RAQUEL LUSA PEREIRA CARNIN

REAPROVEITAMENTO DO RESDUO DE AREIA VERDE DE FUNDIO COMO AGREGADO EM MISTURAS ASFLTICAS

CURITIBA

2008

Tese apresentada ao Curso de Ps Graduao em Qumica, Setor de Cincias Exatas, Departamento de Qumica, Universidade Federal do Paran, como requisito parcial obteno do grau de doutora.

ORIENTADOR: Prof. Dr. Carlos Jorge da Cunha

II

TERMO DE APROVAO

Curitiba, 25 de Janeiro de 2008.

III

Na natureza nada se perde, tudo se transforma.

[Lavoisier, 1789].

IV

Ao meu amado filho Felipe cujo futuro depende de um mundo mais justo e ambientalmente sustentvel.

V

AGRADECIMENTOS

Agradeo a DEUS a oportunidade de ter encontrado anjos amigos que surgiram na minha vida apoiando-me e dando a mo. Agradeo tambm ter encontrado em meu caminho pessoas que me emprestaram os seus ouvidos em alguns momentos e me falaram o que eu precisava ouvir e acalmaram meu corao... Que os anjos os iluminem queridos amigos...

Aos meus familiares, pelo apoio e incentivo no decorrer de toda a minha vida acadmica, em especial a minha me, que sempre acreditou no estudo como a forma mais digna de se obter um futuro prspero.

Ao meu marido Moacir que continua a dedicar parte de sua vida aos meus estresses, tristezas e alegrias, ao meu trabalho e aos meus sonhos. E ao meu filho Felipe que o puro amor da minha alma.

Aos amigos da Misso Operria Pedro e Paulo (MOPP) em especial a Jomar, Cludio e Elias que me mostraram um exemplo de vida a seguir.

A Tupy S.A., por investir na pesquisa e acreditar no meu trabalho. Aos colegas de trabalho, em especial equipe do Laboratrio da Tupy pelo grandioso auxlio no desenvolvimento deste estudo: meus eternos agradecimentos.

Ao meu orientador e amigo, professor Dr. Carlos Jorge da Cunha pelo constante incentivo, sempre indicando a direo a ser tomada nos momentos de maior dificuldade, interlocutor interessado em participar de minhas inquietaes, co-autor em vrios trechos. Agradeo, principalmente, pela confiana, mais uma vez depositada, no meu trabalho de doutorado.

queles profissionais da UFPR que tambm participaram na orientao deste estudo: professor Dr. Antnio S. Mangrich, pela ateno e carinho demonstrados, por mais uma amizade a longa distncia conquistada. Aos professores: Dr. Patrcio P. Zamora e Dra. Sueli Maria Drechsel, pelas sugestes de alguns dados.

Ao Centro de Microscopia Eletrnica da UFPR pela colaborao nos estudos da microestrutura e morfologia dos materiais e a algumas pessoas com quem diretamente trabalhei e muito aprendi: professor Dr. Ney Matoso, Vera Regina, Srgio e Rosngela.

As minhas amigas Fernanda Machado Martins e Elisete Guimares que me auxiliaram nas tcnicas de Difratometria de raios-X e Espectropia na regio do Infravermelho.

Ao Instituto Militar de Engenharia IME, em especial ao amigo Cel Paulo Roberto Dias Morales - a sua energia e entusiasmo pela cincia e pela vida foram contagiantes e decisivos

VI

em superar os problemas que foram surgindo. O que aprendi durante esses quatro anos de pesquisa de doutorado constitui uma experincia do ponto de vista cientfico, tcnico e humano. Tambm devo meus agradecimentos ao Cel lvaro Vieira e ao Eng. Clauber da Costa pela realizao dos ensaios do trecho experimental. Ao amigo Paulo Galarca pelas palavras de incentivo durante a realizao deste trabalho.

Ipiranga Asfaltos, em especial aos amigos Humberto, Emerson e Marcos pelo apoio tcnico, respeito e confiana no meu trabalho: vocs sempre tero minha eterna gratido.

Rudnick Minrios Ltda, em especial ao amigo Edson por acreditar na minha pesquisa de doutorado.

UDESC, em especial amiga e professora Claudia Pirath pelo carinho, incentivo, respeito e companheirismo: sei que tenho muito a aprender com voc. professora Marilena Valladares do Departamento de Materiais da UDESC pelas explicaes e sugestes ao trabalho e por permitir realizar as anlises de difrao de raios-x e trmica. grande amiga e companheira Rbia Raquel Luvizo por me acompanhar nesta jornada. Snia Prim por me auxiliar em algumas anlises.

FAGOR EDERLAN por participar do estudo do trecho experimental, em especial ao Reginaldo Afonso Lopes, pelas explicaes e principalmente pela ateno voltada esta pesquisa.

EPAGRI pelas explicaes nos estudos de solos de Santa Catarina, em especial ao Engenheiro Gilmar, Hugo Gosmann e ao Dr. Jos ngelo Rebelo.

CETESB, em especial ao Adilson Rossini, Ednea, Ctia e Gabriela pelas sugestes e pelo grande apoio. Ao Dr. Elton Gloeden por participar da Comisso Examinadora como suplente.

Ao IBAMA de Braslia, em especial Rita Alves Silva e Sandra Ceclia Miano pelo incentivo pesquisa e principalmente pela confiana em meu trabalho.

Agradeo aos colegas de trabalho da Tupy que, direta ou indiretamente contriburam e contribuem para que coisas grandiosas aconteam nas nossas vidas.

E, a todos que me motivaram, para que minha fragilidade humana no me fizesse desistir, meu muito obrigado.

VII

PREFCIO

A busca de novos materiais para uso na rea de pavimentao encontra, na natureza, um enorme elenco de possibilidades e alternativas que, na maioria das vezes, atende a parte tcnica, mas deixa de atender aos aspectos ligados viabilidade econmica, social e/ou ambiental.

Por outro lado, comum aparecerem barreiras s novas idias, principalmente, quando contemplam o uso de materiais com forte apelo ambiental, seja por questes de pontos de vista arraigados a antigos preconceitos ou por existir embasamento tcnico que apresenta prescritivamente, as variveis, cuja anlise e resultados condenam tecnicamente a inteno desejada.

Quando os materiais so originados como refugos da linha de montagem industrial, mais aumenta a preocupao e a se enquadram tanto ambientalistas como tambm os tcnicos da rea de pavimentao, questionando todo tipo de resultado, numa flagrante resistncia ao novo.

Logicamente que existem tambm os casos de interesses econmicos que algumas vezes prejudicam o nascimento de novos produtos, processos e servios que possam colocar seus negcios em risco.

A tese de doutorado de Raquel Lusa Pereira Carnin, intitulada Reaproveitamento do Resduo de Areia Verde de Fundio como Agregado em Misturas Asflticas, orientada com muita competncia e propriedade pelo Prof. Dr. Carlos Jorge da Cunha, vence todas estas barreiras e apresenta um resultado que abre as portas para uma inmera quantidade de indstrias, em todo o territrio nacional, resolverem seus problemas relativos estocagem de resduos em seus ptios que, de forma sustentvel, podem ser reaproveitados por intermdio de um Gerenciamento de resduos industriais, integrando a participao das prprias indstrias, com universidades, rgos ambientais e sociedade em geral, possibilitando sua utilizao em pavimentos asflticos, em rodovias prximas dessas indstrias, beneficiando a infra-estrutura de transportes do pas.

Este trabalho apresenta de forma didtica, metodologicamente correta e com forte embasamento tcnico e normativo um contedo que cria um novo paradigma que a viabilidade do uso de resduos industriais para fins de pavimentao asfltica, abrindo um potencial para um desenvolvimento sustentvel efetivo em todas as regies do pas.

VIII

Destaca-se no trabalho o cuidado em mostrar uma enorme quantidade de ensaios laboratoriais que do a certeza matemtica, estatisticamente comprovada, de que os materiais oriundos de Resduos de Areia Verde de Fundio (RAVF) no apresentam riscos ao meio ambiente.

Sob o ponto de vista tcnico e normativo as misturas asflticas contendo RAVF apresentaram propriedades adequadas para a camada de revestimento asfltico, no que diz respeito aos parmetros obtidos no ensaio Marshall, resistncia trao e mdulo de resilincia.

Por tudo isto que recomendo que outros tcnicos, pesquisadores, ambientalistas entre outros, sigam o exemplo da Raquel que, com esta tese de doutorado elaborada com rigor tcnico, abrangncia normativa e acima de tudo com a extrema dedicao e entusiasmo, possam dar continuidade ao assunto, complementando seu contedo, conforme recomendado pela prpria autora, para que haja a criao de uma nova cultura no emprego de RAVF na pavimentao asfltica das rodovias de nosso pas.

Cel Paulo Roberto Dias Morales

Secretrio Executivo do CENTRAN (Centro de Excelncia em Engenharia de Transportes)

IX

SUMRIO

AGRADECIMENTOS V PREFCIO VII LISTAGEM DAS TABELAS XIII LISTAGEM DAS FIGURAS XV

LISTA DE SIGLAS XVIII RESUMO XX

ABSTRACT XXI CAPTULO 1 1 1.1. Consideraes Gerais ......................................................................................................1 1.2. Objetivos da Tese ............................................................................................................3

1.2.1. Objetivo geral ............................................................................................................3 1.2.2. Objetivos especficos.................................................................................................3

CAPTULO 2 4 REVISO DA LITERATURA 4 2.1. OS COMPONENTES E OS PROCESSOS DA FUNDIO ........................................4

2.1.1. Areia ..........................................................................................................................4

2.1.2. Bentonitas ..................................................................................................................6 2.1.3. P de carvo ..............................................................................................................9 2.1.4. gua ........................................................................................................................10

2.2. O PROCESSO DE FUNDIO ...................................................................................11 2.2.1. As definies dos processos aplicados na fundio ................................................11 2.2.2. Preparao de areias ................................................................................................13

2.3. A PROBLEMTICA DOS RESDUOS DE FUNDIO...........................................15 2.3.1. Reaproveitamento do RAVF ...................................................................................17 2.3.2. Proposta de Preparo e Armazenamento do RAVF ..................................................18

2.4. NORMAS DE COLETA E CLASSIFICAO DOS RESDUOS INDUSTRIAIS ...20 2.4.1. Normas da Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT ...........................20 2.4.2. Normatizao da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de So Paulo (CETESB)........................................................................................21 2.4.3. Normas SW-846 (Solid Waste) ...............................................................................21 2.4.4. Ensaio de toxicidade................................................................................................22

2.5. PAVIMENTAO ASFLTICA ................................................................................23

X

2.5.1. Ligantes asflticos ...................................................................................................23 2.5.2. Composio qumica ...............................................................................................23 2.5.3. Propriedades fsicas .................................................................................................24

