INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO PROGRAMA DE PÓS …biblioteca.ifes.edu.br:8080/pergamumweb/vinculos/000018/... · 2019. 10. 11. · dúvidas, ajudou a consertar equipamentos

INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA METALÚRGICA E DE

MATERIAIS

MESTRADO EM ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS

SUZANA SOUZA DA SILVA SCARDUA

UTILIZAÇÃO DO RESÍDUO DE LAPIDAÇÃO DE VIDROS PLANOS NA

PRODUÇÃO DE TIJOLOS DE SOLO-CIMENTO

Vitória

2019

SUZANA SOUZA DA SILVA SCARDUA

UTILIZAÇÃO DO RESÍDUO DE LAPIDAÇÃO DE VIDROS PLANOS NA

PRODUÇÃO DE TIJOLOS SOLO-CIMENTO

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais do Instituto Federal do Espírito Santo, Campus Vitória, como requisito parcial para a obtenção do Título de Mestre em Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Orientadora: Prof.ª Dr.ª Viviana Possamai Della Sagrillo Coorientadora: Prof.ª Dr.ª Alessandra Savazzini dos Reis

Vitória

2019

Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) (Biblioteca Nilo Peçanha do Instituto Federal do Espírito Santo)

S285u Scardua, Suzana Souza da Silva. Utilização do resíduo de lapidação de vidros planos na produção de

tijolos solo-cimento / Suzana Souza da Silva Scardua. – 2019. 70 f. : il. ; 30 cm. Orientadora: Viviana Possamai Della Sagrillo.

Coorientadora: Alessandra Savazzini dos Reis.

Dissertação (mestrado) – Instituto Federal do Espírito Santo, Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Vitória, 2019.

1. Engenharia de materiais. 2. Vidro. 3. Lapidação. 4. Resíduos de

vidro – Reaproveitamento. 5. Solo-cimento. 6. Resíduos industriais – Reaproveitamento. I. Sagrillo, Viviana Possamai Della. II. Reis, Alessandra Savazzini dos. III. Instituto Federal do Espírito Santo. IV. Título.

CDD – 21: 620.11

Elaborada por Marcileia Seibert de Barcellos – CRB-6/ES - 656

Para Sansão e Jussara (in memoriam), que me deram a vida.

Para Felipe, meu amor, que torna meus dias mais felizes.

AGRADECIMENTOS

A Deus pelo dom da vida, pela graça, pela força concedida nos muitos momentos de

fraqueza em que pensei em desistir e por colocar pessoas tão incríveis para me

ajudar nesta jornada.

Ao meu amado esposo Felipe que não me deixou desistir, que compreendeu minha

ausência e que me confortou e fortaleceu nas minhas dificuldades nesta longa

trajetória.

Ao meu querido pai Sansão que sempre me incentivou e incentiva, pela educação,

pelos valores, pelo amor e pela confiança na minha capacidade. À minha querida

amiga e irmã Lídia, por me dar suporte em meio as minhas crises de ansiedade. Aos

meus irmãos, Tito, Rebeca e Júlia que sempre acreditaram que eu conseguiria.

À minha querida avó Odete, por ter cuidado de mim.

Ao Instituto Federal do Espírito Santo pela estrutura cedida.

Às professoras Viviana Possamai Della Sagrillo e Alessandra Savazzini dos Reis

pelo tempo dedicado para orientação, pelo suporte e pela compreensão. Vocês

foram essenciais.

À professora Georgia Serafim Araújo, ser humano excepcional, que tirou minhas

dúvidas, ajudou a consertar equipamentos e até a descarregar um caminhão.

À professora Carla que pacientemente me orientou em diversos momentos de

dúvida e nos ensaios com o solo.

Aos professores Gercyr e Fábio que auxiliaram no rompimento dos tijolos.

Ao técnico Ricardo que me socorreu nos momentos finais.

Às alunas de iniciação científica Beatriz e Drielly e a companheira de trabalho

Luana, meu muito obrigada! Sem a ajuda de vocês para a realização dos

experimentos eu não teria conseguido!

“A ciência humana de maneira

nenhuma nega a existência de

Deus. Quando considero quantas e

quão maravilhosas coisas o

homem compreende, pesquisa e

consegue realizar, então reconheço

claramente que o espírito humano

é obra de Deus, e a mais notável”.

Galileu Galilei

RESUMO A transformação de resíduos industriais em insumos para outros processos

produtivos têm sido objeto de estudo em diversas pesquisas. O foco principal é dar

uma destinação correta aos resíduos e, por conseguinte, reduzir o consumo de

recursos naturais e a degradação ambiental. A utilização do resíduo de lapidação de

vidros planos (RLVP) já foi avaliada na produção de materiais cimentícios, tais como

cimento, concreto e argamassas. Fato é que quando utilizado na forma de pó, o

RLVP apresenta alto índice de atividade pozolânica e melhora as propriedades da

matriz cimentícia. A presente pesquisa teve como objetivo avaliar a utilização do

resíduo proveniente do beneficiamento de vidros planos, substituindo parte do solo

para fabricação de tijolos de solo-cimento. Inicialmente, foram determinados os

limites de Atterberg dos traços contendo solo e RLVP nos teores 0, 5, 10, 15 e 20%,

em massa, de substituição. Posteriormente, foi realizado o ensaio de compactação

para determinar a umidade ótima de moldagem. Para avaliar a influência do RLVP

dez tijolos de solo-cimento foram moldados e submetidos à análise da resistência à

compressão e absorção de água aos sete dias de idade. Os resultados mostram que

a substituição do solo por RLVP promoveu a redução da plasticidade e da massa

específica aparente seca e aumentou o teor de umidade ótimo da mistura. Também

promoveu aumento da absorção de água e da resistência à compressão dos tijolos

ensaiados, sendo que os tijolos com 20% de RLVP apresentaram aumento de 59%

de resistência quando comparados aos tijolos de referência. Com base nos

requisitos exigidos pela NBR 8492:2012 e nos traços estudados, os tijolos moldados

com 5% de RLVP apresentaram os melhores resultados de resistência à

compressão e absorção de água. Por fim, é possível concluir que a produção de

tijolos solo-cimento-RLVP, que atendam a NBR 8492:2012, é tecnicamente viável e

que a incorporação do RLVP em substituição ao solo proporciona aumento da

resistência à compressão e da absorção de água dos tijolos.

Palavras chaves: Resíduo de lapidação de vidro plano. Tijolo solo-cimento. Vidro.

RLVP.

ABSTRACT

The transformation of industrial waste into inputs for other production processes has

been the object of study in several studies. The main focus is to give a correct

destination to waste and, consequently, reduce the consumption of natural resources

and environmental degradation. The use of flat glass lapping waste (FGLW) has

already been evaluated in the production of cementitious materials, such as cement,

concrete and mortars. The fact is that when used in powder form, the FGLW presents

a high index of pozzolanic activity and improves the properties of the cement matrix.

The aim of this research was to evaluate the use of the residue from the processing

of flat glass, replacing part of the soil for the manufacture of soil-cement bricks.

Initially, the Atterberg limits of the traces containing soil and FGLW at the levels of 0,

5, 10, 15 and 20% in replacement mass were determined. Subsequently, the

compaction test was performed to determine the optimal molding moisture. To

evaluate the influence of the FGLW, ten soil-cement bricks were molded and

submitted to the analysis of the compressive strength and water absorption at seven

days of age. The results show that the replacement of the soil by FGLW promoted a

reduction in plasticity and in the apparent dry specific mass and increased the

optimal moisture content of the mixture. It also promoted increased water absorption

and compressive strength of the bricks tested, and the bricks with 20% of FGLW

showed an increase of 59% in strength when compared to the reference bricks.

Based on the requirements of NBR 8492:2012 and the studied traits, the bricks

molded with 5% of FGLW presented the best results in compressive strength and

water absorption. Finally, it is possible to conclude that the production of soil-cement

bricks- FGLW, which meet the NBR 8492:2012, is technically feasible and that the

incorporation of FGLW in replacement of soil provides increased compressive

strength and the water absorption of bricks.

Keywords: Flat glass lapping waste. Soil-cement brick. Glass. FGLW.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Processo de produção do vidro float...................................................17

Figura 2 – Processo de reaproveitamento da água e obtenção do resíduo de

lapidação de vidros sodo-cálcicos.......................................................18

Figura 3 – (a) silo de decantação do resíduo; (b) tanque de agitação do

resíduo................................................................................................19

Figura 4 – (a) filtro prensa utilizado na remoção da água do resíduo. (b) Aspecto

do resíduo após ser retirado do filtro prensa.......................................20

Figura 5 – Fluxograma da metodologia................................................................29

Figura 6 – (a) Misturador de areia; (b) solo a ser destorroado; (c) solo

destorroado e ensacado......................................................................30

Figura 7 – Aspecto visual do RLVP (a) in natura; (b) seco e destorroado...........33

Figura 8 – Ensaio para determinação do (a) limite de liquidez e (b) limite de

plasticidade.........................................................................................35

Figura 9 – Ensaio de compactação (a) moldagem; (b)pesagem do corpo de

prova; (c) remoção do corpo de prova; (d) retirada de amostra para

determinação de umidade...................................................................35

Figura 10 – (a) Corpo de prova após moldagem; (b) corpos de prova moldados

para os ensaios de resistência à compressão e absorção de água...36

Figura 11 – Corpo de prova imerso em água para posterior ensaio de

compressão: (a) cps desfeitos em água; (b) material restante...........37

Figura 12 – Determinação do novo traço. (a) solo com 70% de areia; (b) ensaio de

LP; (c) comparativo solo x solo-areia; (d) aspecto da mistura............39

Figura 13 – Etapas de mistura do material.............................................................40

Figura 14 – Etapas de moldagem dos tijolos..........................................................41

Figura 15 – Câmaras úmidas: (a) disposição; (b) perfil interno..............................41

Figura 16 – Tijolos (a) antes do corte; (b) após o corte; (c) placa com pasta para

capeamento; (d) após capeamento; (e)após união das duas metades;

(f) após capeamento das duas faces; (g) imersos em água para

posterior ensaio de compressão; (h) após ensaio de compressão sem

apresentar avarias...............................................................................43

Figura 17 – Realização do ensaio de compressão simples...................................43

Figura 18 – Tijolos para ensaio de absorção de água. (a) em estufa a 105 °C;

(b) submersos em água......................................................................44

Figura 19 – Curva granulométrica do solo.............................................................46

Figura 20 – Análise granulométrica do solo corrigido............................................48

Figura 21 – Caracterização mineralógica do solo..................................................50

Figura 22 – Curva granulométrica a laser do RLVP...............................................52

Figura 23 – Difratograma de raios X do RLVP.......................................................53

Figura 24 – Curvas de compactação dos traços ensaiados...................................54

Figura 25 – Curvas de compactação típicas para quatro solos. (ASTM D-

698.)....................................................................................................55

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Tipos de cimento Portland.....................................................................23

Tabela 2 – Dados do cimento CP V ARI utilizado...................................................31

