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AVALIAÇÃO DE TRÊS MÉTODOS DE ENSAIO PARA
DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE EXPANSÃO
DE ESCÓRIAS DE ACIARIA PARA USO EM
PAVIMENTAÇÃO
FÁBIO ULIANA DE OLIVEIRA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL
MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
Vitória, Abril de 2006
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Dados Internacionais de Catalogação-na-publicação (CIP)
(Biblioteca Central da Universidade Federal do Espírito Santo, ES, Brasil)
Oliveira, Fábio Uliana de, 1978-
O48a Avaliação de três métodos de ensaio para determinação do
potencial de expansão de escórias de aciaria para uso em
pavimentação / Fábio Uliana de Oliveira. – 2006.
141 f. : il.
Orientadora: Kátia Vanessa Bicalho.
Co-orientador: Reno Reine Castello.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Espírito
Santo, Centro Tecnológico.
1. Resíduos industriais. 2. Mecânica do solo. 3. Pavimentação.
4. Escória. I. Bicalho, Kátia Vanessa. II. Castello, Reno Reine. III.
Universidade Federal do Espírito Santo. Centro Tecnológico. IV.
Título.
CDU: 624
Dedico este trabalho a minha mãe e minha irmã
AGRADECIMENTOS
Agradeço em primeiro lugar a Deus, por ter sempre me amparado.
À Professora Kátia Vanessa Bicalho, que me apoiou no mestrado desde a carta de
recomendação, até o ponto final deste texto. Pela sua paciência, atenção,
companheirismo, carinho e puxões de orelha ao longo desta jornada.
Ao Professor Reno Reine Castello, por ser o meu ídolo na Engenharia, desde muito
antes de conhecê-lo pessoalmente, quando ainda estagiava como Técnico em
Edificações, e que na graduação se tornou meu Mestre. Por seu exemplo de
profissionalismo, por sua humildade e por sua infinita atenção, sempre.
À Professora Maristela Gomes da Silva, pelas grandes contribuições na construção
deste trabalho, como coordenadora do Projeto AGSPAVI e NEXES, como diretora
do Centro Tecnológico e como Professora do Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil da UFES.
À Professora Eliana Zandonade, por ter sido fundamental para fazer da Estatística
parte deste trabalho.
Aos meus co-orientadores honorários, Professor Fernando Lordêllo dos Santos
Souza, Professor Florindo dos Santos Braga, Professor Luiz Herkenhoff Coelho,
pelos seus conselhos, dicas, incentivo e, principalmente, pelos seus puxões de
orelha.
Aos amigos, que foram fundamentais no caminho: Carlos Olympo Lima Raposo,
pelo companheirismo e ajuda nos inúmeros ensaios; Daniella Cardoso Buzzi, pela
alegria e amor; Denise Izoton Lorenzoni, pelo amor, exemplo e incentivo; Fernanda
Faé de Almeida, que, mesmo dando seus “truques”, foi sempre presente; Karla
Fadini Fiorot, companheira “ovelha negra”, pela amizade e carinho constantes;
Marita Paris Cavassani, pelo carinho e exemplo; Maurício Côrtes Neves Leal,
verdadeira definição de amigo, sempre ao meu lado nas minhas empreitadas; Milton
Paulino da Costa Junior, pelas risadas junto à Evelize; Renato Prata de Moraes
Frasson, pelo exemplo e amizade; Roberto Martyres, grande amigo curitibano, pelas
palavras constantes de incentivo; e Simone Izoton da Silva e Ronaldo da Silva, pela
grande amizade e cinefilia.
Aos colegas do NEXES, Kátia Bourguignon, Maurício Lordêllo, Marina Polese,
Gilsele Carreiro, Maria Antonina Coelho, Lucas Coelho, Lúcia Sagrillo e, em
especial, a Erildo José Ferreira, pelo grande exemplo de ser humano que ele é e a
Giliardi Luiz Vancini, pelo grande apoio moral e acadêmico.
Ao técnico do Laboratório de Mecânica dos Solos, Miguel Rubens Caxias, pelo
companheirismo, dicas, explicações, ajuda dentro e fora do laboratório.
Ao técnico Luciano Roncate, sem o qual não poderia haver este trabalho. Por toda
sua ajuda e toda compreensão sobre mudanças de procedimento, acréscimo de
determinações, preparação de granulometria.
Aos alunos de iniciação científica Eduardo Arregui, Elvidio Gavassoni, Henrique
Valdetaro, Renato Randow e Weslayne Araújo, pelo empenho e auxílio nos
trabalhos.
Aos professores e funcionários do Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Civil.
Ao IBS, CST e FINEP, pela concessão da bolsa de estudos e pela iniciativa de
financiar a pesquisa científica, que possibilitou a realização de todos os ensaios
necessários a este trabalho.
A toda a minha família, que me deu grande apoio desde o princípio, em especial aos
Tios Jovelino Uliana e Renilton Carlos Uliana, e aos primos Denis de Oliveira,
Fabiano de Oliveira Chagas e Márcia de Oliveira Chagas Ribeiro.
A todos aqueles que contribuíram à conclusão deste trabalho, com seu
conhecimento, com sua ajuda, ou simplesmente com seu sorriso.
“Obstáculos são coisas assustadoras que vemos quando
desviamos nossos olhos de nosso objetivo”
Henry Ford (1863-1947)
Carpe diem, quam minimum credula postero!