2.6. AGREGADOS ..............................................................................................................25 2.6.1. Classificao............................................................................................................25 2.6.2. Propriedades qumicas dos agregados .....................................................................26 2.6.3. Propriedades mineralgicas.....................................................................................27 2.6.4. Interao do CAP e agregado ..................................................................................27

2.7. CONCRETO ASFLTICO USINADO A QUENTE CAUQ ...................................28 2.7.1. Constituio da Mistura...........................................................................................29 2.7.2. Parmetros Importantes ...........................................................................................29 2.7.3. Dosagem do CAUQ.................................................................................................31 2.7.4. Mtodo Marshall .....................................................................................................32 2.7.5. Resistncia trao .................................................................................................33

2.8. MDULO DE RESILINCIA......................................................................................33 CAPTULO 3 36 MATERIAIS E MTODOS 36 3.1. COLETA DAS AMOSTRAS........................................................................................36

3.1.1. Caracterizao dos materiais ...................................................................................36 3.1.2. Composio Elementar por Fluorescncia de Raios-X ...........................................38 3.1.3 Composio mineralgica por difrao de Raios-X.................................................38 3.1.4. Separao das matrias-primas constituintes da AVF e RAVF ..............................39 3.1.5. Determinao do consumo de cido de bentonitas, AVF e RAVF .........................39

3.2. ANLISES DE INTERESSE AMBIENTAL E TOXICOLGICA ............................40 3.2.1. Ensaio de Lixiviao (NBR 10.005) .......................................................................40 3.2.2. Ensaio de Solubilizao (NBR 10.006)...................................................................40 3.2.3. Ensaio de Toxicidade (Daphnia magna) .................................................................41 3.2.4. Ensaio do Lixiviado e Lixiviado Neutro (CETESB N152/2007) ..........................42 3.2.5. Anlise da gua de abastecimento pblico ..............................................................46 3.2.6. Anlise trmica ........................................................................................................46 3.2.7. Espectros de infravermelho .....................................................................................46 3.2.8. Anlise microestrutural por microscopia eletrnica de varredura (MEV) ..............47

3.3. CARACTERIZAO DO CAP-20..............................................................................48 3.3.1. Cromatografia de camada delgada ..........................................................................48

XI

3.3.2. Ensaio de penetrao ...............................................................................................48 3.3.3. Ensaio de ponto de amolecimento ...........................................................................49 3.3.4. Ensaio de durabilidade ............................................................................................49 3.3.5. Ensaio de ductilidade...............................................................................................50 3.3.6. ndice de susceptibilidade trmica...........................................................................50 3.3.7. Ensaios de viscosidade ............................................................................................51 3.3.8. Projeto das misturas asflticas.................................................................................52 3.3.9. Ensaio Marshall .......................................................................................................53

3.4. TRECHO EXPERIMENTAL .......................................................................................58 3.4.1. A execuo do projeto .............................................................................................59 3.4.2. Controle tecnolgico na execuo...........................................................................60

CAPTULO 4 64 RESULTADOS E DISCUSSES 64 4.1. ANLISE ELEMENTAR POR FRX ...........................................................................64

4.1.1. Anlise elementar por FRX das matrias-primas constituintes da AVF.................64 4.1.2. Anlise elementar por FRX do RAVF Estudo estatstico ....................................65 4.1.3. Anlise Elementar por FRX dos Agregados Utilizados no CAUQ.........................67

4.2. CARACTERIZAO MINERALGICA POR DRX.................................................68 4.2.1. Caracterizao mineralgica por DRX das bentonitas, p de carvo, AVF e RAVF. ...............................................................................................................................68 4.2.2. Caracterizao mineralgica por DRX dos componentes do RAVF fracionados...69

4.3. ANLISE TRMICA ...................................................................................................70 4.4. ANLISE DE INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURIER

(FTIR)................................................................................................................................76 4.4.1. Anlise de infravermelho das matrias-primas constituintes do RAVF e da areia convencional......................................................................................................................76 4.4.2. Caracterizao da Morfologia das Matrias-primas da AVF da Linha EII e do RAVF ................................................................................................................................76

4.5. CONSUMO DE CIDO DE BENTONITAS, AVF E RAVF......................................79 4.6. CARACTERIZAO DO LIGANTE ASFLTICO...................................................80 4.7. ANLISE GRANULOMTRICA................................................................................84 4.8. MISTURAS ASFLTICAS (DOSAGEM MARSHALL) ...........................................87

4.8.1. Misturas asflticas com adio de cal (Dosagem Marshall)....................................88 4.8.2. Caracterizao da microestrutura do CAUQ...........................................................90

XII

4.8.3. Caracterizao da interface do RAVF, areia convencional e areia lavada com CAP-20 ..............................................................................................................................92

4.9. CARACTERIZAO DE INTERESSE AMBIENTAL E TOXICOLGICA ...........93 4.9.1. Ensaio de lixiviao e solubilizao........................................................................94 4.9.2. Anlise da gua de abastecimento pblico ..............................................................97 4.9.3. Anlise de interesse ambiental dos corpos-de-prova envelhecidos.........................99 4.9.4. Ensaio do Lixiviado e Lixiviado Neutro (CETESB).............................................100 4.9.5. Ensaio de Toxicidade (Vibrio fischeri)..................................................................100 4.9.6. Ensaio de Toxicidade (Daphnia magna) ...............................................................103

4.10. TRECHO EXPERIMENTAL ...................................................................................103

4.10.1. Caracterizao dos agregados utilizados no trecho experimental .......................104 4.10.2. Dosagem do CAUQ em laboratrio ....................................................................105 4.10.3. Caracterizao do ligante asfltico utilizado no trecho experimental .................107 4.10.4. Elaborao da dosagem em laboratrio...............................................................107 4.10.5. Resistncia trao .............................................................................................108 4.10.6. Mdulo de resilincia ..........................................................................................109 4.10.7. Estudo de interesse ambiental do trecho experimental........................................111 4.10.8. Adio de RAVF nas misturas asflticas do trecho experimental.......................112 4.10.9. Anlise do percolado do trecho ...........................................................................115 4.10.10. Microestrutura do corpo-de-prova extrado do trecho.......................................119

CAPTULO 5 121 CONSIDERAES FINAIS 121 5.1. CONCLUSES...........................................................................................................122 5.2. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS.......................................................123 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 124

XIII

LISTAGEM DAS TABELAS

Tabela 1. Classificao dos resduos (NBR 10.004, 2004). 16 Tabela 2. Mdulos de resilincia e resistncia de misturas estudadas no Brasil (BERNUCCI et al, 2007). 35 Tabela 3. Local da realizao das analises da pesquisa. 37 Tabela 4. Coleta de RAVF da Linha EII. 38 Tabela 5. Tcnicas analticas utilizadas nos ensaios de lixiviao e solubilizao. 41 Tabela 6. Demonstrativo dos segmentos para estudo do RAVF como agregado em pavimentao realizado em Extrema-MG. 60 Tabela 7. Anlises elementares por FRX da areia nova, p de carvo, bentonita natural, bentonita ativada e da AVF. 65 Tabela 8. Anlises elementares por FRX de amostras de RAVF da Linha EII. 66 Tabela 9. Anlises elementares por FRX de amostras de agregados da Rudnick utilizados nos revestimentos asflticos. 67 Tabela 10. Caracterizao do Ligante Asfltico da REPLAN. 82 Tabela 11. Anlise granulomtrica do RAVF. 84 Tabela 12. Composio Granulomtrica para o CAUQ. 85 Tabela 13. Comparao dos Resultados da Composio Granulomtrica da Mistura. 86 Tabela 14. Resultados da dosagem Marshall. 87 Tabela 15. Resultados do Trao do CAUQ com os Teores de 5, 10 e 15% de RAVF e 1; 1,5 e 2% de Cal. 89 Tabela 16. Resultados do Trao do CAUQ com os Teores de 5, 10 e 15% de Areia Convencional e 1; 1,5 e 2% de Cal. 89 Tabela 17. Parmetros qumicos no lixiviado, solubilizado do RAVF pela NBR 10.004 (2004). 95 Tabela 18. Comparativo dos Cinco Parmetros Crticos do Solubilizado das Matrias-primas Constituintes da Areia Verde de Fundio - AVF. 96 Tabela 19. Comparativo dos Cinco Parmetros Crticos do Solubilizado da Areia Convencional, do CAP-20 e de Dois Corpos-de-prova com e sem RAVF. 96 Tabela 20. Comparativo dos Cinco Parmetros Crticos do Solubilizado de Sete Solos de Bairros de Joinville. 96 Tabela 21. Comparativo do Solubilizado da Fundio X. 98 Tabela 22. Comparativo dos Cinco Parmetros Crticos do Solubilizado dos Corpos-de-prova Envelhecidos. 100

Tabela 23. Resultados Lixiviado do RAVF CETESB N152/2007. 101

Tabela 24. Resultados lixiviado neutro do RAVF CETESB N152/2007. 102

XIV

Tabela 25. Resultados do ensaio de toxicidade aguda com Daphnia magna. 103 Tabela 26. Anlise granulomtrica dos agregados. 105 Tabela 27. Composio Granulomtrica do CAUQ TUPY e FAGOR. 106 Tabela 28. Caractersticas das Misturas Obtidas por (COSTA, 2007). 108 Tabela 29. Resistncia trao (RT) obtidas por COSTA (2007). 108 Tabela 30. Resultados do mdulo de resilincia (MR) das misturas obtidas por COSTA (2007). 110 Tabela 31. Mdia dos MR e RT dos corpos-de-prova do trecho experimental e do laboratrio obtidas por COSTA (2007). 111 Tabela 32. Parmetros qumicos no lixiviado e solubilizado do RAVF da FAGOR pela NBR 10.004 de 2004. 112 Tabela 33. Parmetros qumicos no lixiviado e solubilizado da amostra de CAUQ com 10% de RAVF da TUPY pela NBR 10.004 (2004). 114 Tabela 34. Parmetros qumicos no lixiviado e solubilizado da amostra de CAUQ com 10% de RAVF da FAGOR pela NBR 10.004 (2004). 115 Tabela 35. Parmetros qumicos no lixiviado e solubilizado do percolado do trecho CAUQ com 10% de RAVF da TUPY pela NBR 10.004 (2004). 117 Tabela 36. Parmetros qumicos no lixiviado e solubilizado do percolado do trecho CAUQ com 10% de RAVF da FAGOR pela NBR 10.004 (2004). 118 Tabela 37. Parmetros qumicos no lixiviado e solubilizado do percolado do trecho CAUQ com 10% de areia convencional pela NBR 10.004 (2004). 119

