ChavezPorras,Alvaro D

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO USO DE LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA E AGREGADO RECICLADO MIÚDO NA FABRICAÇÃO DE ELEMENTOS DE ALVENARIA Álvaro Chávez Porras Campinas 2007

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO USO DE LODO DE ESTAO DE TRATAMENTO DE GUA E AGREGADO RECICLADO MIDO NA FABRICAO DE ELEMENTOS DE ALVENARIA lvaro Chvez Porras Campinas 2007 ii UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO lvaro Chvez Porras USO DE LODO DE ESTAO DE TRATAMENTO DE GUA E AGREGADO RECICLADO MIDO NA FABRICAO DE ELEMENTOS DE ALVENARIA TeseapresentadaComissodePs-graduaoda FaculdadedeEngenhariaCivil,Arquiteturae UrbanismodaUniversidadeEstadualdeCampinas, como parte dos requisitos exigidos para obteno do titulodeDoutoremEngenhariaCivil,nareade concentrao de Saneamento e Ambiente. Orientador: Prof. Dr. Ricardo de Lima Isaac Co-orientadora: Profa. Dra. Dione Mari Morita Campinas 2007 iii FICHACATALOGRFICAELABORADAPELABIBLIOTECADAREADEENGENHARIAEARQUITETURA-BAE-UNICAMP C398u Chvez Porras, lvaro Uso de lodo de estao de tratamento de gua e agregado reciclado mido na fabricao de elementos de alvenaria / lvaro Chvez Porras.--Campinas, SP: [s.n.], 2007. Orientadores: Ricardo de Lima Isaac; Dione Mari Morita. Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. 1. Resduos.2. Reciclagem - Indstria.3. Lodo.4. gua - Estaes de tratamento.5. Blocos de concreto.6. Desenvolvimento sustentvel.I. Isaac, Ricardo de Lima.II. Morita, Dione Mari.III. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo.IV. Ttulo. Ttulo em Ingls: Use of dry sludge of station water treatment plant and aggregate debris recycled kid in the manufacture of bricks cement soil type and blocks of concrete type. Palavras-chave em Ingls: Waste from civil construction, Slugde plant for treating the water, Waste recycling, Block of concrete, Sustainable Development, Materials of construction. rea de concentrao: Saneamento e Ambiente. Titulao: Doutor em Engenharia Civil Banca examinadora: Denis Miguel Roston, Antonio Ludovico Beraldo, Bruno Couracci Filho e Armando Lopes Moreno. Data da defesa: 30/11/2007 Programa de Ps-Graduao: Engenharia Civil. iv v DEDICATRIA DedicoestetrabalhoaminhafilhaStephany,grandeincentivadorademeufuturo,fontemaior daminhainspirao;aomeuirmoFernando,peloapoio,ajudapermanente,orientaoe incentivo; a Liliana, Stefanni e Daniel pela pacincia e carinho sem precedentes; professor Dr. Ricardo Isaac, pela amizade e orientao professional. vi AGRADECIMENTOS A Deus, que sempre esta ao meu lado, por seu hlito de vida e pela sua pacincia. A minha filha, StephanyMichelle,pelacompreensonestesmomentosdeseparao,queDeusldesadee caminho de muitos anos de vida. A meus pais, Yeya e Aponcho, meus irmos e minha famlia que mederamessaformaoparaafrontardiaadiaosobstculos,mesouberamcompreendere apoiaram nos momentos da vida; especialmente a meu irmo Fernando, a minha cunhada, Liliana, e meus sobrinhos, Stefanni e Daniel. Aomeuorientador,Prof.Dr.RicardodeLimaIsaac,porsueapoio,compreenso,porguardar sempreesperanasdomeufuturo,amizadeetempodedicadonaminhaformaoprofissional. minhaco-orientadora,Profa.Dra.DioneMorita,porsuaamizade,apoioecompreenso,por guardar expectativa da minha vida profissional. A meus Professores Doutores Emilia, Egle, Carlos Gomes,Bruno,Edson,Feijo,BresaolaeoutrosdocentesdoDepartamentodeSaneamentoe Ambiente.AocorpodocentedaFaculdadedeEngenhariaCivildaUNICAMP,alunosecolegas, para que este estudo possa servir posteriores pesquisas na rea. AmeuscolegasdoProjetoBETA,Archimedes,PatrciaeRafaelpelaoportunidadede compartilharmeustrabalhosereceberseusapoios.Tambm,Mary,Betty,Solange,colegasdo laboratrio,estagiriosefuncionriosdareadeSaneamento.SANASA,COOPERBLOCOS, URM-SoCaetanoeLaboratriosBIOAGRI,seusfuncionrioseadministradores,pela disposio, aceitao e trabalho, que para todos esta investigao tenha utilidade e aproveitamento. KleberAmendi,GerentedaDivisoSaneamentoAmbiental-CleanEnvironmentBrasil,pela disposioecolaboraonestetrabalho.Atodasociedadecientficaegrupospesquisadores empenhados na preservao do ambiente e os recursos naturais. AosmeusamigosRafael,Diego,Sidney,Sebastio,Eduardoemuitosoutrospelaajudanafase experimental. Ao Javier, Tonha e seus filhos, pela forca e apoio. E a muitas pessoas que sou grato, que contriburam sobremaneira para a realizao deste trabalho. vii "Sim, eu amo Deus. Ele a fonte de minha existncia meu Salvador. Ele me mantm todo e cada dia. Sem Ele eu no sou nada, mas com Ele eu posso todas as coisas atravs de Jesus Cristo, que me fortalece." Filipenses 4, 13 viii RESUMO CHAVEZ, Porras Alvaro.Uso de lodo de estao de tratamento de gua e agregado reciclado mido na fabricao de elementos de alvenaria. Campinas: Faculdade de Engenharia Civil - UNICAMP, 2007. 