(Viva este dia como se fosse o ultimo, não espere nada do amanhã)
Horácio
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE QUADROS
LISTA DE TABELAS
LISTA DE SIGLAS
RESUMO
ABSTRACT
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................26
1.1 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA ....................................................................27
1.2 OBJETIVOS DA PESQUISA ..........................................................................28
1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO .................................................................29
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...............................................................................31
2.1 PROCESSOS SIDERÚRGICOS – GERAÇÃO DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
........................................................................................................................31
2.2 EXPANSIBILIDADE DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA.......................................34
2.2.1 Efeito do CaO ...............................................................................................34
2.2.2 Efeito do MgO...............................................................................................35
2.2.3 Efeito do ferro metálico (Fe
0
)........................................................................36
2.3 TRATAMENTOS E MÉTODOS PARA REDUÇÃO DO POTENCIAL
EXPANSIVO DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA..................................................37
2.3.1 Alterações no processo de escorificação .....................................................37
2.3.2 Tratamentos das escórias de aciaria no estado líquido................................38
2.3.3 Tratamentos nas escórias de aciaria em estado sólido................................39
2.4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA ......................42
2.4.1 Angulosidade................................................................................................42
2.4.2 Granulometria...............................................................................................43
2.4.3 Limites de consistência.................................................................................43
2.4.4 Massa específica dos sólidos .......................................................................44
2.4.5 Massa específica no estado solto.................................................................45
2.4.6 Absorção ......................................................................................................47
2.4.7 Abrasão Los Angeles....................................................................................49
2.5 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA..............................50
2.6 CARACTERÍSTICAS AMBIENTAIS DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA ..............52
2.7 MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE EXPANSÃO DAS
ESCÓRIAS DE ACIARIA PARA USO EM PAVIMENTAÇÃO.........................55
2.7.1 Método DMA-1/DER-MG/92 - adaptação do método Pensilvania Test Method
(PTM) 130 pelo Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais.55
2.7.2 Método JIS A 5015 .......................................................................................56
2.7.3 Método ASTM D 4792/00 .............................................................................58
2.7.4 Método BS EN 1744-1:1998 - “Steam Test”.................................................59
2.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS............................................................................61
3. MATERIAIS, MÉTODOS E PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL ......................64
3.1 INTRODUÇÃO................................................................................................64
3.2 ESCÓRIAS DE ACIARIA EM ESTUDO..........................................................64
3.3 AMOSTRAGEM DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA ESTUDADAS ......................65
3.3.1 Amostragem nas usinas ...............................................................................65
3.3.2 Redução da amostra de campo no laboratório.............................................67
3.4 MÉTODOS DE ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO FÍSICA ..........................68
3.4.1 Angulosidade - análise visual .......................................................................68
3.4.2 Granulometria por peneiramento..................................................................69
3.4.3 Limites de consistência.................................................................................69
3.4.4 Massa específica dos sólidos .......................................................................69
3.5 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO .......................................................................70
3.6 MÉTODOS DE ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE
EXPANSÃO DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA...................................................71
3.6.1 Método PTM 130/78 adaptado pelo Departamento de Estradas de Rodagem
de Minas Gerais (DMA-1/DER-MG/92).........................................................74
3.6.2 Método JIS A 5015/92 ..................................................................................76
3.6.3 Método ASTM D 4792/00 .............................................................................77
3.7 ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS RESULTADOS...............................................77
3.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS............................................................................80
4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ........................................81
4.1 INTRODUÇÃO................................................................................................81
4.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA ..........................................................................82
4.2.1 Angulosidade - análise visual .......................................................................82
4.2.2 Granulometria por peneiramento..................................................................83
4.2.3 Limites de consistência.................................................................................91
4.2.4 Massa específica dos sólidos .......................................................................91
4.3 ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO.....................................................................94
4.4 DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE EXPANSÃO DAS ESCÓRIAS DE
ACIARIA EM ESTUDO ...................................................................................97
4.4.1 Avaliação dos métodos (1ª etapa)................................................................99
4.4.1.1 Métodos laboratoriais de ensaios de determinação do potencial de
expansão de escórias de aciaria em estudo ............................................99
4.4.1.1.a Método DMA-1/DER-MG/92.................................................................99
4.4.1.1.b Método JIS A 5015/92........................................................................103
4.4.1.1.c Método ASTM D 4792/00...................................................................106
4.4.2 Análise do procedimento de ensaio dos métodos selecionados ................109
4.4.3 Comparação estatística dos métodos.........................................................111
4.4.4 Resultado da avaliação dos métodos.........................................................113
4.5 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE
EXPANSÃO SEGUNDO O MÉTODO DMA-1/DER-MG/92 PARA AS DEMAIS
AMOSTRAS ESTUDADAS (2ª ETAPA) .......................................................114
4.6 OBSERVAÇÕES SOBRE O MÉTODO DE ENSAIO DMA-1/DER-MG/92 ...118
4.6.1 Procedimento .............................................................................................118
4.6.2 Equipamentos.............................................................................................120
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES .....................................................................124
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................128
