Estudo da viabilidade técnica e econômica da utilização de escória de aciaria na fabricação de elementos construtivos visando a inclusão social

September 14, 2017 | Autor: Viviane Gomes Marçal | Categoria: Reciclagem, Habitação Social, Escória De Aciaria
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Estudo da viabilidade técnica e econômica da utilização de escória de aciaria na fabricação de elementos construtivos visando a inclusão social Viviane de Jesus Gomes Alves, CEFET-MG, Brasil, [email protected] Tatiana Nunes Oliveira, CEFET-MG, Brasil, [email protected] José Roberto Oliveira, CEFET-MG, Brasil, [email protected] Ricardo André Fiorotti Peixoto, CEFET-MG, Brasil, [email protected]

Resumo: Enquanto agregados naturais tornam-se escassos onerando o processo da construção civil, o aumento no déficit habitacional atinge principalmente as classes sociais C e D ocasionando a exclusão social, a falta de oportunidade e a discriminação. O estudo da viabilidade técnica e econômica da utilização de escória de aciaria na fabricação de elementos construtivos visa a aplicação de metodologias para a redução dos custos da construção civil e a promoção do desenvolvimento de ferramentas na solução ambiental de destinação de resíduos sólidos siderúrgicos. Assim, este trabalho propõe a utilização de resíduos sólidos de siderurgia como agregados para a fabricação dos elementos construtivos: argamassas para assentamento e revestimento de alvenarias, betão de Cimento Portland, blocos de concreto para alvenaria e blocos intertravados para pavimentação. Foram realizados ensaios laboratoriais segundo prescrições normativas correspondentes para verificação técnica de cada um dos elementos. Os resultados apontaram características adequadas da utilização do resíduo (escória de aciaria) na fabricação de todos os elementos construtivos estudados além de sua viabilidade econômica. Propicia-se a aplicação de um material de base tecnológica na cultura popular e a melhora no panorama de satisfação social através da inclusão de comunidades de baixa renda através da acessibilidade à moradia e infra-estrutura. Palavras-chave: Escória de Aciaria, Reciclagem, Habitação Social. Abstract: While natural aggregates become scarce burdening the process of construction, the increase in housing deficit primarily affects social classes C and D leading to social exclusion, lack of opportunity and discrimination. The study of technical and economic feasibility of using steel slag in the manufacturing of constructive elements involves the application of methods to reduce construction costs and promoting the development of tools in solving environmental disposal of solid waste steel. Thus, this paper proposes the use of solid waste as aggregates for the steel fabrication of building elements: mortar for laying and covering of masonry, Portland cement concrete, concrete block masonry and interlocking paving blocks. Laboratory tests were performed corresponding to the second prescriptive technical verification of each of the elements. The results showed appropriate characteristics of the use of waste (steel slag) in the manufacturing of constructive elements studied in addition to its economic viability. Provides application is a material technology based on popular culture and the improving outlook for social satisfaction through the inclusion of low-income communities through accessibility to housing and infrastructure. Keywords: Steelmaking Slag, Recycling, Social Housing. 1 INTRODUÇÃO A preservação ambiental vem sendo amplamente discutida nos foros nacionais e internacionais, nos últimos anos mobilizando a opinião pública e assumindo um papel preponderante nas comunidades. O conceito de sustentabilidade como sendo o melhor aproveitamento das