213p. Tese (Doutorado) - Faculdade de Engenharia Civil, UNICAMP, 2007. Diantedagrandequantidadederesduosslidosgerados,includososresduosdaconstruoe demolio RCD, na cidade de Campinas e da precariedade do sistema de planejamento e gesto dos aterros sanitrios de algumas reas da regio, investigou-se a viabilidade tcnica, econmica e ambientaldousodelododesaguadodeEstaodeTratamentodegua(ETA)edeagregado mido reciclado do entulho na fabricao de elementos de alvenaria tipo concreto. Tais elementos daconstruocivilforamtestadossegundoasnormastcnicaspertinentesdaAssociao BrasileiradeNormasTcnicas,tantoaquelasreferentesspropriedadesfsico-mecnicasquanto quelasambientais,considerando-seosperodosdefabricaoeps-consumo,quandoelevirar entulho.Oslodoseentulhosafetamgrandementeosecossistemasondesolanados.Comeles, comofontealternativadematria-prima,produziram-seelementosdealvenaria,estruturaisede vedao, em diferentes propores, que foram avaliados nas dimenses, compresso simples e absoro de gua; tambm, os materiais foram avaliados ambientalmente. Os resultados mostraram queaumidadedolodoinfluenciousignificativamentenaqualidadedostijolostiposolo-cimento, sendo possvel sua confeco somente com teor de umidade abaixo de 50% de slidos totais, ST. Nenhumtijoloproduzidonascondiespropostasatendeusimultaneamenteaosrequisitosdas normasbrasileiradequalidadedimenses,absorodeguaeresistnciacompresso. Referente aos blocos tipo concreto no estruturais (vedao),com at 3% de lodo seco ou 1% de lodomido,agregadodeentulhonasduasmatrizesavaliadas(concretoecermica)e10%de cimento, poderiam servir de base para uma produo industrial, sendo destinados infra-estrutura urbana,jqueseobtmevidentesganhoseconmicoseambientais(propondo-seousodeum passivo ambiental), sem perda da qualidade tcnica dos produtos. PALAVRAS CHAVE: resduos; RCD; lodo de ETA; reciclagem de resduos; bloco de concreto; desenvolvimento sustentvel. ix ABSTRACT CHAVEZ, Porras Alvaro.Use of dry sludge of station water treatment plant and aggregate debris recycled kid in the manufacture of bricks cement soil type and blocks of concrete type. Campinas: College of Civil Engineering - UNICAMP, 2007. 213p. Thesis (Ph. D.) - College of Civil Engineering, UNICAMP, 2007. GiventhelargeamountofsolidwastegeneratedinthecityofCampinas,SP,Brazilandthe precariousnessofthesystemoflandfillsintheregion,itisinvestigatedthetechnicalfeasibility, economicandenvironmentaluseofdrysludgeofstationwatertreatmentplantandaggregate debris recycled kid in the manufacture of bricks cement soil type and blocks of concrete type. Such componentsofthebuildinghavebeentestedaccordingtotherelevanttechnicalstandardsofthe BrazilianAssociationofTechnicalStandards,boththoserelatedtothephysical-mechanical properties as those environmental, considering the periods of manufacturing and post-consumer.These wastes greatly affect the ecosystems where they are launched and today, will be increasingly seenasanalternativesourceofrawmaterial.Withthesematerials,structuralcomponents producedthereandsealingindifferenttraits,whichweretestedforcompressionsimple,the absorptionofwater,andenvironmentaldimensions.Theresultsshowedthatthehumidityof sludge significantly influence the quality of soil-cement bricks kind, and it is possible only with its confection moisture content below 50%. None brick produced in conditions studied attended both Brazilianstandardsofquality-size,absorptionofwaterandresistancetocompression.Thetests showedthatnostructuralblocksofconcrete(seal),withupto3%ofdrysludgeand1%ofwet sludge, debris aggregate of the two matrices evaluated (concrete and ceramic) and 10% of cement, couldserveasthebasisforaproductionindustry,forurbaninfrastructure,asithasobvious economicandenvironmentalgains(isitselfmakinguseofahugeenvironmentalliabilities), without loss of technical quality of the products. KEYWORDS:wastefromcivilconstruction;watertreatmentplantsludge;recycling;concrete type block; Sustainable Development; materials of construction. x LISTA DE FIGURAS pgina FIGURA 1 Esquema de uma ETA convencional 9 FIGURA 2 Esquema dos mecanismos de adio e remoo de gua em leito de secagem19 FIGURA 3Lodos desaguados por leito de secagem20 FIGURA 4Entulhos23 FIGURA 5 ETL SANASA, Campinas, SP44 FIGURA 6 URM So Caetano, Campinas, SP46 FIGURA 7 Processo de quarteamento de materiais48 FIGURA 8Escala curva granulomtrica ABNT 6502/9552 FIGURA 9Estao piloto de tratamento de lodos54 FIGURA 10Leito de secagem, UNICAMP, Campinas55 FIGURA 11Equipamento para preparao de tijolos58 FIGURA 12Prensa pneumtica para fabricao de blocos61 FIGURA 13 Blocos fabricados na COOPERBLOCOS64 xi LISTA DE TABELAS pgina TABELA 1 CARACTERSTICAS FSICAS E QUMICAS DOSLODOSDAS ETA-1 E ETA-2.11 TABELA 2 VALORES DA CONCENTRAO DE METAIS (mg/kg) NOS LODOS DAS ETAS ETA-1 E ETA-2.12 TABELA 3 CARACTERSTICAS FSICAS E QUMICAS NAETA ALTO COTIA,SP.13 TABELA 4 CARACTERSTICAS FSICAS E QUMICAS DO LODO SEGUNDO VRIOS AUTORES. 13 TABELA 5RESULTADOS DOS ENSAIOS GEOTCNICOS REALIZADOS NO LODO DO DECANTADOR E NA GUA DE LAVAGEM DOSFILTROS DA ETA RIO DAS VELHAS.15 TABELA 6COMPOSIO MDIA DOS RESDUOS DE CONSTRUO. 22 TABELA 7 ESTIMATIVAS DE GERAO DE RESDUOS DE CONSTRUOCIVIL. 24 TABELA 8 CARACTERIZAO DO CIMENTO PORTLAND CPV ARI PLUS.27 TABELA 9 REQUISITOS DO SOLO PARA FABRICAO DE ELEMENTOS DEALVENARIA DE SOLO-CIMENTO. 29 TABELA 10 CARACTERSTICAS DOS SOLOS E DO AGREGADO MIDO.REGIO METROPOLITANA DE SALVADOR. 30 TABELA 11 PROPORES LODO: AGREGADO RECICLADO: CIMENTO. 58 TABELA 12TEOR CIMENTO, LODO E AGREGADO NOS BLOCOSAVALIADOS.63 xii pgina TABELA 13TEOR DE UMIDADE E pH DO LODO DA ETL.72 TABELA 14TEOR DE SLIDOS DO LODO NO LEITO DE SECAGEM AOLONGO DO TEMPO. 