XV

LISTAGEM DAS FIGURAS

Figura 1. Instalaes de beneficiamento da areia utilizada no processo de fundio (FERREIRA, et al, 2003). 5 Figura 2. Comparativo do resultado do processo de beneficiamento da areia (PEREIRA, 2005). 5 Figura 3. Modelo estrutural da montmorilonita (http://www.webmineral.com/data/Montmorillonite.shtml). 7 Figura 4. Esquema da ativao da bentonita clcica (LUZ, 2002). 9 Figura 5. O vazamento do metal no molde. 11 Figura 6. Etapas do processo de fundio e a gerao do RAVF. 14 Figura 7. O aspecto fsico da AVF na correia transportadora para o processo de moldagem (PEREIRA, 2005). 14 Figura 8. Matrias-primas da AVF (PEREIRA, 2005). 15 Figura 9. O misturador das matrias-primas constituintes da AVF (PEREIRA, 2005). 15 Figura 10. Fluxograma de preparao de RAVF para uso em misturas asflticas BONIN, 1995 (adaptado). 19 Figura 11. Estruturas qumicas tpicas do asfalteno, onde R representa as cadeias de carbonos alifticos e aromticos. 24 Figura 12. Constituintes da mistura de CAUQ. 29 Figura 13. Volume para misturas asflticas (BERNUCCI et al, 2007). 31 Figura 14. Esquema bsico das leituras inicial e final de penetrao da agulha (MARQUES, 2007). 49 Figura 15. Materiais utilizados na elaborao do CAUQ preparado em laboratrio. 53 Figura 16. Ilustrao do local onde foi construdo o trecho experimental. 59 Figura 17. Localizao da cidade de Extrema- MG. 59 Figura 18. Ilustrao a seo realizada para o pavimento na pesquisa comparativa realizada em Extrema-MG. 60 Figura 19. Sonda rotativa para extrao dos corpos-de-prova do trecho experimental em Extrema-MG. 62 Figura 20. Corpo-de-prova do trecho experimental em Extrema-MG. 62 Figura 21. Sistema de captao dgua aplicado na pista experimental em Extrema-MG. 63 Figura 22. Difratogramas de Raios-X de p realizados nas amostras de AVF, RAVF e bentonitas ativada e natural. 69 Figura 23. Difratograma de Raios-X de p realizado na amostra na frao fina do RAVF. 70 Figura 24. Anlise trmica diferencial (DTA) e termogravimtrica (TG) da bentonita em atmosfera de ar. 72

XVI

Figura 25. Anlise trmica diferencial (DTA) e termogravimtrica (TG) da bentonita em atmosfera inerte. 72

Figura 26. Anlise trmica diferencial (DTA) e termogravimtrica (TG) do p de carvo em atmosfera de ar. 73 Figura 27. Anlise trmica diferencial (DTA) e termogravimtrica (TG) do p de carvo em atmosfera inerte. 73 Figura 28. Anlise trmica diferencial (DTA) e termogravimtrica (TG) da AVF em atmosfera de ar. 74 Figura 29. Anlise trmica diferencial (DTA) e termogravimtrica (TG) da AVF em atmosfera inerte. 74

Figura 30. Anlise trmica diferencial (DTA) e termogravimtrica (TG) do RAVF em atmosfera de ar. 75 Figura 31. Anlise trmica diferencial (DTA) e termogravimtrica (TG) do RAVF em atmosfera inerte. 75 Figura 32. Espectros FTIR das amostras de AVF, RAVF e matrias-primas obtidos em pastilha de KBr. 77 Figura 33. A morfologia da areia no (a) lavada e areia lavada (b). 77 Figura 34. Morfologia da bentonita natural (a) e bentonita ativada (b). 78 Figura 35. Morfologia do p de carvo (a) e do RAVF (b). 78 Figura 36. Consumo cido da Bentonita Natural e Ativada, da AVF e do RAVF. 79 Figura 37. Anlise de Infravermelho do CAP-20 da Ipiranga Asfaltos. 83 Figura 38. Anlise de Infravermelho Tpico do CAP usado nos EUA (SHRP,1993). 83 Figura 39. Anlise Granulomtrica do RAVF. 84 Figura 40. Anlise granulomtrica para o CAUQ. 86 Figura 41. Tolerncia do trao Faixa C DNIT da Mistura do CAUQ. 87 Figura 42. Micrografia referente a presena de microfissuras (a) e a interface entre o agregado e o ligante (b) do material com 0% de RAVF. 90 Figura 43. Micrografia do material com 5% de RAVF e micrografia da interface entre o agregado e o ligante (b). 91 Figura 44. Microestrutura do material (a) e a interface entre o agregado e o ligante do material (b), ambos com 10% de RAVF. 91 Figura 45. Micrografia do material (a) e os defeitos na interface entre o agregado e o ligante do material (b) com 15% de RAVF. 91 Figuras 46. Micrografias ilustrando a bentonita e o p de carvo que recobrem o grnulo do RAVF. 92 Figura 47. Micrografias ampliadas mostrando a bentonita e o p de carvo que recobrem o grnulo do RAVF. 92

XVII

Figura 48a. Micrografias do grnulo da areia convencional. 93 Figura 48b. Micrografias do grnulo da areia lavada. 93 Figura 49a,b. Aspecto do material obtido da gua de abastecimento. 99 Figura 49c. Difratograma do material obtido da gua de abastecimento. 99 Figura 50. Enquadramento da mistura com RAVF Tupy na Faixa C DNIT. 106 Figura 51. Enquadramento da mistura com RAVF Fagor na faixa C DNIT. 107 Figura 52. Resistncia trao (RT) das misturas de CAUQ. 109 Figura 53. Micrografia mostrando a interface entre o agregado e o ligante do material do trecho experimental com 10% de RAVF (a) e a interface entre o agregado e o ligante do material com areia de pavimentao(b) 120

XVIII

LISTA DE SIGLAS

AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials. ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas ASTM - American Society for Testing and Materials AVF - Areia Verde de Fundio BES - Eltrons Retroespalhados C.A.U.Q. - Concreto Asfltico Usinado a Quente CAP - Cimento Asfltico de Petrleo DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DIN - Deutsches Institut fur Normung

DNIT - Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes DQUI - Departamento de Qumica DRX - Difrao de Raios-X DTA - Anlise Trmica Diferencial

ECA - Efeito do Calor e do Ar EDX - Espectrmetro de Fluorescncia de Raios-X por Energia Dispersiva EPAGRI - Empresa de Pesquisas Agropecurias de Santa Catarina FRX - Fluorescncia de Raios-X FTIR - Fourier Transform Infrared Spectroscopy IBP - Instituto Brasileiro de Petrleo IME - Instituto Militar de Engenharia IPR - Instituto de Pesquisas Rodovirias ISO - International Organization for Standardization JCPDS - Joint Committee of Powder Diffraction Standards LQ - Limite de Quantificao LVDT - Linear Variable Differential Transformer MEV - Microscpio Eletrnico de Varredura MR - Mdulo de Resilincia NBR - Norma Brasileira Registrada ND - No detectado PA - Ponto de Amolecimento RAVF - Resduo Areia Verde de Fundio

XIX

REPLAN - Refinaria Planalto

RT - Resistncia Trao

SM - Standard Methods SHRP - Strategic Highway Research Project SW - Solid Waste TG - Termogravimetria

UDESC - Universidade do Estado de Santa Catarina UFPR - Universidade Federal do Paran U.S.B.S. - United States Bureau Of Standard US-EPA - United States Enviromental Protection Agency VMP - Valor Mximo Permitido

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RESUMO

As areias de fundio representam um dos resduos slidos industriais com maior volume de produo. Somente no Brasil so gerados cerca de 2 milhes de toneladas por ano. A maior parte destes resduos disposta em aterros com custos para os geradores e impactos ambientais. O reaproveitamento do Resduo Areia Verde de Fundio (RAVF) como agregado em misturas asflticas pode contribuir tanto para reduzir o volume de material descartado quanto para atender grande demanda regional de agregados para pavimentao de ruas e estradas. Nesse estudo foi analisada a viabilidade tcnica e ambiental do uso do resduo areia verde de fundio em massas asflticas do tipo Concreto Asfltico Usinado a Quente - CAUQ, utilizando como ligante o CAP-20 (cimento asfltico de petrleo). Foram realizadas anlises de caracterizao fsico-qumica para amostras e matrias-primas do RAVF, como composio elementar por fluorescncia de Raios-X, espectroscopia de infravermelho, difrao de Raios-X e anlise termogravimtrica. O estudo de classificao ambiental do RAVF foi baseado na norma da ABNT NBR 10.004/2004, bem como nos Procedimentos para Gerenciamento de Areia de Fundio da CETESB (DD 152/2007). Os ensaios ecotoxicolgicos foram realizados com os microorganismos Daphnia magna e Vibrio fischeri seguindo as normas existentes no Brasil. Por meio do estudo da influncia das matrias-primas: (areia lavada, bentonitas, p de carvo e gua) nos parmetros ambientais do RAVF concluiu-se que o uso contnuo da gua de abastecimento est enriquecendo a AVF com os sais dissolvidos que influenciam os parmetros ambientais do RAVF, notadamente o sdio e o sulfato no extrato solubilizado. Descobriu-se que, por meio de apenas um experimento de anlise trmica, realizado no RAVF ou AVF, da temperatura ambiente at 800 C, em fluxo de ar, possvel determinar os teores de umidade, p de carvo e bentonitas com base nas perdas de massa na secagem da amostra, na queima do carvo e na desidroxilao das bentonitas, respectivamente. O estudo dos parmetros ambientais revelou que a concentrao das espcies solubilizadas reduz significativamente quando se compara o RAVF com a massa asfltica contendo o RAVF devido ao efeito do encapsulamento causado pelo CAP. Os estudos de desempenho das misturas asflticas contendo RAVF, realizados no laboratrio e no trecho experimental, revelaram que estas apresentaram propriedades adequadas para a camada de revestimento asfltico.