6.1 OBJETIVO....................................................................................................138
6.1.1.1.a Documentos de referência .................................................................138
6.1.1.1.b Aparelhagem......................................................................................138
6.1.1.1.c Amostragem.......................................................................................139
6.1.1.1.d Preparação da amostra......................................................................139
6.1.1.1.e Teste de expansão.............................................................................140
6.1.1.1.f Cálculos .............................................................................................141
6.1.1.1.g Apresentação dos resultados.............................................................141
6.1.1.1.h Aprovação / reprovação da amostra ..................................................142
6.1.1.1.i Observações ......................................................................................142
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Seqüência de operação do conversor a oxigênio tipo LD ou BOF: (a)
carregamento da sucata; (b) carregamento do ferro gusa líquido; (c)
sopro de oxigênio; (d) vazamento do aço, e; (e) vazamento da escória
de aciaria no pote de escória (ARAUJO, 1997) ...................................32
Figura 2.2 Conversor a oxigênio tipo LD ou BOF, separação entre o aço líquido e
a escória de aciaria líquida com tampão esférico flutuante (ARAUJO,
1997)....................................................................................................32
Figura 2.3 Esquema de produção de aço em forno de arco elétrico (EAF): (1)
carregamento da sucata, (2) acionamento do forno, (3) abertura de
arco elétrico entre os eletrodos e a carga metálica com formação da
primeira poça de aço líquido, (4) aumento da poça de aço até que toda
a carga metálica seja derretida, (5) fusão total da sucata com
temperatura do aço líquido por volta de 1570° C e inicio do período de
refino e formação de escórias, (6) vazamento do aço e posteriormente
da escória em panela distinta (ARAUJO, 1997)...................................33
Figura 2.4 Exemplo do método de cura de escórias de aciaria a vapor sob pressão
atmosférica (MORISHITA et al., s.d.)...................................................40
Figura 2.5 Exemplo do método de cura de escória de aciaria a vapor sob pressão
(MORIKAWA et al., s.d.). .....................................................................41
Figura 2.6 Exemplo de heterogeneidade de constituição mineralógica: (a)
Expansão excessiva pontual durante o ensaio DMA-1/DER-MG/92, e a
(b) inclinação da haste do prato perfurado ocasionada por tal expansão
pontual (RAPOSO, 2005).....................................................................42
Figura 2.7 Angulosidade das partículas (SOWERS, 1979). ..................................43
Figura 2.8 Molde para o ensaio baseado no ASTM D 698....................................56
Figura 2.9 Molde imerso em água a 70ºC.............................................................57
Figura 2.10 Equipamento para ensaio de expansão em água (JIS A 5015, 1992) .58
Figura 2.11 Equipamento do Steam Test (MOTZ e GEISELER, 2001)...................60
Figura 2.12 Curva típica de expansão das escórias de aciaria medida pelo steam
test (adaptado de MOTZ e GEISELER, 2001) .....................................61
Figura 3.1 Localização das siderúrgicas brasileiras de origem das escórias de
aciaria em estudo.................................................................................64
Figura 3.2 Amostragem de uma das escórias de aciaria em estudo: (a) retirada da
amostra parcial; (b) retirada das amostras parciais em vários pontos
dos montes de descarregamento.........................................................66
Figura 3.3 Processo de amostragem das escórias de aciaria nas siderúrgicas em
estudo ..................................................................................................66
Figura 3.4 Despejo de amostras (a), formação de cinco montes (b) e coleta de
amostra parcial para formar pilha de homogeneização (c) ..................67
Figura 3.5 Equipamentos utilizados no ensaio de compactação: (a) compactador
eletromecânico; (b) balança eletrônica com capacidade de 50 kg.......71
Figura 3.6 Aparelhagem necessária para se fazer a leitura da expansão
(RAPOSO, 2005) .................................................................................72
Figura 3.7 Esquema da medição da expansão da escória de aciaria nos ensaios
estudados.............................................................................................73
Figura 3.8 Corpos-de-prova no banho-térmico com água aquecida a 71 ± 3ºC....75
Figura 3.9 Banhos-térmicos elétricos utilizados para determinação da expansão
das amostras de escórias de aciaria em estudo ..................................75
Figura 3.10 Estufa elétrica utilizada neste estudo para o ensaio de expansão pelo
método DMA-1/DER-MG/92.................................................................76
Figura 4.1 Exemplos de partículas (a) angulosas e (b) sub-angulosas das escórias
de aciaria do tipo LD estudadas (escala em milímetros)......................83
Figura 4.2 Exemplos de partículas (a) angulosas e (b) sub-angulosas das escórias
de aciaria do tipo EAF estudadas (escala em milímetros) ...................83
Figura 4.3 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria A - LD ...........84
Figura 4.4 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria B - LD ...........84
Figura 4.5 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria C - LD...........85
Figura 4.6 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria D - LD...........85
Figura 4.7 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria E - LD ...........86
Figura 4.8 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria F - LD ...........86
Figura 4.9 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria G - EAF ........87
Figura 4.10 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria H - EAF ........87
Figura 4.11 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria I - EAF ..........88
Figura 4.12 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria J - EAF .........88
Figura 4.13 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria K - EAF.........89
Figura 4.14 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria L - EAF .........89
Figura 4.15 Presença de metálicos em grãos das amostras de escórias de aciaria
(a) LD e (b) EAF...................................................................................93
Figura 4.16 Resultados dos ensaios de compactação das amostras de escórias de
aciaria LD (A – LD, B – LD e E – LD – ρs=3,3) ....................................94
Figura 4.17 Resultados dos ensaios de compactação da amostra de escórias de
aciaria LD (C – LD – ρs=3,5)................................................................95
Figura 4.18 Resultados dos ensaios de compactação das amostras de aciaria LD
(D – LD e F – LD – ρs=3,6) ..................................................................95
Figura 4.19 Resultados dos ensaios de compactação das amostras de escórias de
aciaria EAF (G – EAF, H – EAF e J – EAF – ρs=3,6)...........................96
Figura 4.20 Resultados dos ensaios de compactação das amostras de escórias de
aciaria EAF (I – EAF e K – EAF – ρs=3,9) ...........................................96
Figura 4.21 Resultados dos ensaios de compactação da amostra de escórias de
aciaria EAF (L – EAF – ρs=3,4)............................................................97
Figura 4.22 Fluxograma das etapas de avaliação dos métodos .............................98
Figura 4.23 Resultados da expansão acumulada da amostra A – LD segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................100
Figura 4.24 Resultados da expansão acumulada da amostra B – LD segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................101
Figura 4.25 Resultados da expansão acumulada da amostra C – LD segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................101
Figura 4.26 Resultados da expansão acumulada da amostra D – LD segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................102
Figura 4.27 Resultados da expansão acumulada da amostra F – LD segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................102