73 TABELA 15 GRANULOMETRIA DAS AMOSTRAS DE LODO. 74 TABELA 16 RESULTADOS DETERMINAO DA MASSA BRUTA. DO LODO78 TABELA 17 VALORES DO TEOR DE UMIDADE E PH DOSAGREGADOS. 81 TABELA 18 COMPOSIO GRANULOMTRICA DO AGREGADO MISTURADO DE ENTULHO.82 TABELA 19 COMPOSIO GRANULOMTRICA DO AGREGADO MATRIZCERMICA.83 TABELA 20 COMPOSIO GRANULOMTRICA DO AGREGADO MATRIZCONCRETO. 84 TABELA 21 VALORES PERCENTUAIS RETIDOS NAS PENEIRAS PARAAGREGADO MIDO. 87 TABELA 22RESULTADOS ANALTICOS DAS AMOSTRAS MATRIZES DEENTULHO MIDO. 90 TABELA 23MDIA EM mg/kg DOS METAIS AVALIADOS NOS AGREGADOS CAMPINA, SP.93 TABELA 24 UMIDADE TIMA DE COMPACTAO PARA AMOSTRACONTENDO 5% DECIMENTO E AGREGADO PROVENIENTEDAS MATRIZES CERMICA E CONCRETO MISTURADAS. 93 TABELA 25 UMIDADE TIMA DE COMPACTAO PARA AMOSTRACONTENDO 10% DE CIMENTO E AGREGADO PROVENIENTE DA MATRIZ CERMICA.94 xiii pgina TABELA 26 UMIDADE TIMA DE COMPACTAO PARA AMOSTRACONTENDO 10% DE CIMENTO E AGREGADO PROVENIENTEDA MATRIZCONCRETO. 94 TABELA 27 COMPOSIO GRANULOMTRICA DO PEDRISCO USADONA COOPERBLOCO.98 TABELA 28COMPOSIO GRANULOMTRICA DO P DE PEDRA USADONA COOPERBLOCOS.99 TABELA 29 QUANTIDADES DE MATRIAS-PRIMAS UTILIZADAS NAFABRICAO DOS BLOCOS CONTROLE. 100 TABELA 30 CDIGOS USADOS NOS BLOCOS PRODUZIDOS NACOOPERBLOCOS.100 TABELA 31 MASSA DOS BLOCOS FABRICADOS NA COOPERBLOCOS.101 TABELA 32 DIMENSES DOS BLOCOS FABRICADOS PARA VEDAO.102 TABELA 33DIMENSES DOS BLOCOS ESTRUTURAIS FABRICADOS.103 TABELA 34 VALORES DE ABSORO DE GUA DOS BLOCOSFABRICADOS PARA VEDAO. 104 TABELA 35VALORES DE ABSORO DE GUA DOS BLOCOSFABRICADOS TIPO ESTRUTURAL. 105 TABELA 36RESISTNCIA COMPRESSO DOS BLOCOS FABRICADOS.106 TABELA 37PROPORES DE MATERIAIS UTILIZADOS NA FABRICAODOS BLOCOS. 107 TABELA 38 PROPORES UTILIZADOS PARA FABRICAO DOSBLOCOS LODO SECO EM ESTUFA.107 TABELA 39PROPORES DE MATERIAIS USADAS PARA FABRICAODOS BLOCOS COM LODO DESAGUADO NA ETL E SECO EM LEITO.109 xiv pgina TABELA 40CDIGOS ADOTADOS PARA IDENTIFICAO DOS BLOCOS TIPO ESTRUTURAL.112 TABELA 41CDIGOS ADOTADOS PARA IDENTIFICAO DOS BLOCOS TIPO VEDACAO113 TABELA 42MASSA DOS BLOCOS ESTRUTURAIS FABRICADOS COMLODO E AGREGADO RECICLADO. 114 TABELA 43MASSA DOS BLOCOS PARA VEDAO FABRICADOS COMLODO E AGREGADO RECICLADO.115 TABELA 44 DIMENSES E ESPESSURA DOS BLOCOS ESTRUTURAISFABRICADOS COM O MATERIAL RECICLADO. 117 TABELA 45 DIMENSES E ESPESSURA DOS BLOCOS PARA VEDAOFABRICADOS COM O MATERIAL RECICLADO. 118 TABELA 46ABSORO DE GUA DOS BLOCOS ESTRUTURAIS COMMATERIAL RECICLADO.119 TABELA 47 ABSORO DE GUA DOS BLOCOS PARA VEDAO COMMATERIAL RECICLADO.120 TABELA 48RESISTNCIA COMPRESSO DOS BLOCOS ESTRUTURAISFABRICADOS COM MATERIAL RECICLADO. 122 TABELA 49 RESISTNCIA COMPRESSO DOS BLOCOS PARA VEDAOFABRICADOS COM MATERIAL RECICLADO. 123 TABELA 50 RESULTADOS OBTIDOS NO TESTE DE DURABILIDADE. 125 TABELA 51 CUSTOS DE MATERIAIS127 TABELA 52 QUANTIDADES E CUSTOS DOS BLOCOS FABRICADOS COMMATERIAL RECICLADO.129 TABELA 53QUANTIDADES DE MATERIAIS PARA CONFECO DE 4.000BLOCOS DE VEDAO. 130 xv pgina TABELA 54 QUANTIDADE DE AGREGADOS RECICLADOSINCORPORADOS130 xvi LISTA DE ABREVIATURAS ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas. ABCP - Associao Brasileira de Cimento Portland. AE classe para elemento de alvenaria aparente ou lisa. AG-CER-URM - agregado reciclado Matriz Cermica URM. AG-CON-URM - agregado reciclado Matriz Concreto URM. AG-MIS-URM - agregado reciclado Matriz Misturada URM. APHA American Public Health Association. ASTM/ASA/USS - American Standard for Testing and Materials and American Supply Association.AWWA American Water Works Association. AWWARF American Water Works Association Research Foundation. B1- mistura para blocos Propores de 1% de lodo . B2- mistura para blocos Propores de 3% de lodo. B3- mistura para blocos Propores de 5% de lodo. B4- mistura para blocos Propores de 10% de lodo. BA Estado da Bahia. BE classe especial para blocos de alvenaria rsticos.BIOAGRI Laboratrio para caracterizaes. Piracicaba, SP. CAP Carvo Ativado em P. CEPED - Centro de Pesquisas e Desenvolvimento. CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental. CINVA-RAM - prensa manual para a fabricao de tijolos. CONAMA - Conselho do Meio Ambiente. xvii COOPERBLOCOS Cooperativa Fabricante de Blocos, Campinas, SP. COPASA Companhia de Saneamento de Minas Gerais. DE Diametro Efetivo. DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. DQO Demanda qumica de oxignio. EL Bloco estrutural liso. EPA Environmental Protection Agency. ER Blococ estrutural rustico. ETA Estao de Tratamento de gua. ETAs Estaes de Tratamento de gua. ETEs Estaes de Tratamento de Esgoto. ETL Estao de Tratamento de Lodo. EUA Estados Unidos da America. FEC Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica. IP ndice de plasticidade. LABRES Laboratrio de Resduos da FEC-Unicamp. LL Limite de liquidez. LP Limite de plasticidade. NBR Norma Brasileira. ONU Organizao das Naes Unidas. pH - Potencial hidrogeninico . PI - peso seco da amostra. PF - peso molhado.PMC- Prefeitura Municipal de Campinas. RCD -Resduos de construo e demolio. RMC -Regio Metropolitana de Campinas. SANASA Sociedade de Abastecimento de gua e Saneamento S/A. SP Estado de So Paulo. xviii ST - slidos totais. STF - slidos totais fixos. STV - slidos totais volteis. TYLER/ MESH Serie estandar para peineiras. UNICAMP Universidade Estadual de Campinas. URM - Unidade