utilização de rejeitos de barragens de minério de ferro na ...

UTILIZAÇÃO DE REJEITOS DE BARRAGENS DE MINÉRIO DE FERRO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Relatório de Pesquisa Relatório de Pesquisa em Ciência, Desenvolvimento e Tecnologia para aplicação de Rejeitos de Barragens de Minério de Ferro (RBMF) como fração inerte para matrizes de cimento Portland em obras de Infraestrutura e Construção Civil.

Ouro Preto, Abril de 2016.

Relatório Técnico: Utilização de Rejeito de Barragem de Minério de Ferro na Construção Civil.

Responsável Técnico: Prof. Dr. Ricardo André Fiorotti Peixoto – UFOP 1

Utilização de Rejeito de Barragem de Minério de Ferro na Construção Civil

Junio Oliveira dos Santos Batista Técnico em Edificações, DECIV/EM/UFOP, Brasil Ellen Cristine Pinto da Costa Graduação em andamento, DECIV/EM/UFOP, Brasil Diego Haltyeri dos Santos, M.Sc, DECIV/EM/UFOP, Brasil Joaquim Nery de Sant’Ana Filho, M.Sc, CEFET-MG, Brasil Lucas Augusto de Castro Bastos, M.Sc, DECIV/EM/UFOP, Brasil Wanna Carvalho Fontes, D.Sc, em andamento DECIV/EM/UFOP, Brasil Julia Castro Mendes, D.Sc, em andamento DECIV/EM/UFOP, Brasil Prof. Ricardo Fiorotti Peixoto, D.Sc, DECIV/EM/UFOP, Brasil

RESUMO

De forma a minimizar impactos ambientais, sociais e econômicos provocados pela atividade

mineradora, propõe-se o uso do rejeito de barragem de minério de ferro (RBMF) para construção

civil. O material é proveniente da atividade mineradora em Minas Gerais. O rejeito de mineração

bruto foi caracterizado física, mecânica e quimicamente, e, analisado conforme seu impacto

ambiental. Os resultados da caracterização foram comparados com propriedades de elementos

naturais comumente utilizados e prescrições normativas. Por fim, avaliou-se a viabilidade da

utilização destes materiais na construção de infraestrutura para pavimentação urbana ou rodoviária;

produção de matrizes cimentícias como concretos e argamassas, e fabricação de elementos pré-

moldados de concreto como blocos de alvenaria e pavimentação. Como resultado, o rejeito de

barragem de minério de ferro se mostrou técnica, econômica e ambientalmente viável para os

propósitos estudados.



SUMÁRIO

RESUMO ............................................................................................................................................. 1

Sumário ................................................................................................................................................ 2

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 4

2. METODOLOGIA ........................................................................................................................ 6

2.1 COLETA E PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS ................................................................ 6

2.1.1 Determinação da Composição Química ......................................................................... 7

2.1.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ................................................................ 8

2.1.3 Impacto Ambiental ......................................................................................................... 9

2.1.4 Preparação das amostras em laboratório ...................................................................... 10

2.1.5 Ensaios Preliminares .................................................................................................... 10

3. PRODUÇÃO DE ARGAMASSAS ........................................................................................... 13

3.1.1 Materiais ....................................................................................................................... 13

3.1.2 Dosagem ....................................................................................................................... 13

3.2 RESULTADOS ................................................................................................................... 14

3.2.1 Resistência à Compressão e à Tração na Flexão .......................................................... 14

3.2.2 Demais Propriedades .................................................................................................... 16

3.2.3 Análise Econômica das Argamassas ............................ Error! Bookmark not defined.

3.3 ANÁLISE E CONCLUSÃO ............................................................................................... 19

4. PRODUÇÃO DE CONCRETOS ............................................................................................... 20

4.1.1 Materiais ....................................................................................................................... 20

4.1.2 Dimensionamento Teórico ........................................................................................... 20

4.2 RESULTADOS ................................................................................................................... 22

4.2.1 Resistência à Compressão ............................................................................................ 22

4.2.2 Resistência à Tração ..................................................................................................... 24


5. PRODUÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO .......................................................................... 28

5.1.1 Materiais ....................................................................................................................... 28


5.2 RESULTADOS ................................................................................................................... 30



5.2.1 Resistência à Compressão ............................................................................................ 30

5.2.2 Análise Dimensional .................................................................................................... 31


6. PRODUÇÃO DE BLOCOS DE PAVIMENTAÇÃO ............................................................... 33

6.1.1 Materiais ....................................................................................................................... 33


6.2 RESULTADOS ................................................................................................................... 35

6.2.1 Resistência à Compressão e à Abrasão ........................................................................ 35

6.2.2 Outros Ensaios ............................................................................................................. 36


7. PRODUÇÃO DE INFRAESTRUTURA PARA PAVIMENTAÇÃO URBANA E

RODOVIÁRIA .................................................................................................................................. 39

7.1.1 Materiais ....................................................................................................................... 39

7.1.2 Dosagem ....................................................................................................................... 40

7.2 RESULTADOS ................................................................................................................... 41

7.2.1 Compactação ................................................................................................................ 41

7.2.2 Índice de Suporte Califórnia ........................................................................................ 42

7.2.3 Expansibilidade ............................................................................................................ 46

7.2.4 Resistência a Compressão Simples .............................................................................. 49

7.2.5 Absorção de água ......................................................................................................... 50

7.2.6 Durabilidade ................................................................................................................. 51


9. Referências ................................................................................................................................. 54



1. INTRODUÇÃO

Nos últimos anos, o aumento na geração de resíduos sólidos pelas indústrias siderúrgica e

mineradora tem motivado reflexões a respeito da sustentabilidade de seus processos. A mineração

de ferro tem grande importância para a economia brasileira, mas seus resíduos dão origem a graves

questões sociais e ambientais, além de requererem um gerenciamento oneroso e complexo. Uma das

formas de minimizar estes problemas é a reciclagem de rejeitos, cuja indústria da construção civil

tem um grande potencial de absorção.

Dezenas de milhões de toneladas de rejeitos de minério de ferro são geradas anualmente

(Departamento Nacional de Produção Mineral - DNPM, 2012), criando um considerável passivo

ambiental. No campo da mineração, nota-se que os significativos volumes originados pelos

processos de beneficiamento são comumente dispostos de forma direta sobre a superfície do

terreno, em reservatórios, formando bacias de disposição conhecidas também como barragens de

rejeitos (Boscov, 2008).

As barragens de rejeitos são estruturas de contenção que retêm lama e líquido e permitem o controle

de toda a água percolante. Entretanto, consomem grandes áreas para formação de seu reservatório.

Assim, causam impactos diretos nos biomas, e ainda provocam insegurança às populações que as

circundam. Além disso, esse tipo de deposição de resíduos apresenta elevados custos de

manutenção e monitoramento.

Por sua vez, o crescimento da economia brasileira tem aumentando a demanda por agregados

naturais para o uso na construção civil. Segundo o Instituto Brasileiro de Mineração - IBRAM

(2015), 673 milhões de toneladas de agregados naturais foram produzidas em 2014, cujo consumo

se deu principalmente na região Sudeste. Paralelamente, aumentam as restrições ambientais à sua

exploração, bem como a distância do local de obtenção ao local de utilização, consistindo em um

fator importante no custo final da obra.

Destaca-se também a atual situação da malha rodoviária brasileira. Segundo dados do Plano

Nacional de Viação (2013) o território brasileiro possui atualmente uma malha viária composta por

1.561.381,9 km de rodovias que conectam as diversas regiões do país. De toda malha viária

nacional apenas 202.589 km (13%) encontram-se pavimentadas.



Desta forma, a aplicação de rejeito de barragem de minério de ferro (RBMF) como matéria prima

para elementos da construção civil e infraestrutura rodoviárias pode representar alternativa viável

para a redução dos passivos ambientais e sociais ocasionados não somente pelos depósitos nas

barragens de rejeito, mas também pela extração de agregados naturais. Mais ainda, processos de

reutilização do rejeito podem representar redução de custos às empresas mineradoras. Possibilita-se,

assim, um aumento no financiamento de ações e pesquisas visando aplicação destes resíduos de

forma definitiva, social e ambientalmente adequada.

Portanto, para contribuir com as ações que possam minimizar impactos ambientais, sociais e

econômicos provocados pela atividade mineradora, bem como a busca por novos materiais

aplicáveis no setor da construção civil, propõe-se o uso do rejeito de barragem de minério de ferro

como matéria prima para a engenharia civil, como infraestrutura para obras rodoviárias, concretos,

argamassas, blocos de alvenaria e blocos de pavimentação.