Tabela 3 – Técnicas e Normas utilizadas para ensaios de caracterização física do

solo........................................................................................................32

Tabela 4 – Composição dos traços para as misturas de solo-cimento-resíduo......34

Tabela 5 – Ensaios realizados e respectivas quantidades de corpos de prova para

cada traço............................................................................................36

Tabela 6 – Composição dos novos traços: solo-cimento-RLVP..............................39

Tabela 7 – Ensaios realizados.................................................................................41

Tabela 8 – Classificação granulométrica – rochas e solos......................................46

Tabela 9 – Análise química do solo.........................................................................49

Tabela 10 – Composição química do RLVP e do vidro sodo-cálcico comercial (% em

massa)...................................................................................................50

Tabela 11 – Limites de Atterberg dos materiais ensaiados.......................................56

Tabela 12 – Limites de Atterberg das matérias-primas e traços ensaiados..............57

Tabela 13 – Umidade de moldagem dos novos traços.............................................57

Tabela 14 – Tipos e dimensões nominais.................................................................58

Tabela 15 – Dados da análise dimensional dos tijolos..............................................58

Tabela 16 – Resistência à compressão – tijolos de referência ................................59

Tabela 17 – Resistência à compressão – tijolos 5% RLVP.......................................59

Tabela 18 – Resistência à compressão – tijolos 10% RLVP.....................................60



SUMÁRIO

INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA ............................................................. 13

OBJETIVO DO TRABALHO ...................................................................... 15

2.1 OBJETIVO GERAL ..................................................................................... 15

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................... 15

REVISÃO DA LITERATURA ...................................................................... 16

3.1 INDÚSTRIA VIDREIRA ............................................................................... 16

3.1.1 Processamento de vidros planos ............................................................ 16

3.2 SOLO-CIMENTO ........................................................................................ 21

3.2.1 Solo ............................................................................................................ 21

3.2.2 Cimento Portland usado em tijolos solo-cimento .................................. 23

3.2.3 Uso de resíduos em tijolos de solo-cimento .......................................... 24

MATERIAIS E MÉTODOS .......................................................................... 28

4.1 MATERIAIS ................................................................................................. 30

4.1.1 Solo ............................................................................................................ 30

4.1.2 Cimento ..................................................................................................... 30

4.1.3 Resíduo de Lapidação de Vidros Planos ................................................ 31

4.1.4 Água .......................................................................................................... 31

4.2 MÉTODOS ................................................................................................. 32

4.2.1 Caracterização das Matérias-Primas ...................................................... 32

4.2.1.1 Solo ............................................................................................................ 32

4.2.1.2 Resíduo de Lapidação de Vidros Planos .................................................... 33

4.2.2 Formulação dos traços ............................................................................ 34

4.2.3 Limites de Atterberg ................................................................................. 34

4.2.4 Ensaio de compactação ........................................................................... 35

4.2.5 Moldagem e cura dos corpos de prova cilíndricos ............................... 36

4.2.6 Resistência à compressão dos corpos de prova .................................. 37

4.2.7 Absorção de água dos corpos de prova ................................................ 37

4.2.8 Reformulação dos traços ......................................................................... 38

4.2.9 Limites de Atterberg ................................................................................. 40

4.2.10 Conformação e cura dos tijolos de solo-cimento .................................. 40

4.2.11 Análise dimensional ................................................................................. 42

4.2.12 Resistência à compressão dos tijolos de solo-cimento ....................... 42

4.2.13 Absorção de água dos tijolos solo-cimento .......................................... 44

RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................. 46

5.1 CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS ........................................ 46

5.1.1 Solo ............................................................................................................ 46

5.1.1.1 Análise física .............................................................................................. 46

5.1.1.2 Análise química .......................................................................................... 49

5.1.1.3 Análise mineralógica .................................................................................. 49

5.1.2 Resíduo de Lapidação de Vidros Planos ................................................ 50

5.1.2.1 Análise química do RLVP ........................................................................... 50

5.1.2.2 Análise granulométrica do RLVP ................................................................ 51

5.1.2.3 Análise mineralógica do RLVP ................................................................... 52

5.2 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO ................................................................... 53

5.3 LIMITES DA ATTERBERG ......................................................................... 56

5.4 LIMITES DE ATTERBERG DOS NOVOS TRAÇOS .................................. 56

5.5 TEOR DE UMIDADE DE MOLDAGEM ...................................................... 57

5.6 ANÁLISE DIMENSIONAL ........................................................................... 58

5.7 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS TIJOLOS ..................................... 59

5.8 ABSORÇÃO DE ÁGUA DOS TIJOLOS ..................................................... 63

CONCLUSÕES ........................................................................................... 65

SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS .............................................. 67

REFERÊNCIAS............................................................................................67

13

INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA

As atividades industriais geram resíduos em grande volume e variedade, por isso é

crescente o número de pesquisas que estudam alternativas para uso desses

resíduos industriais como matéria-prima secundária. Os resultados desses trabalhos

têm apontado favoravelmente para a incorporação de uma quantidade razoável de

resíduos de vários setores industriais, tais como os resíduos de mineração, da

indústria do papel e celulose, metalúrgica, etc., na indústria cerâmica. Esses

resíduos são produzidos no estado do Espírito Santo e são foco de diversas

pesquisas em desenvolvimento no IFES. (MOURA, LIMA, et al., 2006), (LIMA, 2013),

(SIQUEIRA, HOLANDA, 2013), (SILVA, 2015).

Pesquisas recentes mostram que uma excelente alternativa para absorver diversos

resíduos industriais é a produção de tijolos de solo-cimento, pois não demandam

energia para queima na sua fabricação e têm uma tecnologia bem simples e

acessível à mão de obra existente em todas as regiões do país. Desta forma, com a

substituição parcial das matérias-primas pelos resíduos é possível produzir tijolos de

solo-cimento que atendam às especificações exigidas por norma e assim obter um

produto que contribua para a diminuição da exploração de fontes naturais de

matérias-primas.

Uma reação muito explorada pelos pesquisadores é a que ocorre entre adições

minerais contendo sílica e alumina em forma amorfa e o cimento Portland. Isso

porque ocorre a reação pozolânica quando sílica e alumínio em forma amorfa

reagem na presença da água combinando quimicamente com a cal oriunda da

hidratação do cimento para formar compostos semelhantes aos silicatos e

aluminatos de cálcio hidratado. O efeito desta reação é melhorar as propriedades do

solo estabilizado e diminuir a alcalinidade desse material.

Milani (2005), Castro (2008) e Souza (2011) estudaram os efeitos da incorporação

de resíduos a base de sílica em tijolos de solo-cimento. Milani (2005) observou que

a adição de casca de arroz foi deletéria às propriedades do tijolo. Em contrapartida,

Castro (2008) e Souza (2011) observaram aumento na resistência à compressão

dos tijolos.

14

Simões (2013) estudou a aplicação de resíduo de vidro laminado na produção de

concreto e verificou que o alto índice de atividade pozolânica do resíduo melhora as

propriedades da matriz cimentícia devido à sua interação com o cimento.

Já Filogônio (2015) incorporou o resíduo de lapidação de vidros planos (RLVP) à

cerâmica vermelha queimada. Antes que os corpos de prova fossem submetidos à

queima, já apresentavam resistência adequada para produção de tijolo solo-cimento,

que segundo a NBR 8491 – Tijolo solo-cimento: requisitos (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012) deve apresentar média superior a 2,0

MPa.

Ao considerar os resultados obtidos por Castro (2008), Souza (2011), Simões (2013)

e Filogônio (2015), o presente trabalho propôs avaliar a utilização do RLVP na

fabricação de tijolos de solo-cimento. Os tijolos, objeto de estudo desta pesquisa,

são compostos de solo, cimento e RLVP e foram submetidos aos ensaios de

resistência à compressão e absorção de água aos sete dias de idade. O resíduo

utilizado é proveniente de uma fábrica de beneficiamento de chapas de vidro,

situada em Serra – ES e foi inserido como substituto parcial do solo.

15

OBJETIVO DO TRABALHO

2.1 OBJETIVO GERAL

Avaliar a utilização do resíduo proveniente do beneficiamento de vidros planos,

substituindo parte do solo para fabricação de tijolos de solo-cimento.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Caracterizar química, física e mineralogicamente o solo e o resíduo de lapidação

de vidros planos;

Estudar a substituição de parte do solo por resíduo de lapidação de vidros

planos no tijolo de solo-cimento.

Avaliar a influência do resíduo de lapidação de vidros planos na resistência à

compressão e na absorção de água dos corpos de prova;

Avaliar a influência do resíduo de lapidação de vidros planos na resistência à

compressão e na absorção de água dos tijolos de solo-cimento;

Determinar a formulação viável tecnicamente com o máximo teor de resíduo de

lapidação de vidros planos no tijolo de solo-cimento.

16

REVISÃO DA LITERATURA

3.1 INDÚSTRIA VIDREIRA

A indústria vidreira é subdividida em quatro segmentos: embalagens, planos,

especiais (técnicos) e domésticos. Segundo a Associação Brasileira de

Distribuidores e processadores de Vidros Planos – Abravidro (2019), a capacidade

nominal de produção de vidros planos no Brasil é de 7530 t/dia, e comparada à

produção de 2018, a expectativa é de um crescimento de 1,9% da produção. Dentre

os segmentos, no Brasil, o que apresenta maior destaque é o de vidros planos que

em 2011 correspondeu a 50% da produção nacional de vidros. Segundo a

Confederação Nacional do Ramo Químico – CNQ (2015), o país é responsável por

74% da capacidade produtiva das fábricas de vidros planos instaladas na América

do Sul.

A Associação Brasileira das Indústrias de Vidro – ABIVIDRO (2015), classifica os

vidros quanto à composição química como: vidros sodo-cálcico, vidros borossilicato

e vidros ao chumbo. Os sodo-cálcicos são utilizados em embalagens e como vidros

planos. Os borossilicatos são utilizados em utensílios domésticos resistentes a

choque térmico. Por fim, os vidros ao chumbo são utilizados em peças como copos,

taças e outros ornamentos que requerem mais brilho.

O resíduo utilizado no presente estudo é proveniente da estação de tratamento de

efluente (ETE) do processo de lapidação de chapas de vidros planos de uma

indústria beneficiadora localizada em Serra – ES.

3.1.1 Processamento de vidros planos

A conformação dos vidros planos é feita através da técnica conhecida por float,

ilustrada na Figura 1. Nela, o vidro ainda fluido entra em contato com um banho de

estanho líquido e progressivamente se solidifica formando uma lâmina contínua que

é tracionada por rolos ao longo do reservatório. A espessura é controlada pela

velocidade da chapa de vidro. Ao atingir o comprimento desejado a chapa é recozida

17

e cortada. Ao final do processo são obtidas chapas com superfícies perfeitamente

lisas, paralelas e com alta transparência e brilho. (NOVOA, 2010).

Figura 1 – Processo de produção de vidro – float

Fonte: Novoa (2010).