matérias-primas, o reaproveitamento de resíduos e a disposição adequada dos resíduos impróprios para o uso, passou a ser entendido como uma alternativa plausível à degradação ambiental (PEIXOTO et al.,2005). Diversas são as empresas que vêm investindo em equipamentos, formação de quadros técnicos, afim de que ocorra a erradicação das culturas do desperdício, e, consolide-se a cultura da reciclagem e reutilização dos resíduos. Não somente devido aos impactos ambientais negativos provocados pelos resíduos, como também a redução de sua geração e seu aproveitamento podem minimizar o consumo de recursos naturais e energéticos, o que implica, muitas vezes, num menor dispêndio econômico, social e ambiental. A indústria siderúrgica, apresenta mundialmente uma geração de 84 milhões de toneladas por ano (MASUERO et al., 1998) de escória de aciaria. No Brasil, segundo Gumieri (2000), a geração de escória de aciaria, em 1997, foi de 3,2 milhões de toneladas, sendo que, dados mais recentes, apontam para uma geração de 3,7 milhões de toneladas ao ano (JOHN e ÂNGULO, 2003). Ressalta-se que 44% dessa geração permanecem nos pátios de disposição das siderúrgicas e é aplicada como agregados para a construção de infra-estrutura rodoviária, estabilização granulométrica de bases e sub-bases e como lastro em vias de transporte ferroviário; e que, 56% de toda a geração é estocada, formando um passivo ambiental de 2,1 milhões de toneladas a cada ano (PEIXOTO et al., 2007). A construção civil consome de 14% a 50% dos recursos naturais o que ocasiona elevado impacto ambiental, além de contribuir como fonte geradora de resíduo (JOHN, 2000). Uma alternativa para o problema de geração de resíduos seria a sua reciclagem, que possibilita a conservação de recursos naturais e permite uma economia de energia, sobretudo na área de construção civil. O estudo da viabilidade técnica e econômica da utilização de escória de aciaria na fabricação de elementos construtivos está condicionado, também, ao custo de reciclagem, que deve ser igual ou inferior ao custo total para descartá-lo adequadamente, sendo que a reciclagem de um determinado resíduo pressupõe basicamente as etapas de levantamento de dados sobre a disponibilidade do resíduo, caracterização quanto à sua composição química, identificação das propriedades físicas e mecânicas, seleção de possíveis aplicações, e, identificação das propriedades do produto final (PEIXOTO, et al., 2005). A reciclagem de resíduos da siderurgia pela indústria da construção civil promove a consolidação de uma prática essencial para a sustentabilidade seja na diminuição de impactos ambientais gerados pelas indústrias ou na economia energética e de recursos financeiros nas indústrias de construção civil. Neste panorama, o Brasil com seu reconhecido déficit habitacional que atinge principalmente as classes sociais C e D estabeleceu através do governo, o Plano de Aceleração do Crescimento (PAC), que prioriza investimentos públicos direcionados à promoção do acesso da população de menor poder aquisitivo à moradia. Assim torna-se relevante o estudo da viabilidade técnica e econômica da utilização de escória de aciaria na fabricação de elementos construtivos visando à inclusão social, além de configurar um ganho ambiental. 2

OBJETIVO

O estudo permite estudar a viabilidade técnica e econômica da utilização de escória de aciaria na fabricação de elementos construtivos visando promover soluções ambientais dos resíduos sólidos siderúrgicos e propiciando a aplicação de um material de base tecnológica na cultura popular e a melhora no panorama social por meio da inclusão de comunidades de baixa renda no acesso à moradia e infra-estrutura.

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METODOLOGIA

Os elementos construtivos já desenvolvidos através de pesquisa experimental nos laboratórios do CEFET-MG através do grupo de pesquisa RECICLOS são: argamassa, concreto, bloco de concreto para alvenaria e bloco intertravado para pavimentação. A escória de aciaria foi utilizada na substituição de agregados naturais comparativamente ao padrão usado para os agregados naturais na formulação de critérios e testes para avaliar a potencialidade de aplicação dos resíduos sólidos de siderurgia, segundo ações de reciclagem. Para o desenvolvimento desses produtos de base tecnológica foram realizados ensaios laboratoriais que serão abordados a seguir, através dos materiais e métodos. 3.1.MATERIAIS 3.1.1. Agregados artificiais A escória de aciaria bruta, passa por um processo de estabilização e inertização, que tem por finalidade neutralizar os efeitos deletérios da expansão de elementos como óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO). Para obtenção dos agregados artificiais a escória inerte, que ainda contém 27% de ferro (FeO), é beneficiada em processo industrial por um sistema especializado de pós-processamento que consiste da separação das frações metálicas (FeO) e não metálicas constituintes destes resíduos sólidos. A fração metálica é reconduzida ao processo siderúrgico e incorporada à fabricação de aço. Após a separação, os resíduos deste processamento, os agregados artificiais, foram granulometricamente separados segundo faixas estabelecidas pela normalização brasileira para agregados miúdos e graúdos através do peneiramento e separação do agregado artificial em frações (Figura 1): 0-4mm, 4-10mm, 10-19mm e 19-32mm, como comumente feito com o agregado natural de acordo com norma estabelecida através da NBR 7217/87 para os agregados miúdos e graúdos.