O presente estudo abrangeu etapas de caracterização mecânica, química e de impacto ambiental dos

rejeitos de barragem de ferro, e comparação com materiais comumente utilizados. A seguir, foram

dimensionadas as dosagens ótimas para infraestrutura para pavimentação urbana ou rodoviária;

produção de matrizes cimentícias – concretos, argamassas, produção de blocos de alvenaria e

pavimentação. Finalmente, determinou-se o desempenho mecânico, durabilidade e expansibilidade

do rejeito in natura e dos compósitos produzidos. Essa sequência de testes é detalhada nas próximas

seções.



2. METODOLOGIA

As amostras de rejeito utilizadas nesta pesquisa são provenientes da atividade mineradora da região

do Quadrilátero Ferrífero em Minas Gerais.

2.1 COLETA E PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

A identificação da barragem objeto deste estudo foi conduzida inicialmente por meio de imagem de

satélite, reconhecimento em campo e referenciamento do ponto de coleta com o auxílio de um

aparelho GPS. A Figura 1 ilustra a localização da barragem de minério de ferro. Os pontos de coleta

foram definidos em campo, e distribuídos uniformemente pela praia do reservatório da barragem

amostrada (Figura 2).

Figura 1 - Vista aérea da barragem de rejeito de minério de ferro (pontos de coleta)

Fonte: Google Earth (2012).



Figura 2 – Locação dos pontos de coleta das amostras.

2.1.1 Determinação da Composição Química

Fez-se a caracterização da composição química do mesmo através da Difração de Raios X. Os

ensaios foram realizados em um difratômetro Shimadzu X-Ray 7000 do laboratório de difração de

raios X do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET/MG. Os resultados

para o difratograma de raios X do rejeito indicaram como principais constituintes os minerais:

Fe2O3 (Hematita); SiO2 (Quartzo); Al2Si2O5(OH)4 (Caulinita) e Al(OH)3 (Gibsita), conforme

apresentado na Figura 3. Este método identificou que o rejeito de minério de ferro é composto

quase em sua totalidade por óxido de ferro, mas apresenta também sílica em menor proporção.

Tabela 1 - Composição química do rejeito de barragem de minério de ferro

Elementos Rejeito in natura (%)

SiO2 7,12 Fe2O3 92,32 SO3 0,41

Outros 0,15

P1P2

P3P4

P5



Figura 3 - Difração de raios X do rejeito de minério de ferro

2.1.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

A análise morfológica das partículas das amostras foi realizada por microscopia eletrônica de

varredura MEV - equipamento SHIMADZU modelo 550X. Verificou-se um material com grande

variação de tamanhos e com predomínio de material fino, contendo expressiva quantidade de sílica

e hematita também identificadas nos resultados obtidos da Difração de Raios X. A Figura 4 ilustra a

morfologia do rejeito de mineração utilizado nesse trabalho.

Figura 4 - MEV do rejeito de barragem de minério de ferro 500x e 1000x

Pela microscopia eletrônica de varredura pode-se verificar o aspecto morfológico irregular das

partículas do rejeito. É possível detectar a adesão de grãos planos e com menor tamanho aos grãos

Position [°2Theta] (Copper (Cu)) 10 20 30 40 50 60 70 80

Counts

0

1000

2000

Caulinita

Gibsita

Quartzo

Hematita

Hematita Hematita



de quartzo ou hematita, o que irá, possivelmente, ocasionar um aumento de vazios no material e

requer, consequentemente, maiores quantidades de água para obtenção de plasticidade ou

trabalhabilidade necessárias nas argamassas compostas com o rejeito.

2.1.3 Impacto Ambiental

Os resíduos furam submetidos a análises ambientais para verificação de seu potencial contaminante

de acordo com as normas NBR 10004:2004, NBR10005:2004 e NBR 10006:2004; classificação,

lixiviação e solubilização, respectivamente. Como resultado dos ensaios, detalhados nas Tabela 2 e

Tabela 3, as amostras de rejeito foram classificadas como resíduo classe IIA - não perigoso e não

inerte. Isso quer dizer que o material não possui características perigosas como corrosividade,

reatividade, toxicidade, patogenicidade ou flamabilidade (NBR 10004:2004).

Tabela 2 – Resultado do Ensaio de Lixiviação Elementos Químicos

Concentração Média (mg/L)

Valor Máximo Permitido NBR 10.004:2004 (mg/L)

Arsênio <0,004 1,0 Bário <0,001 70

Cádmio <0,001 500 Chumbo <0,005 1,0

Cromo Total <0,003 5,0 Fluoreto <0,03 150 Mercúrio <0,0001 0,1

Prata <0,002 5,0 Selênio <0,003 1,0

Tabela 3 - Resultado do Ensaio de Solubilização

Elementos Químicos

Concentração Média (mg/L)

Valor Máximo Permitido NBR 10.004:2004 (mg/L)

Alumínio 0,380 0,2 Arsênio <0,004 0,01 Bário 0,300 0,7

Cádmio <0,001 0,005 Chumbo <0,005 0,01 Cianeto <0,002 0,07 Cloreto 0,55 250 Cobre <0,002 2 Cromo <0,003 0,05 Fenóis 0,53 NA



Ferro 1,038 0,3 Fluoreto <0,03 1,5

Manganês <0,0007 0,1 Mercúrio <0,0001 0,001 Nitrato 0,63 10 Prata <0,002 0,05

Selênio <0,003 0,05 Sódio <0,05 200

Sulfato 1,32 250 Surfactantes 0,48 0,5

Zinco 0,076 5

2.1.4 Preparação das amostras em laboratório

Após a coleta, as amostras foram transportadas e depositadas no pátio do laboratório de Materiais e

construção - LMC da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP. Em seguida,

procedeu-se a secagem ao ar, o destorroamento e o armazenamento em sacos plásticos

hermeticamente fechados. O rejeito utilizado neste experimento é mostrado na Figura 5.

Figura 5 - Rejeito seco ao ar e destorroado

2.1.5 Ensaios Preliminares

As amostras de agregados - areia e rejeito de mineração - foram caracterizadas conforme sua

granulometria, teor de umidade, massa específica, massa específica aparente e determinação do teor

de argilas em torrões. As distribuições granulométricas dos agregados obtidas de acordo com os

parâmetros da NBR NM – 248:2003, segundo as zonas ótima e utilizável para agregados miúdos,

encontram-se apresentadas na Figura 6 a seguir.



Figura 6 - Distribuição granulométrica dos agregados

A Figura 7 a seguir apresenta a distribuição granulométrica das partículas abaixo de 100 µm, obtida

através de granulômetro a laser.

Figura 7 - Distribuição granulométrica do RBMF abaixo de 100 µm

Os ensaios de obtenção da massa específica e da massa específica aparente dos agregados foram

realizados conforme indicam as NBR 9776:2003 e NBR 7251:1982, respectivamente. Por sua vez, a

determinação do teor de umidade foi efetuada conforme a NBR 9939:2001. Percebe-se, conforme

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

1 0,01 0,1 1 10

Ret

ido

Acu

mul

ado

(%)

Tamanho das Partículas (mm)

Areia Natural RBMF Zona Ótima Zona Utilizável

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100% 0,1 1 10 100

Ret

ido

Acu

mul

ado

(%)

Tamanho das Partículas (µm)

RBMF



indicado na Tabela 4, que o agregado reciclado apresenta uma elevada massa específica e massa

aparente em relação ao agregado natural, devido à grande concentração de Fe no resíduo.

Tabela 4 – Resultado do Ensaio de Determinação do Teor de Umidade e

Massa Específica dos agregados

Agregado Teor de Umidade (%)

Massa Específica (g/cm³)

Massa Específica Aparente (g/cm³)

Areia 0,183 2,66 1,457 RBMF 1,081 3,88 1,891

Finalmente, o ensaio de determinação do teor de argilas em torrões foi realizado nas amostras de

agregados, natural (areia) e reciclado (rejeito de minério), de acordo com os parâmetros da NBR

7218:2010 – Tabela 5. Verificou-se um alto índice formação de aglomerações, isso devido ao alto

teor de finos do rejeito de minério, conforme demonstrado no ensaio granulométrico (Figura 6), e a

sua alta capacidade higroscópica.

Tabela 5 - Resultado do Ensaio de Determinação do Teor de Argilas em Torrões dos agregados

Agregado Materiais Friáveis (%) Areia 2,7 RBMF 98,0



3. PRODUÇÃO DE ARGAMASSAS

3.1 MATERIAIS

• Rejeito de Barragem de Minério de Ferro (RBMF)

Para a produção das argamassas, o rejeito de mineração foi utilizado em seu estado in natura,

sujeito apenas às etapas de preparação da amostra em laboratório.

• Areia Natural

A areia natural utilizada como agregado nas argamassas experimentais é composta basicamente por

sílica. Areia de procedência das jazidas do Rio Fonseca em Alvinópolis, Minas Gerais. Esta areia é

limpa, característica relevante na análise e escolha do material. A areia foi seca em estufa, em

seguida peneirada e armazenada em sacos plásticos hermeticamente fechados e identificados.