de Reciclagem de Materiais, So Caetano. VL Bloco vedao liso. VR Bloco vedao rstico. WEF - Water Environment Federation. ` xix LISTA DE SMBOLOS A .......................................................... a absoro do agregado mido na condio saturada, em %. AE..................................................................................Bloco classe para alvenaria aparente ou lisa. BE ........................................................................................................ Bloco classe especial rstica. cm ....................................................................................................................................centmetros. cm ..................................................................................................................centmetros quadrados. cm ...................................................................................................................... centmetros cbicos. g ................................................................................................................................................ grama. g/cm ..................................................................................................grama por centmetros cbicos. h ................................................................................................ teor de umidade do agregado, em %. hs ............................................................................................................................................... horas. L ................................................................................................................................................. litros. kg ..................................................................................................................................... quilograma. kgf ............................................................................................................................quilograma fora. kg/hab.ano.......................................................................................quilograma por habitante por ano. m ............................................................................................................................................... metro. m .............................................................................................................................. metro quadrado. m .................................................................................................................................. metro cbico. mg ...................................................................................................................................... miligrama. mg/L ....................................................................................................................miligrama por Litro. mm .................................................................................................................................... milmetros. mm .................................................................................................................... milmetro quadrado. Mi ..............................................................................................massas da amostra antes da lavagem. Mf .......................................................................................... massas da amostra depois da lavagem. xx MPa ................................................................................................................................ Mega Pascal. Mton/ano.......................................................................................................Miles de toneladas ano. n ............................................................................................................................................ nmero. N ............................................................................................................................................ Newton. P1 ..................................................................... massa do material seco em estufa (105 C a110C). pH .............................................................................................................. Potencial Hidrogeninico. s ........................................................................................................................................... segundos. t ............................................................................................................................................. tonelada. ts ................................................................................................................................... teor de slido. .................................................................................................................................................. graus. C .................................................................................................................................. graus Celsius. % .................................................................................................................................... percentagem. m/m ........................................................................................................................... relao mssica. rs .................................................................massa unitria do agregado seco em estufa, em kg/dm3. rh ........................................................ massa unitria do agregado com h% de umidade, em kg/dm3. (v/v) .................................................................................................................... relao volumtrica. Vh................................................................................................................................ volume mido. Vo ..................................................................................................................................volume seco. xxi SUMRIO pgina 1. INTRODUO 1 2. OBJETIVO5 2.1 Objetivo Geral 5 2.2Objetivos Especficos5 3. REVISO BIBLIOGRFICA 6 3.1 Gesto de Resduos Slidos Urbanos 6 3.2Caractersticas dos Resduos.8 3.2.1O Lodo de ETA8 Origem, Composio e Classificao8 Tratamento do Lodo 16 3.2.2Resduos de Construo e Demolio Civil21 3.2.3Cimento26 3.3 Tecnologias de Fabricao. 27 3.3.1Elementos de AlvenariaTipo Solo-Cimento27 3.3.2Elementos de AlvenariaTipo Concreto32 4. MATERIAIS E MTODOS41 4.1 rea de Estudo: Municpio de Campinas 41 Aspectos Gerais da Cidade41 Abastecimento de gua e Produo de Lodo42 Lodo dos Decantadores das ETAs43 Desaguamento do Lodo na Estao de Tratamento de Lodo ETL44 Entulhos da Construo e Demolio Civil 45 4.2 Matrias-Primas dos Blocos e Tijolos 47 xxii pgina 4.3Coleta e Preparao das Matrias-Primas 47 Quarteamento dos Materiais47 Quarteamento das Amostras de Lodo da ETL 47 Quarteamento das Amostras de Agregados Reciclado48 4.4 Caracterizao dos Materiais 49 4.4.1pH50 4.4.2.Teores de Umidade e de Slidos 50 4.4.3Granulometria, Limites de Atterberg e MassaEspecfica dos Gros51 4.5 Ensaios Preliminares53 4.6Metodologia de Fabricao dos Elementos de Alvenaria 56 4.6.1 Fabricao dos Tijolos 56 Preparao das Matrias-Primas 56 Determinao da Umidade tima 57 Equipamentos e Materiais Utilizados57 Propores Investigadas58 Procedimento59 4.6.2 Fabricao dos Blocos60 Preparao das Matrias-Primas 60 Determinao da Umidade tima 60 Equipamentos e Materiais Utilizados 60 Descrio da Metodologia Utilizada na COOPERBLOCOS 61 Propores Investigadas62 Procedimento63 4.7Avaliao dos Elementos de Alvenaria65 4.7.1Avaliaes Estruturais para Tijolos 65 Determinao das Dimenses 65 xxiii pgina Determinao da Absoro de gua 65 Determinao da Resistncia Compresso 66 4.7.2Avaliao Estrutural para Blocos66 Determinao das Dimenses66 Determinao da Absoro de gua 67 Determinao da Resistncia Compresso 68 Teste de Durabilidade 68 4.7.3Avaliao Ambiental69 5.RESULTADOS E DISCUSSO 71 5.1Caracterizao das Matrias-Primas Recicladas 71 5.1.1Lodo das ETAS 3 E 4 71 Umidade e pH71 Tratamento Complementar para Lodos72 Granulometria e limites de Atterberg 74 Caracterizao Qumica e Microbiolgica77 5.1.2Caracterizao dos Agregados da URM81 Umidade e pH81 Granulometria e limites de Atterberg 82 Avaliaes Qumicas e Microbiolgica 88 5.2Determinao da Umidade tima da Mistura93 5.3Avaliao dos Tijolos 95 Dimenses95 Absoro de gua 96 Resistncia Compresso 96 5.4. Avaliao dos Blocos 97 5.4.1. Blocos sem Materiais Reciclados (Controle)97 Caracterizao das Matrias-Primas97 Quantidades de Matrias-Primas Utilizadas nos Blocos 99 xxiv pgina Identificao dos Diversos Tipos de Blocos Produzidos na COOPERBLOCOS100 Massa dos Blocos 101 Dimenses102 Absoro de gua 103 Resistncia Compresso 104 5.4.2.Blocos com Materiais Reciclados 107 Confeco dos Blocos107 Avaliaes Estruturais dos Blocos111 Massa dos Blocos 114 Dimenses dos Blocos116 Absoro de gua 119 Resistncia Compresso 121 Durabilidade 124 5.5Recomendaes para a Implantao de uma Fbrica de PequenoPorte deBlocos de Materiais Reciclados 125 5.6Comparao de Custo de Produo de Blocos de Concreto seme com Materiais Reciclados127 5.7 Analise do Risco Ambiental da Incorporao do Lodo e Agregado Mido em Blocos Tipo Concreto132 6. CONCLUSES 136 7.RECOMENDAES 139 8.REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 140 9.ANEXOS ANEXO 1 RESULTADO DAS AVALIAES DOS BLOCOSESTRUTURAIS E DE VEDAO. 150 ANEXO 2 ESQUEMAS DO LEITO DE SECAGEMUTILIZADO NA PESQUISA.168 xxv pgina ANEXO 3CURVAS GRANULOMTRICAS PORCENTAGEM QUE PASSA EM CADA UNA DAS PEINEIRAS. 169 ANEXO 4CARACTERIZAO DAS AMOSTRAS DE LODOE AGREGADO RECICLADO (MATRIZ CONCRETO E CERMICA)LAB. BIOAGRI.170 ANEXO 5CURVAS GRANULOMTRICAS PORCENTAGEM QUE PASSA NO DIMETRO DE PARTCULAS. 181 ANEXO 6 RESULTADOS DOS TIJOLOS CONFECCIONADOS COM AGREGADOS E LODO DA ETL184 ANEXO 7QUANTIDADES E PREOS DASMATRIAS-PRIMAS UTILIZADAS NA FABRICAODOS BLOCOS DE CONCRETO. QUANTIDADES E CUSTOS DOS BLOCO FABRICADOS COMMATERIAL RECICLADO.188 1 1. INTRODUO A crescente urbanizaodo municpio de Campinas, So Paulo (SP), nas ltimas dcadas, temincrementadoademandatantodenovasedificaesquantodereformasprediais,almde outrasobrascivisrelacionadasinfra-estruturaurbana.Odesenvolvimentodeatividadesdos setoressecundrioeterciriodaeconomia,acompanhadodesignificativocrescimento populacional,acarretouumacrscimonademandadeguapotvele,conseqentemente,da quantidade de resduos gerados nas Estaes de Tratamento de gua (ETAs), notadamente o lodo dos decantadores. Tais resduos, quando lanados diretamente no ambiente, causam significativos