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Sergio Biff
CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO ARGILOSO PROVENIENTE DO PROCESSO DE
BENEFICIAMENTO DE AREIA E SUA VIABILIDADE DE USO EM PAVIMENTAÇÃO
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Ciências Ambientais da
Universidade do Extremo Sul Catarinense
para obtenção do Grau de Mestre em
Ciências Ambientais.
Área de Concentração:
Ecologia e Gestão de Ambientes Alterados
Orientador:
Prof. Dr. Marcos Marques da Silva Paula
Criciúma, SC
2008
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3
Dedico esta obra a minha esposa e minha família pelo
apoio que sempre recebi.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao meu orientador Prof. Dr. Marcos Marques da Silva Paula pelo perene
apoio na elaboração deste estudo.
Um especial obrigado ao Prof. Msc. Adailton Antônio dos Santos pelo auxílio no
desenvolvimento deste estudo.
Aos colegas Ramon Becker e Ricardo Cerutti do Laboratório de Mecânica dos Solos,
do IPAT – Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas da UNESC.
Aos colegas do Mestrado Giana Remus pelo auxílio nesta dissertação e Ricardo
Vicente pelo companheirismo durante o período das aulas.
5
“O degrau de uma escada não serve simplesmente para que
alguém permaneça em cima dele, destina-se a sustentar o pé
de um homem pelo tempo suficiente para que ele coloque o
outro um pouco mais no alto”.
Thomas Huxley
RESUMO
O presente estudo tem como objetivo caracterizar química e fisicamente o resíduo
proveniente do processo de beneficiamento de areia quartzosa. Além disso, investigar
potencial aplicação na construção de rodovias e efetuar uma avaliação ambiental de seu
proposto uso. O resíduo é gerado em virtude da necessidade de reduzir a concentração de
determinados constituintes associados à matéria-prima, constituintes estes como: óxido de
alumínio, óxido de ferro e outros componentes em menor proporção. Uma parcela da matéria-
prima beneficiada é descartada como subproduto deste processo, esta parcela representa em
média 20 % do total beneficiado. Adicionalmente o resíduo deve ser avaliado quanto
potencial impacto ambiental que pode proporcionar seu uso e então propor medidas para
minimizar tal impacto. Estima-se que em 2005 foram utilizados aproximadamente 31 milhões
de toneladas de argila, areia e rochas britadas na manutenção e construção de rodovias
segundo fontes do Departamento Nacional de Produção Mineral - DNPM. Este subproduto,
denominado de resíduo, parcialmente poderia substituir os materiais convencionalmente
usados na manutenção e construção de rodovias. Com a utilização deste resíduo deve-se
minimizar o impacto econômico e ambiental gerado pela disposição do resíduo e
principalmente reduzir os custos relacionados com a mineração de matérias-primas
convencionais na pavimentação e manutenção de rodovias. Provável benefício comercial do
uso de resíduos, já que eles são financiados por outros processos industriais que geram os
mesmos. O resíduo em estudo é proveniente do beneficiamento de areia na empresa UNIMIN
DO BRASIL. O resíduo teve suas propriedades químicas e físicas avaliadas, posteriormente
foi efetuada a determinação do limite de liquidez, limite de plasticidade, distribuição
granulométrica, expansão por imersão e índice de suporte Califórnia para verificar sua
possibilidade de utilização em pavimentação. Na etapa complementar o resíduo teve suas
propriedades melhoradas com estabilização granulométrica utilizando-se para tal areia e
efetuada sua caracterização quanto a potencial perigo ao meio ambiente conforme norma
NBR 10004 (ABNT, 2004). O resíduo apresentou propriedades mecânicas apropriadas à
utilização em pavimentação, pois apresentou Índice de Suporte Califórnia de 7,6%, expansão
por imersão de 1% e de acordo com DNIT (2006) valores adequados ao uso como reforço de
subleito. O resíduo foi classificado como não-inerte classe II A de acordo com a norma NBR
10004 (ABNT, 2004) em virtude de apresentar os parâmetros Alumínio, 1,1 mg/litro e Ferro,
0,35 mg/litro no ensaio de solubilização, valores acima dos limites determinados na norma.
Palavras-chaves: especificação; areia; beneficiamento; rodovias; resíduo sólido.
ABSTRACT
This study must characterize and evaluate the potential using of solid waste from the
process of beneficiary of industrial sand, created specifically in the wet process of silica sand
in the construction and maintenance of roads and perform an environmental assessment of its
proposed use. The residue is generated due to the necessity of reducing the concentration of
certain constituents associated with the raw material, constituents such as: aluminum oxide,
iron oxide and other components in smaller proportion. A part of the raw material is discarded
as solid waste of this process, this parts represents on average 20% of the total processed.
Additionally, the solid waste might be evaluated how much potential environmental impact
can provide its use and then propose measures to minimize such impact. It is estimated that in
2005 were used approximately 31 million tons of clay, sand and gravel in the maintenance and
construction of roads according to sources of National Department of Mineral Production,
DNPM. This secondary product named solid waste, could partially replace the materials
conventionally used in the maintenance and construction of roads. The utilization of this solid
waste decreases the environmental and economic impact generated by the disposal of the solid
waste and mainly reducing costs related to the mining of conventional raw materials in paving
and maintenance of roads and likely commercial benefit from the use of this solid waste, as
they are funded by others industrial processes which generate them. The solid waste is got
from UNIMIN DO BRASIL wet process. This solid waste had its chemistry and physical
proprieties analyzed; afterwards it was done the following analyses: Limit of liquidity,
plasticity, particles sizes distribution and California bearing ratio (CBR) to analyze the
possibility of using in roads pavement. As last step the solid waste had its properties improved
by stabilization with sand; the main objective was to get a decreasing of Aluminum and Iron
concentrations in order to assess environmental impacts according to norm NBR 10004
(ABNT, 2004). The solid waste presented adequate mechanic proprieties of using as pavement
material; it had got 7.6% in the CBR result and 1.0% of expansion. According to DNIT (2006)
these results are adequate to use in pavement construction. The solid waste had on a
complementary stage an improvement of its properties with stabilization with sand, using for
such purpose the sand and effected its characterization as its potential impact to the
environment according to norm NBR 10004. The solid waste had its application in
construction of pavement limited by environmental matters; this secondary material got high
levels in aluminum end iron parameters, 1.1 mg/liter and 0.35 mg/liter respectively.
Key-words: Specification, sand, beneficiary, roads, solid waste.
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Decomposição de rochas, composição e tipos de solos ........................................... 25
Tabela 2. Análises químicas da areia (matéria-prima) e do resíduo argiloso obtidos por
fluorescência de raios X - FRX ............................................................................................... 47
Tabela 3. Determinação dos minerais do resíduo argiloso obtidos por difração de raios X –
DRX ......................................................................................................................................... 48
Tabela 4. Resultados dos ensaios de pH e íon sulfídrico do resíduo ....................................... 50
Tabela 5. Resultados do ensaio de lixiviação do resíduo ........................................................ 50
Tabela 6. Resultados do ensaio de solubilização do resíduo ................................................... 51
Tabela 7. Ensaios para utilização do resíduo em pavimentação.............................................. 52
Tabela 8. Resultados de compressão simples com adição de cal ............................................ 53
Tabela 9. Análise química da areia .......................................................................................... 53
Tabela 10. Determinação dos minerais encontrados na areia obtidos por difração de raios X –
DRX ......................................................................................................................................... 55
Tabela 11. Resultados dos ensaios de pH e íon sulfídrico da areia usada para estabilização em
solução de água para determinação da corrosividade .............................................................. 57
Tabela 12. Determinação das concentrações dos componentes químicos no ensaio de
lixiviação da areia .................................................................................................................... 57
Tabela 13. Determinação das concentrações dos componentes químicos no ensaio de
solubilização da areia............................................................................................................... 57
Tabela 14. Ensaios realizados na areia utilizada para estabilização do resíduo argiloso em
estudo ....................................................................................................................................... 58
9
Tabela 15. Resultados dos ensaios de pH e íon sulfídrico do resíduo estabilizado com areia em
solução de água para determinação da corrosividade .............................................................. 59
Tabela 16. Determinação das concentrações dos componentes químicos no ensaio de
lixiviação do resíduo estabilizado com areia ........................................................................... 59
Tabela 17. Determinação das concentrações dos componentes químicos no ensaio de
solubilização do resíduo estabilizado com areia...................................................................... 59
Tabela 18. Ensaios realizados com o resíduo estabilizado com areia para utilização em
pavimentação ........................................................................................................................... 60
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Fluxograma simplificado do processo de beneficiamento de areia. Fonte: Unimin do
Brasil Ltda ............................................................................................................................... 19
Figura 2. Correia transportadora utilizada no processo de beneficiamento de areia. Fonte:
Unimin do Brasil Ltda ............................................................................................................. 20
Figura 3. Células de atrição utilizadas no processo de beneficiamento de areia. Fonte: Unimin
do Brasil Ltda .......................................................................................................................... 20
Figura 4. Hidrociclone utilizado no processo de beneficiamento de areia. Fonte: Unimin do
Brasil Ltda ............................................................................................................................... 21
Figura 5. Perfil resultante da decomposição da rocha. Fonte: DNIT, 2006 ............................ 25
Figura 6. Depósitos de tálus e respectivas rochas de origem. Fonte: DNIT, 2006.................. 27
Figura 7. Perfil do pavimento. Fonte: Dnit 2006 ..................................................................... 30
Figura 8. Fluxograma das principais etapas empregadas na caracterização do resíduo gerado
no processo de beneficiamento de areia para aplicação em pavimentação. Fonte: Arquivo
pessoal ..................................................................................................................................... 35
Figura 9. Pontos de coleta no tanque de tratamento de efluente do processo de beneficiamento
de areia. Fonte: Unimin do Brasil Ltda ................................................................................... 36
Figura 10. Coleta em um ponto no tanque de destino do resíduo do processo de
beneficiamento de areia. Fonte: Unimin do Brasil Ltda .......................................................... 37
Figura 11. Equipamento utilizado para coleta do resíduo. Fonte: Unimin do Brasil Ltda ...... 37
12
Figura 12. Avaliação ambiental e procedimento para caracterização dos resíduos sólidos
conforme norma NBR 10004 (2004). Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS – ABNT, NBR 10004, 2004................................................................................ 40
Figura 13. Equipamento do tipo Prensa CBR utilizada na determinação do índice de suporte
Califórnia. Fonte: Laboratório de mecânica dos solos - Instituto de Pesquisas Ambientais e
Tecnológicas – IPAT/UNESC ................................................................................................. 42
Figura 14. Amostra do resíduo após secagem (15% umidade). Fonte: Arquivo Unimin do
Brasil Ltda ............................................................................................................................... 46
Figura 15. Difratograma e fases identificadas no resíduo argiloso por DRX. Fonte:
Laboratório de Caracterização Tecnológica – LCT da Universidade de São Paulo – USP .... 48
Figura 16. Curva granulométrica de distribuição de tamanhos de partículas do resíduo. Fonte:
Laboratório de Mecânica dos Solos - Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas –
IPAT/UNESC .......................................................................................................................... 49
Figura 17. Curva de compactação do resíduo argiloso. Fonte: Laboratório de Mecânica dos
Solos - Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas – IPAT/UNESC ........................... 52
Figura 18. Amostra de areia utilizada na estabilização do resíduo. Fonte: Unimin do Brasil
Ltda .......................................................................................................................................... 55
Figura 19. Difratograma e fases identificadas na areia por DRX. Fonte: Laboratório de
Caracterização Tecnológica – LCT da Universidade de São Paulo/USP ................................ 56
Figura 20. Curva granulométrica de distribuição de tamanhos de partículas da areia. Fonte:
Laboratório de Mecânica dos Solos - Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas –
IPAT/UNESC .......................................................................................................................... 56
Figura 21. Teor de alumínio no extrato solubilizado do resíduo, areia e resíduo estabilizado
com areia.................................................................................................................................. 61
13
Figura 22. Teor de ferro no extrato solubilizado do resíduo, areia e resíduo estabilizado com
areia ......................................................................................................................................... 61