Figura 4.28 Resultados da expansão acumulada da amostra K – EAF segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................103
Figura 4.29 Resultados da expansão acumulada da amostra A – LD segundo o
método JIS A 5015/92........................................................................104
Figura 4.30 Resultados da expansão acumulada da amostra B – LD segundo o
método JIS A 5015/92........................................................................104
Figura 4.31 Resultados da expansão acumulada da amostra C – LD segundo o
método JIS A 5015/92........................................................................105
Figura 4.32 Resultados da expansão acumulada da amostra D – LD segundo o
método JIS A 5015/92........................................................................105
Figura 4.33 Resultados da expansão acumulada da amostra F – LD segundo o
método JIS A 5015/92........................................................................106
Figura 4.34 Resultados da expansão acumulada da amostra K – EAF segundo o
método JIS A 5015/92........................................................................106
Figura 4.35 Resultados da expansão acumulada da amostra A – LD segundo o
método ASTM D 4792/00...................................................................107
Figura 4.36 Resultados da expansão acumulada da amostra B – LD segundo o
método ASTM D 4792/00...................................................................107
Figura 4.37 Resultados da expansão acumulada da amostra C – LD segundo o
método ASTM D 4792/00...................................................................108
Figura 4.38 Resultados da expansão acumulada da amostra D – LD segundo o
método ASTM D 4792/00...................................................................108
Figura 4.39 Resultados da expansão acumulada da amostra F – LD segundo o
método ASTM D 4792/00...................................................................109
Figura 4.40 Resultados da expansão acumulada da amostra K – EAF segundo o
método ASTM D 4792/00...................................................................109
Figura 4.41 Comportamento expansivo ao longo do tempo das escórias de aciaria
do tipo LD estudadas segundo o método DMA-1/DER-MG/92 ..........113
Figura 4.42 Resultados da expansão acumulada da amostra E – LD segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................115
Figura 4.43 Resultados da expansão acumulada da amostra G – EAF segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................115
Figura 4.44 Resultados da expansão acumulada da amostra H – EAF segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................116
Figura 4.45 Resultados da expansão acumulada da amostra I – EAF segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................116
Figura 4.46 Resultados da expansão acumulada da amostra J – EAF segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................117
Figura 4.47 Resultados da expansão acumulada da amostra L – EAF segundo o
método DMA-1/DER-MG/92...............................................................117
Figura 4.48 Aparato para medição da expansão vertical instalado sobre corpo-de-
prova ..................................................................................................119
Figura 4.49 Adaptação feita no disco espaçador para facilitar a sua retirada do
cilíndro................................................................................................119
Figura 4.50 Corrosão no molde cilíndrico de ferro galvanizado ............................120
Figura 4.51 Estufa utilizada para o ensaio de determinação do potencial de
expansão de escórias de aciaria – (a) visão externa e (b) visão interna
...........................................................................................................121
Figura 4.52 Ilustração do projeto utilizado para confecção do banho-térmico –
planta baixa........................................................................................121
Figura 4.53 Ilustração do projeto utilizado para confecção do banho-térmico –
planta baixa das bandejas metálicas de sustentação para os corpos-de-
prova ..................................................................................................122
Figura 4.54 Ilustração do projeto utilizado para confecção do banho-térmico – corte
AA ......................................................................................................122
Figura 4.55 Ilustração do projeto utilizado para confecção do banho-térmico – corte
BB ......................................................................................................123
Figura 4.56 Banho-térmico para ensaios de determinação do potencial de
expansão de escórias de aciaria – (a) visão externa e (b) visão interna
...........................................................................................................123
Figura A.1 – Disco espaçador com furo rosqueado e pino rosqueado....................139
Figura 6.2 – Exemplo de gráfico do ensaio DMA-1/DER-MG (adaptado) ...............142
LISTA DE QUADROS
Quadro 2.1 Valores de massa específica dos sólidos (kg/m
3
) de alguns autores
para rochas e escórias de aciaria LD e EAF........................................45
Quadro 2.2 Valores de massa específica no estado solto (kg/m
3
) para basalto e
escórias de aciaria LD e EAF...............................................................46
Quadro 2.3 Massa unitária das amostras estudadas de escórias de aciaria
estudadas (POLESE, 2006; RODRIGUES, 2006) ...............................47
Quadro 2.4 Valores de absorção (%) para rochas e escórias de aciaria LD e EAF48
Quadro 2.5 Absorção das amostras estudadas de escórias de aciaria (POLESE,
2006; RODRIGUES, 2006) ..................................................................48
Quadro 2.6 Valores de abrasão Los Angeles (%) segundo diferentes autores para
rochas e escórias de aciaria LD e Forno elétrico (EAF).......................49
Quadro 2.7 Abrasão Los Angeles das amostras de escórias de aciaria estudadas
(POLESE, 2006; RODRIGUES, 2006).................................................50
Quadro 2.8 Composição química de escórias de aciaria LD (IBS, 1999) ...............51
Quadro 2.9 Composição química de escórias de aciaria EAF (IBS, 1999) .............51
Quadro 2.10 Resultados de análise química das amostras de escórias de aciaria em
estudo (POLESE, 2006; RODRIGUES, 2006) .....................................52
Quadro 2.11 Concentrações dos parâmetros obtidos pelo teste de lixiviação da NBR
10004, para escórias de aciaria LD (Adaptado de IBS, 1999). ............53
Quadro 2.12 Concentrações dos parâmetros obtidos pelo teste de lixiviação da NBR
10004, para escórias de aciaria EAF (Adaptado de IBS, 1999) ...........53
Quadro 2.13 Concentrações dos parâmetros obtidos pelo teste de solubilização da
NBR 10004, para escórias de aciaria LD (Adaptado de IBS, 1999).....53
Quadro 2.14 Concentrações dos parâmetros obtidos pelo teste de solubilização da
NBR 10004, para escórias de aciaria EAF (Adaptado de IBS, 1999) ..54
Quadro 2.15 Resultados do extrato lixiviado das amostras de escórias de aciaria
estudadas (VANCINI, 2005).................................................................54
Quadro 2.16 Resultados do extrato solubilizado das amostras de escórias de aciaria
estudadas (VANCINI, 2005).................................................................55
Quadro 2.17 Distribuição granulométrica das escórias de aciaria para ensaio de
expansão (JIS A 5015, 1992)...............................................................58
Quadro 3.1 Identificação das amostras de escórias de aciaria estudadas .............68
Quadro 3.2 Métodos de ensaios de caracterização física com suas respectivas
normas .................................................................................................68
Quadro 4.1 Quantitativo dos ensaios realizados para as amostras das escórias de
aciaria em estudo.................................................................................81
Quadro 4.2 Resultados de angulosidade das amostras de escórias de aciaria em
estudo ..................................................................................................82
Quadro 4.3 Características granulométricas das amostras de escórias de aciaria
LD estudadas .......................................................................................90
Quadro 4.4 Características granulométricas