Após a etapa de conformação, as chapas passam pelo processo de recozimento a

fim de reduzir as tensões decorrentes da tração exercida sobre elas. O

procedimento é realizado numa câmara aquecida, onde a taxa de resfriamento pode

ser controlada e ocorre em duas etapas. Inicialmente, a massa de vidro é mantida a

uma temperatura crítica de 250°C por um tempo suficiente para que ocorra o

escoamento plástico e, consequentemente, a redução das tensões internas a um

máximo predeterminado. Posteriormente é feito o resfriamento lento até a

temperatura ambiente para que a tensão continue dentro do limite estabelecido e

evite a quebra do vidro no momento do corte.

Após o recebimento das chapas de vidro, as indústrias beneficiadoras fazem a

lapidação, para remover as bordas cortantes e imperfeições e dar o acabamento do

produto. Esse processo deve ser realizado antes da têmpera das chapas, devido ao

aumento na resistência do vidro após esse tratamento térmico.

No processo de lapidação, a primeira etapa consiste no desbaste, realizado por

meio de rebolos diamantados. A etapa seguinte é o polimento, que dá o acabamento

final da peça, realizado por meio de rebolos diamantados mais finos que os da etapa

anterior. Para ter um bom resultado na lapidação, as peças devem apresentar

quantidade mínima de material a ser removido, o que torna o processo mais rápido e

reduz o desgaste no rebolo. (ABRAVIDRO, 2008)

18

A água é um importante insumo no processo de acabamento dos vidros, pois é

utilizada para refrigerar os rebolos e reduzir o atrito com as chapas, o que prolonga a

vida útil do equipamento e diminui desperdícios causados pelas possíveis quebras

de chapas. Segundo a empresa que doou o resíduo para esta pesquisa, cerca de

95% da água utilizada neste procedimento, é reutilizada. Tal ação reduz custos de

produção e minimiza impactos ambientais. A Figura 2 mostra um esquema completo

do processo realizado na estação de tratamentos de efluentes onde o resíduo é

obtido.

Figura 2 – Processo de reaproveitamento da água e obtenção do resíduo de lapidação de vidros sodo-cálcicos

Fonte: Elaborado pela autora (2019).

A água ao final do processo contém resíduo de vidro resultante do processo de

lapidação e precisa ser tratada para que possa ser reutilizada. A água contendo pó

de vidro é recolhida por canais que percorrem os galpões de tratamento dos vidros e

é bombeada para um silo de capacidade igual a 106 m3 onde se inicia o processo de

decantação. No silo são adicionados um clarificante de caráter ácido e um

clarificante de caráter básico a fim de manter o pH da água entre 7 e 8, e também é

adicionado o floculante com a função de aglomerar as partículas e promover a

separação dos flocos de vidro através do processo de decantação rápida e

floculação do Iodo.

19

A separação da água da massa decantada ocorre devido ao transbordo da água que

é levada para outro silo, Figura 3 (a), e novamente bombeada para os galpões e

reutilizada no processo de lapidação das chapas de vidro. O resíduo decantado é

sugado para um tanque agitador contínuo, Figura 3 (b).

Figura 3 – (a) silo de decantação do resíduo; (b) tanque de agitação do resíduo

Fonte: Filogônio (2016).

A lama é gradativamente bombeada para o filtro prensa Figura 4 (a), onde o resíduo

é prensado e direcionado ao primeiro tanque para passar novamente pelo ciclo de

purificação e garantir que esteja pura e possibilitar a recuperação de até 97% da

água utilizada no processo de lapidação das chapas de vidro. O material resultante é

uma “torta” que geralmente contém teor de água entre 3 e 5% e, dependendo do

processamento do resíduo, pode chegar a 30%. Enquanto úmido, o resíduo tem

coloração acinzentada e após secagem tem aspecto de gesso e se torna mais claro,

Figura 4 (b).

20

Figura 4 – (a) filtro prensa utilizado na remoção da água do resíduo. (b) Aspecto do resíduo após ser retirado do filtro prensa


Na empresa beneficiadora de vidros e doadora do resíduo são realizadas quatro

prensagens diárias que produzem cerca de 290 kg de resíduo totalizando 1160 kg

de resíduo gerado por dia. O resíduo era utilizado para produção de tijolos de

cerâmica vermelha, mas a empresa responsável parou de recolhê-lo. Atualmente o

resíduo é disposto em aterros industriais.

Antônio (2012) avaliou a potencialidade da utilização do resíduo de lapidação de

vidros na produção de concretos. A substituição não surtiu efeitos positivos

surpreendentes nem reações deletérias.


concretos como substituto parcial do cimento. Devido ao alto índice de atividade

pozolânica do resíduo, houve melhora nas propriedades da matriz cimentícia devido

à interação com o cimento.

Filogônio (2016) estudou a incorporação de resíduo de lapidação de vidros planos à

cerâmica vermelha. Antes do processo de queima os corpos de prova já

apresentavam resistência à flexão com valores adequados para a produção de

tijolos de solo-cimento.

21

3.2 SOLO-CIMENTO

Segundo a NBR 12023 – Solo-cimento: ensaio de compactação (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), solo-cimento “é um produto

endurecido, resultante da cura de uma mistura íntima compactada de solo, cimento

e água em proporções estabelecidas por meio de dosagem executada conforme a

NBR 12253 – Dosagem para emprego como camada de pavimento (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012) ”.

Na mistura solo-cimento, o componente predominante é o solo, responsável pela

maior quantidade em volume e pela resistência mecânica logo após a moldagem

dos tijolos. A função do cimento Portland é estabilizar o solo e conferir as

propriedades finais do produto acabado. Segundo a NBR 12253 (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), o teor de cimento pode variar de 4 a

7% em função da classificação do solo pelo H.R.B. (Highway Research Board) de

A1 até A4 no ensaio de compactação simples da NBR 12023 (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012). Por fim, a água adicionada é o

elemento que confere plasticidade suficiente para possibilitar a conformação da

mistura.

3.2.1 Solo

Solo é o material proveniente da decomposição das rochas da crosta terrestre pela

ação de agentes físicos ou químicos, podendo ou não ter matéria orgânica, segundo

a NBR 6502 – Rochas e solos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 1995). Na Engenharia Civil, todo o material da crosta terrestre que não

oferece resistência intransponível à escavação mecânica e que quando em contato

prolongado com a água não perde totalmente a resistência ao desmonte é

considerado solo. Do ponto de vista técnico, solo é o material da crosta terrestre que

pode servir de suporte, ser arrimado, escavado ou perfurado e utilizado em obras da

Engenharia Civil (PINTO, 2000).

Alguns fatores devem ser considerados na escolha do solo a ser utilizado na mistura

solo-cimento, tal como o tipo de solo: arenoso ou argiloso. Solos

22

preponderantemente argilosos possibilitam melhor trabalhabilidade e resistência

inicial decorrente da coesão da fração fina compacta, mas podem reduzir a

resistência devido à possíveis fissuras, trincas ou rachaduras decorrentes do

processo de secagem. Já os solos arenosos bem graduados necessitam de teores

menores de cimento para a estabilização devido a menor área específica a ser

envolvida pelo aglomerante. A presença de materiais inertes tais como areia grossa

e pedregulhos no solo tem apenas função de enchimento, logo, a função do cimento

é aglomerar os grãos menores (PINTO, 2000).

Solos que contêm matéria orgânica, por exemplo, não são adequados uma vez que

a presença deste composto inibe a reação de pega do cimento Portland. Também

não é recomendada a utilização de solos que contenham argilominerais do tipo

montmorilonitas, pois são muito expansivos e necessitam de muito cimento para a

estabilização (BARBOSA E MATTONE, 2002).

Milani e Freire (2006) verificaram em seu estudo que, para a confecção de blocos de

solo-cimento incorporados com casca de arroz, o solo arenoso é mais adequado que

o solo argiloso, pois necessita de teores menores de cimento para a estabilização do

solo. Além disso, a granulometria desuniforme do solo facilitou a interação entre o

solo e o cimento. Outra constatação foi que o solo argiloso necessitou de teores

mais elevados de aglomerantes para ser estabilizado.

Ferreira e Oliveira (2007), ao identificar que os valores obtidos em ensaios de

caracterização física de solo argiloso não estavam de acordo com o recomendado

pela Associação Brasileira de Cimento Portland – ABCP para o uso em mistura solo-

cimento, adequaram a granulometria ao adicionar 50% de areia fina à massa do solo

natural. Segundo a ABCP (1985) e a NBR 10833 – Fabricação de tijolo e bloco de

solo-cimento com utilização de prensa manual ou hidráulica (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), as características do solo mais

adequado para elementos construtivos de solo-cimento são: granulometria

desuniforme, sendo 100% do solo passante na peneira nº 4 (4,8 mm) e 10 a 50%

passante na peneira nº 200 (0,075 mm); limite de liquidez menor ou igual a 45% e

índice de plasticidade menor ou igual a 18%.

23

3.2.2 Cimento Portland usado em tijolos solo-cimento

O cimento é um aglomerante hidráulico obtido pela moagem do clínquer com adição

de gesso, adicionado de outras substâncias que resultam em diferentes tipos,

composições químicas e consequentemente, propriedades físicas distintas. O

processo de produção do cimento Portland comum consiste basicamente na mistura

em proporções adequadas de calcário e argila, que é transformada em clínquer

através da queima a aproximadamente 1400°C, misturada ao gesso e novamente

moída.

A Tabela 1 apresenta os tipos de cimento Portland e as respectivas nomenclaturas.

Tabela 1 – Tipos de cimento Portland Tipos de cimento Nomenclatura

Cimento Portland Comum CP I Cimento Portland Comum com Adição CP I – S Cimento Portland Composto com Escória CP II – E Cimento Portland Composto com Pozolana CP II – Z Cimento Portland Composto com Fíler CP II – F Cimento Portland de Alto Forno CP III Cimento Portland Pozolânico CPIV Cimento Portland – ARI (Alta Resistência Inicial) CP V Cimento Portland Branco CPB

Fonte: Elaborado pela autora, adaptado de ABCP (2017).

Milani (2005) utilizou o resíduo de casca de arroz na produção de tijolos de solo-

cimento e utilizou o cimento CPIII RS-40 devido à maior disponibilidade. Já Souza

(2011) que também utilizou o resíduo de casca de arroz, mas para a produção de

blocos, utilizou o cimento CPII F-32, com adição de fíler calcário. Dois estudos

utilizando o mesmo resíduo, porém com cimentos diferentes.

Para ser utilizado em misturas de solo-cimento, o cimento Portland deve atender às

exigências contidas na NBR 11798 – Materiais para sub-base ou base de solo-

cimento (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), sendo

assim, o cimento escolhido para ser utilizado no presente estudo foi o CP V ARI RS,

pois tem maior resistência inicial e menor tempo de pega.

24

3.2.3 Uso de resíduos em tijolos de solo-cimento

O processo de fabricação dos tijolos solo-cimento consiste na homogeneização,

prensagem e endurecimento das matérias-primas, previamente determinadas

quantitativamente.

