%Pavifort 0,02 Solo + 15%Pavifort 0,10 0,20 Solo + 10%Pavifort 0,40 Solo + 5%Pavifort 0,30 0,40 Solo + 15%Escória Solo + 20%Escória 0,40 Solo + 10%Escória 0,02 Solo + 20%Cal 1,00 0,23 Solo + 15%Cal Solo + 5%Escória 0,12 Solo + 5%Cal Solo Puro 0,0 Solo + 10%Cal 0,40 0,5 1,00 EXPANSÃO (%) 1,0 Figura 4.12 - Expansão das misturas na umidade ótima, para diferentes teores de estabilizante. A NBR 7207/82 estabelece que os solos para sub-leito devem apresentar valores de expansão ≤ 2%, para sub-base ≤ 1% e para base ≤ 0,5%. Os resultados obtidos para misturas com um estabilizante indicam que para os teores superiores a 10% de adição a expansão é inferior a 0,5%. O aumento no teor de adição de escória até o limite de 20%, reduz a expansão das misturas, de acordo com as condições analisadas neste experimento. O aumento no teor de adição de cal reduz a expansão das misturas entre 5 e 10%. Entre 10 e !5% a expansão aumenta e reduz novamente para adição de 20%, de acordo com as condições analisadas neste experimento. O aumento no teor de adição de cimento Pavifort até o limite de 20%, reduz a expansão das misturas, de acordo com as condições analisadas neste experimento. Os resultados obtidos para misturas com dois estabilizantes indicam para todas as misturas expansão inferior a 0,5%. Discordando de alguns autores Raposo (2005) e Machado (2006), que consideram uma limitação para o uso da escória de aciaria sua alta variação volumétrica devido á presença do Cão e MgO, nas condições analisadas nesse 67 experimento, o acréscimo de escória de aciaria apresentou redução da expansão das misturas. Sendo a expansão maior em solos com maior superfície específica e atividade, dadas às características da escória, ao aumentarmos seu percentual na mistura, houve um conseqüente aumentou da área de superfície especifica, mas ao contrário, a expansão da mistura diminuiu. Identificou-se a escória de aciaria funcionando não apenas como filler, material de preenchimento, mas também como uma ação cimentante. Para as misturas com dois estabilizantes o aumento na adição do teor de escória para um mesmo teor de cal ou de Pavifort, promove redução na expansão. 4.5 CBR Para o solo puro determinou-se o CBR dos 5 pontos e traçou-se a curva de CBR X teor de umidade, indicando o CBR correspondente à umidade ótima conforme Figura 4.13. 12 10,85 CBR (%) 10 9,38 8 6,82 6 4,14 4 2,49 2 0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Teor de umidade (%) Figura 4.13 - CBR x teor de umidade do solo puro. Para cada percentual de mistura com um estabilizante, determinou-se o CBR dos 5 pontos e traçou-se a curva de CBR X teor de umidade, indicando o CBR correspondente à umidade ótima de cada mistura. A Figura 4.14, apresenta os gráficos correspondentes aos diferentes teores de adição de cal. 68 CBR (%) 5%Cal 57,00 52,00 47,00 42,00 37,00 32,00 27,00 22,00 17,00 12,00 6,00 10%Cal 15%Cal 20%Cal 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 22,00 24,00 TEOR DE UMIDADE (% ) Figura 4.14 - CBR x teor de umidade das misturas solo-cal. A Figura 4.15 apresenta os gráficos correspondentes aos diferentes teores de adição de escória. 5% ESCORIA 25,00 10% ESCÓRIA 15% ESCÓRIA 20,00 CBR (%) 20% ESCÓRIA 15,00 10,00 5,00 0,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 22,00 TEOR DE UMIDADE (% ) Figura 4.15 - CBR x teor de umidade das misturas solo-escória. A figura 4.16 apresenta os gráficos correspondentes aos diferentes teores de CBR (%) adição de cimento Pavifort. 26,00 24,00 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 6,00 5% Pavifort 10% Pavifort 15% Pavifort 20% Pavifort 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 TEOR DE UMIDADE (% ) Figura 4.16 - CBR x teor de umidade das misturas solo-Pavifort. 22,00 24,00 69 Para as misturas com dois estabilizante, determinou-se o CBR dos 5 pontos e traçou-se a curva de CBR X teor de umidade, indicando o CBR correspondente à umidade ótima de cada mistura. A figura 4.17 apresenta os gráficos correspondentes aos diferentes teores de adição de escória-cal e escória-Pavifort. 