• Cal Hidratada

A cal utilizada no experimento foi a Cal hidratada CH I, tipo cálcica, produzida pela empresa ICAL

de acordo com os requisitos da NBR 7175/03. Indicada para preparo de argamassa de emboço,

reboco e assentamento de tijolos e blocos.

• Cimento

O cimento utilizado como aglomerante para produção das argamassas foi o cimento Portland CP III

40 RS, produzido pela empresa Cauê. Este cimento apresenta maior impermeabilidade e

durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão devido à

reação álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos. É um cimento que pode ter aplicação geral

em argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armada, entre outras.

3.2 DOSAGEM

As argamassas experimentais foram produzidas segundo proporção 1:3. Foram produzidos traços de

referência com agregados naturais, cimento e cal hidratada para referência (TN1, TN2 e TN3 na

tabela a seguir); traços com agregados reciclados de rejeito de barragem de minério de ferro com

granulometria retida na peneira #200 (ASTM), em substituição total a areia, com cimento e cal

hidratada (T1, T2 e T3 na tabela a seguir). Também foram produzidos traços com agregados

naturais e cimento, porém nestes traços a cal hidratada foi substituída por rejeito de minério com

granulometria passante na peneira #200 (ASTM), segundo proporções (T4, T5, T6 e T7 na tabela a



seguir). Foram moldados 12 corpos-de-prova cilíndricos para cada traço. Para cada idade (3, 7, 28

dias) foram rompidos três corpos-de-prova, sendo o resultado a média entre eles. O planejamento da

dosagem destas argamassas encontra-se detalhado na Tabela 6.

Tabela 6 - Planejamento da dosagem das argamassas

Argamassa Traço Materiais TN1 1 : 3 cimento : areia TN2 1 : 3 cal hidratada : areia TN3 1 : 1 : 6 cimento: cal hidratada: areia T1 1 : 3 cimento: RBMF T2 1 : 3 cal hidratada : RBMF T3 1 : 1 : 6 cimento : cal hidratada : RBMF T4 1 : 0,9 : 0,1 : 6 cimento : cal hidratada : RBMF: areia T5 1 : 0,8 : 0,2 : 6 cimento : cal hidratada : RBMF: areia T6 1 : 0,5 : 0,5 : 6 cimento : cal hidratada : RBMF: areia T7 1 : 0 : 1 : 6 cimento : cal hidratada : RBMF: areia

3.3 RESULTADOS

3.3.1 Resistência à Compressão e à Tração na Flexão

Os testes de resistência à compressão foram realizados de acordo com a NBR 13279:1995, que

especifica o método de ensaio para determinação da resistência à compressão em argamassas para

assentamento de paredes e revestimento de paredes e tetos. Os corpos-de-prova cilíndricos das

argamassas experimentais foram desmoldados em 24 horas e curados em câmara úmida até as

idades de 3, 7 e 28 dias. Estes corpos-de-prova foram capeados e rompidos pela aplicação de carga

de 500 N/s, em prensa hidráulica servo-controlada, capacidade 200KN. Os resultados são

apresentados na Figura 8 a seguir.



Figura 8 – Resultado do ensaio de Resistência à Compressão, para todas as dosagens, aos 3, 7 e 28 dias.

Por sua vez, o ensaio de resistência à tração na flexão foi realizado segundo critérios especificados

pela NBR 13279:2005. Foram moldados os corpos-de-prova de dimensões 40 x 40 x 160 mm

referentes às argamassas experimentais, desmoldados em 24 horas e curados em câmara úmida até

as idades de 3, 7 e 28 dias. Os corpos-de-prova foram posicionados nos aparatos para ensaio, a

carga aplicada à razão de (50 ± 10) N/s centralizada entre os apoios (100,0 ± 0,5mm). Os resultados

são apresentados na Figura 9 a seguir.

Figura 9 - Resultado do ensaio de Resistência à Tração na Flexão, para todas as dosagens,

aos 3, 7 e 28 dias.

6,00

0,03

0,70

6,00

0,10

0,43

0,80

0,37

0,97

1,40

8,73

0,30

0,97

6,70

0,60

1,43

1,60

2,07

2,63

3,43

13,7

0

0,80

1,43

15,4

3

1,33

3,27

3,50

3,47

4,07

6,53

0

2

4

6

8

10

12

14

16

TN1 TN2 TN3 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Traços Referência (apenas Areia)

Areia totalmente substituída por RBMF

Cal parcialmente substituída por RBMF

MPa

3 Dias 7 Dias 28 Dias 1,

83

0,09

0,29

0,56

0,09

0,21

0,40

0,41

0,32

0,36

2,58

0,14

0,47

2,25

0,36

0,40

0,80

0,93

0,85

0,96

3,25

0,25

0,75

4,03

0,92

1,83

1,21

1,09

1,52

1,68

0

1

2

3

4

5





MPa

3 Dias 7 Dias 28 Dias



3.3.2 Demais Propriedades

Visando à melhor caracterização do material, foram realizados também os ensaios de relação

água/aglomerante para um dado índice de consistência, porcentagem de retenção de água, teor de ar

incorporado, densidade no estado fresco e endurecido e absorção de água por capilaridade.

Finalmente, as argamassas produzidas foram classificadas conforme a NBR 13281:2005, e

procedeu-se uma análise do custo preliminar de cada traço em R$/tonelada. Os resultados destes

ensaios de caracterização estão expostos a seguir.

Com o propósito de produzir argamassas que apresentem características idênticas de

trabalhabilidade foi realizado o ensaio de determinação do índice de consistência para cada um dos

traços do programa experimental, onde todos os traços obtiveram valores de abertura de 260 + 5

mm, de acordo com a NBR 13276:2005. Para este valor de consistência, obtiveram-se as relações

água/aglomerante, conforme ilustrado na Figura 10, apresentada a seguir.

Figura 10 - Relação água/aglomerante para traços de mesma consistência

Também foram realizadas análises onde se determinou os valores da retenção de água das

argamassas. Os ensaios de retenção de água foram realizados em concordância com as prescrições

da NBR 13277:1995. Obtiveram-se os valores de retenção de água das argamassas conforme

apresentado na Figura 11.

0,85

1,53

0,73 0,91

1,36 1,24

0,69 0,78

0,9

1,6

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8





Águ

a/A

glom

eran

te



Figura 11 - Retenção de água das amostras de argamassa

Procedeu-se a constatação do teor de ar incorporado das argamassas experimentais por intermédio

do aparelho medidor de ar incorporado, modelo 1.150.001 da Solotest. Os ensaios procederam-se de

acordo com as especificações do manual do equipamento. Veja os resultados na Figura 12.

Figura 12 – Teor de Ar incorporado nas argamassas

Por sua vez, os ensaios para determinação da densidade de massa no estado fresco e no estado

endurecido foram realizados em conformidade com a NBR 13278:2005 e NBR 13280:2005,

respectivamente. Os valores da densidade de massa das argamassas são apresentados na Figura 13.

91,9%

99,5% 96,3%

98,0% 96,2%

92,4%

86,5%

93,2%

88,4%

84,5%

75%

80%

85%

90%

95%

100%





% R

eten

ção

de Á

gua

44,9%

1,1%

12,5%

52,8%

1,2%

10,2%

1,7%

12,0% 17,2%

25,4%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%





% T

eor

de A

r In

corp

orad

o



Figura 13 – Resultados do ensaio de Densidade de Massa no estado fresco e endurecido

Por fim, a determinação da absorção de água por capilaridade e coeficiente de capilaridade das

argamassas procedeu-se pela realização de ensaios em conformidade com a NBR 15259:2005.

Nestes ensaios foram utilizados três corpos-de-prova, a idade de 28 dias, armazenados a

temperatura de 23 ± 2°C e umidade relativa de 60%. Os resultados dos ensaios para 10 minutos e

90 minutos encontram-se apresentados na Figura 14.