2
das amostras de escórias de aciaria
EAF estudadas.....................................................................................90
Quadro 4.5 Classificação das amostras de escórias de aciaria em estudo segundo
os sistemas SUC e HTRB....................................................................91
Quadro 4.6 Dados para o cálculo da massa específica das amostras de escórias de
aciaria em estudo.................................................................................92
Quadro 4.7 Métodos de determinação do potencial de expansão das escórias de
aciaria utilizados na avaliação experimental ........................................99
Quadro 5.1 Faixa de valores mínimos e máximos dos resultados obtidos para os
ensaios de expansão segundo os três métodos estudados...............126
4.5 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE
EXPANSÃO SEGUNDO O MÉTODO DMA-1/DER-MG/92 PARA AS DEMAIS
AMOSTRAS ESTUDADAS (2ª ETAPA) .......................................................114
4.6 OBSERVAÇÕES SOBRE O MÉTODO DE ENSAIO DMA-1/DER-MG/92 ...118
4.6.1 Procedimento .............................................................................................118
4.6.2 Equipamentos.............................................................................................120
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES .....................................................................124
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................128
APÊNDICE..............................................................................................................138
LISTA DE SIGLAS
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
AGSPAVI Avaliação da expansibilidade e das tecnologias de
tratamento visando o desenvolvimento de mercado das
escórias de aciaria para fins de pavimentação
ANOVA análise de variância
ASTM American Society for Testing and Materials
DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes
EAF Forno a arco elétrico ou Electric Arc Furnace
FINEP Financiadora de Estudos e Projetos
HRTB Highway and Transportation Research Board ou Sistema
Rodoviário ou Sistema AASHTO ou HRB
IBS Instituto Brasileiro de Siderurgia
JIS Japanese Industrial Standard
LABSAN Laboratório de Saneamento da UFES
LACAR Laboratório de Caracterização Ambiental de Resíduos
LAMES Laboratório de Mecânica dos Solos
LD Linz Donawitz ou conversor a oxigênio ou Blast Oxygen
Furnace
LEMAC Laboratório de Ensaios de Materiais de Construção
NEXES Núcleo de Excelência em Escórias Siderúrgicas
NP não plásticas
OH Open Heart ou Siemens-Martin
p-valor probabilidade do valor observado do teste estatístico
quando a hipótese nula é verdadeira
SKAP Sumimoto Kawasaki Ageing Process
SUC Sistemas Unificado de Classificação (ASTM D 2487/90)
UFES Universidade Federal do Espírito Santo
C constante na Figura 2.12
d precisão considerada
Di massa específica dos grãos de pedregulho retidos na
peneira de 4,8 mm, média de cinco determinações
e expansão vertical
H altura inicial da amostra (igual a altura do molde cilíndrico
menos a altura do disco espaçador utilizados)
H0 hipótese nula
Li leitura inicial
Ln leitura do dia (onde n representa o dia em questão)
M
1
% em massa, da fração da amostra que passa na peneira
de 4,8 mm
M
2
% em massa, da fração da amostra retida na peneira de
4,8 mm
n número mínimo de determinações necessárias
N número referente ao tráfego de projeto considerado para
a estrada (DNIT-ES 303/97)
S desvio padrão
t tempo (em horas)
z valor da tabela z correspondente ao nível de confiança
adotado
ΔV valor da expansão acumulada na Figura 2.12 (em %)
Δ
V
variação vertical (em relação a leitura inicial)
ΔV
t
valor da assíntota na Figura 2.12 (em %)
α nível de significância do teste
δ massa específica dos grãos de material que passam na
peneira de 4,8 mm, determinada de acordo com a
NBR 6508, média de dez determinações
ρs massa específica dos grãos de material total contendo
frações passada e retida na peneira de 4,8 mm (valores
médios)
RESUMO
A escória de aciaria é um dos resíduos sólidos de maior volume produzido durante a
fabricação do aço.
A crescente demanda por agregados para usos em engenharia estimulou a procura
por materiais alternativos para utilização em bases e sub-bases rodoviárias.
Estes fatores em conjunto tornam a escória de aciaria uma alternativa promissora
em relação aos agregados naturais utilizados em pavimentação. Entretanto, apesar
de possuir características físicas comparáveis a materiais convencionalmente
utilizados para pavimentação, a escória de aciaria tem sua utilização limitada devido
ao seu potencial expansivo. Este potencial é devido à reações de hidratação dos
óxidos de cálcio e magnésio livres presentes na composição da escória de aciaria.
Este trabalho compara experimentalmente três métodos laboratoriais de
determinação do potencial de expansão de escórias de aciaria para pavimentação.
Avaliando-se os resultados experimentais e os procedimentos necessários, indica-se
um método que apresenta melhor resultado dentre os três métodos estudados. As
escórias de aciarias estudadas são do tipo Linz Donawitz (LD) e do tipo Electric Arc
Furnace (EAF).
Os resultados dos ensaios de potencial de expansão obtidos nesta pesquisa
permitem diferenciar o comportamento expansivo das escórias de aciaria do tipo LD
e EAF.
Para favorecer uma ampliação do mercado de escórias de aciaria usadas em bases
e sub-bases, é importante a adoção de um controle de qualidade rigoroso, visto a
heterogeneidade dos resultados apresentados pelas amostras de escórias de aciaria
do tipo LD e EAF deste estudo.
A comparação entre os procedimentos de ensaio dos três métodos de determinação
do potencial de expansão mostrou que o método de mais simples execução é o
ASTM D 4792/00, entretanto, o limite estabelecido para esse método (0,5% aos sete
dias) praticamente restringe o uso das escórias de aciaria às escórias do tipo EAF.
Como o objetivo dos ensaios de determinação do potencial de expansão é avaliar as
escórias de aciaria para possibilitar uma utilização mais ampla deste material, o
método DMA-1/DER-MG/92 se apresenta mais adequado do que o
ASTM D 4792/00, pois seus procedimentos são semelhantes e o DMA-1/DER-
MG/92 obteve a avaliação mais favorável na avaliação estatística realizada com os
resultados dos ensaios.
Palavras-chave: escória de aciaria; expansão; ensaios de laboratório; pavimentação;
caracterização
ABSTRACT
The steel slag is one of the solid wastes most produced by the steelmaking industry.
The increasing demand of aggregates for the civil engineering industry pushed the
search for alternative materials for pavement bases and subbases.
The high demand for materials together with the availability of large quantities of
steel slag turned this residue into a promising alternative to the use of natural
aggregates for paving. However, even having physical characteristics that are similar
to conventional pavement materials, the steel slag has its use limited due to its
expansive behavior.
The present work compares experimentally three laboratorial methods for
determination of the expansion potential of steel slags for pavements. As a result, a
method that presents better feasibility amongst the three studied methods will be
indicated, evaluating the experimental results and the necessary procedures to each
method. The steel slags studied are Linz Donawitz (LD) and Electric Arc Furnace
(EAF).
The results of the tests of expansion potential conducted during this research allow
the differentiation of the expansive behavior of the samples of EAF slag from the
expansive behavior of the samples of LD slag.
To improve steel slag market for use in bases and subbases, is important a rigorous
quality control due to the heterogeneous results from the LD and EAF samples of this
study.
The comparison between the three test methods procedures for the determination of
the potential expansion showed that the easier method of is ASTM D 4792/00,
however, the limit established for this method (0.5% the seven days) practically
restricts the use of steel slags to the EAF kind. As the objective of the tests for the
determination of the potential expansion is to evaluate steel slags to make possible a
wider use of this material, the DMA-1/DER-MG/92 method is more adequate than
ASTM D 4792/00, therefore its procedures are similar and the DMA-1/DER-MG/92
got the most favorable results in the evaluation statistics carried through with the
tests results.