15%Escória +5%Cal 20%Escória +5%Cal 100,0 15%Escória +5%Pavifort 90,0 20%Escória +5%Pavifort CBR (%) 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 22,00 24,00 TEOR DE UMIDADE (% ) Figura 4.17 - CBR x teor de umidade das misturas solo-escória-cal e solo-escóriaPavifort. O CBR correspondente à umidade ótima de cada mistura aumenta para o acréscimo no percentual de estabilizante, exceto pra a adição de cal, como 88,0 72,0 Solo + 20%Escória + 5%Cal Figura 4.18 - CBR na umidade ótima, para os diferentes teores de misturas. Solo + 20%Escória + 5%Pavifort 83,0 Solo + 15%Escória + 5%Cal Solo + 20%Pavifort Solo + 15%Escória + 5%Pavifort 180,0 Solo + 15%Pavifort 56,0 170,0 255,0 ESTABILIZANTE (% ) Solo + 10%Pavifort Solo + 5%Pavifort 28,0 23,0 Solo + 20%Escória 12,0 Solo + 5%Escória 23,0 43,0 Solo + 20%Cal Solo + 15%Escória 51,0 Solo + 15%Cal 13,0 55,0 Solo + 10%Cal Solo + 10%Escória 53,0 Solo + 5%Cal 10,0 260,0 240,0 220,0 200,0 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 Solo Puro CBR (%) apresenta a figura 4.18. 70 A NBR 7207/82 estabelece que os solos para sub-leito devem apresentar valores de CBR entre 2% e 20%, para sub-base ≥ 20% e para base ≥ 80%. Como resultados obtidos indicaram teor de 10% de adição em misturas com um estabilizante, como sendo aquele que apresenta maior massa específica aparente máxima seca; procedeu-se à análise das propriedades mecânicas das misturas aditivadas com 10% de cal, escória e Pavifort. Para as misturas com dois estabilizantes o aumento na adição do teor de escória para um mesmo teor de cal ou de Pavifort, promove o aumento do CBR. Como resultados obtidos indicaram os teores de 15 e 20% de adição em misturas com um estabilizante, como sendo aquele que apresenta menor expansão e maior CBR; procedeu-se à análise das propriedades mecânicas de misturas com dois estabilizantes aditivadas com 15 e 20% de escória mais 5% de cal e de Pavifort. A análise dos resultados dos ensaios, compactação, expansão e CBR, apontaram que a adição de 10% de estabilizante foi a que apresentou a maior massa específica aparente máxima seca com valores de expansão inferiores ao limite máximo permitido por norma. Desta forma adotou-se avaliar a resistência mecânica para as três misturas solo-cal, solo-escória e solo-Pavifort, com o teor de adição de 10% de cada um dos estabilizantes. 4.6 Resistência Mecânica Na avaliação da resistência mecânica dos corpos-de-prova 2 ensaios foram realizados. Os ensaios de resistência à compressão simples e resistência à tração por compressão diametral, para as idades de cura ao ar de 7, 28 e 56 dias. Foram ensaiadas as três misturas de solo com 10% de cada estabilizante e as quatro misturas de solo com dois estabilizantes. 4.9.1. Resistência à Compressão Simples Todas as misturas apresentaram o mesmo tipo de ruptura para as três idades ensaiadas, conforme Figura 4.19, apresentada a seguir. 71 Solo-cal Solo-escória Solo-Pavifort Figura 4.19 – Ruptura de CP de misturas de solo com 10% de estabilizantes. A resistência à compressão simples foi realizada para o solo puro e para as misturas com um estabilizante e as misturas com dois estabilizantes. Os ensaios foram executados para os períodos de cura ao ar de 7, 28 e 56 dias, e os resultados estão apresentados em blocos, conforme Figuras 4.20 e 4.21. Solo Puro 4,50 Solo + 10%Escória 4,00 Solo + 10%Cal Solo + 10%Pavifort 3,50 3,00 2,00 1,79 0,96 1,63 0,89 0,60 1,05 1,75 1,00 2,08 1,50 0,50 3,57 3,86 4,70 2,50 3,08 Tensãode Ruptura (MPa) 5,00 0,00 7 dias 28 dias Idade 56 dias Figura 4.20 – Resistência à compressão simples para as misturas de um estabilizante. 5,50 5,00 4,00 Puro + 15%Escória + 20%Escória + 15%Escória + 20%Escória + 5%Cal +5%Cal + 5%Pavifort + 5%Pavifort 3,50 3,48 2,87 3,27 2,92 0,96 0,89 0,60 1,45 1,00 1,86 2,84 1,50 0,50 3,29 2,00 3,39 4,37 2,50 5,08 3,00 1,36 Tensão de Ruptura (MPa) 4,50 Solo Solo Solo Solo Solo 0,00 7 dias 28 dias Idade 56 dias Figura 4.21 – Resistência à compressão simples para as misturas de dois estabilizantes. 72 Aos 7 dias de cura, apenas a mistura Solo + 10% de Pavifort atingiu o mínimo de 2,1MPa previstos pela NBR 12025/90. A mistura de solo + 10% de cal atinge os 2,1MPA a partir dos 28 dias de cura, e, a mistura solo + 10% de escória não atingiu o limite para os períodos de tempo experimentados. As misturas com adição de 5% de cal com 15 e 20% de escória, promoveu um significativo aumento nos valores obtidos de resistência á compressão simples, embora aos 7 dias não atinja ao limite mínimo estabelecido pela NBR 12.024/90, ultrapassando este mínimo para os 28 dias. As misturas com adição de 5% de Pavifort com 15 e 20% de escória, promoveu um significativo aumento nos valores obtidos de resistência à compressão simples, atingindo o mínimo previsto pela norma, de 2,1MPa, aos 7 dias. As Figuras 4.22 e 4.23 apresentam os ensaios de resistência à compressão simples para os teores de adição de dois estabilizantes. Figura 4.22 – Ruptura de CP solo + 15%escória + 5%cal. Figura 4.23 – Ruptura de CP solo + 15%escória + 5%Pavifort. 