Figura 23. Teor de sódio no extrato solubilizado do resíduo, areia e resíduo estabilizado com
areia ......................................................................................................................................... 62
Figura 24. Teor de sulfato no extrato solubilizado do resíduo, areia e resíduo estabilizado com
areia ......................................................................................................................................... 62
14
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 16
1.1 Economia e meio ambiente do sul de Santa Catarina .................................................. 16
1.2 Beneficiamento de areia .................................................................................................. 17
1.3 Mineração de areia no Brasil .......................................................................................... 21
1.4 Proposta de uso do resíduo ............................................................................................. 22
1.5 Solos .................................................................................................................................. 23
1.5.1 Solos residuais ................................................................................................................ 24
1.5.2 Solos transportados ......................................................................................................... 25
1.5.2.1 Solos de aluvião ........................................................................................................... 26
1.5.2.2 Solos orgânicos ............................................................................................................ 26
1.5.2.3 Solos coluviais ............................................................................................................. 26
1.5.2.4 Solos eólicos ................................................................................................................ 27
1.6 Pavimento ......................................................................................................................... 27
1.6.1 Camadas de pavimento ................................................................................................... 28
1.6.1.1 Subleito ........................................................................................................................ 28
1.6.1.2 Leito ............................................................................................................................. 28
1.6.1.3 Greide do leito ............................................................................................................. 28
1.6.1.4 Regularização .............................................................................................................. 28
1.6.1.5 Reforço do subleito ...................................................................................................... 29
1.6.1.6 Sub-base ...................................................................................................................... 29
1.6.1.7 Base ............................................................................................................................. 29
1.6.1.8 Revestimento ............................................................................................................... 29
1.7 Avaliação do impacto ambiental .................................................................................... 30
1.8 Estabilização dos solos para uso em pavimentação ...................................................... 30
1.9 Análise da viabilidade do uso do resíduo em pavimentação ........................................ 31
2 OBJETIVOS ....................................................................................................................... 33
2.1 Objetivo Geral ................................................................................................................. 33
2.2 Objetivos Específicos ....................................................................................................... 33
3. MATERIAL E MÉTODOS .............................................................................................. 34
3.1 Localização e descrição da área de estudo .................................................................... 34
15
3.2 Metodologia ...................................................................................................................... 34
3.2.1 Amostragem do resíduo argiloso ................................................................................. 36
3.2.2 Secagem do resíduo ........................................................................................................ 38
3.2.3 Caracterização do resíduo ............................................................................................... 38
3.2.4 Classificação e avaliação do impacto ambiental quanto ao uso em pavimentação ........ 39
3.2.5 Avaliação do resíduo para utilização em pavimentação ................................................. 41
3.2.6 Estabilização do resíduo ................................................................................................. 43
3.2.6.1 Estabilização físico-química ........................................................................................ 43
3.2.6.2 Estabilização granulométrica ....................................................................................... 43
3.2.7 Avaliação do estudo de estabilização ............................................................................. 43
3.2.7.1 Avaliação do risco ambiental ...................................................................................... 43
3.2.7.2 Avaliação do resíduo estabilizado com areia quanto ao uso em pavimentação .......... 45
3.2.8 Análise econômica .......................................................................................................... 45
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................... 46
4.1 Amostragem do resíduo argiloso e homogeneização .................................................... 46
4.2 Caracterização dos constituintes .................................................................................... 47
4.3 Classificação ambiental e seu uso em pavimentação .................................................... 49
4.4 Estabilização do resíduo .................................................................................................. 53
4.4.1 Estabilização com cal ..................................................................................................... 53
4.4.2 Estabilização com cimento ............................................................................................. 54
4.4.3 Estabilização com areia .................................................................................................. 54
4.5 Avaliação do estudo de estabilizaçãodo resíduo ........................................................... 58
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................. 64
REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 65
ANEXO ................................................................................................................................... 68
16
1 INTRODUÇÃO
1.1. Economia e meio ambiente do sul de Santa Catarina
A região sul de Santa Catarina tem atualmente como base econômica no setor
secundário, as indústrias de produtos químicos e seus derivados, destacando-se a indústria de
transformação de polímeros que tem como uma parcela considerável o segmento de
descartáveis plásticos. A indústria da confecção do vestuário, indústrias cerâmicas e o
seguimento de molduras são exemplos da diversidade da economia. Outro segmento de forte
expressão econômica é o de mineração, destacando-se, a de carvão, argila, areia e outros
minerais industriais não metálicos (FILHO, 2003, p. 10).
Como mostra Filho (2003, p.113) a mineração no sul do estado de Santa Catarina
tem importância fundamental na economia, pois esta fornece matérias-primas para as
indústrias cerâmicas, sejam elas de revestimento ou estrutural, tradicionalmente conhecida
como cerâmica vermelha. A mineração de carvão fornece combustível para o complexo
termoelétrico Jorge Lacerda para geração de energia elétrica, este, o maior complexo da
América Latina. Conforme Filho (2003, p.10) a região de Criciúma é ainda o maior pólo
carbonífero do país, com 48% da produção nacional. Na indústria cerâmica a região de
Criciúma é o maior pólo concentrado, responsável por 25,8% da produção nacional. Filho
(2003, p.113) acrescenta que “em Morro da Fumaça são produzidos mensalmente 30 milhões
de tijolos nas 75 olarias do município, e em toda região existem cerca de 200 empresas do
ramo”.
A estrutura industrial até 1970 era fortemente concentrada na extração do carvão
mineral. Em 1980, com a crise da extração do carvão, começa um movimento de
diversificação industrial da região, com deslocamento de recursos para industrialização de
minerais não metálicos (argila) e, em menor grau, para outras indústrias, como têxtil,
vestuário e química (FILHO, 2003, p. 10).
Juntamente com a mineração tivemos a degradação ambiental provocada pela
extração destas matérias-primas destinadas às indústrias de geração de energia e cerâmicas.
Filho menciona (2003, p. 113) que “a disponibilidade destes recursos naturais proporcionou a
instalação destas indústrias na região sul do estado”. Vários fatores vieram contribuir para o
crescimento das indústrias de cerâmica estrutural no final da década de 1960: a expansão da
17
energia elétrica, com a criação da cooperativa (CERMUFUL). Em 1967 o rio Urussanga é
dragado, ocorrendo um enxugamento de uma grande extensão de várzea, possibilitando a
exploração da matéria-prima, neste caso argila. Filho (2003, p. 10) acrescenta que de maneira
geral, a formação econômica da região sul de Santa Catarina ocorreu na direção do
aproveitamento de seus recursos minerais, tais como, carvão, argila e quartzo.
As matérias-primas muitas vezes não são utilizadas integralmente quer seja pelas
suas características físicas ou químicas ou pelos processos inadequados que são utilizados em
seu beneficiamento. Parte desta fração não utilizada é disposta inadequadamente no meio-
ambiente causando consideráveis impactos ao mesmo (LINS; LUZ, 2005).
Referente à mineração de carvão, segundo Zanette (1999), como agravante, a
exploração de carvão que aos poucos substituiu a base agropecuária, trouxe consigo a
degradação ambiental, entre os quais o mais grave é o elevado grau de poluição dos recursos
hídricos de toda região sul. Três das cinco bacias que drenam a região carbonífera estão
comprometidas pela poluição gerada pela mineração do carvão. As técnicas de mineração
também contribuíram para a crescente geração de resíduos, como o caso da mineração de
carvão, aonde o aumento de sua produção, veio associado à menor seletividade da lavra
mecanizada, trazendo a superfície maior quantidade de rejeitos. Zanette (1999) diz que cerca
de 75% do total de material retirado não é aproveitado. Filho (2003) descreve que no caminho
inverso, a falta de tecnologia de mineração, beneficiamento e mão-de-obra pouco qualificada,
proporcionou à indústria de cerâmica estrutural menor aproveitamento dos seus insumos,
como exemplo, a argila.
1.2. Beneficiamento da areia
No processo de beneficiamento de areia temos como material secundário um resíduo
sólido de natureza argilosa. Neste estudo propõem-se efetuar a avaliação e aproveitamento
deste material secundário na manutenção e construção de rodovias, avaliando-se seus aspectos
técnicos, propriedades físicas e químicas além das implicações ambientais inerentes ao seu
uso. De acordo com a norma NBR 10004 (2004), resíduos sólidos, quer seja nos estados
sólido ou semi-sólido são:
18
“...materiais secundários que resultam de atividades de origem industrial, doméstica,
hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta
definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados
em equipamentos em instalações de controle de poluição, bem como determinados
líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de
esgoto ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente
inviáveis em face à melhor tecnologia disponível”.
No beneficiamento de areia têm-se como parte do processamento do minério a
lavagem da areia que por intermédio de operações unitárias visam obter o produto final com
as características físicas e químicas necessárias as indústrias usuárias de areia industrial. O
processamento da areia é variável em complexidade, em dependência das especificações de
produtos requeridas. O processamento típico consiste de lavagem e classificação, atrição e
peneiramento. A lavagem e classificação por hidrociclones, a deslamagem, visam à remoção
da fração composta por silte e argila, prejudicial ao processo de produção de vidros especiais
ou moldes de fundição por conter alumínio, ferro e álcalis. Esta fração argilosa, denominada
também de resíduo sólido representa em contexto nacional 20% da areia processada e
normalmente é descartada para as lagoas, gerando impacto ambiental em virtude deste
descarte (LINS, LUZ, 2005, p. 111). A necessidade de beneficiamento da areia se faz devido
às propriedades físicas e químicas necessárias ao produto principal, areia de quartzo
industrial, propriedades estas que não são apresentadas em sua forma natural.
Anterior ao processo de beneficiamento, tem-se a etapa de lavra, que consiste na
extração de areia, efetuada no caso da Unimin do Brasil em mina a céu aberto, em bancadas,
com auxílio de escavadeiras hidráulicas. O transporte da areia é efetuado por caminhões
basculantes até a usina de beneficiamento (LINS; LUZ, 2005, p. 110).
Especificamente na Unimin do Brasil, o beneficiamento de areia quartzosa se faz
necessário para atender a demanda das indústrias cerâmicas e fundição. Neste processo tem-se
como uma etapa intermediária, a lavagem do minério, etapa na qual é gerado o resíduo em
estudo. Nesta etapa a areia é submetida a processos físicos e químicos em meio aquoso, a
saber: classificação granulométrica por peneiramento, defloculação da argila associada ao
grão de areia, separação do efluente aquoso contendo material secundário, neste caso resíduo
sólido proveniente do beneficiamento da areia e classificação hidráulica da areia. O
fluxograma apresentado na figura 1 representa de forma simplificada o processo produtivo na
qual a matéria-prima, neste caso a areia é submetida.
19
Figura 1. Fluxograma simplificado do processo de beneficiamento de areia. Fonte: Unimin do Brasil Ltda
.
A matéria-prima, neste caso areia, é introduzida no processo de beneficiamento por
pá-carregadeira em caixa alimentadora denominada de moega, na figura 1 representada pela
identificação MO 301. Por intermédio de uma correia transportadora (TC 301), apresentada
na figura 2, a matéria-prima é conduzida até uma peneira vibratória, (PV 301) responsável
pela remoção da fração do produto em elaboração com tamanho de partículas maior que a
determinada na especificação da areia industrial produzida.