Grande (2003) avaliou a produção de tijolos de solo-cimento com a adição de sílica

ativa em substituição de 10% do teor de cimento da mistura através do ensaio de

resistência à compressão em corpos de prova e tijolos. O autor observou que,

independentemente da adição da sílica ativa, a resistência à compressão foi

diretamente proporcional ao teor de cimento da mistura. Já com relação à absorção

de água dos tijolos, a adição de sílica proporcionou a redução de quase 9%.

Milani (2005) avaliou os efeitos da adição de combinações de cimento com casca de

arroz e com cal-casca de arroz nas propriedades físico-mecânicas de um solo

predominantemente arenoso e outro solo predominantemente argiloso. Os corpos de

prova de solo-aglomerante-casca de arroz foram submetidos aos ensaios de

compressão simples (aos 7, 28 e 60 dias), de absorção de água e de ultrassom. Já

os tijolos de solo-aglomerante-casca de arroz foram submetidos aos mesmos

ensaios e também ao ensaio de tração por compressão diametral. Os resultados

mostram que a combinação do solo arenoso com 12% da mistura de cimento-casca

de arroz forma um material promissor para fabricação de tijolos prensados.

Silva (2005) determinou a resistência de tijolos confeccionados com a mistura solo-

cimento-resíduos de madeira em função das características do solo e da dosagem

de resíduos. Foram utilizados dois tipos de solos provenientes do campus da

Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), cimento CPIII E-32-RS e serragem

extraída de peças de Eucalyptus grandis e Eucalyptus cloeziana. Corpos de prova,

tijolos e prismas com os dois solos e resíduos nos teores (0%; 0,5%; 1%; 2% e 3%)

foram submetidos aos ensaios de compressão simples. Os corpos de prova também

foram submetidos ao ensaio de compressão diametral. Ao final do estudo o traço

com 0,5% de resíduos e solo arenoso apresentou os melhores resultados, pois

aumentou a resistência, diminuiu o módulo de elasticidade e aumentou a ductilidade

do compósito.

25

Castro (2008) estudou a potencialidade do uso dos resíduos de beneficiamento do

caulim para a produção de uma mistura alternativa com solo-cimento para

construção civil. Foram estabelecidos três traços de solo-cimento (1:10, 1:12 e 1:15)

onde o solo foi substituído por 10, 20 e 30% de uma mistura do resíduo composta

por 50% de resíduo grosso e 50% de resíduo fino. Os corpos de prova foram

submetidos a ensaios de resistência à compressão simples e de absorção de água.

Todos os traços apresentaram resultados aceitáveis pela norma e corpos de prova

incorporados com 20% apresentaram um ganho de 33% de resistência em

comparação ao corpo de prova de referência.

Souza (2011) estudou a durabilidade de blocos de solo-cimento com a incorporação

de casca de arroz. Em seguida, definiu três traços (composição tipo A) com a

substituição parcial do cimento pelo resíduo, e em outros três traços (composição do

tipo B) com a substituição parcial do solo pelo resíduo. Após moldagem e cura os

corpos de prova foram submetidos a ensaios de absorção de água, resistência à

compressão simples e durabilidade. Com base nos resultados, foram fabricados

blocos apenas de composição “tipo B”. Os resultados obtidos no ensaio de

durabilidade pelo método de degradação acelerada e de caracterização

mineralógica dos blocos mostraram que a combinação ideal de solo-cimento-casca

de arroz para a fabricação de blocos de alvenaria para construção civil é de 10% de

cimento, 86% de solo e 4% de casca de arroz.

Lima (2013) realizou ensaios de resistência à compressão, absorção de água e

durabilidade em blocos de solo-cimento. Os blocos tinham traços de 12,5% de

cimento e o solo foi parcialmente substituído por 20, 40 e 60% de resíduo de

argamassa de assentamento e revestimento. A incorporação do resíduo promoveu

redução de 40% na absorção de água dos blocos, porém os resultados de

resistência à compressão não satisfizeram aos requisitos da norma. A autora atribuiu

o resultado à umidade, falta de homogeneidade e grau de compactação das

misturas.

Siqueira (2013) investigou a substituição parcial de cimento por resíduos de grits na

produção de tijolos de solo-cimento. O autor concluiu que o resíduo pode substituir

de 20 a 50% do cimento Portland na fabricação dos tijolos. Também verificou que a

26

substituição do cimento pelo grits, em até 20%, promove a densificação e

consequentemente a redução da absorção de água do tijolo, pois se comporta como

filler e reduz a capilaridade da matriz de solo-cimento. Os tijolos com o resíduo

apresentaram resistências superiores aos tijolos de referência.

Antônio (2012) avaliou a potencialidade da utilização do resíduo de lapidação de

vidros na produção de concretos. O resíduo foi utilizado como substituto parcial do

cimento nas proporções de 0, 5, 10, 15 e 20%. Apesar da substituição do cimento

pelo resíduo em maiores teores promover uma redução da resistência mecânica, os

resultados obtidos estavam de acordo com a norma.


concretos como substituto parcial do cimento. Inicialmente foi determinado o índice

de atividade pozolânica do resíduo com o cimento CPV ARI. Também foram

realizados ensaios no concreto fresco e endurecido. A autora confirmou, com base

nos resultados obtidos, a pozolanicidade do resíduo com cimento Portland. Nenhum

traço com resíduo apresentou resistência à compressão superior à do traço de

referência, no entanto, houve aumento significativo e gradual da resistência com o

aumento da idade dos corpos de prova devido ao comportamento pozolânico

exercido pelo vidro nas misturas.

Filogônio (2016) estudou a incorporação de resíduo de lapidação de vidros planos à

cerâmica vermelha. Inicialmente, o resíduo e a argila foram caracterizados física,

química e mineralogicamente. As massas cerâmicas foram formuladas com teores

de resíduo que variaram entre 0 e 50% e em seguida determinados os respectivos

índices de plasticidade. Os corpos de prova foram conformados, secados e

queimados e caracterizados pela absorção de água, retração linear de secagem e

queima e tensão de ruptura à flexão. Também foram feitas as análises química,

mineralógica e microestrutural dos corpos de prova. Os resultados mostraram que a

incorporação de até 40 % do resíduo influenciou positivamente as propriedades das

cerâmicas, conferindo propriedades adequadas para o uso na construção civil.

Considerando a variedade de resíduos incorporados a tijolos de solo-cimento e os

resultados obtidos no estudo de Grande (2003), Simões (2013) e Filogônio (2016), o

27

presente trabalho teve como objetivo avaliar a incorporação do resíduo de lapidação

de vidros planos – RLVP, na confecção de tijolos de solo-cimento com a substituição

parcial do solo pelo resíduo.

28

MATERIAIS E MÉTODOS

Os procedimentos experimentais deste trabalho foram realizados nos seguintes

laboratórios: Laboratório de Solos, Betume e Concreto, Laboratório de Materiais

Cerâmicos, Laboratório de Caracterização, Laboratório de Ensaios Mecânicos

Destrutivos e Laboratório de Microscopia Eletrônica e Microanálise do Ifes Campus

Vitória e Laboratório de Geotecnia da Universidade Federal do Espírito Santo.

Inicialmente o solo e o RLVP foram caracterizados química, física e

mineralogicamente. Posteriormente foram determinados os traços a serem

analisados. Após verificar se os traços tinham os limites de liquidez e índices de

plasticidade de acordo com o estabelecido por norma, os traços foram submetidos a

ensaio de compactação a fim de determinar a umidade ótima para a moldagem. A

etapa subsequente foi a de moldagem e cura dos corpos de prova cilíndricos, que

tinha como objetivo determinar previamente se os traços teriam a resistência à

compressão mínima exigida por norma, e assim evitar o desperdício de material na

etapa de conformação dos tijolos. Devido à inviabilidade técnica de continuidade do

ensaio de resistência à compressão e absorção de água dos corpos de prova

cilíndricos que se desfizeram em água, foi necessária a reformulação dos traços e a

substituição de parte do solo argiloso por areia fina, que foi devidamente

caracterizada. Os limites de liquidez e os índices de plasticidade dos novos traços

foram definidos e então os tijolos foram conformados, curados e submetidos aos

ensaios de resistência à compressão, absorção de água e também à análise

dimensional. Por fim foi realizada a análise dos resultados obtidos. Na Figura 5 é

apresentada a metodologia utilizada nesta pesquisa.

29

Figura 5 – Fluxograma da metodologia


30

4.1 MATERIAIS

4.1.1 Solo

O solo utilizado é de uma jazida localizada em Nova Venécia – ES. Afim de que o

material estivesse de acordo com as características exigidas por norma, foram

realizados alguns processos para adequação. Foi utilizado o misturador de areia de

fundição da marca Roteirid com capacidade para 300 kg, impulsionado por um motor

trifásico de 4HP, 380 V para o destorroamento inicial do solo. Em seguida, todo

material foi peneirado em peneira ABNT nº 4 de abertura de malha 4,8 mm. A Figura

6(a) apresenta o misturador de areia, na Figura 6(b) é possível ver o interior do

misturador com o solo a ser destorroado e na Figura 6 (c) o solo já destorroado,

ensacado e pronto para o uso. Para validar a utilização do solo foram adotados os

critérios estabelecidos pela NBR 10833 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 2012).

Figura 6 – (a) misturador de areia; (b) solo a ser destorroado; (c) solo destorroado e ensacado


4.1.2 Cimento

O cimento utilizado no presente estudo foi o CP V ARI RS, pois tem maior

resistência inicial e menor tempo de pega. Os dados da caracterização química e

física do cimento, apresentados na Tabela 2, foram disponibilizados pela empresa

que o doou e certificam que o material está de acordo com os critérios exigidos pela

31

NBR 11798 – Materiais para sub-base ou base de solo-cimento (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012)

Tabela 2 – Dados do cimento CP V ARI utilizado

Propriedades Limites NBR 16697:2018 Resultado

Massa específica (g/cm³) N.E 3,09

Finura

Área específica Blaine (cm²/g) N.E 4664

Material retido na peneira #200 (%)

<6,0 0,08

Tempo de pega Início (min) >60 110

Fim (min) <600 135

Resistência a compressão

1 dia (MPa) >14 26,4

3 dias (MPa) >24 36,62

7 dias (MPa) >34 44,25

28 dias (MPa) N.E 51,75

Composição química

PF1 (%) <6,5 3,73

RI2 (%) <5,0 0,73

SO3 (%) <4,5 3,92 1PF: perda ao fogo 2RI: resíduo insolúvel Fonte: Elaborado pela autora com base em Mizu (2019).

4.1.3 Resíduo de Lapidação de Vidros Planos

O resíduo de lapidação de vidros planos (RLVP), utilizado nesta pesquisa, foi

fornecido por uma indústria beneficiadora de vidros localizada no CIVIT II, município

de Serra, Espírito Santo.

4.1.4 Água

Segundo a NBR 10833 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS,

2012) a água utilizada nos experimentos não deve conter impurezas que

prejudiquem a hidratação do cimento. Sendo assim, foi utilizada a água fornecida

pela concessionária local, CESAN – Companhia Espírito Santense de Saneamento.