73 Os resultados obtidos indicam que os ganhos de resistência obtidos para as adições de 15% de escória atingem valores muito maiores que para as adições de 20% de escória. As Figuras 4.24 e 4.25 apresentam a ruptura de CP das misturas com 20% de escória + adições de cal e Pavifort. Figura 4.24 – Ruptura dos CP solo + 20%escória + 5%cal. Figura 4.25 – Ruptura dos CP solo + 20%escória + 5% Pavifort. 4.6.2. Resistência à Tração por Compressão Diametral Todas as misturas apresentaram o mesmo tipo de ruptura para os três estabilizantes ensaiados, conforme apresenta a Figura 4.26. 74 Solo-cal Solo-escória Solo-Pavifort Figura 4.26 – Ruptura de CP de misturas de solo com 10% de estabilizantes. Os valores obtidos das resistências à tração por compressão diametral em todas as dosagens foram superiores às resistências à tração dos CP não aditivados (solo puro). Estes resultados indicam, em conformidade com o observado por Falcão e Soares (2002), que misturas aditivadas são mais duráveis e competentes estruturalmente quando solicitadas com esforços cíclicos, fadiga. As dosagens apresentam valores crescentes de resistência à tração para idades crescentes. As misturas solo-Pavifort apresentam maiores resultados, seguidos das dosagens solo-cal e solo-escória, conforme Figuras 4.27 e 4.28. 5,00 4,00 Solo Solo Solo Solo Puro + 10% Escória + 10% Cal + 10% Pavifort 28 dias 4,70 3,57 1,79 0,96 2,08 1,63 1,75 7 dias 0,89 0,00 1,05 1,00 3,08 2,00 3,86 3,00 0,60 Tensão de Ruptura (MPa) 6,00 56 dias Idade Figura 4.27 – Resistência à Tração por Compressão Diametral das misturas de um estabilizante. 75 8 ,0 0 6 ,0 0 So lo So lo So lo So lo + + + + 1 5 % E s c ó ria 1 5 % E s c ó ria 2 0 % E s c ó ria 2 0 % E s c ó ria + 5% C al +5 % Pa v ifo rt + 5% C al +5 % Pa v ifo rt 5,10 6,33 4,91 4,55 2,53 1,95 3,93 2 ,0 0 1 ,0 0 4,83 3 ,0 0 5,58 7,42 4 ,0 0 7,59 5 ,0 0 1,88 Tensão de Ruptura (MPa) 7 ,0 0 0 ,0 0 7 d ia s 2 8 d ia s 5 6 d ia s Id a d e Figura 4.28 – Resistência à Tração por Compressão Diametral das misturas de dois estabilizantes. A análise indica que o ganho de resistência é crescente ao longo do tempo e também é crescente à medida que se adiciona um estabilizante químico ao solo. A adição de escória eleva a resistência à tração em 76% enquanto que a cal eleva em 225% e o Pavifort em cerca de 400%, para as idades de 7 a 56 dias. A adição de dois estabilizantes ao solo aumenta significativamente a resistência à tração por compressão diametral das misturas quando comparadas ao solo puro. A adição de Pavifort á escória apresenta valores maiores que os com adição de cal. Os resultados obtidos indicam que os ganhos de resistência obtidos para as adições de 15% de escória atingem valores muito maiores que para as adições de 20% de escória. A Figura 4.29 apresenta a ruptura dos CP das referidas misturas. Figura 4.29 – Ruptura dos CP solo + 20%escória + 5%Pavifort. 76 4.7. Ensaios de Caracterização Ambiental Os resultados dos metais analisados nos extratos lixiviado das misturas em estudo estão apresentados na Tabela 4.8, onde os elementos analisados (arsênio, bário, cádmio, chumbo, cromo, mercúrio, prata, selênio e fluoretos) são confrontados com os limites máximos permitidos pela norma NBR 10.004/2004 para todos os elementos analisados. Tabela 4.8 – Análise química no extrato lixiviado das misturas, (ECOLABOR, 2009). Solo-cal (mg/L) Soloescória (mg/L) SoloPavifort (mg/L) Arsênio n. d. n. d. n. d. Limite máx. permitido NBR 10.004/2004 (mg/L) 1,00 Bário 0,604 0,824 0,798 70,0 Cádmio n. d. n. d. n. d. 0,50 Chumbo n. d. 0,062 n. d. 1,00 0,0309 0,033 0,032 5,00 Mercúrio n. d. n. d. n. d. 0,10 Prata n. d. n. d. n. d. 5,00 Selênio n. d. n. d. n. d. 1,00 Fluoretos < 0,4 4,4 < 0,4 150 Misturas ensaiadas Elemento Químico Cromo Os resultados de metais e não-metais analisados no extrato solubilizado das misturas em estudo estão apresentados na Tabela 4.9, onde os elementos analisados (alumínio, arsênio, bário, cádmio, chumbo, cobre, cromo, ferro, manganês, mercúrio, prata, selênio, sódio, zinco, cianeto, fluoretos, sulfato, cloretos, nitratos, fenóis totais e surfactantes) são confrontados com os limites máximos permitidos pela norma NBR 10.004/2004 para todos os elementos analisados. 