20
Figura 2. Correia transportadora utilizada no processo de beneficiamento de areia. Fonte: Unimin do Brasil Ltda.
Em meio aquoso, a polpa formada por areia e água é impulsionada através de uma
bomba centrifuga (BO 301) para um ciclone (CY-301) onde essa polpa é concentrada
elevando a fração de areia em água. A figura 3 apresenta a operação de atrição (AT 301) na
qual a areia é submetida à ação de agentes químicos e físicos responsáveis pela remoção de
argila e da fração fina de areia associada às partículas maiores, como descrevem Lins e Luz
(2005).
Figura 3. Células de atrição utilizadas no processo de beneficiamento de areia. Fonte: Unimin do Brasil Ltda.
21
No detalhe da figura 3 é apresentada a etapa da operação de atrição no processo de
beneficiamento de areia. A figura 4 apresenta o hidrociclone, CY 303 utilizado no processo de
beneficiamento de areia.
Figura 4. Hidrociclone utilizado no processo de beneficiamento de areia. Fonte: Unimin do Brasil Ltda.
Da etapa de atrição a areia segue para um tanque metálico onde recebe água e por
intermédio de uma bomba, a polpa é impulsionada para um novo ciclone (CY 302) onde
novamente a mesma é concentrada, elevando desta forma o teor de areia na polpa. Por
intermédio de classificador de areia (DS 301), a fração fina da areia contendo partículas de
menor tamanho é separada da fração grossa que contém partículas de maior tamanho e então
seguem separadamente por intermédio de bomba centrífuga (BO 303) para o depósito de areia
industrial. Todo processo produtivo envolve meio aquoso onde a água em maior ou menor
concentração participa. A fração mais grossa da areia retida na peneira vibratória (PV 301), a
fração de areia fina obtida nos ciclones (CY 301, 302 e 303) e a fração argilosa obtida no
processo de atrição (AT 301), são transportados pela água no processo produtivo e removidos
da mesma na estação de tratamento de efluente. A fração sólida deste efluente forma o resíduo
sólido em estudo (JAGUARUNA, 2001).
1.3. Mineração de areia no Brasil
22
De acordo com Lins e Luz (2005, p. 108) a mineração de areia no Brasil, seguindo o
exemplo de outros minérios prospectados na região sul de Santa Catarina, assim como a
argila, a areia também tem ocorrência e é prospectada em muitas outras regiões do país. Lins
e Luz (2005, p. 108) corroboram dizendo que a produção anual de areia industrial no Brasil
em 2000 foi 3,1 milhões de toneladas. O estado de São Paulo de longe é o maior produtor
com 81%, seguido por Santa Catarina com 11% e Minas Gerais com 6%. O estado de São
Paulo possui 41 empresas, na maioria operando na região da Depressão Periférica Paulista,
parte na Baixada Santista e região litorânea sul. Quanto a Santa Catarina, este estado
representa para região sul do Brasil 80% da produção e as operações encontram-se instaladas
nos municípios de Araquari, Jaguaruna e Imbituba. A areia industrial produzida em Santa
Catarina abastece em sua maioria, precisamente 75% do total produzido, as indústrias de
fundição da região de Joinville (LINS; LUZ, 2005).
A maior parte do rejeito resultante do beneficiamento de areia industrial, constituído
principalmente por partículas finas como, silte e argila, é gerada no vertedouro dos tanques de
decantação e é armazenado em reservatórios, como as bacias de decantação especialmente
constituídas para este fim como descreve Cuchierato (2000, p.54,).
A preocupação com o adequado aproveitamento dos recursos naturais atualmente é
compartilhada por diversos segmentos da sociedade, desta forma, percebem-se sinais de
crescente conscientização e observam-se a partir de alguns diferenciais que agregam à
dimensão deste discurso, propostas de sustentabilidade ambiental, social e de
desenvolvimento. Como exemplos, o caso dos movimentos sociais em defesa da ecologia, as
conferências internacionais promovidas pela ONU principalmente, a partir da Conferência das
Nações Unidas sobre o Ambiente Humano, realizada em Estocolmo em 1972 (JACOBI,
2004).
1.4. Proposta de uso do resíduo
Uma proposta de utilização do resíduo proveniente do beneficiamento de areia é
apresentada com o objetivo de estudar o seu uso na construção de rodovias, em substituição
das matérias-primas convencionais. Nos últimos anos, vem crescendo a preocupação com a
maximização do aproveitamento dos recursos naturais, com redução de custos e otimização da
produção. Existem vários trabalhos realizados no sentido da verificação do potencial
23
aproveitamento de resíduos gerados pelos processos produtivos, em especial do setor de
mineração de agregados (CUCHIERATO, 2000, p.64). Em maiores detalhes, Cuchierato
(2000, p.69,) mostra o estudo da substituição da areia natural pela areia britada na produção
de concreto a base de cimento Portland. Este mesmo autor cita outro exemplo que é o uso do
pó de pedra em agregado miúdo nas obras de ampliação de rodovias. De acordo com DNIT
(2006) o adequado material com comportamento para uso em subleito em pavimentação com
características de bom a excelente para tal função deve atender os parâmetros seguidos na
tabela de classificação dos solos do Manual de Pavimentação (ANEXO A). O DNIT (2006)
reforça que materiais para uso em pavimentação como reforço de subleito devem apresentar
uma expansão por imersão medida no ensaio de CBR (índice de suporte Califórnia) menor ou
igual a 1% e CBR maior que o apresentado pelo respectivo subleito que deve ser maior ou
igual a 2%.
De acordo com DNIT (2006) os ensaios que determinam as propriedades através da
qual é determinada a utilização do resíduo em pavimentação são:
Análise granulométrica conjunta;
Ensaio de compactação;
Limite de liquidez;
Limite de plasticidade;
CBR;
Expansão por imersão.
1.5. Solos
Conforme Yoder e Witczak (1975, p. 223) várias são as definições de solo feitas por
diversos autores de acordo com uso do mesmo. O agrônomo e interessado na produção de
alimentos e gerenciamento do solo são principalmente preocupados com a camada até de 24
polegadas de profundidade. O geólogo está interessado com cada aspecto da composição da
crosta terrestre e considera solo como uma camada de rochas desintegradas depositado sobre a
superfície da Terra. O geólogo divide os solos em dois amplos grupos, solos residuais e solos
transportados. Solos residuais são solos desenvolvidos no lugar da rocha ou solo primário, ao
passo que solos transportados são solos residuais que tem sido erodidos e depositados
novamente em outros lugares pela ação do veto, gelo, ou água.
24
De acordo com Yoder e Witczak (1975, p. 223) os componentes básicos dos solos
são diferenciados pelos tamanhos das partículas que o compõem. Para o propósito deste
trabalho os componentes do solo são cascalhos, areia, silte e argila; estes componentes são
classificados conforme seus respectivos tamanhos de partículas. Um engenheiro civil está
mais interessado na resistência do solo, e ele usualmente define o solo como todos os
materiais inconsolidados da crosta terrestre.
De acordo com Dnit (2006) a palavra solo é proveniente do latim solum, o material
da crosta terrestre, não consolidado, que ordinariamente se distingue das rochas, de cuja
decomposição em geral provém. Geologicamente, define-se solo como um material resultante
da decomposição das rochas pela ação de agentes de intemperismo. No âmbito da engenharia
rodoviária, considera-se solo todo tipo de material orgânico ou inorgânico, inconsolidado ou
parcialmente cimentado, encontrado na superfície da terra. Em outras palavras, consideram-se
como solo qualquer material que possa ser escavado com pá, picareta, escavadeiras, etc.; sem
necessidade de explosivos.
Com base na origem de seus constituintes, os solos podem ser divididos em dois
grandes grupos: solo residual, se os produtos da rocha intemperizada permanecem ainda no
local em que se deu a transformação; solo transportado, quando os produtos de alteração
foram transportados por um agente qualquer, para local diferente ao da transformação.
1.5.1. Solos residuais
Segundo DNIT (2006) os solos residuais são bastante comuns no Brasil,
principalmente na região centro-sul. Todos os tipos de rocha formam solo residual. Sua
composição depende do tipo e da composição mineralógica da rocha original que lhe deu
origem. Por exemplo, a decomposição de basaltos forma um solo típico conhecido como
terra-roxa, de cor marrom e composição argilo-arenosa. Já a desintegração e a decomposição
de arenitos ou quartzitos irão formar os solos arenosos constituídos de quartzo. Rochas
metamórficas do tipo filito, constituído também de micas irão formar um solo de composição
argilosa e bastante plástico. A tabela 1 apresenta alguns tipos de rochas, suas composições e
respectivos solos formados.
25
Tabela 1. Decomposição de rochas, composição e tipos de solos.
Tipo de Rocha Composição mineral Tipo de solo Composição
Basalto Plagioclásio, piroxênios Argiloso (pouca areia) Argila
Quartzito Quartzo Arenoso Quartzo
Filito Micas (Sericita) Argiloso Argila
Granito Quartzo, feldspato, mica Areno-argiloso
(micáceo)
Quartzo e argila e
(micáceo)
Calcário calcita Argila
Não existe um contato ou limite direto ou brusco entre o solo e a rocha que o
originou. A passagem deles é gradativa e permite a separação de pelo menos duas faixas
distintas; aquela logo abaixo do solo propriamente dito, que é chamado de solo de alteração
de rocha, e uma outra acima da rocha, chamado de rocha alterada ou rocha decomposta, como
apresenta a figura 5, perfil resultante da decomposição da rocha.
Figura 5. Perfil resultante da decomposição da rocha. Fonte: DNIT, 2006, p. 18.
1.5.2. Solos transportados
Conforme DNIT (2006), os solos transportados são os solos que sofreram transporte
por agentes climáticos, estes se diferenciam conforme a região. Geralmente os solos
transportados são menos homogêneos que os solos residuais, pelo fato destes possuírem suas
características provenientes da rocha matriz. O solo transportado, de acordo com a capacidade
do agente transportador, pode exibir grandes variações laterais e verticais na sua composição.
Por exemplo, no caso de um riacho que transporte areia fina e argila para uma bacia poderão,
26
em períodos de enxurrada, transportar também cascalho, provocando a presença desses
materiais intercalados no depósito. Sua classificação acontece conforme o agente
transportador, podendo ser: coluviais, de aluvião, eólicos e glaciais (não considerados, pois
não são comuns no Brasil).
1.5.2.1 Solos de aluvião
Os solos de aluvião são transportados e arrastados pelas águas, e depositados a partir
do momento em que a corrente sofre uma diminuição na sua velocidade. O percurso realizado
pela água seleciona o material naturalmente, conforme sua granulometria, materiais mais
finos como argila, são levados a grandes distâncias, os de granulometria maior geralmente
ficam nas cabeceiras dos rios. Segundo DNIT (2006), os depósitos de aluvião podem aparecer
de duas formas distintas: em terraços, ao longo do próprio rio, ou na forma de depósitos mais
extensos, constituindo as planícies de inundação.
1.5.2.2. Solos orgânicos
Conforme DNIT (2006) a ocorrência de solos orgânicos acontece em áreas
topográficas e geograficamente bem caracterizadas como, em bacias e depressões
continentais, nas baixadas marginais dos rios e nas baixadas litorâneas. Como exemplo dessas
ocorrências, tem-se no estado de São Paulo a faixa ao longo dos rios Tiête e Pinheiros, dentro
da cidade de São Paulo, distribuído como uma longa faixa de solo de aluvião orgânico.