Key-words: steel slag; expansion; laboratorial tests; paving; characterization
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
1 INTRODUÇÃO
A crescente demanda por agregados para uso em obras de engenharia, a
preocupação com a possibilidade de esgotamento desses agregados como recursos
naturais e também com os efeitos que a extração de agregados pode causar no
meio ambiente têm tornado imperativa a investigação cuidadosa de alternativas aos
materiais naturais tradicionalmente empregados em pavimentação, procurando-se
soluções técnicas mais econômicas e que minimizem os impactos ao meio ambiente
(ROHDE, 2002; ROHDE et al., 2003).
Segundo o Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS), no ano de 2004, a produção de
aço bruto foi da ordem de 33 milhões de toneladas, e a perspectiva até 2008 é de
elevar essa capacidade para 44 milhões de toneladas por ano (IBS, 2005; VANCINI,
2005). Dentro da siderurgia, a escória de alto-forno (200 a 300 kg/t aço) e a escória
de aciaria (116 a 120 kg/t aço) são os resíduos sólidos de maior volume produzido
durante a fabricação do aço, alcançando a marca de cerca de 200 milhões de
toneladas geradas por ano (MASUERO et al., 1998; IBS, 2002; PENA, 2004).
A utilização de subprodutos
1
traz benefícios ambientais representados pela redução
das agressões ao meio ambiente, tais como as causadas pela deposição de
resíduos em aterros, a diminuição da extração predatória de recursos naturais, e a
exploração de jazidas de agregados (ROHDE, 2002).
Diferentemente das escórias de alto-forno, que são utilizadas como matéria-prima
para a fabricação de cimento, as escórias de aciaria têm seu emprego limitado como
material de construção civil, não tendo destinação bem definida e às vezes se
acumulam nos pátios de estocagem (RAPOSO, 2005). Na Europa, de uma produção
anual de cerca de 12 milhões de toneladas de escória de aciaria, apenas 65% desse
1
Subproduto é o nome dado a um resíduo quando este adquire valor comercial (CINCOTTO, 1998)
27
total são aproveitados, sendo o restante enviado a aterros industriais como rejeito
(MOTZ e GEISELER, 2001).
A escória de aciaria possui características físicas e mecânicas iguais ou superiores
aos agregados naturais usados em pavimentação, possibilitando a formação, após a
compactação, de um material com uma forte estrutura intertravada, com alta rigidez
(JONES et al., 1996; BALTAZAR, 2001; MOTZ e GEISELER, 2001).
Como conseqüência destas vantagens técnicas, a utilização de escória de aciaria
como agregado para estradas apresenta vantagens econômicas, resultante da
possibilidade de implantação de camadas de bases e sub-bases de menor
espessura para uma mesma solicitação de carga/compressão e durabilidade, se
comparado com materiais convencionais, como areia e brita. O custo de transporte
entra como um fator determinante para a escolha do agregado pelo construtor (IBS,
1999).
Entretanto, apesar de suas excelentes características, a escória de aciaria apresenta
um fator limitante à sua utilização em camadas confinadas de pavimentos: a
expansão, causada por reações envolvendo certos compostos volumetricamente
instáveis presentes em sua composição. Os compostos mais importantes para a
expansão da escória de aciaria são os óxidos de cálcio e magnésio e o ferro
metálico (ALEXANDRE et al., s.d.; GEISELER, 1996; GEISELER e SCHLÖSSER,
1988; MOTZ e GEISELER, 1998; GUMIERI et al., 2000; MACHADO, 2000; SAHAY
et al., 2000; ÂNGULO et al., 2001; ROHDE, 2002; PENA, 2004).
1.1 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA
A malha rodoviária do Brasil, com cerca de 150 mil quilômetros, possui apenas 9%
de seu total pavimentada. Devido à escassez de recursos financeiros, é necessário
se empregar esforços para o uso de materiais alternativos mais baratos na
construção rodoviária (BALTAZAR, 2001). Além disso, a ampliação do mercado das
escórias de aciaria interessa tanto às siderúrgicas quanto à sociedade em geral. As
siderúrgicas têm a possibilidade de agregar valor ao seu co-produto, demonstrando
compromisso social e com o meio ambiente. Já a sociedade tem a possibilidade de
ganhos ambientais e econômicos (PENA, 2004).
A utilização das escórias de aciaria como material de pavimentação pode
representar redução de custos se comparada a agregados convencionais, podendo
28
ser utilizada nas diferentes camadas do pavimento, desde o reforço do subleito até o
revestimento betuminoso (RHODE, 2002). Entretanto, a utilização das escórias de
aciaria na construção de bases e sub-bases de pavimentos rodoviários, pode
redundar em problemas ligados à sua natureza expansiva. A deficiência de critérios
técnicos para detectar sua estabilização quanto à expansão e práticas inadequadas
do uso do material têm causado problemas de desempenho, levando à
discriminação e à desconfiança da sociedade quanto à utilização das escórias de
aciaria (SILVA e SILVA, 2002; PENA, 2004). Para viabilizar a aplicação da escória
de aciaria em pavimentos rodoviários, pode ser necessário um tratamento para
estabilizar a expansão a níveis aceitáveis, transformando os óxidos de magnésio e
cálcio livres em compostos estáveis (RAPOSO, 2005). Tais procedimentos são
viáveis, tanto que alguns paises europeus apresentam elevados percentuais de
aproveitamento das escórias de aciaria produzidas. Por exemplo, na Alemanha,
apenas 7% das escórias de aciaria geradas são enviadas para aterros industriais
(MOTZ e GEISELER, 2001), e na Dinamarca, a escória de aciaria de fornos elétricos
é 100% utilizada como agregado asfáltico (REID, 1999).
Para a correta utilização das escórias de aciaria é necessário um controle de
qualidade que verifique, além das suas características físicas e mecânicas, o seu
potencial de expansão (MOTZ e GEISELER, 2001; ODOT, 2002; WANG e EMERY,
2004). Para tanto, têm sido desenvolvidos e adotados métodos experimentais de
determinação da expansão das escórias de aciaria em países como Estados Unidos,
Japão e Alemanha (MACHADO, 2000, MOTZ e GEISELER, 2001; RAPOSO, 2005).