77 Tabela 4.9 – Análise química no extrato solubilizado das misturas, (ECOLABOR, 2009). Misturas ensaiadas Elemento Químico Alumínio Arsênio Bário Cádmio Chumbo Cobre Cromo Ferro Manganês Mercúrio Prata Selênio Sódio Zinco Cianeto Fluoretos Sulfato Cloretos Nitratos Fenóis Totais Surfactantes Solo-cal (mg/L) Soloescória (mg/L) SoloPavifort (mg/L) 0,273 n. d. 0,1160 n. d. n. d. 0,0063 0,0467 0,217 0,0043 n. d. n. d. n. d. 1,08 0,034 0,0022 < 0,5 n. d. 102 0,4 0,017 n. d. 1,00 n. d. 0,0118 n. d. n. d. 0,0056 0,0682 0,277 0,0116 n. d. n. d. n. d. 1,14 0,0213 n. d. 5,0 15 2,1 < 0,2 0,024 n. d. 1,43 n. d. 0,110 n. d. n. d. 0,0053 0,0459 0,220 0,0041 n. d. n. d. n. d. 4,54 0,0188 n. d. < 0,5 49 20 < 0,20 0,018 n. d. Limite máximo permitido NBR 10.004/2004 (mg/L) 0,20 0,01 0,70 0,005 0,01 2,00 0,05 0,30 0,10 0,001 0,05 0,01 200 5,00 0,07 1,5 250 250 10 0,01 0,50 Os resultados referentes à classificação das misturas feita de acordo com os parâmetros da NBR 10.004/2004 indicam que tanto misturas solo-cal, soloescória e solo-Pavifort, tem a mesma classificação ambiental, conforme Tabela 4.10, apresenta a seguir. Tabela 4.10 - Classificação das misturas. Amostra Solo-Cal Solo-Escória Solo-Pavifort Classe Classe II A Classe II A Classe II A Classificação Resíduo não inerte Resíduo não inerte Resíduo não inerte Dessa forma; o uso da escória de aciaria em misturas de solo cimento com dosagem até 20% torna-se uma solução ambientalmente adequada e sem restrições. 78 4.8. Tratamento Estatístico 4.8.1. Resistência à Compressão Simples: 4 misturas Foram analisados os resultados do planejamento de experimentos para a variável resposta tensão de ruptura do ensaio de resistência à compressão simples, considerando misturas de solo com 10% de estabilizantes. Para determinar se existem diferenças entre as misturas foi criada a Tabela 4.11, obtida a partir da Análise de Variância dos resultados do experimento Tabela 4.11 - Resultado da ANOVA. Fonte de Variação Dias (Bloco) Mistura F P-valor 39,29 139,79 < 0,001 < 0,001 A partir da análise da Tabela 4.12, observa-se que ao menos uma mistura é diferente das demais de acordo com o p-valor (< 0,001). Pode-se notar que também existe ao menos uma diferença significativa entre os blocos, dias de cura da mistura. Com o objetivo de descobrir qual a mistura que nos proporciona uma maior resistência a compressão, elaborou-se o gráfico de efeitos principais, conforme Figura 4.30. Gráfico de Efeitos Principais: Resistência a Compressão Simples Dias (Bloco) 4,0 Mistura 3,5 Média 3,0 2,5 2,1 2,0 1,5 1,0 7 28 56 So lo + % 10 l Ca lo So + % 10 r ia có s E lo So + % 10 t or vif a P lo So ro Pu Figura 4.30 Gráfico de efeitos principais: resistência à compressão simples. 79 A partir da análise do gráfico, observa-se a tendência de crescimento da tensão de ruptura de acordo com os dias de cura da mistura. Observou-se também que as misturas solo +10%cal e solo +10%Pavifort, em média atingem o limite préestabelecido de 2,1MPa. Como esta análise é um tanto quanto subjetiva, para avaliar se estas diferenças são estatisticamente significativas, utilizou-se a técnica de comparações múltiplas de Tukey. Observou-se que as diferenças entre as misturas são estatisticamente significativas para todas as combinações de misturas, de acordo com o p-valor (< 0,05). Para validar os resultados encontrados, foi necessária a avaliação das suposições iniciais feitas sobre o modelo, de variância constante, independência e normalidade dos resíduos do modelo. Para tanto, construiu-se os gráficos de resíduos X valores ajustados X ordem de execução do experimento e o gráfico de probabilidade normal com o teste de normalidade de Ryan Joiner, conforme apresentado na Figura 4.31. O critério utilizado para não-rejeição da normalidade dos resíduos é p-valor maior ou igual a 0,10. Gráfico de Probabilidade Normal: Resíduos Padronizados 99 Mean StDev N RJ P-Value 95 90 -0,001356 1,009 51 0,994 >0,100 Percentil 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 -3 -2 -1 0 1 Resíduos Padronizados 2 3 Figura 4.31 - Validação do Modelo. A análise dos gráficos permite perceber que os resíduos possuem variância aproximadamente constante e são independentes entre si. Como o p-valor para 80 o gráfico de normalidade é maior que 0,10, conclui-se que os mesmos possuem distribuição normal. 