1.5.2.3. Solos coluviais
Os solos coluviais são também conhecidos como depósito de tálus, são aqueles cujo
transporte dá-se pela ação da água e pela ação da gravidade por via de regra. Os solos
27
coluviais ficam situados ao pé de elevações e encostas. Sua composição se dá pelo tipo de
rocha existente nas partes mais elevadas. A figura 6 ilustra a formação dos solos coluviais.
Figura 6. Depósitos de tálus e respectivas rochas de origem. Fonte: DNIT, 2006, p. 22
1.5.2.4. Solos eólicos
Segundo DNIT (2006), são de destaque apenas os depósitos ao longo do litoral, onde
formam as dunas, não sendo comuns no Brasil. Em outros paises depósitos eólicos de areia
podem ocorrer no entorno de lagos como, por exemplo, no lago de Michigan, Nebraska,
Tennessee, parte do lago de Wisconsin, todos nos Estados Unidos (YODER; WITCZAK,
1975, p. 227).
1.6. Pavimento
De acordo com Dnit (2006, p.106) pavimento é a estrutura construída após
terraplanagem e destinada, econômica e simultaneamente em seu conjunto, a: resistir e
distribuir ao subleito os esforços verticais oriundos do tráfego; melhorar as condições de
rolamento quanto à comodidade e conforto; resistir aos esforços horizontais, tornando mais
durável a superfície de rolamento. A distribuição dos diversos constituintes do pavimento, em
seção transversal é mostrada na figura 7 e a definição de cada constituinte a seguir.
28
1.6.1. Camadas do pavimento
A seção transversal típica de um pavimento, com todas as principais camadas
possíveis, conta de uma fundação, o subleito, e de camadas com espessuras e materiais
determinados por diferentes métodos de dimensionamento. As camadas são as descritas a
seguir (DNIT, 2006, p.106). A figura 7 mostra as respectivas camadas.
1.6.1.1. Subleito
É considerado o terreno de fundação do pavimento, mostrado na figura 7.
1.6.1.2. Leito
É a superfície obtida pela terraplanagem ou obra-de-arte e conformada aos seus
respectivos perfis transversais correspondentes.
1.6.1.3. Greide do leito
É o perfil do eixo longitudinal do leito.
1.6.1.4. Regularização
É a camada posta sobre o subleito, destinada a conformá-lo transversal e
longitudinalmente; a regularização não constitui propriamente uma camada de pavimento,
29
sendo, uma operação que pode ser reduzida em corte do leito implantado ou em sobreposição
a este, de camada com espessura variável.
1.6.1.5. Reforço do subleito
É uma camada de espessura constante, usado por circunstâncias técnico-econômicas,
acima da regularização, com características geotécnicas inferiores aos materiais das camadas
superiores, porém melhores que o material do subleito.
1.6.1.6. Sub-base
É a camada complementar à base, quando por motivos técnicos e ou econômicos não
for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização.
1.6.1.7. Base
É a camada destinada a resistir e distribuir os esforços impostos pelo tráfego e sobre
a qual é construído o revestimento.
1.6.1.8. Revestimento
É a camada, tanto quanto possível impermeável que recebe diretamente a ação do
rolamento dos veículos e destinada a melhorá-la, quanto à comodidade, segurança e a resistir
ao desgaste imposto pelo trafego.
30
Figura 7. Perfil do pavimento. Fonte: Dnit 2006, p.106.
1.7. Avaliação do impacto ambiental
Na avaliação ambiental deve ser obtido o extrato lixiviado do resíduo sólido
conforme a norma NBR 10005 e o extrato solubilizado do resíduo sólido conforme a norma
NBR 10006. A partir destes extratos e por intermédio de análises químicas são obtidas as
concentrações de componentes químicos potencialmente poluidores e então deve ser efetuada
a devida classificação do resíduo sólido conforme a norma NBR 10004. O material
secundário, também denominado de resíduo sólido pode ser classificado em três tipos, como
segue: resíduo perigoso classe I, resíduo não-inerte classe II A e resíduo inerte classe II B
(NBR 10004, 2004). A disposição e o armazenamento temporário de resíduos sólidos
classificados como resíduo perigoso classe I ou resíduo não-inerte classe II A são
consideradas atividades potencialmente causadoras de degradação ambiental (CONSEMA,
2006).
1.8. Estabilização de solos para uso em pavimentação
Determinadas propriedades pertinentes ao uso dos solos em pavimentação podem ser
melhoradas pela adição de aditivos, como cimento e cal, processo este denominado de
estabilização físico-química.
31
A estabilização com cimento em pequenas proporções, tem a propriedade de baixar o
valor do índice de plasticidade, pelo aumento do valor do limite de plasticidade e diminuição
do limite de liquidez, diminuir as mudanças de volume e inchamento do solo e aumentar a
capacidade de suporte medido através do ensaio de resistência à compressão simples ou pelo
valor do CBR. O grau de melhoria depende do tipo de solo e da quantidade de cimento. A
dosagem é feita, portanto, estudando-se o solo através dos ensaios de caracterização,
misturando-se ao solo porcentagens de cimento em peso de solo seco, variando de 1 a 5 %
(BAPTISTA, 1974).
Segundo Baptista (1974) a partir da composição química da cal virgem, resulta uma
cal hidratada calcítica ou dolomítica. Uma cal virgem de cálcio (CaO) produz uma cal
hidratada: Ca(OH)
2
. Uma cal virgem dolomítica (CaO + MgO) produz uma cal normal
hidratada ou monoidratada dolomítica Ca(OH)
2
+ MgO ou uma cal diidratada dolomítica
Ca(OH)
2
+ Mg(OH)
2
. De um modo geral a cal tem os seguintes efeitos nos solos: reduz a
plasticidade sensivelmente diminuindo o limite de liquidez; acelera a desintegração de torrões
de argila tornando o solo mais friável, facilita a secagem dos solos; a contração linear e a
dilatação decrescem acentuadamente; a resistência a compressão aumenta com o tempo de
cura e o valor do CBR aumenta consideravelmente com pequena adição de cal. A quantidade
de cal a ser usada varia de 0,5 a 4 % (BAPTISTA, 1974).
A Estabilização granulométrica consiste da alteração das propriedades dos solos
através da adição ou retirada de partículas de solo. Este método consiste, basicamente, no
emprego de um material ou na mistura de dois ou mais materiais, de modo a se enquadrarem
dentro de uma determinada especificação.
1.9. Análise de viabilidade de uso do resíduo em pavimentação
Para viabilidade de utilização do resíduo foi realizada análise econômica para
verificar os custos de disposição deste material secundário em local adequado confrontados
com seu correspondente potencial de utilização em construção de rodovias.
Na pavimentação de rodovias tem se verificado um crescente interesse em materiais
secundários para utilização em substituição dos materiais convencionalmente utilizados em
bases e sub-bases de pavimentos. De acordo com Nunes (1996) existe um considerável e
crescente interesse em métodos alternativos para estimular a utilização de agregados
32
secundários na construção de rodovias, este interesse tem sido demonstrado pelo
Departamento de Transportes Britânico e pelo Departamento de Meio Ambiente Britânico,
indústrias em geral e instituições de pesquisa. O acontecimento que explica o fato é a
crescente demanda de materiais convencionais utilizados para construção de estradas, o
aumento nas dificuldades em obter licenças ambientais para extração em larga escala destes
materiais e a grande quantidade de resíduos gerados e em estoque existentes.
O crescente aumento do volume de resíduos, principalmente gerados pelas indústrias
da mineração, por indústrias de processos, de construção/demolição é uma justificativa para o
estudo de viabilidade de uso destes resíduos em pavimentação (NUNES, 2006). De acordo
com Nunes (2006) os principais benefícios que são esperados de seus mais gerais usos são:
Reduzir a demanda por materiais convencionais;
Reduzir os custos com energia utilizada na extração e transporte dos materiais
convencionais;
Reduzir os custos ambientais relacionados com a mineração de materiais
convencionais;
Reduzir problemas econômicos e ambientais associados com a disposição dos
resíduos;
Provável benefício comercial da utilização destes resíduos, já que eles são
financiados por outros processos indústrias que geram os mesmos.
33
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Caracterizar e avaliar a potencialidade do uso do resíduo proveniente do processo de
beneficiamento de areia, neste caso especificamente gerado no processo de lavagem de areia
quartzosa, na construção de rodovias e efetuar uma avaliação ambiental de seu proposto uso.
2.2 Objetivos Específicos
Efetuar a caracterização química e física do resíduo silto-argiloso proveniente
do processo de beneficiamento de areia destinada à indústria da fundição e
cerâmica;
Avaliar as propriedades tecnológicas deste resíduo (material secundário) para
utilização em pavimentação;
Avaliação das implicações ambientais quanto ao uso deste resíduo na
construção de rodovias maximizando o aproveitamento da areia utilizada no
processo produtivo.
34
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Localização e descrição da área de estudo
Este estudo foi realizado numa área de mineração e beneficiamento de areia
quartzosa, que se localiza no município de Jaguaruna, Santa Catarina. A exploração é
realizada pela empresa UNIMIN DO BRASIL que é controlada pelo grupo S C R Sibelco. A
unidade foi fundada em 11 de junho de 1999.
As amostras foram coletadas na área de reciclagem de resíduo proveniente do
processo de beneficiamento de areia, especificamente com o resíduo proveniente do processo
de lavagem da areia.
3.2 Metodologia
A metodologia empregada é sumarizada no fluxograma mostrado na Figura 8 que
apresenta as principais etapas para caracterização do resíduo proveniente da estação de
tratamento de efluentes do processo de beneficiamento da areia. Em seguida são apresentados
os ensaios necessários para determinar seu potencial uso em pavimentação.
35
Amostragem do
resíduo
Secagem do Resíduo e
Determinação do teor de umidade
Não
Umidade < 15 %
Sim
Análise Química e
Mineralógica
Avaliação Ambiental
Análise granulométrica,
Ensaio de compactação,
Limite de liquidez,
Limite de plasticidade,
CBR e expansão por imersão
O material apresenta
as propriedades adequadas para o uso em
pavimentação de rodovias ?
Sim
Não
O material apresenta
as propriedades adequadas para o uso em
pavimentação de rodovias ?
Não
Estabilização do resíduo
Sim
Avaliação Ambiental
Avaliação Econômica
Figura 8. Fluxograma das principais etapas empregadas na caracterização do resíduo gerado no processo de
beneficiamento de areia para aplicação em pavimentação. Fonte: Arquivo pessoal.
36
3.2.1 Amostragem do resíduo argiloso
O resíduo proveniente do processo de beneficiamento de areia encontra-se disposto
em tanques impermeabilizados do sistema de tratamento de efluente. Amostras de resíduo
foram coletadas de acordo com procedimento estabelecido na norma NBR 10007 (ABNT,
2004, p. 10), que trata da amostragem de resíduos sólidos. Para um total de 16 pontos foram
coletados aproximadamente 4,0 kg de material para cada ponto (Figura 9).
Figura 9. Pontos de coleta no tanque de tratamento de efluente do processo de beneficiamento de areia. Fonte:
Unimin do Brasil Ltda.
A coleta foi efetuada em toda extensão e de profundidade do tanque, a fim de
garantir a representatividade da amostra. As figuras 10 e 11 mostram respectivamente, um dos
locais de coleta no tanque de destino do resíduo e o equipamento destinado para retirada do
Entrada do resíduo no tanque de
tratamento de efluente da planta de
lavagem.
37
resíduo conforme NBR 10007 (ABNT, 2004, p. 16-17). A seguir, as amostras foram
homogeneizadas num misturador industrial do tipo Betoneira com capacidade para 150 litros.