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ABSTRACT

Foundry sands represents one of the industrial residues with the greatest production volume. Brazil alone generates some 2 million tons a year. Most of these residues is disposed off in landfills with costs for the generators and environmental impacts. The reclaiming of Green foundry sand as aggregate in asphalt mixes can contribute to reduce the volume of discarded material as well as to help meet the great local demand for paving aggregates. In the present work it was analysed the technical and environmental feasibility of the use of green foundry sand residue in hot mix asphalt using the binder CAP-20. Physico-chemical analyses of characterization were performed in samples and raw materials of the green foundry sand, such as elemental composition with X-ray fluorescence, infrared spectroscopy, X-ray diffraction and thermogravimetric analysis. The environmental classification of the green foundry sand was performed according to the standards ABNT NBR 10.004/2004, and CETESB DD 152/207 (procedures to manage foundry sand). The ecotoxicological tests were performed with the microorganisms Daphnia magna e Vibrio fischeri according to brazilian standards. From the study of the influence of the raw materials (washed sand, bentonites, coal powder and water) in the environmental parameters of the green foundry sand it was concluded that the salts, dissolved in the water works water , are salinizing the foundry sand causing the high sodium and sulfate contents observed in the residues solubilization tests. It was found that by means of only one thermogravimetric analysis, performed in the green foundry sand, from

room temperature to 800 C, in air flux, it is possible to determine the contents of humidity,

coal powder and bentonites based on the mass losses of sample drying, coal burning and bentonites dehydroxilation, respectively. The study of the environmental parameters revealed that the concentrations of the solubilized species are significantly reduced when one compares the green foundry sand with the asphalt mix made with green foundry sand due to the encapsulation efect of the binder. The performance studies made on the mixes containing the green foundry sand, both in lab and in an experimental a paved test segment, revealed that these are suited to be used in the asphaltic cover layer.

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CAPTULO 1

1.1. Consideraes Gerais

Com a exploso demogrfica ocorrida no sculo XX houve um aumento significativo na quantidade e tipos de resduos gerados pela sociedade, sendo que a maioria no recebe destino adequado, comprometendo o meio ambiente por at centenas de anos.

A proliferao de produtos no degradveis, aliada ao expressivo aumento da populao e dos ndices de consumo, tem como conseqncia uma sria crise ambiental, no que tange, ao destino dos dejetos e resduos.

A reciclagem, que busca transformar os rejeitos em produtos teis para a sociedade, tem se apresentado como uma das alternativas viveis reduo dos impactos ambientais e dos custos de produo, assim como, as leis que disciplinam a preservao do meio ambiente representam o incentivo ao emprego de materiais reciclados, em todos os segmentos das atividades humanas.

Especificamente, sobre a utilizao dos materiais reciclados na construo de estradas existem muitas agncias governamentais, organizaes privadas e instituies que investem em pesquisas, que busquem conciliar a crescente necessidade de reutilizao dos resduos com as exigncias tcnicas, operacionais e econmicas da indstria da construo rodoviria, por meio da avaliao do desempenho mecnico.

Nos pases do chamado primeiro mundo o emprego do RAVF em pavimentao visto com grande interesse, pois, existe o consenso quanto necessidade de preservao dos recursos naturais, minimizao do descarte de rejeitos, reciclagem e reaproveitamento de materiais erroneamente chamados de resduos.

No setor rodovirio com as grandes extenses a serem pavimentadas e mantidas, sendo os recursos financeiros cada vez mais escassos, exigem-se a adoo de medidas eficazes para implantar as solues alternativas mais econmicas e, que ao mesmo tempo, maximizem o

efeito de cada unidade monetria disponvel. O emprego do RAVF em pavimentos asflticos representa uma tecnologia alternativa

que est sendo empregada com maior nfase em pases desenvolvidos, por ser ambientalmente correta e eficaz.

No Brasil, os primeiros estudos e avaliaes desta tecnologia so recentes, por conseqncia, o reaproveitamento do RAVF em misturas asflticas ainda pouco conhecido

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no meio rodovirio. Alguns estudos preliminares sobre o uso do Resduo Areia Verde de Fundio como agregado de asfalto j foram produzidos no Brasil (BINA et al, 2000), (STEFENON, 2003), (COUTINHO, 2004), (PEREIRA, 2004) e nos Estados Unidos (MILLER et al, 1998) com resultados estimulantes.

O emprego do RAVF1 como agregado em pavimentao asfltica se constitui em uma alternativa vivel, devido aos resultados como as melhorias tcnicas produzidas e por conciliar dois benefcios imprescindveis sua aplicabilidade: o ambiental, enquanto estratgia de proteo ao meio ambiente e o financeiro, com a razovel relao custo-benefcio.

O trabalho resgata os principais referenciais tericos sobre o uso do RAVF como agregado em misturas asflticas. No Captulo 1 mostra as consideraes sobre a importncia da realizao desta pesquisa. No Captulo 2 apresenta as principais informaes referentes ao beneficiamento da areia e sua utilizao nas indstrias de fundio, com destaque a bentonita, assim como, o estudo dos componentes utilizados no processo de fundio. No Captulo 3 so descritas as tcnicas experimentais empregadas na caracterizao das matrias-primas do AVF e do RAVF na preparao dos corpos-de-prova do CAUQ. Tambm mostra o projeto desenvolvido no municpio de Extrema-MG sobre a viabilidade do uso do RAVF como agregado em misturas asflticas realizado em 2007 com o Departamento Nacional de Infra-estrutura em Transportes DNIT, Instituto de Pesquisas Rodovirias IPR e Instituto Militar de Engenharia IME e apresenta o controle tecnolgico de execuo do trecho experimental para avaliar o comportamento mecnico do concreto asfltico contendo RAVF, com a apresentao das anlises de caracterizao dos materiais utilizados e os ensaios para verificar a viabilidade tcnica. No Captulo 4 so apresentadas as anlises obtidas sobre a adio do RAVF em misturas asflticas, os resultados da caracterizao das matrias-primas constituintes da AVF, dos materiais constituintes do concreto asfltico usinado a quente (CAUQ) e dosagem, bem como, as anlises de interesse ambiental e o estudo de toxicidade, assim como, os resultados obtidos do trecho experimental constitudo de revestimento asfltico contendo 10% de RAVF, realizado em Extrema-MG. O Captulo 5 versa sobre as consideraes finais, as principais concluses apresentadas e as indicaes relevantes para o aprofundamento das pesquisas na rea do reaproveitamento do RAVF como agregado em

1 Tendo em vista a diversidade de denominaes, doravante o Resduo Areia Verde de Fundio ser

identificado pela sigla RAVF, que compreende as seguintes identificaes: resduo areia de moldagem, matria-prima alternativa e resduo areia de fundio.

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misturas asflticas, bem como, a sua utilizao como subproduto em outras atividades econmicas.

Nesta pesquisa foi realizada a caracterizao fsico-qumica do RAVF e das suas matrias-primas (gua, areia lavada, bentonitas, p de carvo), como composio elementar por fluorescncia de Raios-X, espectroscopia de infravermelho, difrao de Raios-X e anlise termogravimtrica. Tambm foi determinado o processo de salinizao da Areia Verde de Fundio at ento desconhecido.

1.2. Objetivos da Tese

1.2.1. Objetivo geral

Analisar a viabilidade tcnica e ambiental do reaproveitamento do RAVF como agregado em misturas asflticas.

1.2.2. Objetivos especficos

Avaliar o comportamento mecnico e estrutural do concreto asfltico usinado a quente quando este recebe adies de RAVF no concreto asfltico;

Estudo ambiental e qumico em funo do tempo de vida do pavimento alternativo para verificar a possibilidade de agresso ao meio ambiente e sade humana;

Estudo da adesividade ao nvel molecular e o estudo da microestrutura do pavimento.

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CAPTULO 2 REVISO DA LITERATURA

2.1. OS COMPONENTES E OS PROCESSOS DA FUNDIO

2.1.1. Areia

O principal componente da areia de moldagem ou de macharia utilizada nas fundies um agregado fino, mineralogicamente puro, denominado areia base, ao qual so misturados ligantes ou aglomerantes que tm a finalidade de garantir a manuteno da forma dos machos e das cavidades internas dos moldes durante o processo de fundio (REINERT, 1996).

Para atender as exigncias tecnolgicas especficas as fundies so obrigadas a adotar vrios tipos de ligantes ou aglomerantes, alm de aditivos. De acordo com o processo ligante adotado, a indstria de fundio distingue dois tipos genricos principais de areias de moldagem: areia verde e a areia ligada quimicamente. Embora seja verde toda a areia aglomerada com argila, por ser moldada no estado mido habitual o uso do termo moldagem em areia verde, quando os moldes no sofrem secagem antes do vazamento.

Na areia verde o agente aglomerante principal uma argila (bentonita) umedecida, mas toda areia verde contm uma parcela pondervel de materiais orgnicos decorrentes do emprego de aditivos, tais como p de carvo ou amido, e/ou da incorporao de machos desagregados areia circulante (MARIOTTO et al, 1997). Por outro lado, na areia ligada quimicamente utilizada uma resina orgnica como aglomerante.

A areia base um material refratrio, em estado solto e granular produzido pela decomposio das rochas pela ao natural da gua, vento, gelo, eroses ou artificialmente. O dimetro dos gros individualmente pode variar de 3,36 a 0,053 mm, ou seja, 6 a 270 malhas por polegadas, segundo a United States Bureau Of Standard (USBS).

A extrao do minrio realizada mecanicamente em bancadas, com o uso de retroescavadeira e caminhes basculantes para o transporte at o beneficiamento. Para retirar a cobertura vegetal e o capeamento utilizado trator de esteira e p-carregadeira. Quando a extrao alcana o nvel fretico so utilizadas dragas para se fazer a lavra do minrio.

Como para o processo de moldagem a areia deve estar isenta de impurezas e argilominerais necessrio passar pela usina de beneficiamento, onde o minrio lavado com

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hidrxido de sdio. utilizado o hidrxido de sdio para promover a saponificao da fase orgnica e o arraste da fase mineral (argila). A adio do coagulante, sulfato de alumnio, gua do processo, gera flocos que decantam na forma de lodo. A gua retorna para o processo de lavagem da areia e o lodo, que basicamente argila, reutilizada na recomposio do solo e reposio/replantio da mata.

Os gros so classificados mecanicamente (granulometria) e posteriormente as areias so secas em fornos com gs natural. A Figura 1 apresenta as instalaes de beneficiamento de areia utilizada no processo de fundio.

Figura 1. Instalaes de beneficiamento da areia utilizada no processo de fundio (FERREIRA, et al, 2003).

A Figura 2 ilustra o comparativo do resultado do beneficiamento da areia, conforme as exigncias tcnicas para a moldagem em indstria de fundio.

Figura 2. Comparativo do resultado do processo de beneficiamento da areia (PEREIRA, 2005).

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2.1.2. Bentonitas

Bentonita uma argila plstica constituda por argilominerais do grupo das esmectitas e apresenta componentes como: outros argilominerais como a caulinita e ilita, feldspatos, anfiblios, cristobalita, quartzo, entre outros, sendo que o teor de componentes no argilosos, dificilmente inferior a 10%. Podem apresentar cores variadas, tais como: branco, cinza, amarelo, marrom, verde e azul (LUZ et al, 2004 apud GRIM, 1968).

As esmectitas apresentam-se como um sanduche (lamela) formado por duas camadas de tetraedros de silcio e uma camada de octaedros de alumnio, com uma estrutura do tipo 2:1.