32

4.2 MÉTODOS

4.2.1 Caracterização das Matérias-Primas

4.2.1.1 Solo

Para a caracterização física foram utilizadas as técnicas descritas na Tabela 2:

Tabela 3 – Técnicas e Normas utilizadas para ensaios de caracterização física do solo

Técnica Norma

Determinação dos limites de Atterberg NBR 7180/2016 - NBR 6459/2016 Análise granulométrica NBR 7181/2016 Ensaio de compactação NBR 7182/2016


A caracterização química foi determinada por espectrometria de fluorescência de

raios X (FRX), segundo PR-CR-097, PR-CR-098 e PR-CR-103 em um equipamento

Philips, modelo PW 2400, com tubo de 3 kW e alvo de ródio. Já a caracterização

mineralógica foi determinada por análise qualitativa por difração de raios X (DRX),

em um difratômetro Bruker, modelo D8 Phaser com goniômetro theta – theta, no

laboratório de Caracterização do IFES – Campus Vitória. Foi comparada a incidência

do ângulo de Bragg e a intensidade relativa dos principais picos experimentais, com

base nas fichas padrão do Joint Committee on Powder Diffraction Standards

(JCPDS). A análise das fases presentes foi interpretada pelo programa

DIFFRACPLUS.

Também foi realizada a caracterização física do solo com adição de areia. A análise

granulométrica foi determinada através de ensaio de peneiramento combinado com

sedimentação, de acordo com a NBR 7181 – Análise granulométrica (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2016). Os ensaios foram realizados no

Laboratório de Geotecnia da Universidade Federal do Espírito Santo.

33

4.2.1.2 Resíduo de Lapidação de Vidros Planos

A Figura 7 (a) apresenta o aspecto visual do RVLP in natura (seco naturalmente) e

(b) seco em estufa a 110 ± 5°C por 24 h e destorroado manualmente.

Figura 7 – Aspecto visual do RLVP (a) in natura; (b) seco e destorroado


Posteriormente, para um destorroamento mais efetivo e uniforme, o resíduo foi

moído no moinho de bolas Marconi Modelo MA 500 Série 0410347, por 25 min. O

volume de bolas usadas na moagem, bem como o volume de resíduo moído por

batelada foi igual a 1/3 do volume interno do jarro.

O RLVP foi caracterizado química e mineralogicamente com base nos mesmos

critérios utilizados para análise do solo, pelas técnicas de fluorescência de raios X

(FRX) e difração de raios X (DRX), a fim de prever as possíveis reações químicas

com o cimento (reação pozolânica, por exemplo) e se o material era amorfo.

Também foi realizada a análise granulométrica por distribuição de tamanho de

partículas (DTP) a laser, no difratômetro a laser Cilas, modelo 1064L. O fluido

utilizado para suspensão foi o etanol. O objetivo do ensaio foi verificar se a

granulometria do resíduo era um fator determinante na variação dos limites de

liquidez e índices de plasticidade do material a ser conformado.

34

4.2.2 Formulação dos traços

Os traços testados foram determinados com base nos resultados dos estudos de

Milani (2005), Castro (2008) e Souza (2011) que utilizaram resíduos à base de sílica

em baixos percentuais na moldagem de tijolos e Filogônio (2016), que utilizou o

RLVP, também à base de sílica, em teores elevados em massas cerâmicas. A

proporção de cimento em cada traço foi determinada com base nos estudos de

Silva (2005) e Souza (2011) que utilizaram 10% de cimento.

A Tabela 4 mostra a relação dos traços analisados, com o percentual em massa em

relação ao solo seco.

Tabela 4 – Composição dos traços para as misturas de solo-cimento-resíduo Traço Solo (%) Cimento (%) RLVP (%)

T1 90 10 0 T2 85 10 5 T3 80 10 10 T4 75 10 15 T5 70 10 20


O RLVP foi utilizado como substituto parcial do solo, e permitiu, assim, uma análise

da influência do solo e do RLVP nas propriedades dos tijolos de solo-cimento-

resíduo, objeto deste estudo.

4.2.3 Limites de Atterberg

Após a formulação dos traços, foram determinados os Limites de Atterberg de

acordo com as NBR 6459 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS,

2012) e NBR 7180 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012). A

Figura 8 apresenta detalhes da realização dos ensaios.

35

Figura 8 – Ensaios para determinação do (a) limite de liquidez e (b) limite de plasticidade


4.2.4 Ensaio de compactação

Após a caracterização das matérias-primas, para determinar o teor de umidade

ótimo (hot) e a massa específica aparente seca máxima (Mmáx.), as diferentes

misturas de solo-cimento-RLVP foram submetidas ao ensaio de compactação

Proctor Normal, segundo a NBR 12023 – Solo-cimento: ensaio de compactação

(ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2016). Detalhes do ensaio

são apresentados na Figura 9.

Figura 9 – Ensaio de compactação (a) moldagem; (b) pesagem do corpo de prova; (c) remoção do corpo de prova; (d) retirada de amostra para determinação de umidade


36

4.2.5 Moldagem e cura dos corpos de prova cilíndricos

Após a determinação da umidade ótima das misturas, corpos de prova (cps) foram

moldados de acordo com os critérios estabelecidos na NBR 12024 – Moldagem e

cura de corpos de prova cilíndricos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 2012), no formato cilíndrico com dimensões, em milímetros, de

100 x 127, conforme Figura 10. Posteriormente foram curados em câmara úmida a

23 ± 0,2°C e umidade relativa superior a 95%. Depois da etapa de moldagem e cura

foram submetidos aos ensaios tecnológicos de resistência à compressão simples e

absorção de água, segundo a NBR 12025 – Ensaio de compressão simples de

corpos de prova cilíndricos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS,

2012) e a NBR 13555 – Determinação da absorção de água (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), respectivamente. A Figura 10

apresenta os corpos de prova moldados.

Figura 10 – (a) Corpo de prova após moldagem; (b) corpos de prova moldados para os ensaios de resistência à compressão e absorção de água


A Tabela 5 apresenta os ensaios que foram realizados e as respectivas quantidades

de corpos de prova.

Tabela 5 – Ensaios realizados e respectivas quantidades de corpos de prova para cada traço

Ensaio Quantidade de cp*

Compactação 5 Resistência à compressão simples 5 Absorção de água 3

*cp: corpo de prova Fonte: Elaborado pela autora (2019).

37

Os ensaios de resistência à compressão e absorção de água foram realizados

inicialmente em corpos de prova cilíndricos com o objetivo de determinar os dois

traços com maior resistência à compressão e menor absorção de água e assim

evitar o desperdício de material na etapa de moldagem dos tijolos, que demanda

muito material e também reduzir o tempo de produção.

4.2.6 Resistência à compressão dos corpos de prova

O ensaio foi realizado conforme a metodologia estabelecida na NBR 12025

(ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012). Após o período de

cura, os cps foram imersos em água por quatro horas. Nesta etapa do processo foi

identificada a inviabilidade técnica da continuidade do experimento, visto que todos

os cps se desfizeram em água, como pode ser observado na Figura 11.

Figura 11 – Corpo de prova imerso em água para posterior ensaio de compressão: (a) cps desfeitos em água; (b) material restante


4.2.7 Absorção de água dos corpos de prova

Para avaliar a absorção de água foram moldados três cps para cada traço estudado.

O ensaio seria realizado conforme a NBR 13555 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE

NORMAS TÉCNICAS, 2012). Após o período de cura em câmara úmida, sete dias,

os cps foram acondicionados em estufa até atingir massa constante, denominada

m1, em gramas. No entanto, a etapa posterior não pode ser cumprida, visto que os

cps também se desfizeram em água, inviabilizando o prosseguimento do ensaio com

a medida da massa úmida.

38

4.2.8 Reformulação dos traços

Uma vez que a realização dos ensaios de resistência à compressão simples e

absorção de água foi inviável pelo fato dos cps terem se desfeito em água, a etapa

posterior de “Seleção dos traços” não pôde ser concluída.

Portanto, foi realizada uma reformulação dos traços a serem estudados com base

nos dados já obtidos na presente pesquisa e também em fábricas que já produzem

tijolos de solo-cimento em grande escala. Na Grande Vitória – ES, as fábricas

utilizam entre 40 e 70% de areia na mistura com a argila para composição do solo,

conforme observado na pesquisa realizada em campo.

Silva (2005) e Miranda (2007) recomendam a utilização de solo areno-siltoso, onde a

quantidade de areia deve ser igual ou superior à quantidade de finos (silte e argila)

e, caso não haja possibilidade de usar tal solo, os autores recomendam adicionar

areia para compor o solo.

Inicialmente, foi adotado o traço de referência de 10% de cimento, 63% de areia e

27% de solo, utilizado na Fábrica de tijolos de solo-cimento Ateliê de Ideias,

localizada na cidade de Cariacica – ES, entretanto, não foi possível determinar os

limites de Atterberg da mistura, visto que o material não tinha plasticidade suficiente,

conforme pode ser observado na Figura 12 (a) o aspecto granuloso do novo solo e

na Figura 12 (b) como o material se esfarela ao ser submetido ao ensaio de

determinação do limite de plasticidade. A Figura 12 (c) apresenta um comparativo do

material sem areia e outro com 70% de areia ao serem submetidos ao ensaio de

determinação do limite de plasticidade, e na Figura 12 (d) o aspecto visual das duas

amostras.

39

Figura 12 – Determinação do novo traço. (a) solo com 70% de areia; (b) ensaio de LP; (c) comparativo solo x solo-areia; (d) aspecto da mistura


Após analisar a impossibilidade de determinação dos limites de Atterberg, baseado

na prática e na literatura, optou-se pela utilização de uma composição de 50% de

areia e 50% de argila. Sendo assim, foi iniciado o estudo de um novo traço de

referência (massa): 10% de cimento – 45% de solo – 45% de areia com os ensaios

seguindo a NBR 6459 – Determinação do limite de liquidez (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012) e a NBR 7180 – Determinação do

limite de plasticidade (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012)

que apresentaram resultados compatíveis com os limites estipulados na

NBR 10833 – Fabricação de tijolo de solo-cimento com utilização de prensa manual

ou hidráulica (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012) para

limite de liquidez menor ou igual a 45% e índice de plasticidade menor ou igual a

18%.

A Tabela 6 apresenta os novos traços que foram estudados, agora com a adição de

areia na mistura.

Tabela 6 – Composição dos novos traços: solo-cimento-RLVP Traço Solo (%) Areia (%) Cimento (%) RLVP (%)

T1 45,0 45,0 10,0 0 T2 42,5 42,5 10,0 5 T3 40,0 40,0 10,0 10 T4 37,5 37,5 10,0 15 T5 35,0 35,0 10,0 20


40

4.2.9 Limites de Atterberg

Após a reformulação dos traços, foram determinados os novos Limites de Atterberg

de acordo com as NBR 6459 – Determinação do limite de liquidez (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012) e NBR 7180 – Determinação do limite

de plasticidade (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012).