Figura 10. Coleta em um ponto no tanque de destino do resíduo do processo de beneficiamento de areia. Fonte:
Unimin do Brasil Ltda.
Figura 11. Equipamento utilizado para coleta do resíduo. Fonte: Unimin do Brasil Ltda.
38
3.2.2 Secagem do resíduo
Todo material já homogeneizado foi disposto em uma lâmina plástica impermeável
para secagem ao ar livre. Optou-se por secagem ao ar livre ao invés de secagem forçada em
uma câmara de secagem artificial a temperaturas mais elevadas, para evitar possíveis
alterações nas propriedades do resíduo. A secagem ocorreu ao ar livre no intervalo de 16
o
C a
26
o
C.
A secagem ocorreu até o resíduo apresentar-se com umidade inferior a 15 %, quando
este apresenta facilidade no manuseio. A determinação do teor de umidade foi elaborada
conforme procedimento para determinação de umidade de agregados graúdos, descritos na
norma NBR 9939 (ABNT, 1987, p. 3).
3.2.3 Caracterização do resíduo
Nesta etapa de forma qualitativa e quantitativa os constituintes do resíduo
proveniente do processo de beneficiamento de areia foram determinados. Seus respectivos
constituintes e as formas mineralógicas que estão dispostos seus constituintes foram
determinados. Para obtenção de quais componentes químicos na forma de óxidos que compõe
o resíduo e suas respectivas quantidades a amostra foi submetida à análise química por
fluorescência de raios X conforme procedimento de Análise Química Quantitativa, por
espectrometria de fluorescência de raios-X do LCT - Laboratório de Caracterização
Tecnológica, estudo realizado em um espectrofotômetro de fluorescência de raios-X. A
análise química foi efetuada no LCT - Laboratório de Caracterização Tecnológica do
Departamento de Engenharias de Minas e Petróleo da Universidade de São Paulo/USP.
A identificação das fases cristalinas nas quais os constituintes são mostrados na
análise química foi estudada através do procedimento de Identificação de Fases por
Difratometria de raios-X do LCT - Laboratório de Caracterização Tecnológica, estudo
efetuado através do método do pó, mediante o emprego da difração de raios X. A
identificação das fases cristalinas foi obtida por comparação do difratograma da amostra com
os bancos de dados PDF2 do ICDD, International Centre for Diffraction Data de 2003 e PAN-
ICSD, PANanalytical Inorganic Crystal Structure Database de 2007. A identificação das fases
39
cristalinas foi efetuada no LCT - Laboratório de Caracterização Tecnológica do Departamento
de Engenharias de Minas e Petróleo da Universidade de São Paulo/USP.
3.2.4 Classificação e avaliação do impacto ambiental quanto ao uso em pavimentação
O fluxograma da figura 12 mostra o procedimento para caracterização dos resíduos
sólidos conforme a norma NBR 10004 (ABNT, 2004). Este procedimento foi aplicado no
estudo do resíduo proveniente do processo de beneficiamento de areia e demais materiais
utilizados neste estudo.
Para classificar o resíduo quanto seu potencial de risco ao meio ambiente conforme
classificação descrita na norma NBR 10004 (ABNT, 2004) “resíduos sólidos” foram obtidos
o extrato lixiviado do resíduo sólido conforme estabelecido na norma NBR 10005 (ABNT,
2004, p.1-13) e o extrato solubilizado do resíduo sólido conforme estabelecido na norma NBR
10006 (ABNT, 2004, p. 1-3).
A obtenção do extrato lixiviado e solubilizado foi necessária para determinação da
toxidade do resíduo, para tal objetivo a determinação da concentração dos metais contidos no
extrato lixiviado e solubilizado foi efetuada por espectroscopia de absorção atômica. A
espectroscopia por absorção atômica foi realizada no laboratório de absorção atômica do
IPAT - Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas da Universidade do Extremo Sul
Catarinense/UNESC. A determinação do íon sulfato contido no extrato solubilizado foi
efetuada de acordo com Standard Methods (1998, p. 4-176). A determinação do íon sulfato foi
realizada no laboratório de Solos e Fertilizantes do IPAT - Instituto de Pesquisas Ambientais
e Tecnológicas da Universidade do Extremo Sul Catarinense/UNESC.
40
I
dentificação de fontes geradoras de
resíduos no processo produtivo
Resíduo
Não
O resíduo tem
origem conhecida?
Consta nos anexos A e B
da NBR 10.004?
Sim
Sim
Sim
Não
Tem caracteristicas de:
inflamabilidade, corrosividade,
reatividade, toxidade ou
patogenicidade?
Resíduo perigoso
classe I
Não
Possui constituintes
que são solubilizado sem concentrações
superiores ao anexo G
da NBR 10.004
Não
Resíduo não perigoso
classe II
Resíduo inerte
classe II B
Sim
Resíduo não-inerte
classe II A
Figura 12. Avaliação ambiental e procedimento para caracterização dos resíduos sólidos conforme a norma NBR
10004 (2004). Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT, NBR 10004, 2004.
41
Para determinar a reatividade do resíduo foi realizado o ensaio de determinação do
íon sulfeto conforme descrito na norma NBR 10004 (ABNT, 2004, p.4). A determinação de
sulfato foi realizada no laboratório de Solos e Fertilizantes do IPAT - Instituto de Pesquisas
Ambientais e Tecnológicas da Universidade do Extremo Sul Catarinense/UNESC.
Os resultados obtidos na classificação do resíduo foram comparados com os limites
determinados pela norma NBR 2004 (ABNT, 2004).
Na avaliação da corrosividade o resultado do pH na etapa de classificação de resíduo
foi comparado com o limite estabelecido na norma NBR 10004 (ABNT, 2000, p. 4). Para
avaliar a reatividade o resultado do ensaio de determinação do íon sulfeto foi comparado com
o limite estabelecido na norma NBR 10004 (ABNT, 2004, p. 4).
Para avaliar a toxidade, os resultados obtidos nas análises dos componentes do
extrato lixiviado foram comparados com o Anexo F da norma NBR 2004 (ABNT, 2004, p.
67-68) e os resultados obtidos análises dos componentes do extrato solubilizados foram
comparados com o Anexo G da norma NBR 10004 (ABNT, 2004, p. 69-70).
Quanto à toxidade, os resultados obtidos na análise por absorção atômica do extrato
lixiviado conforme NBR 10005 devem estar abaixo do determinado no Anexo F da norma
NBR 10004 (ABNT, 2004, p.67-68). Quanto ao extrato obtido no ensaio de solubilização
conforme NBR 10006 devem estar abaixo do especificado no Anexo G da NBR 10004
(ABNT, 2004, p.69-70).
3.2.5 Avaliação do resíduo para utilização em pavimentação
Após caracterização dos constituintes, estudos foram efetuados no sentido de avaliar
a viabilidade técnica de emprego deste resíduo em pavimentação de rodovias, sendo:
determinação da distribuição dos tamanhos das partículas, umidade ótima, densidade seca
máxima, limite de liquidez, limite de plasticidade, expansão por imersão e índice de suporte
Califórnia, também denominado de CBR.
A determinação da distribuição dos tamanhos de partículas do resíduo foi realizada
conforme descrito na norma NBR 7181 (ABNT, 1984), o ensaio foi realizado em agitador de
peneiras e conjunto de peneiras especificado no procedimento.
Em seguida foram efetuados os ensaios de determinação da curva de compactação
conforme a norma NBR 7182 (ABNT, 1986), procedimento este destinado a encontrar a
42
umidade ótima e a máxima densidade seca do material compactado. Em seguida foi
determinado o limite liquidez do resíduo conforme a norma NBR 6459 (ABNT, 1984) e
determinado o limite de plasticidade do resíduo conforme a norma NBR 7180 (ABNT, 1984).
Como etapa final, foi determinada a expansão por imersão do resíduo em estudo e o
Índice de Suporte Califórnia na umidade ótima conforme descrito na norma NBR 9895
(ABNT, 1987), também conhecido como CBR, ensaio efetuado em equipamento do tipo
Prensa CBR mostrado na figura 13.
Figura 13. Equipamento do tipo Prensa CBR utilizado na determinação do índice de suporte Califórnia. Fonte:
Laboratório de mecânica dos solos - Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas – IPAT/UNESC.
Os ensaios realizados para avaliar o uso do resíduo proveniente do beneficiamento da
areia em pavimentação foram efetuados no laboratório de mecânica dos solos do
departamento de Engenharia Civil da Universidade do Extremo Sul Catarinense/UNESC.
Os resultados obtidos nos ensaios de distribuição dos tamanhos das partículas, limite
de liquidez e limite de plasticidade foram comparados com os valores determinados pelo
DNIT (2006, p.56).
Os resultados de expansão por imersão e índice de suporte Califórnia foram
comparados com os estabelecidos pelo DNIT (2006, p.142) onde são determinados os
intervalos de valores adequados ao uso em pavimentação.
43
3.2.6 Estabilização do resíduo
Foi utilizado para o estudo da estabilização do resíduo proveniente do processo de
beneficiamento de areia cimento, cal e areia.
3.2.6.1 Estabilização físico-química
O resíduo proveniente do processo de beneficiamento de areia foi submetido à adição
de cal, CaO, visando à melhoria e estabilidade de propriedades para utilização em
pavimentação. Foram adicionadas ao resíduo as proporções variando de 4 a 14 % em peso de
cal. A cada adição de cal foi confeccionado corpo de prova conforme norma NBR 12024
(ABNT, 1990). Após cura dos corpos-de-prova foi realizado o ensaio de ruptura conforme a
norma NBR 12025 (ABNT, 1990).
3.2.6.2 Estabilização granulométrica
Visando a melhoria e estabilidade de propriedades para uso em pavimentação foi
adicionada areia ao resíduo na seguinte proporção: 10% em peso de resíduo e 90% em peso
de areia. Esta mistura foi denominada de resíduo estabilizado com areia. A adição da areia
também tem como objetivo de diminuir a concentração dos componentes identificados como
responsáveis pela classificação do material como não inerte segundo NBR 10004 (ABNT,
2004).
3.2.7 Avaliação do estudo de estabilização
3.2.7.1 Avaliação do risco ambiental
44
A areia e o resíduo estabilizado com areia, na proporção de 90% de areia e 10% de
resíduo respectivamente foram submetidas à classificação quanto seu potencial risco ao meio
ambiente conforme descrito na norma NBR 10004 (ABNT, 2004) e também foi avaliada a
evolução do desempenho quanto ao uso em pavimentação.
Fora obtido o extrato lixiviado da areia e do resíduo estabilizado com areia conforme
estabelecido na norma NBR 10005 (ABNT, 2004, p.1-13) e foi obtido o extrato solubilizado
da areia e do resíduo estabilizado com areia conforme estabelecido na norma NBR 10006
(ABNT, 2004, p. 1-3).
A obtenção do extrato lixiviado e solubilizado foi necessária para determinação da
toxidade do resíduo, para tal objetivo a determinação das concentrações dos metais contidos
no extrato lixiviado e solubilizado da areia e do resíduo estabilizado com areia foi efetuada
por espectroscopia de absorção atômica em um espectrômetro. A espectroscopia por absorção
atômica foi realizada no laboratório de absorção atômica do IPAT - Instituto de Pesquisas
Ambientais e Tecnológicas da Universidade do Extremo Sul Catarinense/UNESC. A
determinação do íon sulfato contido no extrato solubilizado da areia e do resíduo estabilizado
com areia foi efetuada de acordo com Standard Methods (1998, p.4-176). A determinação da
concentração do íon sulfato de ambos foi realizada no laboratório de solos e fertilizantes do
IPAT - Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas da Universidade do Extremo Sul
Catarinense/UNESC.