Na lamela podem ocorrer substituies de ons por outros de diferente nmero de oxidao. A Figura 3 ilustra o modelo estrutural da montmorilonita.

Nos tetraedros, o on Al3+ pode aparecer substituindo o Si4+; enquanto que nos octaedros os ons Mg2+, Fe+3 e/ou Fe2+ podem substituir o Al3+ (LUZ et al, 2004 apud GUNGOR, 2000; MURRAY, 2000). Esse tipo de substituio provoca um desbalanceamento eltrico que compensado por ctions, como Na+ e Ca2+, que se posicionam entre as lamelas e so intercambiveis, dando origem a denominao sdica e clcica das bentonitas.

Algumas bentonitas, menos comuns, podem apresentar ons H+, K+ e Mg2+ como ctions de compensao. O desbalanceamento de carga na superfcie de uma esmectita pode variar de 0,2 a 0,6 por unidade de clula (GRIM, 1962).

Geralmente, as bentonitas, caracterizam-se por apresentar: partculas muito finas; elevada carga superficial; alta capacidade de troca catinica; elevada rea superficial; e inchamento (afastamento das lamelas) quando em presena de gua (GUESSER, 1982).

As superfcies das lamelas esto disponveis para hidratao e troca de ctions. Essas caractersticas resultam nas propriedades que determinam o seu aproveitamento industrial.

As bentonitas podem apresentar maior ou menor capacidade de inchamento. Essa caracterstica depende de muitos fatores, tais como: natureza do ction interplanar, carga lamelar, natureza dos stios geradores de carga, interestratificao e presena de contaminantes como sais solveis e substncias orgnicas.

O fator mais importante costuma ser a natureza do ction interplanar, uma vez que se o on sdio, que se hidrata muito facilmente, estiver presente em quantidades apreciveis, a esmectita apresenta alta capacidade de inchamento, enquanto que se outros ons, como o clcio ou o potssio, forem predominantes, sua hidratao pouco intensa no permite uma grande separao das lamelas (LUZ et al, 2004).

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A bentonita o principal aglomerante da mistura na areia de moldagem e responsvel pela coeso da areia quando em contato com a gua. Pelo motivo dessa mistura a escoabilidade, consistncia e plasticidade definem as caractersticas de seu uso, obtendo moldes uniformemente compactados, que reproduzem fielmente as dimenses do modelo. Sua funo coesiva permite que a resistncia da caixa de moldagem seja suficiente durante o vazamento, no permitindo assim que a mesma se rompa durante o processo.

Quando ocorre o vazamento do minrio fundido a bentonita muda suas caractersticas fsicas, as molculas de gua que esto presentes entre as lamelas da bentonita so eliminadas, pela elevao da temperatura. Devido s perdas das caractersticas coesivas e refratrias h a necessidade de constante reposio da bentonita. A adio de bentonita visa repor a parcela degradada termicamente, bem como suprir com ligante a areia nova incorporada ao sistema (GUESSER et al, 1993).

Figura 3. Modelo estrutural da montmorilonita (http://www.webmineral.com/data/Montmorillonite.shtml).

2.1.2.1. Ativao da bentonita clcica

A expanso da estrutura de uma esmectita pode ocorrer por dois diferentes mecanismos: o cristalino e o osmtico. O primeiro conseqncia da adsoro de camadas monomoleculares de gua nas superfcies basais. A presena dessas camadas de gua resulta no aumento da distncia basal de 10 para 15 . Este inchamento conseqncia da hidratao dos ctions de compensao. O segundo mecanismo ocorre pela diferena de presso osmtica entre os espaos lamelares, resultando na penetrao de mais gua entre as lamelas

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da esmectita e, conseqentemente, em maior expanso. Tal processo pode aumentar bruscamente o espaamento entre as lamelas para valores de 30-40 e continuar at algumas centenas (LUCKHAM et al, 1999).

A quantidade de gua entre as lamelas depende principalmente da tendncia hidratao do ction de compensao e da energia de interao entre as lamelas (STUMM, 1992). O on Na+ tem maior energia de hidratao do que o Ca2+. Alm disso, quando as lamelas tm suas cargas compensadas pelo on sdio, de menor valncia, apresenta-se mais afastadas devido menor energia de interao, de modo a permitir a penetrao de uma maior quantidade de gua no espao entre as lamelas. Isso explica porque a capacidade de expanso da bentonita sdica muito maior do que a do tipo clcica.

O beneficiamento das bentonitas clcicas consta das seguintes etapas: desintegrao, adio de 2,5 a 3% em peso de barrilha (Na2CO3), homogeneizao, laminao ou extrudagem, cura (2 a 10 dias), secagem, moagem, classificao e ensacamento.

O processo se inicia com a adio de 3,0% em peso de barrilha, a bentonita espalhada no ptio de homogeneizao, sendo o material homogeneizado transferido para uma moega de alimentao na usina. Um alimentador retira o material da moega com a taxa de 4 t/h e descarrega em um desintegrador de rolo, chamado no senso comum de p-de-cabra. Deste equipamento a bentonita segue por correia transportadora para o misturador de parafuso para adio de gua. A mistura com umidade em torno de 34% tem a finalidade de promover maior contato da barrilha com a montmorilonita.

A bentonita ativada e seca alimentada em um moinho pendular. Por meio de uma ventoinha injetada uma corrente de ar na parte inferior do moinho, para levar o produto da moagem para um classificador pneumtico. A Figura 4 apresenta o esquema da ativao da bentonita clcica.

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Figura 4. Esquema da ativao da bentonita clcica (LUZ, 2002).

2.1.3. P de carvo

Na formulao de composies para as areias de moldagem comum o emprego do p de carvo. Os objetivos principais para sua aplicao so: a melhoria do acabamento superficial e a desmoldabilidade e a preveno de defeitos provocados por atmosfera oxidante, como sinterizao, reao metal/molde e porosidades.

O p de carvo tem cerca de 30% de volteis, estes volteis so principalmente hidrocarbonetos que reagem facilmente com o oxignio. Desta forma a atmosfera do molde ser redutora, porque tem sempre excesso de material que se oxida com facilidade. A formao de CO (monxido de carbono) tambm contribui para a atmosfera redutora, pois o CO um gs redutor.

O processo de sinterizao a ligao entre superfcies slidas vizinhas provocadas pela elevao da temperatura. No caso da areia, um gro se liga ao outro quando submetida a temperatura alta (menor que o ponto de fuso). Um material entre o gro de areia de menor ponto de fuso que a areia pode provocar sinterizao entre os gros.

Os carves so materiais orgnicos que se decompem por ao trmica em vrios produtos gasosos, lquidos e slidos. A frao lquida, que contm o alcatro, aparentemente a mais importante por conter compostos ricos em carbono, como benzeno, tolueno, xileno e naftaleno.

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Conforme MARCHEZE et al (1985) existem diferentes teorias para explicar o efeito do p de carvo sobre o acabamento superficial das peas fundidas: teoria do colcho de gs, pela formao de uma camada de gs que reduziria o contato do metal com o molde; a teoria do envolvimento dos gros de areia por finas camadas de carbono; teoria da atmosfera redutora, pela decomposio do p de carvo e formao de atmosfera redutora na interface metal/molde; e teoria do carbono vtreo, um depsito formado a partir de hidrocarbonetos volteis pesados.

O p de carvo pode tambm afetar outras propriedades da areia de moldagem, como a permeabilidade, devido formao do coque durante os ciclos de fundio, com granulometria mais fina que a da areia; aumento do teor de umidade para manter a compactibilidade, em razo da presena do coque formado; a diminuio da tenso de expanso da slica, pela presena de fraes lquidas formadas pela decomposio trmica do p de carvo; diminuio da resistncia a mido, pela ao de produtos resultantes do processo de coqueificao, especialmente o enxofre; e alterao da condutividade trmica do molde.

2.1.4. gua

A caracterstica principal da gua na mistura da areia de moldagem tornar possvel a propriedade coesiva dos componentes da mistura atravs da tenso superficial da gua.

A gua deve ser controlada a cada mistura para no prejudicar o processo de moldagem; quanto menor a umidade, menor ser o poder de inchamento da mistura, dificultando o trabalho de moldagem e desidratando o agente coesivo. J o excesso de umidade traz fatores indesejveis ao processo da moldagem (DUARTE, 1996). A quantidade correta de gua d mistura o inchamento correto e o perfeito poder coesivo aos elementos que constituem a caixa de moldagem.

Os sais presentes na gua podero influenciar na composio elementar do RAVF, bem como nos parmetros ambientais, como por exemplo, no solubilizado.

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2.2. O PROCESSO DE FUNDIO

A fundio o mtodo mais curto para se obter peas metlicas acabadas. Consiste, principalmente em verter (vazamento) metal lquido em caixas de moldagem (Figura 5), com machos montados em seu interior, que caracterizar a pea aps a solidificao do metal.

Em sntese, os moldes conformam as faces externas ao passo que os machos conformam as faces internas da pea metlica.

A fundio emprega nos seus processos modelos, moldes e machos que promovem s peas fundidas a sua conformao, de acordo com as etapas existentes de moldagem, fuso e acabamento.

Figura 5. O vazamento do metal no molde.

2.2.1. As definies dos processos aplicados na fundio

a) Modelos: O modelo trata-se de uma rplica perfeita da pea que ser produzida. O modelo pode ser fabricado em madeira, metal, resinas ou outros materiais (PERINI,1986).

Vazamento

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b) Machos: Algumas peas a serem fundidas podem apresentar detalhes ou cavidades. Para que se produzam as superfcies internas em certas peas fundidas, coloca-se no interior dos moldes de areia, peas slidas ou machos feitos de uma mistura compatvel com o metal a ser vazado e com o tamanho da pea fundida. Aps o vazamento, o macho removido do interior da pea, deixando a forma interna desejada (KONDIC, 1973).

c) Moldes: O molde tem por funo oferecer o formato negativo da pea na qual ser vazado o metal lquido. O molde feito por empacotamento de areia, em torno do modelo, toda a estrutura estando contida numa caixa de moldagem. O molde feito em duas partes: uma superior (caixa superior) e outra inferior (caixa inferior) (CAMPOS FILHO, 1978).

d) Moldagem: No processo de moldagem a produo de uma pea fundida de projeto simples feita por meio das seguintes etapas: a partir do desenho da pea, fabrica-se o modelo, em torno do qual soca-se a mistura de moldagem, contendo areia obtida em depsitos naturais e aditivos como a argila e o p de carvo, usando-se caixas de moldagem para suportar as faces laterais do molde; remove-se o modelo, colocam-se os machos em posio, fecham-se as diferentes partes do molde e verte-se o metal na cavidade resultante. O material da moldagem mantm a forma da cavidade at a solidificao do metal vazado nele.

e) Fuso: Nesta etapa se obtm o estado lquido do metal com a utilizao de fornos de fuso. A alimentao do metal lquido feita por meio de um sistema de canais existentes no molde. Os canais de alimentao alargados ou massalotes so abertos para permitir que o metal escorra para a cavidade do molde.

f) Acabamento - Aps a solidificao e resfriamento a pea passa pelo processo de desmoldagem, por meio da vibrao do conjunto de moldagem para retirar a mistura de areia e posteriores etapas do acabamento. A areia removida e a limpeza operacionalizada atravs de jateamento, escovao e esmerilhao. A quebra de canais consiste no ato de colocar a pea em local adequado para ento quebrar manualmente, com marreta e martelo, os canais, que no fazem parte da pea e que so classificados como sucata. O jateamento com granalha de ao consiste em colocar a pea, j sem canais em uma cmara na qual se realiza o jateamento com granalha de ao (pequenas esferas de ao) a fim de deixar a pea mais limpa. No acabamento final a escovao e a

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esmerilhao consistem em mtodos para a remoo de rebarbas2, com o uso de esmeris (CHEGATTI, 2004).