4.2.10 Conformação e cura dos tijolos de solo-cimento

A mistura foi realizada na argamassadeira planetária com capacidade de 20 L marca

SOLOTEST Figura 13 (a) e posteriormente o material foi destorroado manualmente.

Esta etapa foi fundamental para homogeneização do material como pode ser

observado na Figura 13 (b). A umidade de moldagem foi determinada conforme

método empírico utilizado nas fábricas: ao comprimir a mistura na mão de forma

energética, o material deve formar uma massa compacta com marcas nítidas dos

dedos, conforme mostra a Figura 13 (c). Logo após a mistura e homogeneização do

material a ser moldado, uma amostra foi retirada e colocada em estufa a 110 ± 5°C

por 24 h. Após este período a amostra foi novamente pesada e posteriormente

determinada a umidade da mistura.

Figura 13 – Etapas de mistura do material


Os tijolos foram moldados na prensa V-2 modelo Gold do fabricante Vimaq,

apresentada na Figura 14 (a) e (b). A cavidade da prensa foi preenchida com

material (c) e após prensagem foi obtido o tijolo (d).

41

Figura 14 – Etapas de moldagem dos tijolos


A quantidade de tijolos necessária para cada ensaio, determinada pela NBR 8492 –

Análise dimensional, determinação da resistência à compressão e da absorção de

água (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), consta na

Tabela 7.

Tabela 7 – Ensaios realizados Ensaio Quantidade de tijolos

Resistência à compressão simples 7 Absorção de água 3


Após moldagem, os tijolos foram acondicionados em caixas herméticas, que

simularam câmaras úmidas, conforme Figura 15. Dentro da caixa foi mantida uma

lâmina de água de 3 cm. Os tijolos foram apoiados sobre uma placa a fim de evitar

que entrassem em contato com a água. Por fim a caixa foi selada com plástico e fita

adesiva, assim a umidade foi mantida constante durante todo o período de cura.

Posteriormente foi realizada a análise dimensional dos tijolos, conforme a NBR 8492

– Análise dimensional, determinação da resistência à compressão e da absorção de

água (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012).

Figura 15 – Câmaras úmidas: (a) disposição; (b) perfil interno

Fonte: Elabora pela autora (2019).

42

4.2.11 Análise dimensional

Para realizar a análise dimensional foi utilizado um paquímetro digital com precisão

de 0,01 mm. Foram realizadas medições em cada face dos tijolos moldados: uma

em cada extremidade e uma no centro.

A dimensão de cada face foi determinada pelo valor médio das três medições, em

décimo de unidade, expressa em milímetros (mm), conforme estabelecido na

NBR 8492 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012).

4.2.12 Resistência à compressão dos tijolos de solo-cimento

A determinação da resistência à compressão foi realizada segundo a NBR 8492 –

Análise dimensional, determinação da resistência à compressão e da absorção de

água (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), na idade de

sete dias. Os tijolos com cinco dias foram cortados ao meio, superpostos e ligados

com uma fina camada de pasta de cimento CP V ARI no traço 1:0,5 (massa), e

capeados em uma face conforme as imagens das Figuras 16 (d). Foi realizado o

capeamento da segunda face no sexto dia de cura. No sétimo dia, após a pasta ter

secado completamente, os tijolos foram identificados e imersos em água por seis

horas antes do rompimento. Os tijolos foram superficialmente secos com pano

levemente umedecido imediatamente antes da realização do ensaio. A Figura 16

apresenta detalhes da preparação dos tijolos.

43

Figura 16 – Tijolos (a) antes do corte; (b) após corte; (c) placa com pasta para capeamento (d) após capeamento; (e) após união das duas metades; (f) após capeamento das duas faces; (g) imersos em água para posterior ensaio de compressão; (h) após ensaio de compressão sem apresentar avarias


O ensaio foi realizado na prensa EMIC – PC 300 com capacidade de carga de 300 t.

A Figura 17 mostra o tijolo durante o ensaio de resistência à compressão.

Figura 17 – Realização do ensaio de compressão simples


44

As resistências individuais foram obtidas através da Equação 1.

ft=F

S (1)

Onde:

ft = resistência à compressão simples (MPa);

F = carga de ruptura do corpo de prova (N);

S = área de aplicação da carga (mm2).

A resistência à compressão média para cada traço foi determinada pela média dos

valores individuais, expressa também em MPa.

4.2.13 Absorção de água dos tijolos solo-cimento

Todo o procedimento foi realizado conforme a NBR 8492 – Análise dimensional,

determinação da resistência à compressão e da absorção de água (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), na idade de sete dias. Os tijolos

foram secados em estufa com temperatura entre 105 e 110°C, por 24 h, até

constância da massa do corpo seco, intitulada m1, em gramas (g), Figura 18 (a). Em

seguida, ao atingir a temperatura ambiente, foi medida a massa seca dos tijolos e

após isso foram submersos em água em um tanque por 24 h, como apresentado na

Figura 18 (b). Após serem retirados da água, foram secados superficialmente com

um pano levemente umedecido e posteriormente, pesados para determinar a massa

dos tijolos saturados, m2, em gramas (g).

Figura 18 – Tijolos para ensaio de absorção de água. (a) em estufa a 105 °C; (b) submersos em água


45

A Equação 2 foi utilizada para determinar os valores individuais de absorção de

água dos tijolos.

A=m2-m1

m1×100 (2)

Sendo:

A = absorção de água (%);

m1 = massa do corpo de prova seco (g);

m2 = massa do corpo de prova saturado (g)

46

RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS

5.1.1 Solo

5.1.1.1 Análise física

A Figura 19 apresenta a curva de distribuição granulométrica do solo.

Figura 19 – Curva granulométrica do solo

Fonte: Lougon (2018).

A Tabela 8 apresenta a classificação granulométrica de rochas e solos de acordo

com a NBR 6502 – Rochas e solos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 1995).

Tabela 8 – Classificação granulométrica - rochas e solos Classificação granulométrica Diâmetro dos grãos (µm)

Fração argila <2 Silte 2 – 60

Areia fina 60 – 200 Areia média 200 – 600 Areia grossa 600 – 2000

Fonte: Elaborado pela autora adaptado de NBR 6502 (1995).

Segundo Santos (1975), é comum a ausência de “não-argilominerais” na fração de

diâmetro inferior a 2 µm, valor adotado como limite máximo para separar os

47

argilominerais dos não-argilominerais. Ao analisar a curva granulométrica do solo de

acordo com a classificação granulométrica determinada pela NBR 6502 – Rochas e

solos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1995), apresentada

na Tabela 9, é possível verificar que existe um percentual pequeno de partículas

classificadas como “fração argila”. Outra constatação é a de que o solo apresenta

grande quantidade de finos, visto que 90% das partículas possuem tamanho máximo

de 81 µm, o que, segundo a literatura, exige maiores quantidades de aditivos

químicos para estabilização devido à susceptibilidade às variações dimensionais.

Segundo Caputo (1994), quando observado apenas o índice de plasticidade, os

solos podem ser classificados com fracamente plásticos (1<IP<7), medianamente

plásticos (7<IP<15) e altamente plásticos (IP>15). O índice de plasticidade e o limite

de liquidez do solo obtidos são 17% e 45%, respectivamente, o que caracteriza o

solo como altamente plástico. Segundo Souza apud Whittaker (1975), a plasticidade

é diretamente proporcional a granulometria das partículas, o que justifica os

resultados encontrados.

Devido à alta plasticidade do solo utilizado e à inviabilidade de prosseguimento dos

ensaios de determinação de resistência à compressão e absorção de água dos

corpos de prova cilíndricos, foi necessária a substituição de parte do solo por areia.

Foi então comprada, em material de construção, areia fina proveniente de uma

jazida de São Mateus, Espírito Santo. A areia foi submetida aos ensaios de análise

granulométrica de acordo com a NBR NM 248 – Determinação da composição

granulométrica (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2003) e

determinação da massa específica segundo a NBR 9776 – Agregados –

determinação da massa específica Chapman (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE

NORMAS TÉCNICAS, 1987) com o uso do frasco de Chapman. A amostra analisada

possui granulometria fina com módulo de finura (MF) de 1,65 e dimensão máxima

característica (DMC) de 1,2 mm, conforme pode ser observado no Gráfico 1, e

massa específica de 2,65 g/cm³. É então uma areia fina de granulometria uniforme e

densidade média. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Solos, Betume e

Concreto do IFES – Campus Vitória.

48

Gráfico 1 – Curva granulométrica da areia


Após correção, o novo solo composto por 50% areia + 50% solo foi submetido à

análise granulométrica que é apresentada na Figura 20.

Figura 20 – Análise granulométrica do solo corrigido


0,01 0,1 1 10 100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Abertura de malhas (mm)

Po

rce

nta

ge

m r

etid

a a

cu

mu

lad

a (

%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Po

rce

nta

ge

m q

ue

pa

ssa

(%

)

Diâmetro dos grãos (mm)

Po

rce

nta

ge

mre

tida

(%)

49

A mistura de areia e argila para correção do solo proporcionou ao material uma

granulometria bem graduada com fração de silte e areia.

5.1.1.2 Análise química

O resultado da análise química do solo, realizada por espectrometria de

fluorescência de raios X, está apresentado na Tabela 9. Por se tratar do mesmo

material, os dados são os mesmos apresentados por Lougon (2018).

Tabela 9 – Análise química do solo

Composto Composição química (%)

SiO2 50,54 Al2O3 34,52 Fe2O3 8,86 K2O 2,90 MgO 1,55 TiO2 1,27 MnO 0,11 SO3 0,10 ZrO2 0,10 Rb2O 0,02 ZnO 0,01 SrO 0,01 Y2O3 0,01

Fonte: Elaborado pela autora adaptado de Lougon (2018).

É uma composição típica de matéria-prima argilosa para produção de materiais

cerâmicos com predominância dos óxidos SiO2, Al2O3 e Fe2O3. A partir da

composição química do solo é possível prever os possíveis argilominerais presentes

no solo e o comportamento do material.

5.1.1.3 Análise mineralógica

A caracterização mineralógica apresentada na Figura 21 foi realizada por ensaio de

difração de raios X com o objetivo de determinar as fases presentes no solo. O solo

é constituído de SiO2 e Al2O3 e indica a presença de argilominerais como caulinita e

ilita e também a presença de quartzo, proveniente da areia. Foram identificadas,

caulinita, ilita, microclina e quartzo. A caulinita é responsável pela plasticidade e

resistência das peças conformadas, bem como a ilita. O quartzo reduz a quantidade

de água necessária para a conformação, uma vez que reduz a plasticidade do solo.

50

Já a microclina, do grupo dos feldspatos, é benéfico para o processamento cerâmico

e pode atuar como fundente.