Figura 14 – Absorção de água por capilaridade. Valores para ensaios de 10 minutos e 90 minutos

1776

1732

1874

2153

1923

2094

1799

1945

1974

2026

2037

1582

1805

2077

1568

1924

1652

1649

1723

1983

1.000

1.500

2.000

2.500





dens

idad

e de

mas

sa (k

g/m³)

Estado Fresco Estado Endurecido

0,05

0,9

0,03

0,25

0,87

0,68

0,13

0,05

0,12

0,07

0,08

2,67

0,05

0,57

3,04

1,64

0,3

0,08

0,18

0,09

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5





Coe

ficie

nte

de c

apila

rida

de (g

/cm²) 10 min 90 min



3.4 ANÁLISE E CONCLUSÃO

De modo geral, notou-se que o comportamento mecânico das argamassas compostas com rejeito

apresentou-se superior em relação às argamassas produzidas com agregados naturais,

principalmente na idade de 28 dias. Isso se deve ao efeito “filler” do RBMF, um material muito

fino, como mostrou sua análise granulométrica. O RBMF preenche os vazios da matriz, tornando-a

mais íntegra e mais homogênea, e assim melhorando suas propriedades mecânicas. Em relação às

argamassas nas quais a cal foi substituída proporcionalmente por rejeito, T4, T5, T6 e T7, quando

comparadas à argamassa mista natural -TN3, percebem-se que as argamassas T5, T6 e T7

apresentaram maior consumo de água, menor retenção de água, maiores teores de ar incorporado,

maiores densidades de massa no estado fresco e menores no estado endurecido, exceto T7 devido à

grande concentração de resíduo. Entretanto, a argamassa T4 apresentou propriedades distintas das

demais argamassas de rejeitos mencionadas, quando comparada à argamassa mista natural TN3,

demonstrando menor proporção de água; retenção de água e teor de ar incorporado praticamente

equivalentes ao do traço natural; densidades de massa inferiores, tanto no estado fresco e quanto no

estado endurecido; propriedades que tornam a argamassa T4 mais trabalhável em relação a TN3. De

igual modo, é importante ressalvar que os 10% de substituição da cal por rejeito na argamassa

contribuíram para elevar consideravelmente a resistência mecânica da argamassa (T4).

Pelas análises das propriedades nos estados fresco e endurecido das argamassas experimentais,

pode-se concluir que as argamassas produzidas com agregado reciclado, T1, T2 e T3, e com

agregados naturais, TN1, TN2 e TN3, apresentaram aproximadamente a mesma trabalhabilidade,

embora as argamassas com agregado reciclado contivessem proporções maiores de água, menores

teores de ar incorporado e maiores densidades de massa no estado fresco e endurecido, em função

da elevada massa específica do rejeito.

Através dos resultados obtidos, conclui-se que é possível utilizar o rejeito de minério de ferro como

matéria-prima de desempenho técnico adequado para a produção de argamassas para revestimento e

assentamento, de forma a reduzir dos impactos ambientais da mineração. Outra consequência é a

diminuição dos custos de manutenção das barragens de rejeito e diminuição dos impactos

ambientais gerados pela extração de agregados naturais.



4. PRODUÇÃO DE CONCRETOS

Foram produzidas dosagens para a produção de concretos com classes de resistência de C20, C30 e

C40 utilizando como matéria prima o rejeito de mineração como adição ao traço e em substituição

parcial ao agregado miúdo natural.

4.1.1 Materiais




• Areia Natural

A areia natural utilizada como agregado nas argamassas experimentais é composta basicamente por

sílica. Areia de procedência das jazidas do Rio Fonseca em Alvinópolis, Minas Gerais. Esta areia é

limpa, característica relevante na análise e escolha do material. A areia foi seca em estufa, em

seguida peneirada e armazenada em sacos plásticos hermeticamente fechados e identificados.

• Brita

A brita utilizada na produção do concreto é proveniente de rocha calcária e fornecido segundo

faixas de grãos de interesse, por uma empresa mineradora da cidade de Pedro Leopoldo na região

metropolitana de Belo Horizonte.

• Cimento

Para a produção das matrizes, foi utilizado o cimento Portland tipo CPV-ARI. O cimento foi

acondicionado em sacos plásticos identificados e hermeticamente fechados de modo a preservar

suas características e evitar alterações de umidade.

4.1.2 Dimensionamento Teórico

Para quantificação dos materiais utilizados nas dosagens utilizou-se software especializado de

PAULA e PEIXOTO, método ABCP; segundo protocolo desenvolvido para dosagem de concreto a

partir de agregados de rejeito de mineração, comparativamente aos traços já utilizados para a

fabricação de concreto com agregados naturais.



Incialmente, foram criados os traços utilizando o rejeito de mineração como adição ao concreto nas

porcentagens de 0%; 0,5%; 5%; 10% e 50% em relação à quantidade de agregado miúdo. Em

seguida, utilizando o rejeito de mineração como substituição ao agregado natural nas porcentagens

de 0%; 0,5%; 5%; 10% e 50% em relação à quantidade de agregado miúdo. As Tabela 6, Tabela 8 e

Tabela 9, a seguir, ilustram os traços desenvolvidos e utilizados para as classes de concreto C20,

C30 e C40, respectivamente. Traço Natural é o traço referência, sem RBMF.

Tabela 7 - Dimensionamento da dosagem classe C20

C20 - Adição de Rejeito ao Traço Material (g) Traço Natural Traço 0,5% Traço 5% Traço 10% Traço 50%

Cimento 1 1 1 1 1 Areia 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

Rejeito 0 0.0075 0.075 0.15 0.75 Brita 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5

A/C real 0.58 0.58 0.56 0.6 0.64 Slump 80 mm 80 mm 80 mm 80 mm 80 mm

C20 - Substituição Parcial do Agregado Miúdo por Rejeito de Mineração

Material (g) Traço Natural Traço 0,5% Traço 5% Traço 10% Traço 50% Cimento 1 1 1 1 1

Areia 1.5 1.4925 1.425 1.35 0.75 Rejeito 0 0.0075 0.075 0.15 0.75 Brita 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5




Cimento 1 1 1 1 1 Areia 1 1 1.5 1 1

Rejeito 0 0.005 0.05 0.1 0.5 Brita 2 2 2 2 2




Areia 1 0.995 0.95 0.9 0.5 Rejeito 0 0.005 0.05 0.1 0.5 Brita 2 2 2 2 2

A/C real 0.46 0.46 0.48 0.48 0.5




Slump 80 mm 80 mm 80 mm 80 mm 80 mm



Cimento 1 1 1 1 1 Areia 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

Rejeito 0 0.0025 0.025 0.05 0.25 Brita 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5




Areia 0.5 0.4975 0.475 0.45 0.25 Rejeito 0 0.0025 0.025 0.05 0.25 Brita 2.5 1.5 1.5 1.5 1.5


4.2 RESULTADOS

4.2.1 Resistência à Compressão

As Figura 8, Figura 16 e Figura 18, apresentadas a seguir, indicam resultados obtidos para a

resistência à compressão uniaxial para concretos produzidos para diferentes classes de resistência

segundo dosagens de C20, C30 e C40. Os ensaios foram realizados de acordo com a NBR

5739:2007. A nomenclatura TN indica o traço com agregados naturais, TRA refere-se ao traço

utilizando o rejeito em adição ao concreto e TRS utilizando rejeito em substituição parcial ao

agregado natural. As porcentagens indicam a proporção de rejeito em relação ao agregado miúdo.



Figura 15 – Resultado do ensaio de Resistência à Compressão Classe de resistência C20; idades 3, 7 e 28 dias (TN = Referência).

Figura 16 - Figura 17 – Resultado do ensaio de Resistência à Compressão Classe de resistência C30; idades 3, 7 e 28 dias (TN = Referência).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

TN 0% TRA 0,5% TRA 5% TRA 10% TRA 50% TRS 0,5% TRS 5% TRS 10% TRS 50%

Referência Adição Substituição

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)


0

10

20

30

40

50

60

70

80



Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)




Figura 18 - Figura 19 – Resultado do ensaio de Resistência à Compressão Classe de resistência C40; idades 3, 7 e 28 dias (TN = Referência).

A resistência à compressão dos blocos apresentou comportamento variado em relação à quantidade

de rejeito inserido. Observa-se que os traços em adição e substituição até 10% apresentaram as

melhores resistências mecânicas, chegando a superar a da referência aos 28 dias. Os traços com

50% obtiveram, em geral, as resistências mais altas aos 3 dias, com evolução menos acentuada que

os demais. Todos os traços superaram aos 3 dias o limite mínimo de resistência.

4.2.2 Resistência à Tração

Por sua vez, o ensaio de resistência à tração na flexão foi realizado segundo critérios especificados

pela NBR 12142:2010. Foram moldados os corpos-de-prova de dimensões 40 x 40 x 160 mm

referentes às argamassas experimentais, desmoldados em 24 horas e curados em câmara úmida até

as idades de 3, 7 e 28 dias. Os corpos-de-prova foram posicionados nos aparatos para ensaio, a

carga aplicada à razão de (50 ± 10) N/s centralizada entre os apoios (100,0 ± 0,5mm). Os resultados

são apresentados nas Figuras Figura 9 a Figura 22 a seguir.

0

10

20

30

40

50

60

70

80



Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)




Figura 20 - Resultado do ensaio de Resistência à Tração Classe de resistência C20; idades 3, 7 e 28 dias (TN = Referência).

.


.

0

1

2

3

4

5

6

7



Res

istê

ncia

à T

raçã

o (M

Pa)


0

1

2

3

4

5

6

7



Res

istê

ncia

à T

raçã

o (M

Pa)





.

Os resultados para resistência à tração foram em geral superiores para os traços com adição de

RBMF em relação aos de substituição. Na grande maioria dos casos os traços com rejeito de

minério apresentaram desempenho igual ou superior à referência em todas as idades.