4.8.2. Resistência à tração por compressão diametral: 4 misturas Para avaliar se existe alguma mistura diferente das demais quanto à resistência à compressão simples, elaborou-se a Tabela 4.12, obtida a partir da Análise de Variância dos resultados do experimento. Tabela 4.12 - Resultado da ANOVA. Fonte de Variação Dias (Bloco) Mistura F P-valor 38,41 200,28 < 0,001 < 0,001 Os resultados indicam uma diferença significativa entre algum par de misturas, pois p-valor é menor que o nível de significância (< 0,001). Observou-se que existe um dia de maturação diferente dos demais. Para avaliar em que pares de mistura ocorrem estas diferenças, elaborou-se inicialmente o gráfico de efeitos principais, apresentado na Figura 4.32. Gráfico de Efeitos Principais: Resistência a Compressão Diametral Dias (Bloco) 8 Mistura 7 MPa Média 6 5 4 3 2 1 7 28 56 lo So + 1 0% l Ca So lo + 10 % có Es So ria lo + % 10 v Pa rt ifo lo So ro Pu Figura 4.32 - Gráfico de efeitos principais: resistência à tração por compressão diametral. 81 Observou na figura 4.32 que ocorrem praticamente as mesmas diferenças que apareceram para resistência a compressão simples com magnitudes diferentes. Assim, passa-se da análise descritiva para o teste de comparações múltiplas de Turkey. As diferenças amostrais observadas não são estatisticamente significativas para as misturas solo +10% Escória e para o solo puro (p=0,109). Para todos os outros pares de misturas existem diferenças significativa. Como na análise da Tabela 4.41, a mistura solo +10%Pavifort, apresentou-se mais resistente que as demais, seguida da mistura solo + 10%cal. O solo +10%Escória e o solo puro, misturas menos resistentes, não apresentaram diferenças significativas. A validação dos resultados foi realizada por meio dos gráficos de Resíduos X Valores Ajustados, Resíduos X Ordem de Observação e Gráfico de Probabilidade Normal, conforme Figura 4.33. Gráfico de Probabilidade Normal: Resíduos Padronizados 99 Mean StDev N RJ P-Value 95 90 0,001154 1,009 47 0,981 >0,100 Percentil 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 -3 -2 -1 0 1 Resíduos Padronizados 2 3 Figura 4.33 - Validação do Modelo Observa-se da figura 4.33 que os resíduos possuem variância aproximadamente constante (Resíduos x Valores Ajustados) e são independentes entre si (Resíduos x Ordem de Observação). Como o p-valor para o gráfico de normalidade é maior que 0,10, tem-se que os mesmos possuem distribuição normal (Gráfico de Probabilidade Normal). 82 A melhor mistura dentre as testadas quanto a resistência à compressão diametral foi também a que utilizou solo +10%Pavifort, seguida da mistura solo +10%cal; Mais uma vez, percebe-se que quanto maior o tempo de maturação da mistura, maior é a resistência à tração por compressão diametral. 4.8.3. Resistência à Compressão Simples: 8 misturas Para avaliar se existem diferenças entre as 8 misturas testadas, no que diz respeito a resistência a compressão simples, foi criada a Tabela 4.13 obtida a partir da Análise de Variância dos resultados do experimento. Tabela 4.13 - Resultado da ANOVA Fonte de Variação Dias (Bloco) Mistura F 98,44 81,31 P-valor < 0,001 < 0,001 Observa-se que ao menos uma das misturas é diferente das demais com relação à resistência a compressão simples, pois p-valor é menor que o nível de significância (p<0,001). Observa-se também que ao menos um dos blocos é diferente dos demais (p<0,001). Para descobrir onde ocorrem estas diferenças, foi elaborado o gráfico apresentado na Figura 4.34. Gráfico de Efeitos Principais: Resistência a Compressão Simples Dias (Bloco) 4,5 Mistura 4,0 Média 3,5 3,0 2,5 2,1 2,0 1,5 1,0 7 28 l l t t ro ria o rt Ca if o r Ca ifo r có vif % Pu v v s % a a a o E 5 5 l P P P 1 % + % + % So + % 5 ó ria 5 1 0 1 0 ória o l + sc + + Esc So o + ia ia E l lo ór % ór So S o 5% c c Es 2 0 Es 1 + 5% + 0% ol o 1 l 2 + + So So o o l l So So 56 0% l Ca Figura 4.34 - Gráfico de efeitos principais: resistência à compressão simples. 