A corrosividade da areia e do resíduo estabilizado com areia foi determinada através
do resultado do pH de uma mistura na proporção de 1:1 em peso da areia em água e de uma
mistura em semelhante proporção de 90% de areia e 10% de resíduo. O pH foi determinado
em um phmetro. O ensaio de determinação do pH foi realizado no laboratório de solos e
fertilizantes do IPAT - Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas da Universidade do
Extremo Sul Catarinense/UNESC.
A reatividade da areia e do resíduo estabilizado com areia (mistura de 90% de areia e
10% de resíduo) foi avaliada através da determinação do íon sulfeto conforme descrito na
norma NBR 10004 (ABNT, 2004, p.4). A determinação do íon sulfeto para a areia e o resíduo
estabilizado com areia foi realizada no laboratório de solos e fertilizantes do IPAT - Instituto
de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas da Universidade do Extremo Sul Catarinense.
45
3.2.7.2 Avaliação do resíduo estabilizado com areia quanto ao uso em pavimentação
Inicialmente a areia utilizada na estabilização do resíduo foi submetida à avaliação
quanto ao uso em pavimentação onde foi determinada a distribuição dos tamanhos das
partículas conforme a norma NBR 7181 (ABNT, 1984), o ensaio foi realizado em agitador de
peneiras e conjunto de peneiras conforme estabelecido na norma.
Em seguida a areia e a mistura de 90% de areia e 10% de resíduo, denominado de
resíduo estabilizado com areia foram submetidos aos ensaios de determinação da curva de
compactação conforme a norma NBR 7182 (ABNT, 1986) para encontrar a umidade ótima e a
máxima densidade seca compactada. Em seguida foi determinado o limite liquidez conforme
a norma NBR 6459 (ABNT, 1984) e determinado o limite de plasticidade da areia e da
mistura de 90% de areia e 10% de resíduo (resíduo estabilizado) conforme a norma NBR
7180 (ABNT, 1884).
Como etapa final, foi determinada expansão por imersão da areia e o resíduo
estabilizado com areia (mistura de 90% de areia e 10% de resíduo) e o Índice de Suporte
Califórnia na umidade ótima conforme descrito na norma NBR 9895 (ABNT, 1987), também
conhecido como CBR.
Os estudos realizados para avaliar a capacidade do resíduo estabilizado com areia
quanto ao uso em pavimentação foram efetuados no Laboratório de Mecânica dos Solos do
departamento de Engenharia Civil da Universidade do Extremo Sul Catarinense/UNESC.
3.2.8 Análise econômica
A forma atual de disposição do resíduo proveniente do beneficiamento de areia foi
comparada com a alternativa de uso em pavimentação.
46
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados do estudo realizado com o resíduo proveniente do beneficiamento de
areia quanto a sua utilização em pavimentação são apresentados a seguir
.
4.1 Amostragem do resíduo argiloso e homogeneização
O resíduo coletado apresentou um teor de umidade de 38,9 %, valor este devido ao
processo de beneficiamento da areia e tratamento do efluente gerado neste processo (LUZ;
LINS, 2005, p. 111). Parte da matéria-prima utilizada no processo de beneficiamento de areia
segue como produto secundário, denominado de resíduo para estação de tratamento de
efluente junto com a água utilizada neste processo. A fração sólida sedimenta e então é
removida para os tanques de destino final do resíduo, juntamente com uma parte de água.
Após a coleta do resíduo, homogeneização e secagem o mesmo apresentou o aspecto
visual granular e friável. O resíduo após secagem, apresentou teor de umidade de 14,56% e
seu aspecto visual é mostrado na figura 14.
Figura 14. Amostra do resíduo após secagem (15% umidade). Fonte: Arquivo Unimin do Brasil Ltda.
47
4.2 Caracterização dos constituintes
A tabela 2 mostra os resultados da análise química do resíduo proveniente do
beneficiamento de areia e da matéria-prima utilizada neste processo.
Tabela 2 Análises químicas da areia (matéria-prima) e do resíduo argiloso obtidos por fluorescência de raios X -
FRX.
Componente SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
MnO MgO CaO Na
2
O K
2
O TiO
2
P
2
O
5
PF
% Óxido
Matéria-prima
94,70 2,89 0,11 0,01 0,01 0,31 0,81 0,64 0,03 0,01 0,48
% óxido
Resíduo
54,10 17,60 4,72 0,10 0,58 0,22 0,21 1,02 1,22 0,34 19,40
Onde PF: Perda ao fogo em %.
O resultado da análise química apresenta teor de óxido de silício em maior proporção
devido à origem do resíduo que é proveniente do processo de beneficiamento de areia. A areia
é constituída essencialmente de quartzo conforme descrito por DNPM (1997, p. 326). O
resíduo proveniente do processo de beneficiamento de areia (matéria-prima) apresenta-se com
menor teor de óxido de silício se comparado com a matéria-prima em virtude da necessidade
de se elevar a concentração de óxido de silício para atendimento de especificação dos
consumidores de areia industrial como indústria de fundição que exigem concentração
mínima de 99 % de óxido de silício (LUZ; LINS, 2005 p. 119). Estes mesmos autores
acrescentam que a concentração em especificação para indústria cerâmica requer teores de
óxido de alumínio e óxido de ferro, respectivamente 0,70 % e 0,08 %, fazendo que seja
necessário processo de beneficiamento para obtenção de tais valores a partir da areia (matéria-
prima). Por intermédio do beneficiamento os óxidos de alumínio, óxido de potássio e óxido de
ferro em maior concentração que os demais na areia são concentrados e dispostos na
composição do resíduo, enquanto que o óxido de silício tem sua concentração em menor
proporção se comparado com a areia (matéria-prima). A presença de óxido de ferro, alumínio,
potássio e titânio são evidenciados pelos minerais identificados na tabela 3. As formas
minerais dos componentes do resíduo proveniente do beneficiamento da areia são
apresentadas na tabela 3 onde se observa o resultado da análise de difração de raios X. A
determinação das formas minerais foi efetuada através do método do pó, mediante do
emprego de difratômetro de raios X.
48
Tabela 3. Determinação dos minerais do resíduo argiloso obtidos por difração de raios X - DRX.
Nome Composto Fórmula Química Mineral Observação
Quartzo SiO
2
Quartzo
Mica KMgFeAlSiOH
2
O Mica
Anatásio TiO
2
Anatásio
Cristobalita SiO
2
Cristobalita
Microclínio K(Si
0,75
Al
0,25
)
4
O
8
Microclínio
Caulinita Al
2
(Si
2
O
5
)(OH)
4
Caulinita Pp
Gibbsita Al(OH)
3
Gibbsita Pp
Cronstedtita Fe
3
FeSiO
4
(OH)
5
Cronstedtita Pp
Onde Pp: Possível presença
O difratograma da análise das fases identificadas por difração de raios X é
apresentado na figura 15.
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
10 20 30 40 50 60
Counts
0
400
1600
3600
Resíduo argiloso
Figura 15. Difratograma e fases identificadas no resíduo argiloso por DRX. Fonte: Laboratório de Caracterização
Tecnológica – LCT da Universidade de São Paulo – USP.
Os resultados da análise química, a qual apresenta a concentração dos constituintes
na forma de óxidos, interpretados com os resultados das fases minerais identificadas no
difratograma, revelam os constituintes que estão associados na areia, esta utilizada como
matéria-prima neste processo de beneficiamento. A presença de quartzo no resíduo argiloso
proveniente do beneficiamento de areia deve-se ao fato de que o quartzo, mica e microclínio
são componentes encontrados na areia conforme mostrados por DNPM (1997, p. 326).
49
Microclínio é uma forma de feldspato de potássio (ABC, 2007, p. 38). Segundo Baltar (2005,
p. 661) o anatásio encontrado no resíduo argiloso é um mineral portador de titânio encontrado
em depósitos de areias de praias ou próximas destas. A caulinita, componente da argila está
associada à presença de argila na areia utilizada no processo de beneficiamento (EIA, 2001, p.
63). Quanto à presença de cristobalita e gibbsita não há registros sobre tais compostos na
literatura consultada. A maior participação destes constituintes no resíduo como caulinita,
mica, anatásio, cronstedtita reveladas pelo incremento na concentração dos óxidos de
alumínio, óxido de ferro e óxido de titânio no resíduo identificado na análise química se deve
a necessidade de elevar a concentração do óxido de silício na areia industrial. Conforme
Navarro (1991, p. 130) a concentração de óxido de silício nunca deve ser inferior a 98,5% na
formulação de um vidrado cerâmico.
4.3 Classificação ambiental e seu uso em pavimentação
Do resultado da granulometria por peneiramento temos a distribuição de tamanho de
partículas da amostra do resíduo, resultados apresentados na figura 16.
Figura 16. Curva granulométrica de distribuição de tamanhos de partículas do resíduo. Fonte: Laboratório de
Mecânica dos Solos - Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas – IPAT/UNESC.
50
O resíduo apresentou-se formado por partículas com tamanhos variando desde 0,002
mm até 4 mm Os resultados da distribuição de tamanho de partículas atestam à origem da
matéria-prima na qual é produzida a areia industrial e conseqüente produção do resíduo. De
acordo com a distribuição do tamanho de partículas o resíduo apresenta desde fração contendo
argila até areia grossa (SANTOS, 1989, p. 4). De acordo com Luz e Lins (2005, p.111) estes
componentes são provenientes do beneficiamento da areia onde especificamente a fração fina
em sua maior parte é proveniente das operações unitárias que utilizam hidrociclones. A fração
média e grossa é proveniente em sua maior parte de operações unitárias que possuem peneiras
(LUZ; LINS, 2005 p. 119). Tais operações unitárias são aplicadas para efetuar o
beneficiamento da areia em razão a necessidade de atendimento da especificação dos produtos
destinados à indústria cerâmica e fundição.
O resultado de pH foi obtido em uma solução de água com resíduo na proporção de
1:1 em massa; este resultado foi destinado para determinar a corrosividade do mesmo. A
concentração do íon sulfídrico da solução foi destinada para determinar a reatividade do
resíduo. Os resultados são apresentados na tabela 4.
Tabela 4. Resultados dos ensaios de pH e íon sulfídrico do resíduo.
Parâmetros Resultados
pH de mistura de água com resíduo 5,1
Íon Sulfídrico (mg/kg) < 40,0
Os resultados do ensaio de lixiviação do resíduo argiloso são apresentados na tabela
5. O resultado do ensaio de solubilização do resíduo argiloso pode ser visto na tabela 6.
Tabela 5. Resultados do ensaio de lixiviação do resíduo.
Parâmetros Resultados (mg/L) Limite Máximo no Lixiviado (mg/L)
Arsênio < 0,001 1,000
Bário <0,5 70,0
Cádmio < 0,01 0,50
Chumbo <0,05 1,00
Cromo Total < 0,02 5,00
Fluoreto <0,2 150,0
Mercúrio < 0,001 0,100
Prata < 0,01 5,00
Selênio < 0,001 1,000
51
Tabela 6. Resultados do ensaio de solubilização do resíduo.