Os estudos desenvolvidos apontam para a viabilidade do emprego de agregados artificiais

provenientes da reciclagem de rejeito de mineração em concreto, para uso na construção civil.

Todos os traços superaram aos 3 dias o limite mínimo de resistência.

A adição de rejeito de mineração demonstrou desempenho melhor que a substituição desse resíduo

pelo agregado miúdo natural. Nos resultados de tração, não houve diferença significativa entre os

traços, com quase todos os tratamentos apresentando resistência superior à da referência. Nos testes

de compressão, observa-se que os traços em adição e substituição de RBMF até 10% apresentaram

as melhores resistências mecânicas, chegando a superar a da referência aos 28 dias. Os traços com

50% obtiveram, em geral, as resistências mais altas aos 3 dias, com evolução menos acentuada que

os demais.

0

1

2

3

4

5

6

7



Res

istê

ncia

à T

raçã

o (M

Pa)




Por ser um rejeito muito fino, verificou-se que a sua utilização se torna favorável como filler,

provocando redução dos poros das matrizes, gerando uma composição mais homogênea e

conferindo uma propriedade de isotropia ao concreto. Desta forma, os resultados alcançados

permitiram avaliar que é possível usar o rejeito como matéria-prima de forma técnica e

ambientalmente adequada para a redução dos impactos ambientais da mineração, e conferindo uma

produção de concretos com melhores desempenhos mecânicos.



5. PRODUÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO

Foram produzidas dosagens para a produção de blocos de concreto para alvenaria estrutural

utilizando como matéria prima o rejeito de mineração em substituição parcial ao agregado miúdo

natural. Após a produção, os blocos com idade zero foram acondicionados sobre pallets e levados à

câmara úmida, com umidade relativa do ar maior que 95% e temperatura de 30°C onde

permaneceram por 12 horas. Após cura úmida, os blocos foram envelopados por lonas de PVC onde

permaneceram até a data para de realização dos ensaios mecânicos.

5.1.1 Materiais




• Areia Natural

O agregado miúdo natural utilizado para produção dos blocos de pavimentação foi a areia lavada de

rio, adquirida comercialmente na Região Metropolitana de Belo Horizonte e proveniente de Lagoa

da Prata-MG.

• Brita




• Cimento




• Aditivo

O aditivo plastificante utilizado foi o mesmo comumente utilizado pela empresa para produção dos

blocos de pavimentação e tem por objetivo a redução da água de amassamento do concreto, através

da redução do ângulo de contato, e aumento do molhamento dos constituintes. Assim, além de



aumentar as resistências mecânicas, proporciona também ao concreto uma homogeneidade, maior

coesão e impermeabilidade.


O dimensionamento de dosagens foi determinado de acordo com parâmetros de dosagem definidos

pelo grupo de pesquisas RECICLOS, em protocolo desenvolvido para dosagem de blocos em

concreto a partir de agregados de rejeito de mineração, comparativamente aos traços já utilizados

para a fabricação de blocos com agregados naturais para fbk > 4,0 MPa. Foi produzido um traço de

referência (Lote A) com agregados naturais. Nas demais misturas, a areia foi substituída

parcialmente por resíduos, em 10% (Lote B) e 25% (Lote C). Os traços finais podem ser observados

na Tabela 6.

Tabela 10 - Dosagem utilizada nas moldagens dos blocos de alvenaria

Material Lote A (Referência) 0% de RBMF

Lote B 10% de RBMF

Lote C 25% de RBMF

Brita 00 150 kg 150 kg 150 kg Cimento CPV 30 kg 30 kg 30 kg

Areia 350 kg 310 kg 280 kg Rejeito 0,0 kg 40 kg 70 kg Aditivo 350 ml 350 ml 350 ml Água 18 L 35 L 35 L

Estão ilustrados na Figura 23 os blocos produzidos com substituição de rejeito e com agregados

naturais, respectivamente.

Figura 23 - Blocos de alvenaria produzidos com rejeito de minério em substituição parcial aos

agregados naturais (à esquerda) e sem rejeito.



5.2 RESULTADOS

5.2.1 Resistência à Compressão

A Figura 8, apresentada a seguir, indica os resultados obtidos para a resistência à compressão

uniaxial Rcc para blocos de alvenaria com idade de ruptura de 35 dias. Os ensaios foram realizados

de acordo com a NBR 12118:2006. O Lote B utiliza 10% de rejeito em substituição aos agregados

naturais; o Lote C, 25%, e o Lote A indica o bloco com agregados naturais, rompido como

referência.

Figura 24 – Resistência à compressão dos concreto sem adição de rejeito (A), com 10% da areia substituída por RBMF (B) e com 25% da areia substituída por RBMF (C)

Observa-se que os blocos produzidos com rejeito de mineração apresentaram resistência à

compressão ligeiramente reduzida. Entretanto, os resultados obtidos evidenciaram que os blocos de

alvenaria apresentam resistências mecânicas adequadas a sua utilização, como se pode ver nos

resultados para a Resistência Característica dos Blocos, fbk, expostos no gráfico a seguir. De acordo

com a NBR 6136:94, a resistência característica mínima é 6 MPa para uso geral em construção

civil.

81,4 75,6

61,7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o do

C

oncr

eto

(MPa

)

Lote A Lote B Lote C



Figura 25 - Resistência característica à compressão dos concreto sem adição de rejeito (A), com 10% da areia substituída por RBMF (B) e com 25% da areia substituída por RBMF (C)

5.2.2 Análise Dimensional

Além da resistência, outro importante fator na caracterização de blocos de alvenaria é a precisão

dimensional. Ela afeta a modulação, o prumo e, portanto, a racionalização dos materiais. Assim,

visando verificar a estabilidade dimensional dos blocos de alvenaria, foi realizada a análise

dimensional. O ensaio consiste em medir as dimensões do bloco modulares produzidos referentes à

largura, à altura, ao comprimento, à espessura das paredes, às dimensões dos furos e aos raios das

mísulas. Os blocos analisados no presente trabalho foram verificados quanto à largura, à altura, ao

comprimento e à espessura das paredes. As dimensões foram medidas utilizando um paquímetro

segundo protocolos estabelecidos na norma NBR 12118:2011. Os blocos produzidos com

agregados naturais e com rejeito estão dentro dos padrões prescritos em norma, que limita a

variação da largura em 2 mm e da altura e comprimento em 3 mm. Esse resultado está ilustrado na

Figura 26, a seguir.

17,5 16,5

11,7

0

5

10

15

20

Res

istê

ncia

Car

acte

ríst

ica

dos

bloc

os (M

Pa)




Figura 26 – Resultado da variação dimensional entre os blocos de mesmo tipo.


Os blocos produzidos com RBMF em substituição ao agregado natural apresentaram-se estáveis

relativamente à variação dimensional. Além disso, os blocos com RBMF atendem aos requisitos

mecânicos para utilização em obras de construção civil.

Os resultados da caracterização física, química e ambiental do rejeito e as caracterizações físicas e

mecânicas dos blocos demonstram a viabilidade da aplicação do resíduo, em substituição ao

agregado natural, na produção de blocos de alvenaria.

0,85

0,45 0,65

1,03

1,65

0,72

1,10

2,14

0,98

0

1

2

3

Largura (mm) Altura (mm) Comprimento (mm)

Vari

ação

na

Dim

ensã

o (m

m)




6. PRODUÇÃO DE BLOCOS DE PAVIMENTAÇÃO

6.1.1 Materiais




• Areia Natural

O agregado miúdo natural utilizado para produção dos blocos de pavimentação foi a areia lavada de

rio, adquirida comercialmente na Região Metropolitana de Belo Horizonte e proveniente de Lagoa

da Prata-MG.

• Brita




• Cimento




• Aditivo

O aditivo plastificante utilizado foi o mesmo comumente utilizado pela empresa para produção dos

blocos de pavimentação e tem por objetivo a redução da água de amassamento do concreto, através

da redução do ângulo de contato, e aumento do molhamento dos constituintes. Assim, além de

aumentar as resistências mecânicas, proporciona também ao concreto uma homogeneidade, maior

coesão e impermeabilidade.


O dimensionamento teórico partiu de uma mistura padrão para 50 MPa, chamada de blocos de

Referência. Esta mistura foi confeccionada com cimento, água e agregados naturais, como

parâmetro de comparação. Nas demais misturas, o agregado natural miúdo (areia) foi substituído



parcialmente por resíduos, nas proporções 10%, 50% e 80%. As proporções utilizadas (traços) nas

moldagens podem ser observadas na Tabela 6 e os blocos ilustrados na Figura 23. Os blocos foram

compactados em uma vibroprensa, e apresentaram aspecto visual satisfatório (similar ao produto

comercial, sem rebarbas ou reentrâncias).