83 Observa-se, na figura que a mistura solo +15%Escória +5%Pavifort apresenta, em média o melhor resultado (média de 4,10MPa), seguido por solo +10%Pavifort (média de 3,88MPa). As outras misturas avaliadas, quatro apresentam resultados acima do nível mínimo pré-estabelecido e as duas que não atendem são solo +10%escória e solo puro. Observou-se que só não existem diferenças estatisticamente significativas para as misturas onde p-valor é maior que 0,05. O teste de Turkey indicou que esta diferença não é significativa (p=0,903). Já a mistura que apresentou o pior resultado em termos de resistência a compressão simples foi o Solo Puro (média 0,92MPa). A Figura 4.35 apresenta para a validação do modelo, o gráfico de probabilidade normal com o teste de normalidade de Ryan Joiner. Gráfico de Probabilidade Normal: Resíduos Padronizados 99,9 Mean StDev N RJ P-Value 99 95 -0,0005152 1,003 90 0,990 >0,100 Percentil 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 0,1 -3 -2 -1 0 1 Resíduos Padronizados 2 3 Figura 4.35 - Validação do Modelo 4.8.4. Resistência à tração por compressão diametral: 8 misturas Foi realizada a determinação da existência de diferença entre ao menos um par de misturas com relação à resistência à tração por compressão diametral por meio da tabela de Análise de Variância, conforme Tabela 4.14. 84 Tabela 4.14 - Resultado da ANOVA Fonte de Variação Dias (Bloco) Mistura F 112,77 107,39 P-valor < 0,001 < 0,001 Observa-se que existe diferença significativa entre ao menos um par de misturas quanto a resistência a compressão diametral, pois p-valor < 0,001. Este resultado é observado também com relação aos blocos (dias de cura). Para descobrir quais são os pares de misturas diferentes, construiu-se o gráfico apresentado na Figura 4.36. Gráfico de Efeitos Principais: Resistência a Compressão Diametral Dias (Bloco) 8 Mistura Média 7 6 5 4 3 2 1 7 28 l l t t rt ro Ca if or Ca if or ifo Pu v v v % % a a a o 5 5 l P P P 1 + % + % So + 0 % 0 % ria 5 5 ria lo o + 1 1 ó ó + + c + Esc S ia ia Es lo lo ór % ór c c So So 5 % Es 2 0 Es 1 + 5% + % 0 ol o l 1 2 + + So So o o l l So So 56 0% l Ca có Es ria Figura 4.36 - Gráfico de efeitos principais: resistência à tração por compressão diametral. Observa-se que a mistura solo + 10%Pavifort apresenta melhor resultado quanto a resistência a compressão diametral, (média de 7,48MPa), seguida por solo +15% Escória +5% Pavifort (média de 6,30MPa). Os piores resultados foram apresentados por solo puro e solo +10%Escória, respectivamente com médias de 1,03MPa e 1,69MPa. Para determinar se as diferenças observadas a partir da análise descritiva são significativas, foi utilizado o teste de Comparações múltiplas de Turkey. Observou-se que só não existem diferenças estatisticamente significativas para as diferentes misturas onde o p-valor é maior que 0,05. Assim, determinou-se que as misturas que apresentam maior resistência a compressão diametral são solo +10% Pavifort (média de 7,48MPa), sendo significativamente maior que todas as outras misturas. Já as 85 misturas que apresentaram o pior resultado em termos de resistência à tração por compressão diametral foram o solo puro (média 0,92MPa) e solo +10% Escória (média 1,69MPa) que não são estatisticamente diferentes de acordo com o teste de Turkey. Os resultados indicam que os resíduos possuem variância aproximadamente constante e independência. Porém, considerando todos os resultados, os resíduos do modelo não possuem normalidade (p-valor < 0,01). Foram então retirados da base de dados 5 valores espúrios. A retirada destas observações em nada modificou as conclusões da análise de Variância e do Teste de Turkey. A Figura 4.37 apresenta para a validação do modelo, o gráfico de probabilidade normal com o teste de normalidade de Ryan Joiner. Gráfico de Probabilidade Normal: Resíduos Padronizados (Excluindo 5 Observações) 99,9 Mean StDev N RJ P-Value 99 Percentil 95 90 -0,0004030 1,006 76 0,987 0,100 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 0,1 -3 -2 -1 0 1 Resíduos Padronizados 2 3 Figura 4.37 - Validação do Modelo. Portanto, conclui-se que a melhor mistura dentre as testadas, com relação a resistência a compressão diametral é a solo +10%Pavifort. Já para o tempo de maturação, observou-se novamente que esse influencia na resistência de forma diretamente proporcional. 86 5. CONCLUSÕES Assim, após analise dos resultados obtidos pode-se concluir: 1. Para as características físicas e parâmetros de compactação a) A escória de aciaria apresentou módulo de finura 6,7 e 20% de partículas menores que 0,15µm; b) Para valores de 15 e 20% observou-se uma redução dos valores de massa específica; c) Os finos de escória de aciaria podem ser utilizados tanto pela possível ação pozolânica devido ao seu elevado teor de cálcio, como à sua elevada finura. 