impactos, comprometendo ainda mais a qualidade da gua dos mananciais das bacias hidrogrficas emqueseinserem.Essecrescimentotambmtemacarretadoaproduodeumagrande quantidade de resduos slidos, entre eles, oentulho da construocivil e demolio, o qual vem sendolanadosistematicamentenoambiente,muitasvezesemreasinapropriadas,com conseqente degradao ambiental. A cidade est inserida na bacia hidrogrfica dos rios Piracicaba, Capivari e Jundia, que tm hojerestritadisponibilidadehdrica,consideradacrticaquantoaoatendimentodasmltiplas demandasexistentesefuturas.Almdisso,osmananciaissuperficiaisdaregioapresentam-se comqualidadecomprometidapelolanamentodeesgotodomsticoinnatura,guasresidurias industriais, resduos slidos e o escoamento superficial das reas rurais. ASociedadedeAbastecimentodeguaeSaneamentoS.A.SANASAempresade economiamista,criadaem1973paraprestarserviosdeabastecimentodeguaeesgotamento 2 sanitrionomunicpiodeCampinas,inaugurou,nosegundosemestrede2004,umaEstaode TratamentodeLodo(ETL)juntosETAs3e4,quetrataguadoRioAtibaiaerespondempor 75% da gua distribuda pelo sistema pblico em Campinas. OlododosdecantadoresdessasETAseradescartadoinnaturaatravsdesistemade drenagemdeguaspluviaisnacabeceiradoRibeirodosPires,contribuindocomapoluiodo Rio Atibaia. Atualmente, como resultado deste tratamento, gerada uma quantidade equivalente a 50 t/dia de lodo desaguado, com teor de slidosna faixa de 25%a 35%.O lodo transportado e disposto em aterro sanitrio privado localizado em Paulnia (SANASA, 2007). APrefeituraMunicipaldeCampinas(PMC)implantou,noanode2004,aUsinade ReciclagemdeMateriaisSoCaetano,ondesogeradosagregadosrecicladosdediferentes granulometrias, utilizados pela prpria Prefeitura em obras de manuteno da cidade. Em geral, o entulholanadoemencostas,podendoocasionardeslizamentos;embaixadas,juntoaredesde drenagemecanaisqueobstruemoescoamentodeguaspluviaiseprovocaminundaes.Sua disposioematerrossanitrios,emboramaisadequadasecomparadasformasanteriores, compete por espao com o resduo domiciliar. NoBrasil,oproblemadoatendimentosnecessidadesmnimasdehabitaoparaas camadas da populao de baixa renda no foi ainda solucionado, havendo uma demanda da ordem de 6 milhes de moradias destinadas a famlias com renda mensal inferior a cinco salrios mnimos (WATANABE,2000).Umadassoluesdesseproblemarequereriaaaplicaodetecnologias alternativas, que utilizem matrias-primas naturais, renovveis ou no, e tambm resduos slidos industriaiseurbanos,compatveiscomasituaosocioeconmicadoPas(CALMONetal., 1998).Emgeral,essesprogramasempasesemdesenvolvimentoprocuramadotaralternativas tecnolgicasdemenorcusto,regimesdeautoconstruooudeajudamtua,osquaisso efetivados por iniciativas do governo, contendo com a participao de associaes comunitrias. 3 SegundoCYBIS&DOSSANTOS(2001),aindstriadaconstruocivilcaracteriza-se peloelevadodesperdciodemateriais,entreoutros,ehojetrabalha-semuitonaprevenoda poluiocomganhoseconmicoseambientaisnaaplicaodasTcnicasdeProduoMais Limpas no setor. SegundoPINTO(1997),oaproveitamentodoentulhopelomesmosetorqueogera,a construocivil,facilitaareciclagem,contribuiparaminimizarosprejuzosdosdescartes irregularesemcursosdguaouviaspblicaseprolongaavidatildasreasdestinadassua deposio.Almdaviabilidadetecnolgicaedasvantagenssociaiseambientais,necessrio destacar a importncia da viabilidade econmica da reciclagem de entulho. Considerando o menor preo do agregado reciclado, possibilita-se a reduo doscustos das obras civis ea ampliao da ofertapblicademoradiaspopulares,almdeoutrosbenefciossociais,taiscomoageraode emprego e renda. ParaautorescomoPINTO(1997),ocustodoagregadorecicladoemumausinade Salvador-BA,comgastosnareciclagem,transportedomaterialeimpostos,foiestimadoem R$ 10,00 por tonelada, contra o preo mdio de R$ 20,00 por tonelada dos agregados naturais; em So Paulo, de acordo com a Prefeitura Municipal, na Usina de Itatinga, o custo, no primeiro ano de operao, foi de R$ 5,10 por tonelada e o preo para venda atingiu cerca de R$ 6,70 por tonelada. Segundo BRITO (1999) apud CARNEIRO (2001), o custo da reciclagem de entulho em So Paulo variava entre R$ 4,00 e R$ 6,00 por tonelada ou, aproximadamente, R$ 5,20 a R$ 7,80 por metro cbico, cerca de 67% do preo dos agregados naturais na regio. No presente estudo, pretendeu-se avaliar o aproveitamento conjunto do agregado reciclado mido, obtido da britagem do entulho, e lodo desaguado na ETL, tendo por premissa o conceito de desenvolvimentosustentvel,sendopropostaafabricaodeblocostipoconcreto.Estes produtosforamtestadossegundoasnormastcnicaspertinentesdaAssociaoBrasileirade Normas Tcnica - ABNT, tanto aquelas aplicveis aos elementos de alvenaria obtidos atravs das 4 tecnologias do concreto no que se refere s suas propriedades fsico-mecnicas, quanto quelas de resduos slidos, notadamente no que se refere s suas propriedades qumicas (Anexo 1). Naavaliaodaviabilidadeeconmica,paraumacontabilidademaisampla,isto,que incluacustosambientais,foramcotejados,entreoutros,itenstaiscomo:areduodecustoda matria-primaparaofabricantedeblocos,aeliminaodocustoreferentedisposiofinalem aterrosanitrioeareduodecustosindiretospertinentesaospassivosambientaisque representariam para a companhia de saneamento. 