Parâmetros Resultados (mg/L) Limite Máximo no Extrato (mg/L)
Alumínio 1,10 0,20
Ferro 0,37 0,30
Sódio 29,44 200,00
Sulfato (SO
4
-
2
) 75,65 250,00
Os componentes analisados resumiram-se ao sulfato, sódio, alumínio, sulfeto e ferro
devido à aplicação das de sulfato de alumínio e soda caustica no processo de beneficiamento
de areia. O resíduo apresentou pH em solução de 5,1; resultado este que o classificou como
não corrosivo de acordo com a norma NBR 2004 (ABNT, 2004, p. 3). Quanto à reatividade o
resíduo não se apresentou reativo, pois apresentou um resultado menor que 40 mg de íon
sulfídrico por kg de resíduo conforme limite máximo de 500 mg do íon determinado na NBR
10004 (2004, p. 4). No ensaio de lixiviação nenhum dos componentes apresentou resultados
superiores especificados na norma NBR 10004 (2004 p. 67-68). O resíduo no ensaio de
solubilização apresentou teor do íon alumínio de 1,10 mg por litro e apresentou teor do íon de
ferro de 0,37 mg por litro extrato solubilizado, sendo que os limites são respectivamente 0,20
mg e 0,30 mg por litro de extrato solubilizado conforme Anexo G da NBR 10004 (ABNT,
2004, p. 69-70). Os resultados determinados no ensaio para determinação de alumínio e ferro
no extrato solubilizado caracterizaram o resíduo como resíduo não-inerte classe II A de
acordo com a norma NBR 10004, (ABNT, 2004) e seu armazenamento inadequado mesmo
que temporário é considerado como atividade potencialmente poluidora conforme (COSEMA,
2006). O resíduo apresentou resultados de alumínio e ferro superiores ao limite máximo
determinado no Anexo G da NBR 10004 (ABNT, 2004, p. 69-70) denominados de padrões
para ensaio de solubilização devido ao uso de soda caustica no beneficiamento da areia e
sulfato de alumínio ferroso no tratamento do efluente. A figura 17 apresenta a curva de
compactação do resíduo argiloso.
52
Figura 17. Curva de compactação do resíduo argiloso. Fonte: Laboratório de Mecânica dos Solos - Instituto de
Pesquisas Ambientais e Tecnológicas – IPAT/UNESC.
Os resultados de massa específica, expansão, índice de suporte Califórnia e umidade
ótima de compactação estão apresentados na tabela 7.
Tabela 7. Ensaios para utilização do resíduo em pavimentação.
Ensaio Resultado
Limite de Liquidez (%) NL
Limite de Plasticidade (%) NP
Índice de Grupo 0
Massa específica aparente seca (kN/m
3
) 10,79
Umidade ótima (%) 26,6
Índice de suporte Califórnia (%) 7,6
Expansão por imersão (%) 1,0
Nota: O resíduo não possui limite de liquidez e limite de plasticidade.
Por não apresentar limite de liquidez e limite de plasticidade, juntamente com sua
distribuição granulométrica o resíduo apresentou um índice de grupo igual a zero o que
proporcionou um comportamento bom a excelente como subleito para pavimentação de
acordo com a classificação da TRB, Transportation Research Board mostrado em DNIT
(2006, p. 56).
53
De acordo com DNIT (2006, p. 142) o material para reforço de subleito deve
apresentar uma expansão medida no ensaio de índice de suporte Califórnia menor ou igual a 1
% e um índice de suporte Califórnia maior ou igual a 2 %. O resíduo apresentou índice de
suporte Califórnia de 7,6 % e expansão de 1,0 % e de acordo com estes resultados o resíduo é
adequado ao uso em pavimentação como material destinado a reforço de subleito.
4.4 Estabilização do resíduo
Para estabilização do resíduo foi utilizada cal e areia, com o objetivo de melhorar as
propriedades e características quanto ao uso em pavimentação.
4.4.1 Estabilização com cal
Foi efetuada a adição de cal em proporções variadas com o objetivo de melhorar as
propriedades quanto ao uso em pavimentação. As quantidades adicionadas variaram de 4 a 14
% em peso. Os resultados de compressão simples com adição de cal apresentam-se na tabela
8. A proporções de cal recomendadas pela literatura (0,5 a 4%) teve valores adicionais
maiores para verificar a evolução da resistência à compressão simples. Adições maiores de cal
poderiam viabilizar sua utilização em pavimentação visto que a disposição do mesmo tem um
custo e poderia viabilizar tais adições. Neste caso de estudo não houve a necessidade do uso
de cal, pois o resíduo apresentou propriedades suficientes para utilização em pavimentação
sem a necessidade de utilização de cal.
Tabela 8. Resultados de compressão simples com adição de cal.
Cal (% em peso) Resistência a Compressão Simples
(kN/m2)
4 274,7
6 333,5
8 441,4
10 529,7
14 627,8
54
A adição resultou em melhora nas propriedades do resíduo para uso em
pavimentação e mostra-se como alternativa para estabilização de solos para pavimentação.
Baptista (1974) menciona que a adição de cal pode reduzir a plasticidade diminuindo o limite
de liquidez, facilita a desintegração de torrões tornando o solo mais friável, facilita a secagem
dos solos e aumenta o índice de suporte Califórnia. Os resultados encontrados na tabela 8
mostram um incremento na resistência à compressão simples, porém este incremento não foi
necessário para viabilizar o uso em pavimentação.
Em virtude de não necessitar a adição de cal para uso em pavimentação esta parte
apenas tem como objetivo mostrar possibilidade de melhoria das propriedades de materiais
alternativos para o uso em pavimentação. Neste caso esta etapa não é o objeto de estudo, mas
pode ser usado como objeto de pesquisa para outros trabalhos.
4.4.2 Estabilização com cimento
O uso de cimento como aditivo não foi avaliada, pois tivemos a quebra do corpo de
prova. Em virtude dos resultados obtidos esta etapa não se fez necessário, mas pode ser objeto
de pesquisa para outros trabalhos envolvendo materiais alternativos proveniente do
beneficiamento de areia.
4.4.3 Estabilização com areia
Foi efetuada estabilização granulométrica do resíduo com a adição de areia na
proporção de 90% de areia e 10 % de resíduo. A figura 18 mostra o aspecto visual da amostra
da areia utilizada na estabilização do resíduo.
55
Figura 18. Amostra de areia utilizada na estabilização do resíduo. Fonte: Unimin do Brasil Ltda.
Os resultados da análise química da areia utilizada para estabilização granulométrica
do resíduo proveniente do processo de beneficiamento de areia são apresentados na tabela 9.
Tabela 9. Análise química da areia.
Componente SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
MnO MgO CaO Na
2
O K
2
O TiO
2
P
2
O
5
PF
% óxido 99,1 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,74
Onde PF: Perda ao fogo em %.
A tabela 10 e a figura 19 apresentam, respectivamente, a fase identificada na areia e
o difratograma da análise.
Tabela 10 - Determinação dos minerais encontrados na areia obtidos por difração de raios X - DRX.
Nome Composto Fórmula Química Mineral Observação
Quartzo SiO
2
Quartzo -
56
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
10 20 30 40 50 60
Counts
0
2500
10000
Areia JB
Figura 19. Difratograma e fases identificadas na areia por DRX. Fonte: Laboratório de Caracterização
Tecnológica – LCT da Universidade de São Paulo/USP.
A amostra de areia apresentou como principal componente o quartzo, típico
componente majoritário em areias conforme descrito em DNPM (1997, p. 326). A areia
destinada à estabilização mostrou alta concentração de sílica, SiO
2
, fato este devido à ação do
intemperismo, descreve EIA (2001, p. 63).
A areia destinada à estabilização do resíduo apresenta em sua composição desde
fração fina, pequena proporção de argila e silte até areia grossa. A distribuição granulométrica
da areia é mostrada na figura 20.
Figura 20. Curva granulométrica de distribuição de tamanhos de partículas da areia. Laboratório de Mecânica
dos Solos - Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas – IPAT/UNESC.
57
A tabela 11 mostra os resultados de pH obtido de uma solução em água com a areia
na proporção de 1:1 em massa, resultado este destinado a determinação da corrosividade e
também a concentração de íon sulfídrico destinado à determinação da reatividade da areia.
Tabela 11. Resultados dos ensaios de pH e íon sulfídrico da areia usada para estabilização em solução de água
para determinação da corrosividade.
Parâmetros Resultados
pH de mistura de água com resíduo 5,5
Íon Sulfídrico (mg/kg) < 40
Os resultados do ensaio de lixiviação da areia e do ensaio de solubilização da areia
estão apresentados respectivamente nas tabelas 12 e 13.
Tabela 12 Determinação das concentrações dos componentes químicos no ensaio de lixiviação da areia.
Parâmetros Resultados (mg/L) Limite Máximo no Lixiviado (mg/L)
Arsênio < 0,001 1,000
Bário <0,5 70,0
Cádmio < 0,01 0,50
Chumbo <0,05 1,00
Cromo Total < 0,02 5,00
Fluoreto <0,1 150,0
Mercúrio < 0,001 0,100
Prata < 0,01 5,00
Selênio < 0,001 1,000
Tabela 13. Determinação das concentrações dos componentes químicos no ensaio de solubilização da areia.
Parâmetros Resultados (mg/L) Limite Máximo no Extrato (mg/L)
Alumínio <0,10 0,20
Ferro 0,06 0,30
Sódio 0,49 200,00
Sulfato <2,00 250,00
A areia usada na estabilização do resíduo apresentou pH em solução de 5,5; resultado
este que o classificou como não corrosivo de acordo com NBR 2004 (ABNT, 2004, p. 3). A
areia apresentou um resultado menor que 40 mg do íon sulfrídico, resultado menor que o
valor máximo de 500 mg do íon sulfrídico por kg de areia, portanto classificado como não
58
reativo conforme a norma NBR 10004 (ABNT, 2004, p. 4). No ensaio de lixiviação nenhum
dos componentes analisados na areia apresentou resultados superiores aos especificados na
norma NBR 10004 (ABNT, 2004, p. 67-68). A areia apresentou no ensaio de solubilização
resultado do íon alumínio menor que 0,1 mg por litro e apresentou teor do íon ferro de 0,06
mg por litro extrato solubilizado, sendo que os limites são respectivamente 0,2 mg e 0,30 mg
por litro de extrato solubilizado conforme NBR 10004 (ABNT, 2004, p. 69-70) De acordo
com os resultados apresentados, a areia foi classificada como inerte conforme a norma NBR
10004 (ABNT, 2004). A tabela 14 apresenta os resultados de massa específica, limite de
liquidez, limite de plasticidade, índice de grupo, expansão por imersão, índice de suporte
Califórnia e umidade ótima da areia utilizada na estabilização granulométrica do resíduo.
Tabela 14. Ensaios realizados na areia utilizada para estabilização do resíduo argiloso em estudo.
Ensaio Resultado
Limite de Liquidez (%) NL
Limite de Plasticidade (%) NP
Índice de Grupo 0
Massa específica aparente seca (kN/m
3
) 15,70
Umidade ótima (%) 6,5
Índice de suporte Califórnia (%) 6,4
Expansão por imersão (%) 0,1
Nota: O resíduo não possui limite de liquidez e limite de plasticidade.
A areia destinada à estabilização do resíduo apresenta em sua composição desde
fração argilosa em pequena proporção até areia. Não possui limite de liquidez, não possui
limite de plasticidade, apresenta menos de 35% de material passante em malha 200 e índice
de grupo igual a 0 (zero) resultados estes que o classificam com bom a excelente
comportamento para subleito (DNIT, 2006, p. 56,).
De acordo com DNIT (2006, p. 142) a areia apresenta-se adequada para uso como
reforço de subleito, pois apresenta uma expansão por imersão medida no ensaio de índice de
suporte Califórnia de 0,1% e um índice de suporte Califórnia maior ou igual a 6,4%.