2.2.2. Preparao de areias

A Areia Verde de Fundio (AVF) uma mistura de vrios materiais que, de acordo com suas combinaes, definem as caractersticas de perfeita trabalhabilidade do bolo, que compe a caixa de moldagem.

A formulao da AVF a ser usada depende do tipo de metal ou liga a ser fundida. Moldabilidade, compatibilidade, refratariedade, coeso, resistncia a esforos mecnicos como compresso e trao, expansividade volumtrica, permeabilidade e perfeita desmoldagem so algumas caractersticas da AVF adquiridas no processo de aglomerao executado pelos misturadores.

Conforme ilustrada na Figura 6, as etapas do processo de fundio so: 1. Preparo da AVF, tambm conhecida como areia de moldagem e preparo da

areia de macharia; 2. Fuso do metal nos fornos de induo e cubil (tambm chamados de Cupola); 3. Vazamento do ferro lquido em aproximadamente 1400 C; 4. Desmoldagem e gerao do RAVF; 5. Resfriamento e limpeza das peas; 6. Acabamento das peas; 7. Envio das peas aos clientes.

O processo de moldagem do tipo regenerativo. O material que chega ao final do ciclo de trabalho retorna atravs de correias transportadoras ao incio do processo, reutilizando a mesma areia. Pelos motivos de perda de volume e da descaracterizao dos componentes da mistura, torna-se necessrio o descarte de parte da AVF, gerando o RAVF, e a freqente reposio de matrias-primas e o controle de qualidade. A Figura 7 ilustra o aspecto fsico da AVF e do mecanismo utilizado para o seu transporte.

A AVF preparada por meio da descarga de areia nova e areia usada, com a quantidade de gua calculada por um controlador de compatibilidade, de modo que a areia caia na mquina de moldar com a umidade final pretendida. A quantidade de gua certa para o teor de

2 So restos de metais que aparecem nas peas, que esto fora das dimenses da pea desejada.

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bentonita pode ser verificada no momento em que efetuada a mistura, podendo esta ser corrigida (SCHULZ, 2005). Os demais aditivos so injetados no recipiente de mistura, que funciona continuamente.

Figura 6. Etapas do processo de fundio e a gerao do RAVF.

Figura 7. O aspecto fsico da AVF na correia transportadora para o processo de moldagem (PEREIRA, 2005).

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O misturador (Figura 9) o elemento principal para a preparao de AVF, onde so misturadas a areia lavada e areia retorno, bentonitas ativada e natural, p de carvo e gua. Na Figura 8 pode-se verificar o aspecto fsico das bentonitas e do p de carvo.

Figura 8. Matrias-primas da AVF (PEREIRA, 2005).

Figura 9. O misturador das matrias-primas constituintes da AVF (PEREIRA, 2005).

2.3. A PROBLEMTICA DOS RESDUOS DE FUNDIO

Muitas indstrias so possveis geradoras de efeitos nocivos ao meio ambiente, pela prpria transformao dos recursos naturais em bens e pela gerao de enorme quantidade de resduos. Considerando-se a diversidade e o porte do parque industrial brasileiro, a quantidade e a qualidade dos resduos slidos gerados, assumem uma importncia considervel no processo de degradao do meio e de explorao de recursos naturais.

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) define que resduos slidos so os que se encontram em estado slido ou semi-slido, resultantes das atividades industriais, domsticas, hospitalares, comerciais, agrcolas, de servios e de varrio (NBR 10.004, 2004).

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Os resduos slidos so considerados como perigosos quando suas caractersticas apresentarem risco sade pblica, provocando doenas at a morte e riscos ao meio ambiente, quando gerenciados de forma inadequada. A classificao de resduos de acordo com a ABNT NBR 10.004 (2004), compreende desde a identificao do processo que gerou este resduo, as caractersticas de seus constituintes e a comparao destes com as listagens de substncias, cujo impacto sade e ao meio ambiente j conhecido. A norma NBR 10.004 (2004) classifica os resduos em duas classes, segundo sua composio e propriedades conforme Tabela 1:

Tabela 1. Classificao dos resduos (NBR 10.004, 2004). Classificao dos Resduos

Classe I Classe II No perigosos

Tipo A Tipo B

Perigosos

No-inertes Inertes

As indstrias de fundio geram vrios tipos de resduos, dentre eles um tipo de resduo slido proveniente do descarte das AVFs, que respondem pela maior parcela de peas fundidas no Brasil, sendo sua utilizao em aproximadamente 80% das fundies nacionais (PABLOS, 1996).

O RAVF classificado como resduo classe II A porque apresenta no ensaio de solubilizao alumnio, ferro e mangans acima do valor mximo permitido da norma (ABIFA, 2006).

SILVA (2007) relata que a norma NBR 10.004 foi baseada no Cdigo Federal de Registros (CFR) n 40 (Proteo ao Meio Ambiente) e 261 - Sistema de Gesto de Resduos Perigosos, este ltimo, classifica os resduos somente em duas classes: perigosos e no-perigosos, no mencionando a aplicao do ensaio de solubilizao. Como a norma brasileira incorporou a exigncia do teste de solubilizao a RAVF foi classificada na Classe II-A.

Os rgos ambientais do Brasil, com exceo o estado de So Paulo, utilizam a norma NBR 10.004 como parmetro nico para decidir o que fazer com o RAVF. Por isso, as empresas precisam enviar os resduos para aterros comerciais ou construir aterros prprios. Estes procedimentos adotados pelas empresas ocorrem porque h uma lacuna na Norma, enquanto funo de ser um referencial na gesto de resduos e no definir a possibilidade do reaproveitamento do RAVF.

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A extrao de matrias-primas da AVF aliado ao acmulo de RAVF em aterros causa significativos impactos ambientais. Por isso, o reaproveitamento do RAVF deveria ser incentivado para a reduo do quantitativo de areia extrado da natureza.

Este estudo pode referendar a possibilidade de incorporao do RAVF em CAUQ e propor uma metodologia tendo em vista os aspectos mecnicos e ambientais desta incorporao, explorados em profundidade nesta investigao.

2.3.1. Reaproveitamento do RAVF

O relatrio desenvolvido pela Agncia de Proteo Ambiental EPA de 2006 demonstra que os maiores volumes de areia de fundio esto sendo utilizados em geotcnica, em aplicaes como em bases de estradas e cobertura de aterros. Destaca que, dependendo da qualidade do RAVF, este poder ser um excelente agregado para a produo de cimento Portland, concreto asfltico e produtos de concretos. Em casos mais restritos, o RAVF est sendo usado em solos agrcolas e outras aplicaes como a compostagem.

O reaproveitamento de resduos de fundio na Europa recente, no entanto em franco desenvolvimento, por ser considerado uma prioridade dentro da indstria europia por seus benefcios de preservao ambiental e econmico.

Para reduzir a quantidade de resduos gerados e incentivar o aproveitamento de resduos, nos ltimos 15 anos, alguns pases europeus, especialmente os que possuem reas territoriais limitadas, aumentaram o valor dos impostos das reas destinadas instalao de aterros (SILVA, 2007).

Os estudos recentes realizados no Brasil comprovam a viabilidade tcnica e ambiental do RAVF para ser utilizado como matria-prima, em substituio do agregado mido, na composio de concreto asfltico.

De acordo com COUTINHO (2004), as misturas asflticas com o resduo areia de fundio apresentam propriedades adequadas para a camada de revestimento, no que diz respeito as propriedades mecnicas. Os resultados das anlises ambientais, das misturas asflticas com 15% de areia de fundio, demonstraram que este resduo no oferece risco ambiental.

Ao adicionar 7% do resduo areia de fundio na confeco de concreto asfltico, STEFENON (2003) concluiu que o concreto asfltico contendo o resduo atende as especificaes do DNIT. Destaca ainda que no representa riscos com relao aos poluentes ao meio ambiente.

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Com experimentao semelhante BONET (2000) estudou a adio de 8% do resduo areia de fundio em concreto asfltico e concluiu que possui boas propriedades mecnicas e atende os limites mximos da norma NBR 10.004.

BINA et al (2000) realizaram um trecho experimental no municpio de Santo Andr - SP, sendo instalados poos de monitoramento das guas provenientes das chuvas e lavagens da camada de estudo. Foram realizados ensaios ambientais, tanto na areia de fundio, como nos corpos-de-prova de misturas asflticas preparadas com areia convencional (virgem), com areia de fundio e nos extratos coletados nos poos de monitoramento. No resduo areia de fundio os parmetros mangans, ferro e alumnio referente ao ensaio de solubilizao determinado pela NBR 10.006/87, apresentaram limites superiores aos permitidos, em contrapartida, nas amostras de massa asfltica com areia convencional e com areia de fundio, os resultados para todos os parmetros, nos ensaios de lixiviao, solubilizao e massa bruta, apresentaram ndices inferiores ao limite e para as amostras (extratos) coletadas nos poos de monitoramento, os resultados foram inferiores aos limites da norma vigente.

Para os pesquisadores o emprego de areia de fundio para a pavimentao asfltica ambientalmente vivel e a sua utilizao parece ser mais segura, do que o risco de descarte no controlado ou de acidentes com aterros industriais controlados.

A falta de estudos sobre o reaproveitamento do RAVF em misturas asflticas, bem como a ausncia de dados sobre as caractersticas fsico-qumicas do RAVF, impulsionou o desenvolvimento desta tese, sendo que o ineditismo do presente estudo se revela com a caracterizao fsico-qumica das matrias-primas constituintes da AVF e do RAVF, como composio elementar por fluorescncia de Raios-X, espectroscopia de infravermelho, difrao de Raios-X e anlise termogravimtrica, bem como o estudo do processo de salinizao da Areia Verde de Fundio.