Tabela 11 - Dosagem utilizada nas moldagens dos blocos de pavimentação

Material Traço A Traço B Traço C Traço D

Referência 10% RBMF 50% RBMF 80% RBMF

Brita 00 155 kg 155 kg 155 kg 155 kg

Cimento CPV-ARI 150 kg 150 kg 150 kg 150 kg

Areia natural/resíduo 270/0 kg 243/27 kg 135/135 kg 54/216 kg

Aditivo 2,8 litros 2,8 litros 2,8 litros 2,8 litros

Água 24 litros 24 litros 29 litros 44 litros

Rendimento 90 84 132 120 (#blocos/traço)

Estão ilustrados na Figura 23 os blocos produzidos com substituição de rejeito e com agregados

naturais, respectivamente.

Figura 27 - Blocos de pavimentação produzidos com RBMF em substituição parcial aos

agregados naturais (esquerda) e sem rejeito.



6.2 RESULTADOS

6.2.1 Resistência à Compressão e à Abrasão

Os resultados obtidos do ensaio de resistência à compressão evidenciaram que os blocos de

pavimentação apresentam resistências mecânicas adequadas a sua utilização como material de

revestimento de vias de alta intensidade de tráfego, de acordo com a NBR 9781:87 para idades de 7

e 70 dias. A única exceção foi o tratamento do rejeito de mineração 80%, cuja resistência à

compressão não alcançou o limite de 50 Mpa, de acordo com a Figura 84..

Figura 28 – Resultado do ensaio de Resistência à Compressão dos blocos, aos 7 e 70 dias.

No entanto, a resistência acima de 35 MPa ainda habilita os traços para uso como revestimento em

vias de trafego normal, em vias de acesso primário, como ruas de condomínios e vias de trafego

vicinal (maioria dos bairros das cidades brasileiras). Por sua vez, o ensaio de resistência à abrasão

obedeceu aos requerimentos da norma americana ASTM G 65-00- 2001. Após 120 minutos de

ensaio a Tabela 12 exibe os valores médios de desgaste medido.

Tabela 12 - Resultado da resistência à abrasão para os blocos de pavimentação: referência, 10%, 50% e 80% de resíduo

Traço A

Referência Traço B

10% RBMF Traço C

50% RBMF Traço D

80% RBMF

Perda de massa por abrasão (g) 5,93 4,50 4,97 7,35

57,99 55,78

43,89 42,69

62,14 62,36

52,97 48,69

0

10

20

30

40

50

60

70

Traço A Referência

Traço B 10% RBMF

Traço C 50% RBMF

Traço D 80% RBMF

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)

7 Dias 70 Dias



A comparação permite observar que para valores intermediários de adição de resíduos (10% e

50%), há uma menor perda de massa, o que indica uma maior durabilidade destes blocos.

6.2.2 Outros Ensaios

Para a determinação da porosidade dos blocos de pavimentação produzidos com rejeito de minério

de ferro e com agregados naturais, utilizou-se técnica de imagens por tomografia computadorizada.

Observa-se na Figura 29 que o traço referencial (REF) apresentou imagem com maior incidência de

pontos escuros, que representam vazios, que vão diminuindo com a substituição do agregado

natural por rejeito. Pode ser confirmado o efeito de fechamento dos poros (efeito filler) após a

adição do RBMF em substituição da areia.

Figura 29 - Tomografia dos blocos intertravados. Traço referência (REF), A (10% RBMF), B (20%

RBMF) e C (80% RBMF)

Outro parâmetro estudado foi a variação de massa e densidade dos tratamentos com rejeito em

relação ao testemunho de referência, como mostra a Figura 30. Essa variação, que aumenta com a

substituição de agregado natural por RBMF, está relacionada a maior ou menor presença de poros,

mas pode também estar relacionada à constituição química dos agregados. Ou seja, para maior

concentração de rejeitos, obtém-se maior concentração de ferro com maior massa específica.



Figura 30 – Média da densidade dos Blocos de Pavimentação por tomografia e sua massa média (g)

Para determinação da estabilidade dimensional dos blocos de pavimentação, segundo ciclos de

molhagem e secagem, os corpos de prova tiveram pinos de aço inox fixados com graute em sua

superfície. Após 24h de cura do graute, determinou-se medida inicial de referência. Estes corpos de

prova foram imersos em tanque de água, em intervalos de 1 dia (24 horas), 3 dias (72 horas), 7 dias

(168 horas), 21 dias (504 horas), 28 dias (672 horas) e 42 dias (1008 horas). As medidas de cada um

dos intervalos foram obtidas e relacionadas à determinação inicial. Não houve expansibilidade dos

blocos de pavimentação produzidos com agregados naturais nem dos produzidos com rejeito.

Para determinação da absorção de água (NBR 12118:2006 e NBR 10007:2004), os blocos de

pavimentação foram submetidos à saturação pelos períodos experimentais de 1, 3, 7, 21, 28 e 42

dias. Os resultados percentuais finais (aos 42 dias) estão indicados na Tabela 13, apresentada a

seguir. Observa-se que, quanto maior a adição de resíduo de minério de ferro, maior o

preenchimento dos poros, e, portanto, menor absorção de água.

Tabela 13 - Absorção de água dos blocos de pavimentação aos 42 dias

Traço A

Referência Traço B

10% RBMF Traço C

50% RBMF Traço D

80% RBMF

Absorção de Água 2,3% 2,2% 0,8% 0,7%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Traço A Referência

Traço B 10% RBMF

Traço C 50% RBMF

Traço D 80% RBMF

Massa (g) Densidade (%)




Os blocos produzidos com RBMF apresentaram-se estáveis relativamente à variação dimensional;

são, ainda, menos porosos e absorvem menos água do que o blocos produzidos com o traço de

referência, o que sugere maior durabilidade.

Embora os resultados mecânicos tenham apresentando valores maiores para os blocos produzidos

com agregados naturais, os blocos produzidos com 10% e 50% de RBMF em substituição ao

agregado miúdo atendem aos requisitos mínimos para utilização em vias de tráfego pesado. Os

demais traços ainda podem ser empregados em vias de tráfego convencional. Os traços B e C, que

utilizam 10% e 50% de RBMF, respectivamente, apresentaram a maior resistência à abrasão,

podendo significar maior durabilidade. Cabe mencionar que o aumento da adição de rejeito

provocou um aumento no rendimento da fabricação de blocos em relação ao traço referência.

Ainda, a adição de rejeito aos blocos para pavimentação não provocou alteração no impacto

ambiental das matrizes produzidas com cimento Portland.

Os resultados da caracterização física, química e ambiental do rejeito e as caracterizações dos

blocos de pavimentação demonstram a viabilidade da aplicação do resíduo, em substituição parcial

ao agregado natural, na produção dos blocos e a eficiência dos blocos de pavimentação como

camada de revestimento.



7. PRODUÇÃO DE INFRAESTRUTURA PARA

PAVIMENTAÇÃO URBANA E RODOVIÁRIA

Foram produzidas dosagens para a caracterização mecânica do RBMF utilizado como agregado

para produção de camadas de pavimentação rodoviária. Foram produzidas ainda dosagens em que o

rejeito foi aditivado com ligantes químicos e outras em que o rejeito foi estabilizado

granulometricamente.

7.1.1 Materiais




• Escória de Aciaria

A escória de aciaria utilizada nesta pesquisa é um resíduo gerado a partir de processo LD (Linz-

Donawitz) proveniente da atividade siderúrgica do estado de Minas Gerais. A escória de aciaria foi

submetida a um processo de segregação magnética onde se separou a fração metálica da fração não

metálica, além de submeter-se à estabilização e inertização por saturação em água, com o objetivo

de neutralizar os efeitos de expansão causados pelos óxidos livres de cálcio (CaO) e de magnésio

(MgO) presentes no material. O processo de recuperação metálica, segundo protocolo RECICLOS,

produziu agregados com baixo teor de metálicos, com redução percentual de 29,46% nas amostras

brutas para 0,14% nas amostras processadas. Para as dosagens estabilizadas granulometricamente,

as escórias foram submetidas a processos de segregação gravimétrica. Para as dosagens em que a

escória foi utilizada como ligante, a fração não metálica foi cominuída em trituradores de

mandíbulas e moinhos de rolo e esferas.

• Cal Hidratada

Para construção dos modelos experimentais utilizou-se a cal hidratada CH I-tipo cálcica. Este

produto é indicado para o preparo de argamassas e estabilização química de misturas de solo e

comercialmente se encontra disponível em embalagens de 20 kg.

• Cimento



Para a construção dos modelos experimentais utilizou-se cimento Portland tipo CP – III RS – 40

para uso geral. O cimento foi acondicionado em sacos plásticos hermeticamente fechados de modo

a preservar suas características, evitar contaminações e alterações de umidade.

7.1.2 Dosagem

Para as dosagens estabilizadas quimicamente, utilizaram-se como ligantes, cimento, cal e escória.