Figura 21 – Caracterização mineralógica do solo


5.1.2 Resíduo de Lapidação de Vidros Planos

5.1.2.1 Análise química do RLVP

A fim de avaliar a possível substituição do solo pelo resíduo na moldagem dos tijolos

solo-cimento-RLVP, foi feita a análise química do resíduo por fluorescência de raios

X, cujos valores são apresentados na Tabela 10, que contém também a composição

química dos vidros sodo-cálcicos da Cebrace.

Tabela 10 – Composição química do RLVP e do vidro sodo-cálcico comercial (% em massa)

Óxidos RLVP Cebrace (2014)

SiO2 69,67 72,00 Na2O 11,25 14,00 CaO 9,43 9,00 MgO 2,64 4,00 Al2O3 2,02 0,70 Fe2O3 1,01 -

51

K2O 0,33 0,30 TiO2 0,08 - BaO <0,10 -

Co2O3 <0,10 - Cr2O3 <0,10 - PbO <0,10 - SrO <0,10 - ZnO <0,10 -

ZrO2 + HfO2 <0,10 - MnO <0,05 - P2O5 <0,05 - Total 100 100

Fonte: Elaborado pela autora adaptado de Filogônio (2015).

A composição química do RLVP quando comparada à do vidro sodo-cálcico

comercial, apresenta diferenças irrelevantes quanto aos teores dos compostos

majoritários, mas aponta teores mais elevados de Fe2O e Al2O3. A variação do teor

de Fe2O é atribuída à adição Fe2O3 para colorir os vidros e à oxidação das polias e

rebolos. Já a variação do teor de Al2O3 é atribuída à adição de clarificante e

defloculantes no processo de decantação.

A perda ao fogo de 3,41%, em massa, está associada à decomposição dos agentes

floculantes poliméricos que se decompõe em altas temperaturas.

5.1.2.2 Análise granulométrica do RLVP

Também foi realizado o ensaio de granulometria a laser e o resultado é apresentado

na Figura 22. Com base nos dados obtidos é possível afirmar que 100% do material

é menor que 90 µm e que o tamanho médio das partículas é de 17 µm.

52

Figura 22 – Curva granulométrica a laser do RLVP


Tal característica torna o RLVP potencialmente adsorvente, visto que, quanto menor

o tamanho da partícula, maior a sua área superficial e consequentemente, mais

adsorvente é o material. (NASCIMENTO et al. apud SEKAR et al., 2014)

5.1.2.3 Análise mineralógica do RLVP

Também foi feita a análise mineralógica do RLVP para melhor caracterização e o

resultado é apresentado na Figura 23. É nítida a ausência de picos marcantes, o que

evidencia que o resíduo é resultante de um processo de resfriamento

suficientemente rápido a ponto de evitar a formação de uma estrutura cristalina.

Consequentemente o RLVP apresenta morfologia amorfa, característica dos vidros.

53

Figura 23 – Difratograma de raios X do RLVP


Conforme resultados apresentados na Tabela 10, Figuras 22 e 23 e requisitos

exigidos pela NBR 12653 – Materiais pozolânico: especificações (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), o RLVP pode ser classificado como

material pozolânico Classe E, pois, possui em sua composição o teor de SiO2

superior a 50%, SO3 inferior a 5%, perda ao fogo inferior a 6% e teor de umidade

inferior a 3%, bem como o tamanho médio das partículas e ausência de estrutura

cristalina definida. A reação pozolânica é favorecida devido ao caráter pozolânico do

RLVP e consequentemente o ganho de resistência à compressão dos tijolos.

5.2 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

A Figura 24 apresenta todas as curvas de compactação dos traços ensaiados.

54

Figura 24 – Curvas de compactação dos traços ensaiados


Por se tratar de um solo siltoso, a amostra de solo apresentou valor baixo de massa

específica aparente seca. Já a substituição parcial do solo pelo resíduo promoveu

uma diminuição gradual na massa específica aparente seca do solo e um aumento

do teor de umidade ótima dos traços, pois o RLVP diminui a compressibilidade na

compactação e consequentemente aumenta o teor de umidade. Em termos gerais, a

massa específica aparente seca e a densidade são diretamente relacionadas. A

Figura 25 apresenta curvas de compactação típicas para quatro solos.

55

Figura 25 – Curvas de compactação típicas para quatro solos. (ASTM D-698.)

Fonte: Das e Sobhan (2014).

Ao comparar as Figuras 24 e 25, é possível afirmar que o traço de referência possui

comportamento similar ao de uma argila altamente plástica que pode ser confirmado

com base nos índices de Atterberg do solo. A curva do traço com 5% de RLVP tem

comportamento análogo ao de uma argila com silte. Já as curvas dos traços de 10,

15 e 20% se assemelham à curva de uma areia fracamente graduada.

As mudanças nos comportamentos das curvas resultantes da substituição parcial do

solo pelo RLVP são esperadas, uma vez que o tamanho dos grãos, a distribuição

granulométrica, o formato das partículas, o peso específico relativo dos sólidos do

solo e a quantidade de minerais de argila presentes exercem influência sobre a

massa específica seca máxima e o teor de umidade ótimo. Paralelo ao tipo de solo,

outro fator que interfere diretamente na redução da massa específica aparente seca

e no aumento do teor de umidade é a tensão capilar. As partículas do solo têm uma

tendência a se movimentar e organizar de forma mais compacta. Ao substituir parte

do solo pelo RLVP, que é mais fino, a tensão capilar na água do poro aumenta e

inibe a tendência à organização do solo. Quanto maior for o teor de substituição do

solo pelo resíduo, maior é o aumento na tensão capilar. (DAS e SOBHAN, 2014)

56

5.3 LIMITES DA ATTERBERG

A Tabela 11 apresenta os limites de Atterberg dos traços estudados.

Tabela 11 – Limites de Atterberg dos materiais ensaiados

Características Norma

(%) Solo

5% RLVP

10% RLVP

15% RLVP

20% RLVP

Limite de liquidez ≤45 45 39 37 37 37 Índice de plasticidade ≤18 17 7 6 8 9


Segundo Santos (1975), a ação lubrificante da água entre as partículas

anisométricas lamelares e as forças de atração entre as partículas de argilominerais

resultam na plasticidade da argila. A presença de argilominerais no solo, o permite,

na presença de umidade, ser moldado sem desagregar devido à água absorvida ao

redor das partículas de argila. Quando parte deste solo é substituída pelo RLVP,

componente não-argilomineral, a interação das partículas de argilominerais é

comprometida, e consequentemente, reduz a plasticidade do material.

Após a determinação dos limites de liquidez e índices de plasticidades dos traços a

serem estudados e a verificação de que estavam dentro dos limites estipulados em

norma, foram moldados corpos de prova cilíndricos a serem submetidos aos ensaios

de resistência à compressão simples e absorção de água. Não foi tecnicamente

viável dar continuidade aos ensaios, pois os cps se desfizeram em água conforme

descrito nos itens 4.2.3.1 e 4.2.3.2.

5.4 LIMITES DE ATTERBERG DOS NOVOS TRAÇOS

Apesar de atender todos os requisitos estabelecidos pela NBR 10833 – Fabricação

de tijolo e bloco de solo-cimento com a utilização de prensa manual (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), foi tecnicamente inviável determinar

a resistência à compressão e a absorção de água dos corpos de prova cilíndricos

moldados, uma vez que se desfizeram em água. Sendo assim, novos traços

contendo 50% de solo e 50% de areia formando o novo solo foram estabelecidos e

tiveram os limites de Atterberg, que são apresentados na Tabela 12, definidos.

57

Tabela 12 – Limites de Atterberg das matérias-primas e traços ensaiados

Características Norma

(%) Solo

Solo + areia

5% RLVP

10% RLVP

15% RLVP

20% RLVP

Limite de liquidez ≤45 45 25 20 21 23 24 Índice de plasticidade ≤18 17 6 2 1 2 2


Para a formulação de um novo solo, 50% da argila foram substituídos por areia fina,

proveniente da jazida de São Mateus – ES.

Como esperado, a substituição parcial da argila por areia fez com que houvesse

uma diminuição significativa dos limites de Atterberg do novo solo, mas ainda assim

os valores continuaram dentro do permitido por norma. Isso porque as partículas de

areia, material não plástico, reduzem a interação entre as partículas de

argilominerais.

5.5 TEOR DE UMIDADE DE MOLDAGEM

Uma vez que foram determinados novos traços, novos teores de umidade de

moldagem foram determinados. Desta vez, o método escolhido foi o descrito no item

4.2.10. A Tabela 13 apresenta o teor de umidade de moldagem dos novos traços.

Tabela 13 – Umidade de moldagem dos novos traços Traço Teor de umidade (% em massa)

0% RLVP 14,21 ± 3 5% RLVP 16,59 ± 3 10% RLVP 16,88 ± 3 15% RLVP 16,99 ± 3 20% RLVP 17,32 ± 3


Os novos teores de umidade ótima foram inferiores aos teores determinados para os

traços sem a substituição parcial da argila por areia. Um comportamento esperado,

visto que, os limites de plasticidade e de liquidez do novo solo foram inferiores.

A umidade de moldagem foi proporcional à quantidade de RLVP presente no traço,

mesmo comportamento observado nas curvas de compactação dos traços com solo

sem areia.

58

5.6 ANÁLISE DIMENSIONAL

Segundo a NBR 8491 – Tijolos de solo-cimento - requisitos (ASSOCIAÇÃO

BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012), o tijolo deve possuir a forma externa

de um paralelepípedo retangular e as dimensões, em milímetros, podem ser

diferentes das estipuladas na Tabela 14, desde que o tijolo tenha altura (H) menor

que a largura (L). As tolerâncias permitidas são de ± 1 mm nas dimensões dos

tijolos. A norma também especifica que pelo menos 80% da amostra de tijolos deve

apresentar tolerâncias dentro dos limites estabelecidos.

Tabela 14 – Tipos e dimensões nominais Tipos Comprimento (C) Largura (L) Altura (H)

A 200 100 50 B 240 120 70

Fonte: Elaborado pela autora com base em NBR 8491 (2012).

A Tabela 15 apresenta os dados da análise dimensional dos tijolos moldados.

Tabela 15 – Dados da análise dimensional dos tijolos. Análise dimensional

Comprimento (C) Largura (L) Altura (H)

REF Média (mm) 249,83 124,84 63,18 Desvio padrão 0,53 0,49 2,03

5% RLVP Média (mm) 249,76 124,65 61,71 Desvio padrão 0,46 0,19 1,09




REF: traço de referência RLVP: resíduo de lapidação de vidros planos Fonte: Elaborado pela autora (2019).

Com base nos critérios estabelecidos na NBR 8491 – Tijolos de solo-cimento -

requisitos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012) e nos

dados apresentados na Tabela 15, todos os lotes são aceitos, apesar das variações

nas alturas devido à regulagem da prensa.

59

5.7 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS TIJOLOS

A NBR 8491 – Tijolos de solo-cimento - requisitos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE

NORMAS TÉCNICAS, 2012) determina que a resistência à compressão individual e

média dos tijolos ensaiados deve ser maior ou igual a 1,7 e 2,0 MPa,

respectivamente. As Tabelas 16, 17, 18, 19, e 20 apresentam os valores de

resistência dos tijolos ensaiados.