2.3.2. Proposta de Preparo e Armazenamento do RAVF

BONIN (1995) desenvolveu um processo de preparao do uso do RAVF para ser utilizado na construo civil. Esse processo consiste na separao fsica das partculas metlicas, por meio de placas magnticas capazes de atrarem pequenas partculas.

Segue ento para uma peneira classificatria, que retira as impurezas como plsticos e estopas, que tambm tem a funo de separar partculas finas de RAVF, grumos e torres, que so enviadas para um moinho, onde so quebradas a sua estrutura coesiva, logo aps, retorna para o incio do processo.

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O RAVF limpo de partculas indesejveis e com uma granulao correta segue para o local de armazenamento.

O metal separado retorna para o forno onde refundido. As partculas de impurezas slidas so enviadas para o aterro. Assim fica concluda a unidade de preparao do RAVF, conforme ilustrada na Figura 10.

O armazenamento do RAVF, aps sua preparao para uso em pavimentao deve garantir condies adequadas para evitar a formao de grumos de RAVF.

A formao de grumos gerada devido a ao da chuva, que age sobre o monte, criando na superfcie uma crosta coesa, devido as partculas finas de bentonita e p de carvo presentes no RAVF.

Para evitar que ocorra acmulo de gua e o deslocamento do RAVF rede pluvial, que podem ser ocasionados pelas enxurradas indicado o uso de um silo de armazenamento, devidamente coberto.

Com o RAVF preparado e acondicionado corretamente, este segue para o processo de utilizao em misturas asflticas.

Figura 10. Fluxograma de preparao de RAVF para uso em misturas asflticas BONIN, 1995 (adaptado).

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2.4. NORMAS DE COLETA E CLASSIFICAO DOS RESDUOS INDUSTRIAIS

Conforme a classificao do resduo determinada pelas Normas, as empresas geradoras podem identificar o potencial de risco dos resduos gerados e analisar as melhores alternativas para destinao final, com ou sem a reciclagem.

2.4.1. Normas da Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT

Com base na natureza do resduo e em resultados de ensaios de lixiviao (NBR 10.005) e solubilizao (NBR 10.006) a norma classifica os resduos quanto ao seu potencial de riscos ao meio ambiente e sade pblica. Os resduos so classificados em duas classes: Classe I Perigosos que por suas propriedades qumicas, fsicas ou infectocontagiosas apresentam periculosidade e Classe II No perigosos, que subdividem em:

a) Classe II A Inertes: so os resduos que, quando amostrados segundo a NBR 10.007 e submetidos a um contato esttico ou dinmico, com gua destilada ou deionizada em temperatura ambiente e conforme NBR 10.006 no tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentraes superiores aos padres de potabilidade da gua, excetuando-se aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor;

b) Classe II B - No Inertes: os resduos que no se enquadram nas classificaes de resduos Classe I - Perigosos ou da Classe II A - Inertes. Os resduos Classe II B podem ter propriedades, tais como: biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em gua.

A amostragem dos resduos normatizada pela NBR 10.007, que especifica a coleta, preservao, estocagem e as condies a serem observadas antes e durante a coleta para que a amostra seja representativa. A norma define um plano de amostragem que deve incluir os pontos de amostragem, tipos de amostradores, nmero de amostras a coletar, seus volumes, nmero e tipo de frascos de coleta, mtodos de preservao e tempo de estocagem.

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2.4.2. Normatizao da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de So Paulo (CETESB)

A Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de So Paulo (CETESB) desenvolveu critrios para a reutilizao do RAVF na produo de concreto asfltico, artefatos de cimento e de concreto, aprovado na Deciso de Diretoria

N152/2007/C/E de 08 de agosto de 2007.

As propostas para a reutilizao do RAVF gerado atualmente ou extrado de reas de aterro inadequadas, sero avaliadas considerando os seguintes critrios:

a) ser classificado como classe II-A ou II-B, de acordo com a norma NBR 10.004/2004;

b) apresentar concentraes de poluentes no extrato lixiviado, obtido conforme a norma NBR 10005/2004, menores ou iguais s concentraes estabelecidas pela CETESB;

c) apresentar concentraes de poluentes no extrato lixiviado neutro; menores ou iguais s concentraes mximas permitidas;

d) apresentar pH na faixa entre 5,0 e 10,0;

Para ser vivel a reutilizao da areia de fundio na fabricao de artefatos de cimento no deve apresentar toxicidade frente ao teste de toxicidade aguda com a bactria luminescente Vibrio fischeri. O teste precisa ser realizado de acordo com a norma tcnica CETESB L5.227, em dose nica mxima de 81,9%, com 5 rplicas com os resultados expressos em porcentagem de inibio (mdia e desvio padro) aps 15 minutos de exposio. As amostras que apresentam a mdia da porcentagem de inibio superior a 20% so consideradas como txicas.

2.4.3. Normas SW-846 (Solid Waste)

As normas SW-846 foram criadas pela United States Enviromental Protection Agency (US-EPA) e representam um conjunto com mais de duzentas determinaes para avaliao de resduos slidos industriais, como: resduos slidos urbanos, guas superficiais, salinas e subterrneas e solos (MARTINS, 2006).

As normas SW-846 podem ser acessadas em manual eletrnico, dividido em dois volumes e treze captulos. O volume I est direcionado s atividades de laboratrio, contendo

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mtodos analticos para determinao de espcies minerais, orgnicas, analitos diversos e propriedades, inclusive para caracterizar periculosidade de resduo. O volume II apresenta as informaes sobre amostragem, contendo inclusive os aspectos estatsticos, bem como, sobre o monitoramento de guas subterrneas, tratamento de solo e processo de incinerao.

2.4.4. Ensaio de toxicidade

Toxicidade a propriedade inerente ao elemento ou substncia que provoca leso ou dano nos organismos. A realizao das anlises ecotoxicolgicas tem como objetivo identificar qual a grandeza das substncias qumicas so nocivas, quando isoladas ou misturadas, para conhecer os condicionantes e locais de seus efeitos (KNIE et al, 2004).

Os testes de toxicidade (bioensaios) para avaliar os efeitos causados s espcies consistem na exposio dos organismos aquticos, representativos do ambiente, em vrias concentraes de uma ou mais substncias ou fatores ambientais durante um determinado tempo de exposio.

Na Toxicidade Aguda a substncia causa dano ou morte em curto espao de tempo aps contato com os organismos acompanhados. O efeito agudo um estmulo do agente txico, suficientemente capaz de induzir uma resposta em organismos vivos, aps um curto perodo de exposio a esse mesmo agente. O estmulo se manifesta em um intervalo de 0 a 96 horas. Normalmente o efeito letal, representado por uma interrupo no desenvolvimento do organismo.

Uma avaliao completa exige que os testes sejam realizados com trs organismos, sendo estes: produtores primrios, consumidores primrios e os consumidores secundrios. Por exemplo: as bactrias e algas (produtores primrios), microcrustceos (consumidores primrios) e peixes (consumidores secundrios).

Conforme RODRIGUES (2005) as normas como CETESB, ABNT, EPA, DIN e ISO possuem determinados mtodos padronizados para avaliar a toxicidade.

A Unio Europia possui o mais avanado conjunto de testes de lixiviao, que visa a proteo ambiental no caso de resduos industriais em materiais de construo, incluindo misturas asflticas (LEACHING-NET).

Os testes desenvolvidos avaliam a taxa de lixiviao de espcies qumicas, a quantidade total lixiviada em um dado tempo, a influncia do pH e do estado de agregao, bem como, o tipo de uso do material de construo.

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2.5. PAVIMENTAO ASFLTICA

Pavimento uma estrutura de mltiplas camadas de espessuras finitas, construda sobre a superfcie final de terraplanagem, para resistir aos impactos do trfego de veculos e do clima e propiciar aos usurios as condies adequadas de rolamento com conforto, economia e segurana.

Os pavimentos asflticos so aqueles em que o revestimento composto por uma

mistura de agregados e ligantes asflticos, formados por quatro camadas principais: revestimento asflticos, base, sub-base e reforo de subleito.

O revestimento asfltico a camada superior destinada a resistir diretamente s aes do trfego, impermeabilizar o pavimento e melhorar as condies de rolamento.

2.5.1. Ligantes asflticos

O asfalto um dos mais antigos materiais utilizados pelo homem. Escavaes arqueolgicas realizadas comprovaram a sua utilizao em pocas anteriores nossa Era. Na Mesopotnia era usado como aglutinante em trabalhos de alvenaria e construo de estradas. Os reservatrios de gua e as salas de banhos eram impermeabilizados com asfalto. Citaes bblicas revelam sua aplicao como impermeabilizante na Arca de No. Os egpcios utilizaram o asfalto em trabalho de mumificao. A histria registra que o asfalto tende a se perpetuar ao longo dos sculos (IBP, 1999).

Segundo LEITE (1999), o asfalto considerado como o resduo formado no processo de destilao a vcuo do petrleo, utilizado como ligante dos agregados minerais na formao do pavimento asfltico. No Brasil este ligante conhecido como cimento asfltico de petrleo (CAP), nos Estados Unidos, como asphalt cement e na Europa, como bitumen.

2.5.2. Composio qumica

O CAP produzido para apresentar qualidade e consistncia prprias para o uso na construo e manuteno de pavimentos asflticos. Pois, alm de suas propriedades aglutinantes e impermeabilizantes possui caractersticas de flexibilidade e durabilidade.

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O CAP constitudo de 90 a 95% de hidrocarbonetos e de 5 a 10% de heterotomos (oxignio, enxofre, nitrognio e metais como vandio, nquel, ferro, magnsio e clcio) unidos por ligaes covalentes.

Uma anlise elementar dos asfaltos pode apresentar as seguintes propores de componentes: carbono de 82 a 88%; hidrognio de 8 a 11%; enxofre de 0 a 6%; oxignio de 0 a 1,5% e nitrognio de 0 a 1% (SHELL, 2003).

De acordo com JADA et al (2002) o CAP um sistema coloidal constitudo por duas fases distintas: os maltenos, mais leves e em maior proporo e os asfaltenos (Figura 11). Esses ltimos apresentam um nmero significativo de anis aromticos, cadeias alqulicas e cicloalqulicas, alm de grupos polares contendo enxofre, nitrognio e oxignio (MURGICH et al, 1996).

A frao de asfaltenos solvel em tolueno e insolvel em n-pentano. A frao de maltenos solvel em pentano (GONZLES at al, 1987). Esta diferena de solubilidade usada para se separar as fraes.

Figura 11. Estruturas qumicas tpicas do asfalteno, onde R representa as cadeias de carbonos alifticos e aromticos.