Figura 1: Escória de aciaria em frações granulométricas 0-32 mm. Para a produção dos elementos construtivos as amostras foram coletadas de maneira representativa para o procedimento das análises, segundo NBR 9941/87. 3.1.2. Agregados naturais Os agregados naturais, materiais utilizados convencionalmente para a produção de misturas de cimento portland em obras de arte corrente de engenharia foram separados de acordo com sua granulometria - NBR 7217/87, umidade – NBR 9939/87, massa específica NBR - 9776/87 e a massa unitária NBR - 7251/82 de acordo com a ABNT. 3.2. CARACTERIZAÇÃO DAS AMOSTRAS As amostras obtidas a partir do processo de segregação foram preparadas para os ensaios de caracterização física segundo métodos fixados pela normalização. Foram realizadas análises físicas, químicas e ambientais para a completa caracterização dos materiais, relativamente aos agregados naturais e artificiais.

3.2.1. Teor de umidade Para o dimensionamento das dosagens, foram determinados previamente os teores de umidade característicos dos agregados reciclados segundo NBR 9939/87, a fim serem conduzidas correções e adequações quando necessário (Figura 2).

Figura 2: Ensaio de teor de umidade. 3.2.2. Absorção de água As análises de absorção de água para os agregados foram realizadas com objetivo de suportar o desenvolvimento das dosagens relativamente ao estudo da relação água-cimento para dosagens produzidas com agregados reciclados e naturais para o estado fresco e endurecido, segundo NBR NM30. 3.2.3. Análise Granulométrica O material devidamente preparado foi submetido à análise granulométrica segundo NBR 7217/87, para determinação dos diâmetros médios de seus constituintes, identificando as faixas de interesse para cada elemento construtivo. 3.2.4. Massa específica As análises de massa específica para os agregados graúdo e miúdo foram conduzidas para as condições seca e saturada, segundo NBR 9937/87 e NBR 9776/87 (Figura 3).

Figura 3: Ensaio de massa específica- agregados miúdos e graúdos. 3.2.5. Massa unitária A massa unitária foi determinada em conformidade com prescrições estabelecidas a NBR 7251/82 (Figura 4).

Figura 4: Ensaio de massa unitária. A fração 0-4mm foi utilizada como matéria-prima para a produção da argamassa, pois possui aparência semelhante ao agregado natural utilizado para a mesma finalidade. 3.3. MÉTODOS 3.3.1. Estudo das dosagens Foram fabricados traços com agregados naturais e artificiais, identificadas suas propriedades físicas, químicas, mineralógicas e mecânicas. As matrizes produzidas a partir das dosagens experimentais com agregados naturais e agregados artificiais foram classificados segundo NBR 8953/92. 3.3.2. Dimensionamento dos traços Para os concretos foram dimensionadas dosagens segundo metodologia apresentada pelo IPT para a fabricação de concretos convencionais, para as classes de resistência C10, C20 e C30, aplicando-se metodologia desenvolvida pelo grupo de pesquisas RECICLOS implementada pelo software SEDMC (Software Especialista para Dimensionamento de Matrizes Cimentícias), para dimensionamento de concretos e matrizes cimentícias especiais. Para os blocos de alvenaria e pavimentação foram projetados traços conforme as demandas do processo produtivo industrial. Para as argamassas foram estabelecidos programas de dosagem de acordo com as demandas dos processos construtivos relacionados ao assentamento e revestimento. As dosagens foram realizadas para os agregados naturais e artificiais. As dosagens produzidas com agregados naturais serviram como testemunho e parâmetro de análise dos resultados obtidos para aquelas produzidas a partir de agregados artificiais. Foram procedidos estudos de consistência durante o processo de fabricação das matrizes naturais e artificiais dimensionados para equalização das características de trabalhabilidade e do fator água-cimento das dosagens projetadas, NBR 7223/92. 3.3.3. Moldagem e cura Os traços dimensionados, para os elementos construtivos com agregados naturais e artificiais, foram colocados em moldes apropriados à aplicação, conforme prescrições normativas NBR 5738/94. Os corpos de prova fabricados com cimento de alta resistência inicial foram devidamente acondicionados e permaneceram em câmara úmida até as respectivas datas de ruptura. 3.4. DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 3.4.1. Resistência mecânica à compressão e tração Os corpos de prova passaram por avaliação de sua resistência característica a compressão axial, resistência à tração e aderência. Os procedimentos para determinação das propriedades mecânicas e comportamento foram realizados para argamassas, blocos de alvenaria, blocos de pavimentação.