5 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral O objetivo geral da proposta foi o de avaliar a viabilidade tcnica,ambiental e econmica do uso conjunto de agregado reciclado mido (oriundo do processamento de entulho da construo civil e demolio) e o lodo desaguado de ETA (originrio do processo de coagulaofloculao-decantaonaETAedesaguadosnaETL)paraconfecodeelementosdealvenaria,tijolose blocos, tipo solo-cimento e tipo concreto. 2.2Objetivos Especficos Os objetivos especficos do estudo foram: -caracterizaodosmateriaisusadosnafabricaodoselementosdealvenariatiposolo-cimento e tipo concreto; - estabelecimento da proporo tima cimento: agregado: lodo: gua; - avaliao da viabilidade estrutural e ambiental; - avaliao da viabilidade econmica da proposta. 6 3. REVISO BIBLIOGRFICA 3.1Gesto de Resduos Slidos Urbanos Odesenvolvimentosustentvelfoiconcebidoparapermitirhumanidadeusufruiros recursosnaturaisatuaiasemcomprometerapossibilidadedequeasgeraesfuturastambm possam faz-lo (ONU, 1987). Com esta idia inicial, a adequada disposio dos resduos constitui umproblemaambientalquedeveserresolvido.Geralmente,odestinofinaldestessoosaterros sanitrios, o que no considerado atualmente, como sendo a melhor soluo. Segundo DIJKEMA et al. (2000), vem nascendo um novo paradigma para o gerenciamento: o conceito de resduo vem sendo redefinido no sentido de entend-lo como matria-prima de um novo processo. Um produto considerado resduo quando no tenha sido usado em todo seu potencial. Comestenovoconceito,poder-se-,porexemplo,nofuturo,eliminaraterrosoupassivos ambientaisqueconthammateriaispoluidoresparaosecossistemasecontribuircomsua conservao.Esteparadigmatrazconsigoaimplementaoeodesenvolvimentosustentvelde novastecnologias,umaintegralizaodosrecursoseumsistemadecisrioquedarsuportede informao para novas opes tecnolgicas e ambientais. Osprofissionaisdemeioambientepropemdiversasalternativasvisandoreduziras ameaas sobrevivncia da humanidade, buscando tornar vivel o desenvolvimento e interromper ociclocausalecumulativoentresubdesenvolvimento,condiesdepobrezaeproblemas 7 ambientais. A Agenda 21 constitui-se de um plano de ao para alcanar este desenvolvimento no mdioenolongoprazo,comobjetivos,atividades,instrumentosenecessidadesderecursos humanoseinstitucionais.Asbasesparaaobtenodemelhorescondiesambientaisso:o desenvolvimentocomsuasdimenseseconmicasesociais,aconservaoegerenciamentode recursos;osgrupossociaisnaorganizaoefortalecimentodasociedadee,finalmente,osmeios de implementao das iniciativas e projetos para a sua efetivao. Aproduomaislimpaumatcnicaquebuscaaminimizaodeusodeinsumos materiais,atravsdeaesentreoprocessoindustrialeomeioambiente.Avaliam-seas quantidades e tipos de matrias-primas utilizadas e a origem do desperdcio (resduos e emisses) ou da parcela sub-utilizada. Minimizando a quantidade de resduos, os custos de tratamento e disposio so menores; destaforma,diminue-seaquantidadedematria-primautilizadanaproduoedosinsumosde energianecessrios.Assim,reduzem-seaquantidadedematerialextradadomeioambientenas jazidas,oscustosnasindstriaseospassivoseimpactosambientais(ECOPROFIT,1998apud CYBIS&DOSSANTOS,2001).Estaspolticasdeproduomaislimpaintegramosobjetivos ambientaisaosdosprocessosprodutivos,propondoumcrescimentoeconmicosustentvel,com uma excelente proposta ambiental e constituendo-se um bom negcio para as indstrias. SegundoCYBIS&DOSSANTOS(2001),entreasindstriasemnvelmundial,a construocivilumadasmaisimportantes,acarretandograndesquantidadesdeperdasemseus processos.O uso dos resduos e desperdcios, prprios e de outras indstrias, torna-se um desafio para seus administradores, que tentam minimizar os custos de materiais e insumos a serem usados nosprojetos.ParaNGULOetal(2000),areciclagemderesduosfazempartedo Desenvolvimento Sustentvel na construo civil. 8 Estesresduosdeconstruoedemolio(RCD)representamvalorespertode60%do volumetotalderesduosgeradosnascidadesbrasileiras;segundoVALVERDE(2003)apud BUTTLER(2007),adisponibilidadedematrias-primasnaturaisestdeclinandopelafaltade planejamento,pelomauusodossolos,peladeficincianoordenamentoepelosproblemas ambientais. Em 2004, entrou em vigor a Resoluo No 307 do CONAMA (Brasil, 2002), tratando da regulao para o gerenciamento e deposio dos resduos de construo. 3.2Caractersticas dos Resduos 3.2.1O Lodo de ETA Origem, Composio e Classificao. ParaKNOCKEetal.,(1987)apudWU&HUANG(1997),YUZHU(1996)eRICHTER (2001), as caractersticas do lodo dependem dos processos e dos tipos de produtos qumicos usados notratamento;aporcentagemremovidaencontra-senafaixade0,2%a5%dovolumetotalde gua tratada nos decantadores. Deve-se incluir, tambm, a parcela de gua de lavagem dos filtros, aqual,dependendodoprocesso,correspondea5%a10%dovolumetotaltratado.Ovolumede lodoprovenientedosdecantadoresnaETAvariade60%a95%dototalderesduosgeradosea guadelavagemdosfiltros,5%a40%.Estescontmsaisdealumnioouferro,usadosna coagulaoqumica,sendoohidrxidoresultanteseuprincipalconstituinte;soconsiderados fluidos tixotrpicos (no-newtonianos), gelatinosos em repouso e lquidos em movimento; devido ao teor de gua de hidratao presa nos flocos seu desaguamento se mostra dificultoso. Geralmente,asETAsnoBrasilusamosistemadetratamentoconvencional(Fig.1),que empregaacoagulaoqumica,sejacomsaisdealumniooudeferro.Dependendodaqualidade 9 daguabrutacaptadaparatratamento,soadicionadosoutroselementos,taiscomoocarvo