2.5.3. Propriedades fsicas

Todas as propriedades fsicas do asfalto esto associadas sua temperatura (BERNUCCI et al, 2007). Em temperaturas muito baixas as molculas no tm condies de se moverem umas em relao s outras e a viscosidade fica muito elevada, uma condio trmica que faz o ligante se comportar quase como um slido. Em contrapartida, quando a temperatura aumenta que permite a movimentao das molculas, a viscosidade baixa. J em temperaturas altas, o ligante se comporta como um lquido, sendo que essa transio reversvel.

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Os ensaios fsicos em cimentos asflticos podem ser especificados entre os ensaios de penetrao, viscosidade, ponto de amolecimento, ductilidade, durabilidade e suscetibilidade trmica.

2.6. AGREGADOS

A ABNT por meio da NBR 9935/2005 define agregado como material sem forma ou volume definido, geralmente inerte, de dimenses e propriedades adequadas produo de argamassa e concreto.

A quantidade de agregado mineral em misturas asflticas de pavimentao geralmente de 90 a 95% em peso e 70 a 85% em volume, esta parcela mineral parcialmente responsvel pela capacidade de suporte de cargas dos revestimentos, influenciando assim o desempenho dos pavimentos.

Na pavimentao asfltica o agregado usado normalmente na base e de modo eventual na sub-base (ASPHALT INSTITUTE, 1989).

2.6.1. Classificao

O desempenho de um agregado depende das propriedades geolgicas da rocha de origem, sendo importantes as informaes sobre o tipo de rocha, sua composio mineralgica, qumica e sua granulometria, assim como, o seu grau de interao, tendncia degradao, abraso e o potencial de adeso do ligante asfltico em sua superfcie.

A variedade de agregados possveis de utilizao em revestimentos asflticos muito grande. Contudo, cada utilizao necessita de agregados com caractersticas especficas, o que inviabiliza muitas fontes potenciais.

Os agregados utilizados em pavimentao podem ser classificados em trs grandes grupos, segundo sua natureza, tamanho e distribuio dos gros.

Quanto a sua natureza, os agregados so utilizados tal como se encontram na natureza, com exceo as operaes de britagem e lavagem, como por exemplo: cascalhos, saibros, areias. Podem ser classificados em artificiais, os resultantes de uma alterao fsica ou qumica de outros materiais, como a escria de alto forno ou argila expandida.

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Os agregados so classificados quanto ao tamanho, para uso em misturas asflticas, em grado, mido e material de enchimento ou filler (DNIT 031/2004 - ES):

a) Grado: o material com dimenses maiores do que 2,0 mm, ou seja, retido na peneira n 10. So as britas, cascalhos, seixos entre outros;

b) Mido: o material com dimenses maiores que 0,075 mm e menores que 2,0 mm. o material que retido na peneira n 200, mas que passa na de abertura 10. So as areias, o p de pedra entre outros.

c) Material de enchimento filler: o material onde pelo menos 65% das partculas menor que 0,075 mm, corresponde peneira de n 200 como, por exemplo, o

cimento Portland.

A distribuio granulomtrica dos agregados uma das suas principais caractersticas, que influencia no comportamento dos revestimentos asflticos. Em misturas asflticas, a distribuio granulomtrica do agregado impacta em quase todas as propriedades importantes, tais como: rigidez, estabilidade, durabilidade, permeabilidade, trabalhabilidade e resistncia.

A distribuio granulomtrica dos agregados determinada usualmente por meio de uma anlise por peneiramento. Na anlise de uma amostra seca de agregado esta fracionada por meio de uma srie de peneiras, com as aberturas de malha progressivamente menores (Figura 13). De acordo com a massa total da amostra a distribuio expressa como porcentagem em massa, em cada tamanho de malha de peneira.

2.6.2. Propriedades qumicas dos agregados

As propriedades qumicas de um agregado identificam a composio qumica e/ou determinam as transformaes que um agregado pode estar sujeito devido ao qumica.

De acordo com ROBERTS et al (1996) as propriedades qumicas dos agregados tm pequeno efeito no desempenho, exceto quando elas afetam a adesividade entre o ligante asfltico e o agregado e, a compatibilidade com aditivos de anti-descolamento que podem ser incorporados ao ligante asfltico.

Alguns agregados parecem ter mais afinidade pela gua do que pelo cimento asfltico, e os ligantes asflticos podem descolar ou no aderirem aos agregados aps a exposio gua. Assim como, a natureza da carga eltrica da superfcie dos agregados, quando em contato com gua, apresenta uma grande influncia na adesividade entre o agregado e o cimento asfltico.

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A maioria dos agregados silicosos tais como arenito, quartzo e cascalho se tornam negativamente carregados na presena de gua, enquanto materiais calcrios desenvolvem carga positiva com a presena de gua.

Muitos agregados possuem carga positiva e negativa porque eles so compostos de minerais, como a slica com carga negativa e o clcio, magnsio, alumnio ou ferro com carga positiva. Os agregados tpicos que conduzem cargas misturadas incluem basaltos e calcrios silicosos. Dolomita exemplo de caso extremo de agregado com polarizao positiva e o quartzo de agregado com polarizao negativa.

2.6.3. Propriedades mineralgicas

A grande maioria dos agregados composta por uma combinao de minerais. Dentre os minerais mais importantes se destacam os minerais de slica (quartzo), os feldspatos (ortoclsio, plagioclsio), os minerais ferromagnesianos (muscovita, vermiculita), minerais carbonatados (calcita, dolomita) e argilo minerais (ilita, caulinita e montmorilonita).

Geralmente os agregados so compostos de muitos minerais, com composies variveis. Segundo ROBERTS et al (1996) os efeitos mais importantes da mineralogia dos agregados, para o desempenho de misturas asflticas so a adesividade da pelcula de asfalto ao agregado e a resistncia ao descolamento pela ao da gua.

Em determinados tipos de minerais a ligao entre o cimento asfltico e os agregados melhor. O cimento asfltico normalmente se liga melhor aos agregados carbonatados (calcrio) do que aos agregados silicosos (cascalhos).

Apesar da ligao do cimento asfltico no ser boa em relao a determinados tipos de agregados, esta pode ser melhorada por meio da adio de determinadas substncias tais como: cal, p calcrio ou os agentes melhoradores de adesividade, tambm chamados dopes. Estes materiais, associados aos agregados, fazem com que a ligao do cimento asfltico aumente, possibilitando a melhoria das misturas asflticas.

2.6.4. Interao do CAP e agregado

H diversos referenciais cientficos sobre a adesividade asfalto e agregado na literatura. Um dos mais completos o estudo realizado pelo Strategic Highway Research Project A-341 (CURTIS et al, 1993) sendo suas principais concluses:

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a) As interaes entre o agregado e asfalto so fortemente influenciadas pela composio e qumica da superfcie do agregado. Compostos asflticos com grupos funcionais polares so altamente competitivos pelos stios ativos (os que contm metais ou espcies carregadas) na superfcie do agregado.

b) Alguns compostos polares aderem competitivamente superfcie do agregado, por serem altamente suscetveis a gua so rapidamente removidos da superfcie do agregado. A cura da ligao asfalto-agregado pode melhorar a unio entre um dado par asfalto-agregado, ainda que a interao seja muito especfica. Uma slica padro adsorve os stios polares do asfalteno, mais do que os stios apolares, mas por ser hidroflica, adsorve molculas de gua causando o desprendimento do asfalto.

c) A interao entre o CAP e agregados minerais, na formao da mistura asfltica um fenmeno complexo, pois o CAP constitudo por uma mistura de hidrocarbonetos, contendo alguns grupos polares alm de compostos organometlicos contendo nquel, vandio e ferro. J o agregado apresenta uma superfcie muito heterognea, apresentando diferentes stios de ligao e diferentes distribuies de cargas. Freqentemente, esses stios carregados atraem e orientam os constituintes polares dos asfaltenos.

As caractersticas fsicas do agregado como textura, porosidade, rea superficial, bem como, a estrutura cristalina e qumica deve ser considerada, no que se refere a adeso do asfalto (VINHA, 1975).

O estudo desenvolvido por YEN (1994) demonstrou que os asfaltenos contribuem para o entendimento do processo de interao entre o asfalto e o agregado. Os compostos polares, sulfxidos, cidos carboxlicos, metais e os heterotomos do asfalteno atuam como bases de Lewis, ligando-se aos stios deficientes de eltrons do mineral, que correspondem aos ctions dos minerais. A adeso asfalto-agregado o resultado da atrao polar entre cidos e bases de Lewis (RIBEIRO, 2006, GOODRICH et al, 1985).

2.7. CONCRETO ASFLTICO USINADO A QUENTE CAUQ

Concreto Asfltico Usinado a Quente (CAUQ) um revestimento flexvel, resultante da mistura a quente de agregado grado, mido, material de enchimento e CAP, de acordo com propores definidas previamente em laboratrio, para atender os requisitos granulomtricos, de densidade, de vazios e de resistncia, compatveis com padres.

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Um concreto asfltico se caracteriza por ser a operao de mistura precedida do aquecimento de seus componentes temperaturas elevadas, entre 140 C e 180 C e sua distribuio e compactao na pista serem tambm precedidas do aquecimento da mistura em temperaturas entre 80 C e 140 C. Devido a ligao entre agregados, os CAUQs so capazes de resistir bem s aes mecnicas de desagregao produzidas pelos veculos (BONET, 2002).

2.7.1. Constituio da Mistura

Segundo ROBERTS et al (1996) uma compreenso bsica da relao peso-volume de misturas asflticas compactadas importante tanto do ponto de vista de um projeto de mistura quanto do ponto de vista da construo em campo.

importante compreender que projeto de mistura um processo volumtrico, com o propsito de determinar o volume de cimento asfltico e agregado requerido para produzir uma mistura com as propriedades projetadas (Figura 12).

Figura 12. Constituintes da mistura de CAUQ.

Mt= Massa total Vt= Volume total

Mc= Massa do CAP-20 Vc= Volume do CAP-20 Mm= Massa agregado mido VAM= Volume de vazios nos agregados minerais Mg= Massa agregado grado Vami= Volume agregado mido Vag= Volume agregado grado

2.7.2. Parmetros Importantes

a) Densidade aparente da mistura (d): Tem como objetivos o clculo da porcentagem de vazios do agregado mineral e controle de compactao durante a construo. E calculada com a equao:

Vazios

CAP-20

Agregado Mido

Mc

M

Mg

Mt

Vv

Vc

Vami

Vag

VAM

Vt

Agregado Grado

30

MaMMd

= (Equao 01)

Onde: M = massa do corpo-de-prova Ma = massa do corpo-de-prova imerso em gua