As misturas foram mantidas em câmara úmida durante o período de cura determinado em 0, 3 e 7

dias, para obtenção dos resultados de CBR, e 7 dias em câmara úmida e ao ar para a determinação

da resistência à compressão simples, absorção e durabilidade. As dosagens foram definidas em

adição, segundo teores de 1%, 2%, 5% e 10% em relação à massa do rejeito seco. Para as dosagens

estabilizadas granulometricamente, produziram-se misturas dimensionadas segundo método de

Rothfuchs, caracterizadas pelos percentuais 30% rejeito – 70% escória; 50% rejeito – 50% escória e

70% rejeito – 30% escória. As dosagens estão resumidas na Tabela 6, abaixo.

Tabela 14 - Planejamento das dosagens

Dosagens estabilizadas quimicamente (Adição de ligantes segundo teores de 1%, 2%, 5% e 10% em relação à massa de RBMF seco.)

Dosagens estabilizadas granulometricamente (Dosagem de solos de granulometrias

diferentes de forma a alcançar a distribuição granulométrica desejada)

Ligantes: Cimento; Cal; Escória;

30% RBMF – 70% escória 50% RBMF – 50% escória 70% RBMF – 30% escória



7.2 RESULTADOS

7.2.1 Compactação

Para a determinação dos resultados de compactação foram construídas curvas para o RBMF in

natura, para as misturas estabilizadas quimicamente (RBMF-escória, RBMF-cal, RBMF-cimento) e

para as misturas estabilizadas granulometricamente (70% RBMF - 30% escória, 50% RBMF - 50%

escória e 30% RBMF - 70% escória). Utilizou-se a metodologia e das prescrições normativas

descritas à NBR7182:1986. Os ensaios com o RBMF in natura foram realizados em três energias

de compactação: Proctor Normal, Proctor Intermediário e Proctor Modificado, para melhor

caracterização mecânica das amostras. Para as demais misturas utilizou-se a energia de

compactação Proctor Intermediário, com o objetivo de atingir os parâmetros normativos e devido

aos baixos valores de resistência mecânica apresentados na energia Proctor Normal para o RBMF in

natura. Os procedimentos foram realizados sem reuso e as amostras previamente secas ao ar.

A Figura 31 ilustra que o acréscimo das energias de compactação na produção dos corpos de prova

proporciona um aumento na densidade do RBMF in natura compactado e a diminuição da umidade

ótima.

Figura 31 - Variação da energia de compactação para o RBMF in natura.

Nas Figura 32, Figura 33 e Figura 34 são apresentadas as curvas de compactação das misturas

estabilizadas com cimento, cal e escória.

2,1 2,15 2,2

2,25 2,3

2,35 2,4

2,45 2,5

2,55 2,6

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

γ dm

ax (k

N/m³)

Wot (%)

Proctor Modificado Proctor Intermediário Proctor Normal



Figura 32 - Curva de

compactação RBMF-cimento


compactação RBMF-cal


compactação RBMF-escória

Para as misturas estabilizadas granulometricamente, Figura 35, verifica-se o comportamento

análogo ao que ocorre quando se aumenta a energia de compactação para um mesmo solo.

Figura 35 – Resultado do ensaio de compactação para as misturas estabilizadas granulometricamente

7.2.2 Índice de Suporte Califórnia

Para a determinação dos resultados de determinação do Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou

California Bearing Ratio (CBR) do RBMF, das misturas estabilizadas quimicamente (RBMF-

escória, RBMF-cal, RBMF-cimento) e das misturas estabilizadas granulometricamente (RBMF-

2

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

6 8 10 12 14 16 18 20

γ dm

ax (k

N/m³)

Wot (%)

6 8 10 12 14 16 18 20 22

Wot (%)

6 8 10 12 14 16 18 20

Wot (%)

2,25

2,30

2,35

2,40

2,45

2,50

2,55

2,60

2,65

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

γ dm

ax (k

N/m³)

Wot (%)

rejeito

30 rejeito - 70 escória





escória), utilizou-se metodologia e prescrições normativas descritas na NBR 9895:1987. Para as

misturas do RBMF in natura moldaram-se corpos de prova em três energias: Proctor Normal,

Intermediário e Modificado, no teor de umidade ótima (Wot) para cada uma das energias e peso

específico aparente seco máximo (γdmax). Os valores de ISC para o RBMF in natura compactado

segundo umidades ótimas e diferentes energias de compactação apresentam-se na Figura 36. O

limite inferior para uso do material como base é 80%; como sub-base, 20% e como subleito, 2%.

Abaixo deste nível, deve-se substituir o material por outro de melhor competência.

Figura 36 - Resultado do ensaio de Índice de Suporte Califórnia para o RBMF in natura para as

energias de Proctor Normal, Intermediário e Modificado

O RBMF apresenta resultados crescentes do valor de ISC com aumento da energia de compactação.

Para as energias Proctor Normal os valores de ISC atendem requisitos mínimos de projeto para

aplicação como subleito em função da capacidade suporte. As energias Proctor Intermediário e

Modificado mostram alternativas para atendimento às especificações de projeto para sub-base, não

sendo recomendadas para uso em base de pavimentos rodoviários.

Para as misturas estabilizadas quimicamente os corpos de prova foram compactados apenas com a

energia Proctor Intermediário, visando alcançar melhores resultados se comparado ao RBMF

natural. Os resultados obtidos para a estabilização RBMF-cimento mostram valores de capacidade

de suporte crescentes com o aumento do teor de ligante, cimento, cal e escória, Figura 37, Figura

38 e Figura 39, respectivamente. Esses valores também apresentam tendência de ganho de

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Proctor Modificado

Proctor Intermediário

Proctor Normal

ISC

(%) subleito

sub-base

base



resistência com o tempo, mesmo que de forma discreta, como era de se esperar, já que para a

estabilização com cimento utilizou-se cimento Portland tipo CP-III RS.

Figura 37 – Resultado do ensaio de Índice de Suporte Califórnia para misturas estabilizadas

quimicamente com cimento

Figura 38 - Resultado do ensaio de Índice de Suporte Califórnia para misturas estabilizadas

quimicamente com cal

0

30

60

90

120

150

180

210

1% 2% 5% 10% Rejeito

ISC

(%)

0 dias 3 dias 7 dias Rejeito Subleito Sub-base Base

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1% 2% 5% 10% Rejeito

ISC

(%)





quimicamente com escória

Incrementos na quantidade de ligante produzem considerável aumento nos valores de ISC. O ganho

de resistência observado é proporcional, varia na razão direta do aumento da concentração de

cimento nas dosagens, resultado também esperado. Os valores de ISC para as dosagens e idades são

superiores ao valor do RBMF. Observa-se que as dosagens de 2% e 5% atendem aos parâmetros

normativos para utilização em sub-base e base, respectivamente. Nessa ordem, as dosagens que

apresentaram melhor desempenho foram as aditivadas com cimento, cal e escória.

Os resultados obtidos para a estabilização granular RBMF-escória mostram capacidade de suporte

crescente com o aumento do teor de agregado, Figura 40.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

1% 2% 5% 10% Rejeito

ISC

(%)





granulometricamente com escórias

A adição de 70 % de escória apresentou maior valor de ISC, aproximadamente 85%, valor que

habilita essa dosagem para uso como base rodoviária; enquanto a dosagem de 50% apresentou ISC

de 64%, e a de 30% apresentou valor de 52%, valores estes que habilitam essas dosagens para seu

uso como material de construção de sub-base de pavimentos rodoviários.

7.2.3 Expansibilidade

Os ensaios de expansibilidade para as dosagens estabilizadas química e granulometricamente foram

realizadas segundo prescrições normativas da NBR 7207:1982. A Figura 41 apresenta a expansão

ocasionada para o RBMF in natura em diferentes energias de compactação, enquanto as Figura 42,

Figura 43 e Figura 44 indicam valores de expansibilidade para o RBMF estabilizado com cimento,

cal e escória, respectivamente.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

70%Rejeito 30%Escória



Rejeito

ISC

(%)

Subleito

Sub-base

Base



Figura 41 - Resultado do ensaio de Expansão para o RBMF in natura para as energias de Proctor

Normal, Intermediário e Modificado

Figura 42 - Resultado do ensaio de Expansão para misturas estabilizadas quimicamente com Cimento

Os resultados para expansão obtidos da mistura RBMF-cimento, apresentaram-se inferiores a 0,3%,

atendendo às prescrições e limites de projeto (0,5%) para aplicação destas misturas como material

de construção de base rodoviária. As dosagens de 5 e 10% com idade de cura de 3 e 7 dias

respectivamente, apresentaram expansão inferior a 0,1%.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Proctor Modificado

Proctor Intermediário

Proctor Normal

Exp

ansã

o (%

)

subleito sub-base base

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

1% 2% 5% 10% Rejeito

Exp

ansã

o (%

) 0 dias

3 dias

7 dias

Rejeito



Figura 43 - Resultado do ensaio de Expansão para misturas estabilizadas quimicamente com Cal

Figura 44 - Resultado do ensaio de Expansão para misturas estabilizadas quimicamente com Escória

Observa-se que o acréscimo percentual de estabilizante contribui para a redução da expansão das

misturas. A cura úmida segundo períodos experimentais de 3 e 7 dias provoca redução nos valores

de expansibilidade para os tratamentos estudados. O processo de cura possibilita desenvolvimento

de reações cimentantes provocadas pelas adições, de forma mais intensa no cimento, seguido pela

cal e pela escória. Percebe-se que a escória de aciaria não funcionou apenas como filler, ou seja,

material de enchimento, mas também como agente cimentante, reduzindo a expansibilidade das

misturas estudadas.