Tabela 16 – Resistência à compressão – tijolos de referência. Resistência à compressão

CP Carga Medidas (mm)

ÁREA (mm2) TENSÃO [MPa] [kgf] [N] L C

I 2488 24407 0,126 0,124 0,0156 1,6

II 2557 25084 0,122 0,124 0,0151 1,7

III 2185 21435 0,124 0,123 0,0153 1,4

IV 2806 27527 0,124 0,126 0,0156 1,8

V 3161 31009 0,125 0,123 0,0154 2,0

VI 2894 28390 0,123 0,124 0,0153 1,9

VII 2823 27694 0,124 0,125 0,0155 1,8

Tensão média 1,7

Desvio padrão 0,1988


Tabela 17 – Resistência à compressão – tijolos 5% RLVP Resistência à compressão



I 3632 35630 0,126 0,124 0,0156 2,3

II 4696 46068 0,126 0,126 0,0159 2,9

III 4006 39299 0,125 0,126 0,0158 2,5

IV 2892 28371 0,124 0,126 0,0156 1,8

V 3059 30009 0,126 0,124 0,0156 1,9

VI 3486 34198 0,122 0,126 0,0154 2,2

VII 3079 30205 0,120 0,126 0,0151 2,0

Tensão média 2,2



60




I 4031 39544 0,125 0,120 0,0149 2,6

II 4191 41114 0,125 0,122 0,0151 2,7

III 3498 34315 0,124 0,120 0,0148 2,3

IV 2894 28390 0,121 0,124 0,0150 1,9

V 3640 35708 0,125 0,123 0,0153 2,3

VI 3676 36062 0,124 0,120 0,0150 2,4

VII 3037 29793 0,124 0,124 0,0155 1,9

Tensão média 2,3






I 4084 40064 0,122 0,125 0,0152 2,6

II 3853 37798 0,119 0,125 0,0149 2,5

III 3853 37798 0,121 0,125 0,0151 2,5

IV 4066 39887 0,121 0,125 0,0151 2,6

V 3321 32579 0,122 0,125 0,0152 2,1

VI 3374 33099 0,120 0,125 0,0150 2,2

VII 4155 40761 0,119 0,125 0,0149 2,7

Tensão média 2,5



61




I 3999 39230 0,123 0,125 0,0153 2,6

II 4351 42683 0,125 0,121 0,0151 2,8

III 4528 44420 0,124 0,125 0,0155 2,9

IV 3853 37798 0,125 0,122 0,0153 2,5

V 3729 36581 0,125 0,123 0,0154 2,4

VI 4066 39887 0,125 0,121 0,0152 2,6

VII 4457 43723 0,125 0,121 0,0152 2,9

Tensão média 2,7



O Gráfico 2 apresenta os valores médios de resistência à compressão dos tijolos

para cada teor de RLVP.

Gráfico 2 - Resistência média dos tijolos


REF 5% 10% 15% 20%

MÉDIA 1,7 2,2 2,3 2,5 2,7

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Resis

tência

à c

om

pre

ssão [M

Pa]

Resíduo [%]

62

Como pode ser observado no Gráfico 2, a substituição parcial do solo pelo RLVP

levou à um aumento da resistência à compressão dos tijolos moldados.

Uma explicação para este fato é o caráter pozolânico atribuído ao resíduo utilizado

na presente pesquisa que apresenta SiO2, Al2O3 e Fe2O3 em estado amorfo e está

finamente subdividido. Os óxidos presentes no material pozolânico em presença de

água e em temperatura ambiente reagem com o hidróxido de cálcio formado na

hidratação dos silicatos do cimento Portland e resultam em propriedades

aglomerantes e consequentemente, levam ao aumento de resistência. A reação

pozolânica é desencadeada devido à vulnerabilidade da sílica e da alumina ao

hidróxido de cálcio (ABNT NBR 12653:2012). As reações são descritas nas

Equações 3 e 4 como:

C3S + H2O CSH + CH (hidratação do cimento Portland) (3)

CH + S + H2O CSH (reação pozolânica) (4)

Onde: C = CaO, S = SiO2, H = H2O

Uma vez que o hidróxido de cálcio produzido pela reação de hidratação do cimento

é consumido pela reação pozolânica, ao aumentar a proporção de RLVP na mistura,

a quantidade de material aglomerante decorrente desta reação também aumenta e

resulta no aumento da resistência do material.

Por conseguinte, todos os traços com a substituição parcial do resíduo pelo RLVP

lograram resultados acima dos requisitos exigidos pela NBR 8491 – Tijolo de solo-

cimento – requisitos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012),

tanto em valores individuais quanto em valores médios. Já o traço de referência,

sem a presença do resíduo ao solo, não atendeu a nenhum dos quesitos de

resistência à compressão.

O comportamento de aumento da resistência apresentado pelos tijolos em função do

aumento do teor de resíduo é corroborado no estudo de Castro (2008), onde o

ganho com o resíduo chegou a 96% em relação ao traço de referência. Fato

atribuído à atividade pozolânica da caulinita contida no resíduo. Também é

63

corroborado pelo estudo de Simões (2013) que verificou a pozolanicidade do resíduo

com o cimento Portland e o aumento significativo e gradual da resistência.

Por fim, é possível verificar que a utilização de um novo solo com 50% de areia

corrobora a afirmação de Silva (2005) de que solos arenosos proporcionam melhor

desempenho físico e mecânico.

5.8 ABSORÇÃO DE ÁGUA DOS TIJOLOS

Como pode ser observado no Gráfico 3, a incorporação do resíduo em substituição

ao solo pelo RLVP levou a um aumento da absorção de água dos tijolos moldados

com o aumento do teor de solo substituído pelo resíduo.

Gráfico 3 – Absorção d'água dos tijolos.


A NBR 8491 – Tijolo de solo-cimento - requisitos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE

NORMAS TÉCNICAS, 2012) determina que a absorção de água individual e média

dos tijolos ensaiados deve ser menor ou igual a 22 e 20%, respectivamente. Os

traços de referência e com 5% de RLVP satisfizeram os requisitos de absorção de

água individual e médio exigidos por norma. Já o traço com 10% de RLVP satisfez

REF 5% 10% 15% 20%

I 19,49 20,46 21,87 21,84 21,97

II 20,59 19,92 21,52 21,68 21,25

III 20,58 20,39 20,47 22,09 22,42

MÉDIA 20 20 21 22 22

17

17,5

18

18,5

19

19,5

20

20,5

21

21,5

22

22,5

23

Um

ida

de

[%

]

Resíduo [%]

64

apenas o requisito individual. Os traços com 15 e 20% de RLVP não satisfizeram

nenhum dos requisitos.

A relação do aumento da absorção de água com o aumento do teor de resíduo pode

ser explicada pela relação resíduo x cimento x reação pozolânica. A reação

pozolânica tem início na formação do hidróxido de cálcio derivado da reação de

hidratação do cimento. Os óxidos do RLVP, então, reagem com o hidróxido de cálcio

e formam o material aglutinante. À medida que a quantidade de RLVP é aumentada,

a quantidade de cimento se torna insuficiente para fornecer hidróxido de cálcio para

reagir com 100% dos óxidos do resíduo. Desta forma, parte do resíduo fica sem

reagir. Como possui elevada área superficial devido à sua finura, a porção de

resíduo que não reagiu adquire caráter adsorvente, e eleva a absorção de água do

material resultante. Uma forma de tornar tecnicamente viável a utilização dos tijolos

que apresentaram absorção de água superior ao exigido por norma poderia ser a

impermeabilização do material.

65

CONCLUSÕES

Com base nos resultados obtidos na presente pesquisa e os requisitos exigidos por

norma, é possível afirmar que é tecnicamente viável utilizar o resíduo proveniente do

beneficiamento de vidros planos, substituindo parte do solo para fabricação de tijolos

de solo-cimento. Também é possível afirmar que:

a) Solos com índices de plasticidades e limite de liquidez elevado requerem

teores elevados de cimento para serem estabilizados para que a mistura de solo-

cimento atinja a resistência mínima para fins de utilização como tijolos prensados, ou

seja, não são favoráveis para a fabricação deste tipo de tijolo;

b) Os critérios referentes ao solo, descritos na NBR 10833:2012 não foram

atendidos, visto que, mesmo de acordo com os Limites de Atterberg estipulados na

norma, o solo utilizado não apresentou resultados minimamente satisfatórios, o que

inviabilizou a moldagem de corpos de prova e tijolos;

c) O RLVP é composto de aproximadamente 70% de SiO2, apresenta

granulometria média de 17 µm, é amorfo e pode ser classificado com material

pozolânico Classe E, pois, na presença de cimento Portland apresentou

comportamento pozolânico. A incorporação do RLVP como substituto parcial do

solo, reduz os limites de liquidez e plasticidade do material e, consequentemente

também reduz o índice de plasticidade. Também resulta na diminuição da massa

específica aparente seca da mistura e no aumento da umidade ótima de

compactação;

d) Não foi possível determinar a resistência à compressão e a absorção de água

nos corpos de prova, uma vez que se desfizeram em água. Sendo assim, foi

necessária a formulação de um novo solo com 50% de areia que resultou na

melhora das propriedades mecânicas dos tijolos moldados;

e) Os tijolos moldados sem a substituição parcial do solo pelo RLVP não

atenderam o requisito de resistência à compressão individual. Entretanto, atenderam

aos requisitos de resistência à compressão média e absorção de água, média e

individual exigidos pela NBR 8491:2012;

f) A resistência à compressão é diretamente proporcional ao aumento do teor do

resíduo em substituição parcial ao solo. Deste modo, todos os tijolos moldados com

a substituição parcial do solo pelo RLVP atenderam os requisitos de resistência à

66

compressão média e individual estabelecidos pela NBR 8491:2012. Os tijolos

moldados com 20% de resíduo apresentaram resistência 58,8% maior quando

comparados ao traço de referência;

g) A absorção de água é diretamente proporcional ao aumento do teor do

resíduo em substituição parcial ao solo e apresentou comportamento deletério à

propriedade de absorção de água do material resultante. Dos tijolos moldados com a

incorporação do RLVP em substituição parcial ao solo, apenas o traço com 5% de

resíduo atendeu o critério de absorção de água média menor ou igual 20%. Apesar

de não atender aos requisitos de absorção de água média, os tijolos moldados com

10% de RLVP atenderam o requisito de absorção de água individual;

h) O traço com substituição parcial de 5% do solo por RLVP foi o único que

maximizou as propriedades dos tijolos e atendeu a todos os requisitos exigidos pela

NBR 8491:2012.

67

SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS

a) Avaliar a incorporação do RLVP em maiores teores de substituição do solo;

b) Avaliar a incorporação do RLVP em maiores teores de substituição a outros

solos;

c) Avaliar o índice de atividade pozolânica do RLVP;

d) Avaliar a eficiência da impermeabilização dos tijolos que apresentaram

valores de absorção de água superior ao determinado por norma.

68

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