1.2 OBJETIVOS DA PESQUISA
Dentro do panorama apresentado, esta pesquisa tem por objetivo geral estudar
comparativa e experimentalmente três métodos laboratoriais de determinação do
potencial de expansão de escórias de aciaria para pavimentação. Como resultado
deste estudo, se terá a indicação de um método que se apresenta como o melhor
dentre os três métodos estudados, avaliando-se os resultados experimentais e os
procedimentos necessários a cada método. As escórias de aciarias estudadas são
do tipo Linz Donawitz (LD) e do tipo Electric Arc Furnace (EAF).
É importante ressaltar que este trabalho faz parte de uma linha de pesquisa
multidisciplinar que tem por objetivo o desenvolvimento de mercado para as escórias
29
de aciaria para aplicação na pavimentação, através da proposição de uma
metodologia para avaliar e controlar sua expansibilidade e do estudo de processos
de envelhecimento e tratamento destas escórias. Um dos projetos associado a esta
linha de pesquisa é chamado de AGSPAVI (Avaliação da expansibilidade e das
tecnologias de tratamento visando o desenvolvimento de mercado das escórias de
aciaria para fins de pavimentação), resultado de um convênio firmado entre IBS,
FINEP e UFES, e conta com a participação de pesquisadores do Núcleo de
Excelência em Escórias Siderúrgicas (NEXES), do Laboratório de Ensaios de
Materiais de Construção (LEMAC), do Laboratório de Caracterização Ambiental de
Resíduos (LACAR), do Laboratório de Mecânica dos Solos (LAMES) e outros.
Como objetivos específicos, têm-se:
• revisão bibliográfica sobre as escórias de aciaria, suas características e utilização
em bases e sub-bases de pavimentos;
• conhecer as características físicas e mecânicas das escórias de aciaria utilizada
no estudo através de ensaios de laboratório;
• ensaios em laboratório com os métodos selecionados de determinação do
potencial de expansão das escórias de aciaria (DMA-1/DER-MG/92,
JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00) para obtenção de resultados para amostras
do tipo LD e EAF que permitam realizar uma comparação estatística entre os
métodos;
• conhecer o comportamento dos resultados do ensaio DMA-1/DER-MG/92 ao
longo do período de ensaio;
• definir de forma mais detalhada o procedimento de ensaio do método
PTM 130/78 apresentando, quando necessário, sugestões de mudanças;
• contribuir para a formação de um banco de dados com resultados de expansão
para escórias de aciaria brasileiras do tipo LD e EAF.
1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Neste primeiro capítulo, pôde-se introduzir a pesquisa, apresentando a justificativa
do trabalho e os seus objetivos.
30
No capítulo 2 é apresentada uma revisão bibliográfica que expõe os processos de
geração das escórias de aciaria do tipo LD e EAF e as causas da expansão das
escórias de aciaria bem como alguns tratamentos para a estabilização dessa
expansão. É apresentada ainda uma revisão sobre as características físicas e
mecânicas, as características de compactação e as características de expansão de
algumas escórias de aciaria, além dos métodos de ensaio de determinação de
expansão estudados.
O capítulo 3 contém a descrição das escórias de aciaria utilizadas neste estudo, a
amostragem e a preparação das amostras para os ensaios realizados, e também
são apresentados os métodos e o planejamento experimental estatísticos.
No capítulo 4 são apresentados e analisados os resultados dos ensaios de
caracterização, compactação e expansão das escórias de aciaria LD e EAF deste
estudo. Também é apresentada a comparação entre os métodos de determinação
do potencial de expansão das escórias de aciaria LD e EAF para utilização em
bases e sub-bases de pavimentos.
No capítulo 5 são apresentadas as conclusões obtidas nesta pesquisa e sugestões
para trabalhos futuros.
No capítulo 6 são listadas as referências bibliográficas utilizadas neste estudo.
CAPÍTULO 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 PROCESSOS SIDERÚRGICOS – GERAÇÃO DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
Existem três processos de fabricação de aço, caracterizados pelo emprego de
diferentes fornos de refino: o Siemens-Martin (OH – Open Hearth), o conversor a
oxigênio (LD – Linz Donawitz ou BOF – Blast Oxygen Furnace) e o forno de arco
elétrico (EAF – Electric Arc Furnace). As tecnologias de produção de aço mais
difundidas são LD e EAF, enquanto a do tipo OH está praticamente em desuso. O
processo utilizado na produção, ou refino, do aço influencia a composição química e
as demais propriedades físico-químicas das escórias de aciaria (MACHADO, 2000;
ROHDE, 2002; PENA, 2004).
No processo de fabricação do aço em um conversor a oxigênio, com o conversor
inclinado (Figura 2.1), a sucata é carregada por uma calha ou por um vagão-
basculador, seguindo-se o ferro gusa líquido, em temperaturas de 1300 a 1450ºC. O
conversor é colocado na posição vertical e introduz-se uma lança de oxigênio
gasoso a alta pressão, ocorrendo inicialmente a oxidação do carbono, do fósforo e
do silício em preferência ao ferro, ocorrendo a fusão completa do metal. Os óxidos
formados reagem formando a escória de aciaria. Neste processo, as reações
exotérmicas de oxidação provêm energia necessária para manter ou elevar a
temperatura do aço líquido (JIS A 5015, 1992; WITTENBORN e GREEN, 1998;
KUEHN et al., 2000; ROBINSON, 2000; MACHADO, 2000; JUCKES, 2003; PENA,
2004).
Terminado o processo de refino, o conversor é basculado para a posição inclinada a
fim de separar a escória de aciaria do aço líquido por diferença de densidades. Ao
final do vazamento do aço, a escória de aciaria é retida no conversor com o “tampão
flutuante”, feito em material refratário (Figura 2.2), com densidade maior que a da
escória e menor que a do aço líquido, de modo a vedar o furo de corrida, evitando o
32
vazamento da escória de aciaria. (JIS A 5015, 1992; KNELLER et al., 1994;
ARAUJO, 1997; MACHADO, 2000).