ativado, agentes oxidantes e polmeros auxiliares de coagulao (REALI, 1999). Geralmente,oslodossoformadosporareia,argila,silte,produtosqumicosusadosna coagulao, substnciashmicas e organismos, tais como bactrias, vrus, algas, entre outros. No casodelanamentosnoscrregosourios,estasimpurezaspodemprovocarelevaodaDQO, inibio da atividade biolgica, mudanas de cor e turbidez e aumento da concentrao de slidos docorporeceptor,almdeinfluirnegativamenteemreasdecriaoedesovadepeixes (BARBOSAetal.,2001).Naausnciadeumacontaminaosignificativadaguabruta, apresenta-seumlodocomfraoorgnicapequena,bastanteestvelenoputrescvel;para perodos de chuvas, o teor de matria orgnica se eleva (DI BERNARDO, 1999; GRANDIN et al., 1993). FIGURA 1 : ESQUEMA DE UMA ETA CONVENCIONAL. Fonte: FEC-UNICAMP http://www.fec.unicamp.br/bibdta/eta.html Gerao de Lodo nos decantadores Sada de Lodo Fonte de Poluio gua Bruta gua Tratada Filtros 10 DeacordocomAWWA(2001),olodopossuicaractersticassimilaresaossolos.Essas podemvariaremfunodaqualidadedaguadomanancialedatecnologiausadanotratamento (SARON & LEITE, 2001). ParaSILVAetal.(2000)apudPORTELAetal.(2003),noslodos,oteordeslidos depende dos produtos qumicos utilizados no processo de tratamento. CORDEIRO (1999) indicou que,almdosparmetrostradicionaisdosaneamento,paraacaracterizaodolododeETA, devem ser considerados tambm a concentrao, o tipo e o tamanho das partculas. Para GARCS et al. (1996), YUZHU (1996), REALI (1999) e BARBOSA et al., (2001), o volume de lodo representa de 6% a 25% do volume de gua tratada. O teor de slidos do lodo dos decantadoresapresentavaloresnafaixade0,1%a4,0%(sendo1,0%ovalormaisencontrado), dependendodosistemaderemoodelodoutilizado.Aguadelavagemdosfiltrostemuma variao na faixa de 0,01% a 0,1%. AsTabelas1e2mostramascaractersticasdoslodosestudadosporBARBOSAetal. (2001) de duas ETAs no Estado de So Paulo; a ETA-1, em Araraquara,na qual se usa o cloreto frricocomocoagulanteeaETA-2,emSoCarlos,naqualseusaosulfatodealumnio.No perodochuvoso,pode-seobservarqueaguabrutaapresentoumaioresvaloresnosteoresdos parmetrosavaliados,taiscomoconcentraesdeslidos.OAl,FeeMntiveramsuas concentraes elevadas neste perodo de chuvas em relao ao de estiagem, devido ao aumento da dosagem de coagulantes usados. Noestudo,verificou-sequeolododeETAapresentouindciosdetoxicidadeagudaaos organismos-teste.Elestambmcausaramtoxicidadecrnica,oquecausavaprejuzosbiota aquticaedegradaodaqualidadedasguasedosedimento.Osprincipaisparmetrosque aumentavamadegradaodoscorposreceptoreseram:aaltaturbidezeaDQO,agrande quantidadedeslidos,aelevadacargadenutrientes(NeP)eapresenaconsiderveldemetais 11 comoAl,MneFe.Outrasfontesdetoxicidadepodemserospolmerossintticoscomerciais usados como auxiliares de coagulao, j que muitos monmeros apresentam toxicidade. Na Tabela 3 mostram-se as caractersticas dos lodos da ETA Alto Cotia, SP, que usa sulfato de alumnio como coagulante, estudados por CHAO (2006). CHAO(2006),tambm,mostrouascaractersticasdoslodosavaliadaspordiferentes autores, como CORDEIRO (1999), BARBOSA et al (2001) e ANDRADE (2005), onde foi usado nos processos sulfato de alumnio como coagulante. A Tabela 4 apresenta as caractersticas fsicas e qumicas dos lodos avaliados. TABELA1-CARACTERSTICASFSICASEQUMICASDOSLODOSDAS ETA-1 E ETA-2 A- COLETADAS NO PERODO CHUVOSO. Parmetro/Unidade LodoETA-1 ETA-2 pH 10,6 9,8 Condutividade - S/cm 168,0 59,0 Turbidez - uT 4.500 71.300 Oxignio dissolvido - mg/L 5,7 8,3 Temperatura - o C 24,7 22,9 Slidos totais - mg/L 5.074 52.345 Slidos totais fixos - mg/L 3.878 39.075 Slidos totais volteis - mg/L 1.196 13.270 Slidos suspensos -mg/L 4.600 50.920 Slidos suspensos fixos - mg/L 3.960 39.910 Slidos suspensos volteis - mg/L640 11.010 Slidos sedimentveis - mL/L 825 700 DQO - mg/L 558 20.500 Dureza - mg CaCO3/L* 81,32 68,48 Nitrognio total - mg/L*1,15 19, 90 Fsforo total - mg/L* 33,30 75,22 12 B- COLETADAS NO PERODO SECO. Parmetro/unidade Lodo -ETA-1 ETA-2 pH 6,8 6,2 Condutividade - S/cm 154,7 166,0 Turbidez - uT 897 49.200 Oxignio dissolvido - mg/L 6,3 6,0 Temperatura - o C 19,2 21,5 Slidos totais - mg/L 2.132 29.595 Slidos totais fixos - mg/L 1.510 22.207 Slidos totais volteis - mg/L 622 7.388 Slidos suspensos -mg/L 2.110 14.633 Slidos suspensos fixos - mg/L 1.790 11.033 Slidos suspensos volteis - mg/L320 3.600 Slidos sedimentveis - mL/L 730 850 DQO - mg/L 238 11.380 Dureza - mg CaCO3/L* 54,08 93,60 Nitrognio total - mg/L* 0,17 6,90 Fsforo total - mg/L* 51,86 54,06 (*) Medidas feitas do sobrenadante do lodo Fonte:BARBOSA et al. (2001). TABELA 2 - VALORES DA CONCENTRAO DE METAIS (mg/kg)NOS LODOS DAS ETAS ETA-1 E ETA-2 NOS PERODOS CHUVOSO E SECO. lodo Perodo Metais (mg/kg)ZnPb CdNiFe MnCu Cr Al ETA-1 chuvoso 31,548,0ND 78,0299.500,0 910,034,042,0 95.773,0 ETA-2 chuvoso 64,056,0ND 50,0130.500,0 1485,070,034,5 71.769,0 ETA-1 seco 39,546,0 ND 50,0124.000,0 1265,057,034,0146.224,0 ETA-2 seco 29,075,0ND 79,5392.500,01415,0 24,038,557.730,0 OBS: ND = no detectado. Fonte:BARBOSA et al. (2001). 13 TABELA3-CARACTERSTICASFSICASEQUMICASNAETAALTO COTIA, SP. Parmetro/Unidade LodoValorpH 5,8 a 6,1 Slidos totais - mg/L 1114a 25826 Fsforo total - mgP/L* 2,1 a 20,2 Fsforo solvel- mgP/L* 0,01 a 6,0 Alumnio - mgAl/kg63689 a 95541 Cdmio- mgCd/L0,01 a 0,02 Chumbo mgPb/L1/16mme