Os resultados do ensaio de Expansão para a estabilização granulométrica do RBMF estão ilustrados

na Figura 45 a seguir.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

1% 2% 5% 10% Rejeito

Exp

ansã

o (%

) 0 dias

3 dias

7 dias

Rejeito

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

1% 2% 5% 10% Rejeito

Exp

ansã

o (%

)

0 dias

3 dias

7 dias

Rejeito



Figura 45 - Resultado do ensaio de Expansão para misturas estabilizadas granulometricamente

Ao utilizar-se a escória em diferentes concentrações, como material granular para reforço da

estrutura do solo, observou-se que o aumento das dosagens de escória contribuiu para redução da

expansão. A adição das escórias como material granular provocou melhoria no desempenho

mecânico das misturas, comparativamente aos resultados obtidos para dosagens em que a escória

foi utilizada como ligante.

A maior dosagem para escórias em adição ao RBMF in natura, 70% de escória, não representou

instabilidade volumétrica à mistura, apresentando valor para expansão inferior a 0,04%. Para todas

as dosagens, foi verificado que a expansão é inferior ao RBMF in natura.

7.2.4 Resistência a Compressão Simples

Para a determinação dos resultados de resistência à compressão utilizou-se metodologia e

prescrições normativas descritas à NBR 12025:1990. Para melhor caracterização dos resultados e

racionalização do planejamento experimental foram analisadas dosagens que apresentaram melhor

desempenho mecânico e econômico em relação aos ensaios de CBR, tanto para as misturas

estabilizadas granulometricamente quanto quimicamente. Os corpos de prova foram moldados na

energia de compactação do Proctor Intermediário. Foram produzidos dois grupos de corpos de

prova, um para cura em câmara úmida e outro para cura ao ar cujos resultados são apresentados na

Figura 46.

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

70%Rejeito 30%Escória 50%Rejeito 50%Escória 30%Rejeito 70%Escória Rejeito

Exp

ansã

o(%

)



Figura 46 – Resultados do Ensaio de Resistência à Compressão Simples

7.2.5 Absorção de água

Para determinação dos resultados de absorção de água utilizou-se metodologia e prescrições

normativas descritos à NBR 13555:1996. Os corpos de prova foram moldados na energia Proctor

Intermediário. Foram produzidos dois grupos de corpos de prova, um foi submetido à cura em

câmara úmida e o outro à cura ao ar, ambos por um período de 7 dias. A Figura 47 apresenta os

resultados para a absorção de água das amostras.

Figura 47 – Resultados para o ensaio de Absorção das amostras estabilizadas quimicamente

1,44

0,79

0

0,3 0,24

0

1,32

0,89 0,81

0,96 0,9 0,75

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Adição 5% Cimento

Adição 10% Cal

Adição 10% Escória

30% Rejeito 70% Escória

50% Rejeito 50% Escória

Rejeito in natura

MPa

cura câmara úmida cura ao ar

15,84 17,43

18,51 16,96

18,26 19,26

0

5

10

15

20

25

Adição 5% Cimento Adição 10% Cal Adição 10% Escória

Abs

oção

(%)




7.2.6 Durabilidade

Para a determinação dos resultados de durabilidade, utilizou-se o método de perda de massa

segundo metodologia e prescrições normativas descritas à NBR 13554:1996. A determinação de

perda de massa foi conduzida para as dosagens estabilizadas química e granulometricamente que

apresentaram melhor desempenho e para a mistura natural. Os corpos de provas foram compactados

na energia Proctor Intermediário. Os resultados estão apresentados na Figura 48.

Figura 48 – Resultado de perda de massa nos ensaios de durabilidade

O RBMF in natura e as misturas estabilizadas granulometricamente não resistiram ao ensaio de

durabilidade, apresentando perda total de massa durante a imersão ainda no primeiro ciclo.

23,00

28,85 26,45

30,7

0

5

10

15

20

25

30

35

5% cimento 10% cal

Perd

a de

Mas

sa (%

)





O rejeito de barragem minério de ferro, RBMF, pode ser empregado em infraestrutura rodoviária

quando estabilizado química ou granulometricamente. Para as misturas estabilizadas quimicamente,

o aumento da dosagem das adições correspondem à redução do peso específico aparente seco

máximo e ao aumento da umidade ótima das misturas. Nas misturas estabilizadas

granulometricamente, o aumento da dosagem das adições provoca aumento do peso específico

aparente seco máximo e diminuição da umidade ótima das misturas.

A dosagem de 5% da mistura aditivada com cimento atende aos parâmetros normativos para

utilização em camada de base. Para a mistura estabilizada com cal a dosagem de 10% com 7 dias de

cura pode ser utilizada em base de pavimento com solicitações de veículos N < 5x106. As misturas

estabilizadas com escória apresentam uso restringido somente à camada de sub-base.

Os resultados obtidos para a estabilização granulométrica mostraram capacidade de suporte

crescente com o aumento do teor de agregado. A adição de 70 % de escória em massa apresentou o

maior valor de ISC, aproximadamente 85%, valor que habilita essa dosagem para uso como base

rodoviária. A dosagem de 50% em massa pode ser utilizada em base de pavimento com solicitações

de veículos N < 5x106. A dosagem de 30% está habilitada para uso como material de construção de

sub-base de pavimentos rodoviários;

O acréscimo percentual de estabilizante químico contribui para a redução da expansão das misturas.

A cura úmida segundo períodos experimentais de 3 e 7 dias provoca redução dos valores de

expansibilidade para os tratamentos estudados;

Os resultados de resistência à compressão simples obtidos para as misturas estabilizadas

quimicamente indicaram valores superiores para as dosagens com cimento comparativamente

àquelas aditivadas com cal e escória. A condição de cura em câmara úmida favoreceu as dosagens

estabilizadas quimicamente com cimento; enquanto a cura ao ar contribuiu para que as misturas

estabilizadas com cal e escória apresentassem melhores resultados em relação à cura em câmara

úmida. Ainda em relação às dosagens com cal, aplicações de campo poderiam ainda ser

beneficiadas de forma significativa dada maior área de exposição ao ar atmosférico das camadas do

pavimento. As dosagens em que a escória foi utilizada como material granular apresentaram

resultados para resistência à compressão simples superiores àquela em que a escória foi utilizada

como material ligante.



A estabilização granulométrica das misturas curadas ao ar apresentou ganho de resistência superior

ao rejeito e às misturas estabilizadas quimicamente com cal e escória. Nota-se que o tipo de cura

influenciou consideravelmente nos resultados de resistência. A análise da resistência à compressão

simples para o rejeito foi conduzida apenas para as condições de cura ao ar. O material também não

suportou as condições de saturação, como observado para escória.

Os resultados dos ensaios de durabilidade mostraram que as amostras de rejeito estabilizadas com

cimento suportaram melhor os ciclos do ensaio que as amostras de rejeito estabilizadas com cal,

apresentando menor perda de massa. Percebe-se que não houve uma variação significativa da perda

de massa entre cada uma das dosagens (cimento e cal), indicando pequena influência do processo de

cura nos resultados de durabilidade.

A utilização de RBMF e de escória de aciaria como infraestrutura rodoviária pode apresentar grande

vantagem do ponto de vista ambiental, reduzindo as áreas de empréstimos, minimizando a

degradação ambiental e contribuindo para a diminuição dos volumes e riscos das barragens e

consequentemente na redução de novas áreas disposição do rejeito.



9. REFERÊNCIAS

Boscov, M., 2008. Geotecnia Ambiental, s.l.: Oficina de Textos.

Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte - DNIT, 2013. Plano Nacional de Viação, Brasília: DNIT.

Departamento Nacional de Produção Mineral - DNPM, 2012. Sumário Mineral, s.l.: s.n.

Instituto Brasileiro de Mineração – IBRAM, 2015. Informações e análises da economia mineral Brasileira 2015, s.l.: IBRAM.

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Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT.NBR 7182. Solo: Ensaio de Compactação - Procedimento. Rio de Janeiro. 1986.

utilização de rejeitos de barragens de minério de ferro na ...

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