3.4.2. Módulo de elasticidade Os corpos de prova foram avaliados segundo métodos para a determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação, à compressão, do concreto endurecido, em corpos-de-prova cilíndricos segundo NBR 8522/2003. Para as análises de tensão-deformação foram utilizados extensômetros fixados em pontos determinados dos corpos de prova, com adesivos específicos, em posições diametralmente opostas, com vistas a determinação do módulo de elasticidade e parâmetros correlatos para os concretos convencional e artificial. Traços de referência foram eleitos em função das dosagens conduzidas, para a determinação das tensões e deformações para os estágios de carregamento, onde foram instalados os sensores de extensometria. A figura 5 apresenta a montagem para o ensaio de módulo de elasticidade e resistência à compressão aos 28 dias.

Figura 5: Ensaio de determinação do módulo de elasticidade e resistência à compressão.

3.4.3. Permeabilidade As matrizes produzidas com agregados artificiais foram estudadas segundo suas propriedades absorção de água e impermeabilidade de acordo com metodologia apresentada na NBR 10786. 3.4.4. Expansibilidade As análises de expansibilidade foram procedidas para as matrizes produzidas com agregados natural e artificial; segundo prescrições ASTM C1260/94 e NBR 11582/91, para determinação do potencial de expansão. 3.4.5. Certificação Ambiental As misturas foram submetidas a ensaios de potencial contaminante segundo prescrições NBR 10004/2004; NBR10005/2004; NBR10006/2004 E NBR10007/2004. 4. ANÁLISE DOS RESULTADOS Para o estudo da viabilidade utilização de escória de aciaria para os elemetos construtivos estudados verificou-se que todos os ensaios preliminares se enquadram nas exigências das normas utilizadas. Quanto ao desempenho mecânico das argamassas produzidas em escória de aciaria verificou-se que apresentam melhor desempenho em comparação às misturas com agregados naturais (Tabela 1).

Tabela 1 - Propriedades mecânicas argamassas.

Observou-se que as argamassas produzidas em escória de aciaria mesmo aditivadas com cal, apresentaram melhor desempenho mecânico para misturas, comparativamente às misturas com agregados naturais. Para os blocos produzidos com agregados naturais e artificiais segue os resultados obtidos para propriedades mecânicas fabricados a partir das dosagens estabelecidas obtidos dos ensaios de compressão axial. Tabela 2 - Propriedades mecânicas dos blocos BE e BN.

Observa-se à figura 6, ilustrada a seguir, que os blocos fabricados com substituição total dos agregados naturais por agregados de escória de aciaria apresentaram desempenho mecânico, relativo aos valores calculados de fbk em conformidade com normalização ABNT, equivalentes a 6,9MPa, enquanto os blocos fabricados com agregados naturais apresentaram valores para fbk=7,2MPa.

Figura 6: Resistência a compressão para blocos. Os resultados dos ensaios de resistência à compressão simples, apresentados na figura 7, dos blocos intertravados realizados aos 7 e os 28 dias, mostraram ganhos de resistência de 75%, 13% e 57% para o traço com fatores a/c de 0,40; 0,45 e 0,50 respectivamente. Sendo que apenas o traço com fator a/c de 0,50 apresentou resistência superior a 10Mpa.