2. O efeito da variação dos teores de estabilizantes a) O aumento no teor de adição de escória de aciaria até o limite de 20% reduz a expansão e aumenta o CBR; b) O aumento de adição de estabilizante é diretamente proporcional, ao CBR e inversamente à expansão; c) O teor de adição de 10% é responsável pelo melhor resultado de massa específica aparente máxima seca, enquanto os teores de 15 e 20% são os responsáveis por melhores, expansão e CBR. 3. O efeito da adição de estabilizantes nos parâmetros de expansibilidade a) A expansão para o teor de adição de estabilizante de 10% atende ao limite de 0,5% especificado pela norma para uso como base e subbase de pavimento, sendo ainda menores para as adições de 15 e 20% de estabilizantes; b) Quando analisada a expansão de misturas com dois estabilizantes conclui-se que entre eles, a escória de aciaria é responsável pela redução da expansão das misturas; c) O acréscimo escória de aciaria apresentou redução da expansão das misturas. 87 4. O efeito da adição de estabilizantes nos parâmetros de CBR a) Para as misturas com um estabilizante, apenas o teor de adição de 10% de Pavifort, atende ao limite especificado pela norma para uso como base e sub-base de pavimento. b) Quando analisado o CBR de misturas com dois estabilizantes concluise que entre eles, a escória de aciaria é a responsável pelo ganho de resistência das misturas; c) O acréscimo no percentual de escória contribui para o respectivo aumento do CBR das misturas. d) Sendo a escória quimicamente ativa, ela não funciona só como filler, mas também como uma ação cimentante. 5. O efeito da adição de estabilizantes na resistência à compressão a) Aos 7 dias de cura, apenas as misturas de solo + 10% Pavifort e solo + 15% escória + 5% Pavifort atingem o limite estabelecido pela norma, NBR 12.024/90 de 2,1 Mpa. Desta forma, ambas poderão ser utilizadas em camadas de base e sub-base de pavimento, privilegiando a de menor custo. b) As misturas solo + 10% cal; solo + 15% escória + 5%cal; solo + 20% escória + 5%cal e solo + 20% escória + 5%Pavifort; atendem ao mínimo previsto pela NBR 12.024/90 de 2,1 Mpa, aos 28 dias. Desta forma, ambas poderão ser utilizadas em camadas de base e subbase de pavimento desde que o cronograma da obra permita aguardar os 28 dias; c) Os resultados de compressão simples indicam ganhos de resistência correspondente aos aumentos dos percentuais de adição de finos de escória de aciaria como estabilizante, embora não atendam a norma. 6. O impacto ambiental gerado pela utilização de misturas estabilizadas a) Os ensaios ambientais mostram que não existe diferença do ponto de vista das análises NBR 10.005/2004 – lixiviação e NBR 10.006/2004 – solubilização para o uso das misturas propostas, 88 sendo que todas as dosagens analisadas foram classificadas como Classe IIA – não inerte. b) Para os resultados obtidos nesta pesquisa; conclui-se que, estender o uso da escória de aciaria em misturas de solo cimento com dosagem até 20% é uma solução ambientalmente adequada; uma vez que todas as análises indicam identidade de classificação para os três resíduos e que adicionalmente ao fato de, não se sujeitarem às políticas ambientais que restrinjam o uso de cal ou cimento como ligante, para obras de infra-estrutura rodoviária. A escória de aciaria objeto desta pesquisa apresenta viabilidade técnica e ambiental para seu uso como estabilizante em misturas de solo. Porém a metodologia de dosagem deve ser compatibilizada para outros tipos de solo de modo a torná-la adequada. 5.1. Contribuições para trabalhos futuros 1. Estudar para as diferentes misturas a influência do módulo de resiliência no dimensionamento de pavimento e comparar com os métodos que consideram CBR; 2. Estudar a influência de finos de escória de aciaria como estabilizante químico de solos argilosos; 3. Construir e acompanhar trechos experimentais dimensionados com método de resiliência e/ou CBR. que sejam 89 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DAS EMPRESAS DISTRIBUIDORAS DE ASFALTO – ABEDA. Programa Asfalto na Universidade. Disponível em: <http://www.abeda.org.br>. Acesso em 13 de abril de 2009. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. ABCP. Dosagens das misturas de solo-cimento; Normas de dosagem. 3ª ed. rev. São Paulo, 51p. (estudo técnico, 35), 1986. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5.739. 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Belo Horizonte. 1996. 97 APÊNDICE 98 1. Granulometria por peneiramento 99 2. Granulométrica por sedimentação 100 3. Características físicas do fino de escória de aciaria 101 4. Compactação do solo e das misturas 102 Misturas solo-cal 103 Misturas solo-escória 104 Misturas solo-Pavifort 105 5. Expansão do solo e das misturas 106 Misturas solo-cal 107 Misturas solo-escória 108 Misturas solo-Pavifort 109 6. CBR do solo e das misturas 110 Mistura solo-cal 111 Misturas solo-escória 112 Misturas solo-Pavifort 113 7. Resumo de resistência à compressão simples 114 8. Resumo dos resultados de resistência à tração por compressão diametral 115 9. Estatística Teste de Comparações Múltiplas de Turkey para Diferença entre as médias. Resistência a Compressão Simples: 4 misturas Diferentes Misturas (Solo + 10% Escória) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 10% Pavifort) - (Solo + 10% Cal) (Solo Puro) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 10% Pavifort) - (Solo + 10% Escória) (Solo Puro) - (Solo + 10% Escória) (Solo Puro) - (Solo + 10% Pavifort) T 5,80 -9,27 10,04 -14,06 3,24 19,30 P-valor < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,012 < 0,001 T 7,97 -11,29 11,01 -18,86 2,32 22,55 P-valor < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,109 < 0,001 Resistência a Compressão Diametral: 4 misturas Diferentes Misturas (Solo + 10% Escória) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 10% Pavifort) - (Solo + 10% Cal) (Solo Puro) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 10% Pavifort) - (Solo + 10% Escória) (Solo Puro) - (Solo + 10% Escória) (Solo Puro) - (Solo + 10% Pavifort) Resistência a Compressão Simples: 8 misturas Diferentes Misturas (Solo + 10% Escória) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 10% Pavifort) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Cal) (Solo Puro) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 10% Pavifort) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Escória) (Solo Puro) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo Puro) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) (Solo Puro) - (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) (Solo Puro) - (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 20% Escória + 5% Cal) (Solo Puro) - (Solo + 20% Escória + 5% Cal) (Solo Puro) - (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) T -5,86 9,12 1,17 9,20 -0,59 2,02 -10,12 13,99 6,38 13,66 5,05 7,27 -3,23 -6,85 1,28 -9,13 -6,25 -19,23 7,28 -1,64 0,73 -10,16 -9,27 P-valor < 0,001 < 0,001 0,937* < 0,001 0,999* 0,475* < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,0362 < 0,001 0,903*(a) < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,724* 0,996* < 0,001 < 0,001 -6,73 -18,06 2,45 -8,94 -11,24 < 0,001 < 0,001 0,230* < 0,001 < 0,001 116 Resistência a Compressão Diametral: 8 misturas Diferentes Misturas (Solo + 10% Escória) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 10% Pavifort) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Cal) (Solo Puro) - (Solo + 10% Cal) (Solo + 10% Pavifort) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Escória) (Solo Puro) - (Solo + 10% Escória) (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo Puro) - (Solo + 10% Pavifort) (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) (Solo Puro) - (Solo + 15% Escória + 5 % Cal) (Solo + 20% Escória + 5% Cal) - (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) (Solo Puro) - (Solo + 15% Escória + 5% Pavifort) (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) - (Solo + 20% Escória + 5% Cal) (Solo Puro) - (Solo + 20% Escória + 5% Cal) (Solo Puro) - (Solo + 20% Escória + 5% Pavifort) T -8,40 11,53 0,42 6,86 -1,28 0,64 -11,37 19,47 8,26 14,45 6,62 7,95 -2,24 -10,28 -3,84 -11,99 -9,29 -23,14 6,03 -1,60 0,24 -10,93 -7,63 -5,40 -17,48 1,73 -9,19 -10,34 P-valor < 0,001 < 0,001 0,999* < 0,001 0,902* 0,998* < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,342*(b) < 0,001 0,006 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,7485* 1,000* < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,668* < 0,001 < 0,001 117 ANEXOS 118 1. Caracterização química da escória de aciaria 119 2. Ensaios ambientais Mistura solo-cal – Amostra 1 120 Mistura solo-escória – Amostra 2 121 Mistura solo-Pavifort – Amostra 3