4.5 Avaliação do estudo de estabilização do resíduo
59
O resultado de pH obtido de uma solução em água com o resíduo estabilizado com
areia (mistura de 90% em massa areia e 10% de resíduo) na proporção de 1:1 em massa é
apresentado na tabela 15. A concentração de íon sulfídrico destinado à determinação da
reatividade da areia estabilizada e apresentada na tabela 15.
Tabela 15. Resultados dos ensaios de pH e íon sulfídrico do resíduo estabilizado com areia em solução de água
para determinação da corrosividade.
Parâmetros Resultados
pH de mistura de água com resíduo 5,0
Íon sulfídrico (mg/kg) < 40
Após a mistura foram executados ensaios de caracterização da mistura. As tabelas
16 e 17 apresentam, respectivamente, os resultados do ensaio de lixiviação do resíduo
estabilizado com areia e os resultados de solubilização do resíduo estabilizado com areia.
Tabela 16. Determinação das concentrações dos componentes químicos no ensaio de lixiviação do resíduo
estabilizado com areia.
Parâmetros Resultados (mg/L) Limite Máximo no Lixiviado (mg/L)
Arsênio < 0,001 1,000
Bário <0,5 70,0
Cádmio < 0,01 0,50
Chumbo <0,05 1,00
Cromo Total < 0,02 5,00
Fluoreto < 0,1 150,0
Mercúrio < 0,001 0,100
Prata < 0,01 5,00
Selênio < 0,001 1,000
Tabela 17. Determinação das concentrações dos componentes químicos no ensaio de solubilização do resíduo
estabilizado com areia.
Parâmetros Resultados (mg/L) Limite Máximo no Extrato (mg/L)
Alumínio 0,50 0,20
Ferro 0,35 0,3
Sódio 10,84 200,0
Sulfato 35,0 250,0
60
Na tabela 18 são apresentados os resultados de massa específica, expansão, índice de
suporte Califórnia e umidade ótima da mistura de areia e resíduo.
Tabela 18. Ensaios realizados com o resíduo estabilizado com areia para utilização em pavimentação.
Ensaio Resultado
Massa específica aparente seca (kN/m
3
) 15,60
Umidade ótima (%) 16,1
Índice de suporte Califórnia (%) 11,1
Expansão (%) 0,3
O resíduo estabilizado com areia apresentou pH em solução de 5,0; resultado este
que o classificou como não corrosivo de acordo com NBR 2004 (ABNT, 2004, p. 3). O
resíduo estabilizado apresentou um resultado menor que 40 mg do íon sulfrídico, resultado
menor que o valor máximo de 500 mg do íon sulfrídico por kg de amostra, portanto
classificado como não reativo de acordo com a norma NBR 10004 (ABNT, 2004, p. 4). No
ensaio de lixiviação nenhum componente analisado no resíduo estabilizado com areia
apresentou resultados superiores especificados na NBR 10004 (ABNT, 2004, p. 67-68). No
ensaio de solubilização o resíduo estabilizado com areia apresentou resultado do íon alumínio
de 0,50 mg por litro e apresentou teor do íon ferro de 0,35 mg por litro extrato solubilizado,
sendo que os limites são respectivamente 0,2 mg e 0,30 mg por litro de extrato solubilizado
conforme a norma NBR 10004 (ABNT, 2004, p. 69-70). De acordo com os resultados
apresentados, o resíduo estabilizado com areia foi classificado como não-inerte classe IIA.
As figuras 21, 22, 23 e 24 mostram a caracterização do resíduo, areia e do resíduo
estabilizado com areia (mistura de 10 % de resíduo e 90 % de areia) e cada figura representa,
respectivamente, os teores dos íons de alumínio, ferro, sódio e sulfato no extrato solubilizado.
61
1,10
0,50
0,10
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
Resíduo Areia Resíduo Estabilizado
Alumínio (mg/L)
Limite Máximo 0,20 mg/L
Figura 21. Teor de alumínio no extrato solubilizado do resíduo, areia e resíduo estabilizado com areia
.
0,35
0,37
0,06
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Resíduo Areia Resíduo Estabilizado
Ferro (mg/L)
Limite Máximo 0,30 mg/L
Figura 22. Teor de ferro no extrato solubilizado do resíduo, areia e resíduo estabilizado com areia
.
62
29,44
0,49
10,84
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
Resíduo Areia Resíduo Estabilizado
Sódio (mg/L)
Limite Máximo 200 mg/L
Figura 23. Teor de sódio no extrato solubilizado do resíduo, areia e resíduo estabilizado com areia.
35,00
75,65
2,00
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
Resíduo Areia Resíduo Estabilizado
Sulfato (mg/L)
Limite Máximo 250 mg/L
Figura 24. Teor de sulfato no extrato solubilizado do resíduo, areia e resíduo estabilizado com areia
.
Devido a menor concentração dos constituintes que caracterizaram a areia utilizada
para estabilizar o resíduo tivemos redução dos íons alumínio e ferro na amostra de resíduo
estabilizado areia, os valores são respectivamente 0,50 mg/litro e 0,35 mg/litro valores estes
superiores aos limites máximos citados no Anexo G da norma NBR 10004 (ABNT, 2004, p.
69-70), embora tenha ocorrido redução, foram insuficientes para caracterizar o resíduo
estabilizado como inerte conforme a norma NBR 10004 (ABNT, 2004) e, portanto,
potencialmente causador de impacto ambiental quanto ao seu uso em pavimentação
(CONSEMA, 2006).
63
Quanto às propriedades necessárias a utilização em pavimentação, apresentadas na
tabela 11, tiveram significativa melhora no índice de suporte Califórnia, fato este devido à
estabilização granulométrica feita com areia. O aumento foi de 46% no índice de suporte
Califórnia, resultando em valor do CBR de 11%. A estabilização granulométrica se obtém
com a mistura de dois ou mais materiais com diferentes propriedades tais como: plasticidade,
expansão por imersão a fim de proporcionar à mistura propriedades adequadas para a
utilização em pavimentação, como destaca o DNIT (2006):
“... estabilização granulométrica é definida como camadas constituídas por solos,
brita de rochas, de escória de alto forno, ou ainda, pela mistura desses materiais.
Estas camadas, puramente granulares, são sempre flexíveis e são estabilizadas
granulometricamente pela compactação de um material ou de mistura de materiais
que apresentem uma granulometria apropriada e índices geotécnicos específicos,
fixados em especificação (p. 96).”
Por apresentar limite de liquidez e limite de plasticidade, iguais a zero, juntamente
características granulométricas que proporcionam uma fração passante em malha 200 inferior
a 35 % estes aspectos tornam o resíduo estabilizado com areia adequado ao uso como material
para subleito em pavimentação de rodovias (DNIT, 2006, p. 56).
De acordo com o DNIT (2006, p. 142), o material para uso como reforço de subleito
deve apresentar uma expansão medida no ensaio de índice de suporte Califórnia menor ou
igual a 1% e um índice de suporte Califórnia maior ou igual a 2%, ou maior que o subleito. O
resíduo estabilizado com areia apresentou índice de suporte Califórnia de 11,1% e expansão
por imersão de 0,3% e de acordo com estes resultados o resíduo é adequado para utilização
como reforço de subleito em pavimentação.
O resíduo tanto em sua forma original quanto na forma estabilizada pode substituir
materiais convencionais pavimentação de rodovias proporcionando economia de R$ 2,420
milhões em materiais convencionais, como areia, argila e rochas britadas (DNPM, 2006).
Deve-se evidenciar que além da economia proporcionada ao uso de materiais convencionais
pode reduzir também em maior escala os custos ambientais relacionados à disposição deste do
resíduo que custa em média R$ 30 por tonelada. Para uma quantidade estimada de 700 mil
toneladas a redução de custo seria de R$ 21 milhões por ano, valores consideráveis e
suficientes para justificar a continuidade do estudo.
64
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O resíduo sólido proveniente do processo de beneficiamento de areia, em sua
totalidade apresentou propriedades consideradas adequadas para utilização como subleito e
reforço de subleito em pavimentação de rodovias. Não houve a necessidade de adicionar um
outro componente para melhorar o desempenho do mesmo para atingir os requisitos
necessários para sua utilização em pavimentação de rodovias.
Quanto à avaliação dos riscos ambientais, o resíduo com a mistura de areia que foi
utilizada na estabilização granulométrica apresentou-se ainda com teores de íon alumínio e
ferro acima dos limites estabelecidos em norma que classifica o potencial perigo ao meio
ambiente. Os teores de Alumínio e ferro impossibilitam sua utilização em pavimentação e
requerem estudos adicionais para sua utilização.
Uma maior diluição do resíduo em materiais convencionais utilizados na construção
de rodovias poderá proporcionar redução dos teores de alumínio e ferro, reduzindo os
possíveis impactos ambientais que os mesmos podem proporcionar.
O presente estudo fornece subsídios para futuros trabalhos visando um menor
impacto ambiental sem desprezar a contribuição deste resíduo para um melhor proveito em
benefícios de propósitos mais aplicados. Seria necessária uma continuidade deste estudo, quer
seja utilizando outros materiais no processo de estabilização do resíduo, como por exemplo, a
argila ou estudando a solubilização dos principais componentes que contribuíram para a
classificação do resíduo como não-inerte classe IIA, submetendo tais componentes a
diferentes condições físico-químicas de pH.
65
6 REFERÊNCIAS
ABC - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CERÂMICA. CERÂMICA INDUSTRIAL:
Estudo comparativo dos efeitos de aditivos naturais sobre uma massa para pavimentos
cerâmicos por via seca. São Paulo, jan-abril/2007, v.12.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 10007:
amostragem de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, 2004.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 10006:
procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, 2004.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 10005:
procedimento para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, 2004.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 10004: resíduos
sólidos, classificação. Rio de Janeiro, 2004.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 9895: solo: índice
de suporte Califórnia. Rio de Janeiro, 1987. 14 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 9939: agregado:
determinação do teor de umidade total em agregado graúdo. Rio de Janeiro, 1987. 3 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 7182: solo: ensaio
de compactação. Rio de Janeiro. 1986.10 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 6457: amostra
de solo: preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de
Janeiro, 1986.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 7181: solo: análise
granulométrica conjunta. Rio de Janeiro, 1984a.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 6459: solo:
determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984b. 6 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 7180/94: solo:
determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 1984c. 6 p.
66
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 12024: solo-
cimento: moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos de solo-cimento. Rio de Janeiro,
1990.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 12025: solo-
cimento: ensaio de compressão simples de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1990.
BALTAR, C. A. M.; SAMPAIO J. A.; ANDRADE M. C. Minerais de Titânio. CETEM -
CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL. Ministério de Ciência e Tecnologia. Coordenação
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BAPTISTA, C. F. N. Pavimentação. Porto Alegre: Globo, v. 3, 1974.
BRASÍLIA (Brasília). DNPM - Departamento Nacional de Produção Mineral. Estatística por
substância. Brasília. 2006. V. 4, parte 3.
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Depósitos Minerais do Brasil. Brasília. 1997. v. 4, parte C.
ZANETTE, V. Diagnóstico ambiental da região carbonífera do sul de Santa Catarina:
recuperação de áreas degradadas pela mineração de carvão. Revista de Tecnologia e
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CONSELHO ESTADUAL DO MEIO AMBIENTE – COSEMA n. 1/2006: Listagem das
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FILHO, A. G. Ensaios sobre a economia sul-catarinense. Criciúma: Universidade do
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67
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YODER E. J.; WITCZAK M. W.; Principles of Pavement Design. 2. ed. John Wiley &
Sons, Inc. New York. 1975.
68
ANEXO
69
ANEXO A – Tabela de Classificação dos solos. (Transportation Research Board) DNIT.
Fonte: DNIT, 2006.
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