Figura 7: Resistência a compreenssão simples. Para o concreto convencional e o concreto reciclado apresentaram aos 3 dias resistências à compressão de 26MPa e 27MPa, respectivamente. Na idade de 7 dias o concreto com escória apresentou maior resistência à compressão. Na idade de 28 dias o concreto com escória apresentou resistência à compressão de 43MPa e o concreto convencional de 34MPa. Após etapas de processamento experimental dos elementos produzidos a partir do resíduo sólido de siderurgia, realizou-se estudos da viabilidade técnica e econômica para implementação comercial dos processos e elementos construtivos, bem como a externalização destes resultados com a produção de unidades habitacionais modulares de interesse social em verdadeira grandeza, submetidas às condições de utilização natural para observação do comportamento relacionado à trabalhabilidade e propriedades mecânicas. As análises propostas foram conduzidas a partir do desenvolvimento de uma relação custo-benefício para os elementos construtivos produzidos com agregados naturais e artificiais. Esses estudos levaram em conta as propriedades de interesse apresentadas neste trabalho e os custos de produção para a região de Belo Horizonte. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS As análises deste trabalho possibilitou qualificar e quantificar o desempenho dos elementos construtivos de construção civil, aplicados a construção de unidades habitacionais, bem como a contribuição de forma positiva para sustentabilidade de processos de construção e industriais, reduzindo impactos causados pelos depósitos de rejeitos sólidos, e como alternativa econômica e tecnicamente viável para construção de edificações residenciais, inclusive de interesse social. De forma pontual, enumeram-se os resultados obtidos para os elementos construtivos em que foram realizados os estudos de viabilidade de aplicação: Os concretos produzidos com agregados artificiais apresentaram desempenho semelhante aqueles com agregados naturais para resistências mecânicas projetadas, além de massa específica, absorção e estabilidade dimensional idênticas. Os estudos de viabilidade econômica indicaram ser viável a produção de concreto com agregados artificiais. Dessa forma, apresenta-se o concreto produzido com agregados artificiais, reciclagem de resíduos sólidos de siderurgia, como alternativa técnica e economicamente viável para aplicação a obras correntes de engenharia. Para as argamassas os resultados apontaram características apropriadas para utilização do resíduo como elementos de ligação e revestimento para alvenarias de vedação. Parâmetros associados a aspectos visuais e de aplicação das argamassas também justificam seu o emprego. Análises de viabilidade econômica foram desenvolvidas neste estudo, validando a hipótese do emprego de

escorias de aciaria, em substituição total aos agregados naturais, na fabricação de argamassas para assentamento de blocos de vedação para alvenaria. Os blocos de concreto de escória indicaram que as propriedades mecânicas são apropriadas para sua utilização como blocos para vedação em alvenarias tipo estrutural. Parâmetros relacionados a estabilidade dimensional e aspectos visuais também justificam o emprego dos blocos produzidos em escoria em alvenarias de vedação autoportantes. Análises de viabilidade econômica foram desenvolvidas neste estudo, validando a hipótese do emprego de escorias de aciaria, em substituição total aos agregados naturais, na fabricação de blocos de vedação para alvenaria. Os resultados do concreto produzido com agregados de escória de aciaria não apresentou expansão significativa. A escória de aciaria apresentou-se como agregado capaz de substituir integralmente os agregados naturais em misturas concretos para fabricação de blocos intertravados para pavimentação urbana. O comportamento da escória estudada indicou grande potencial de uso deste material como agregado de peças pré-moldadas de concreto. potencial de uso deste material como agregado de camadas de pavimentos em concreto de cimento portland e para aplicação em produção de blocos intertravados para aplicação em pavimento rodoviário. Portanto, com a adequação do traço, a produção de blocos de piso tipo intertravado pode ser considerada uma solução viável para pavimentação de ruas de acesso local atendendo satisfatoriamente a necessidade de desenvolvimento e sustentabilidade do processo industrial siderúrgico, fundamentando-se em produções de blocos de concreto totalmente reciclados e proporcionando assim o desenvolvimento de pavimentos, de forma tecnicamente adequada, economicamente viável e sustentável. A extrapolação destes resultados permite promover a diminuição da demanda de recursos naturais utilizados na construção civil e contribuir com processos de desenvolvimento de materiais de base tecnológica que atendam as recomendações e prescrições técnicas, econômicas e ambientais estabelecidas pela normalização brasileira. Ainda como a promoção de unidades habitacionais em caráter ambientalmente sustetável e com valor acessível, um vez que a tonelada de escória tem custo de R$ 0,50; enquanto a tonelada de agregados naturais possui preço médio de R$ 40,00 promovendo o acesso à moradia denominadas de interesse social.

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