Figura 2.1 Seqüência de operação do conversor a oxigênio tipo LD ou BOF: (a)
carregamento da sucata; (b) carregamento do ferro gusa líquido; (c) sopro de
oxigênio; (d) vazamento do aço, e; (e) vazamento da escória de aciaria no pote
de escória (ARAUJO, 1997)
Figura 2.2 Conversor a oxigênio tipo LD ou BOF, separação entre o aço líquido e a escória
de aciaria líquida com tampão esférico flutuante (ARAUJO, 1997)
O processo de produção de aço em forno elétrico (EAF) consiste na fusão de sucata
de aço, com a energia gerada por um arco elétrico (Figura 2.3). Após a fusão da
sucata, injeta-se oxigênio, através de uma lança, a fim de promover as reações com
carbono, silício e fósforo. A adição de CaO e óxido de magnésio (MgO) promove as
reações de refino que conduzem à formação de escória de aciaria constituída de
silicatos e óxidos. Alguns óxidos menos comuns também podem ser encontrados,
33
tais como dióxido de titânio (TiO
2
) e óxido crômico (Cr
2
O
3
), devido ao alto teor dos
elementos de liga presentes na sucata de aço (MACHADO, 2000).
1 2 3
4 5 6
Figura 2.3 Esquema de produção de aço em forno de arco elétrico (EAF): (1) carregamento
da sucata, (2) acionamento do forno, (3) abertura de arco elétrico entre os
eletrodos e a carga metálica com formação da primeira poça de aço líquido, (4)
aumento da poça de aço até que toda a carga metálica seja derretida, (5) fusão
total da sucata com temperatura do aço líquido por volta de 1570° C e inicio do
período de refino e formação de escórias, (6) vazamento do aço e
posteriormente da escória em panela distinta (ARAUJO, 1997).
A escória de aciaria elétrica pode se classificada em duas categorias, a oxidante e a
redutora, conforme as características ambientes do forno durante o refino. A escória
oxidante é produzida pela injeção do oxigênio no aço fundido, resultando na
oxidação do conteúdo de cálcio (produzindo o CaO), silício (produzindo o dióxido de
silício, SiO
2
) e o fósforo (produzindo o pentóxido de fósforo, P
2
O
5
) presentes no aço.
A redutora é gerada após o vazamento da oxidada, pela adição de CaO e fluoreto de
cálcio (CaF
2
) para promover a desulfuração do aço líquido e a adição de elementos
de liga (MACHADO, 2000).
Normalmente, nas siderúrgicas, as escórias oxidante e redutora são vazadas no
mesmo recipiente, transportadas e descarregadas em local onde sofrerão
resfriamento lento, solidificando na forma cristalina. A partir desta etapa, em
siderúrgicas que possuem planta de beneficiamento, a escória de aciaria elétrica
segue para o processo de fragmentação, britagem e moagem, separação magnética
e separação granulométrica.
34
As escórias de forno elétrico apresentam sua composição química mais homogênea
que as escórias LD e possuem menor quantidade de CaO, apresentando
características menos expansivas (BALTAZAR, 2001).
2.2 EXPANSIBILIDADE DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
O efeito das reações expansivas das escórias de aciaria é um fator limitante na sua
utilização como agregado. Tais reações expansivas ocorrem envolvendo certos
compostos presentes nas escórias, gerando tensões internas que originam trincas e
resultam até na fragmentação do material, numa expansão destrutiva. Dentre estes
compostos volumetricamente instáveis, o CaO e o MgO por variação de volume
molar nas suas reações são os mais importantes e maiores responsáveis pela
desintegração e enfraquecimento. Outro elemento que também contribui para
expansão das escórias é o ferro metálico (ALEXANDRE et al., s.d; GEISELER e
SCHLÖSSER, 1988; MOTZ e GEISELER, 1998; GUMIERI et al., 2000; MACHADO,
2000; SAHAY et al., 2000; ÂNGULO et al., 2001).
O óxido de cálcio total existe em teores que variam de 39% a 50% nas escórias de
aciaria e é o maior responsável por sua expansibilidade, principalmente, a baixas
idades. A origem dos óxidos de cálcio e de magnésio nas escórias de aciaria está no
final do processo do refino do aço, quando parte da cal e do óxido de magnésio
presentes nas escórias se precipita, ao ultrapassar os limites de solubilidade das
escórias fundidas (MAAS, 1984; TOSTICARELLI et al., 1985; MACHADO, 2000;
FILEV, 2002; SBRIGHI e BATTAGIN, 2002).
2.2.1 Efeito do CaO
As escórias de aciaria retêm parte da cal virgem empregada para retirar e neutralizar
os elementos fósforo, enxofre e silício no processo de refino de ferro-gusa para a
produção de aço. O CaO se apresenta nas formas livre ou combinada de silicatos ou
em solução sólida. A primeira reação a ser observada nas escórias de aciaria é a
reação de hidratação da cal livre, formando o hidróxido de cálcio (Ca(OH)
2
),
aumentando o volume molar em 99% e a superfície do cristal em 54% (WEAST,
1971; SCANDIUZZI e ANDRIOLO, 1986; SBRIGHI e BATTAGIN, 2002). A cal livre é
o composto que desenvolve a maior expansão no material, e alcança teores de até
7% do total de CaO encontrado nas escórias de aciaria (GEISELER e SCHLÖSSER,
1988; MACHADO, 2000; SAHAY et al., 2000).
35
A cal livre pode ser residual ou precipitada, sendo que a cal livre residual se divide
em esponjosa (6μm a 50μm) e granular (3μm a 10μm). Já a cal livre precipitada se
divide na cal agregada ao C
2
F (< 4μm), e na cal livre precipitada nos cristais de C
3
S
(< 4μm). Existe, também, o CaO proveniente de fragmentos não dissolvidos, que se
hidratam facilmente (GEISELER e SCHLÖSSER, 1988; MACHADO, 2000; SAHAY
et al., 2000). Todos estes tipos de CaO podem hidratar-se, contudo a hidratação
mais significativa é a da cal livre esponjosa, que é constituída por grãos de tamanho
até 50μm (ALEXANDRE et al., s.d ; GEISELER e SCHLÖSSER, 1988). A expansão
devido ao óxido de cálcio é influenciada por fatores como o teor e o tipo de CaO
presente, a umidade, a temperatura e o tamanho dos grãos (GEYER, 2001).
A reatividade da cal livre depende também da temperatura na qual ela é preparada.
Quando a cal é submetida a temperaturas menores que 1000ºC, esta reage
instantaneamente com a água, mas, se a cal for submetida a temperaturas maiores
que 1000ºC, esta leva um tempo maior para hidratar-se, pois se formam cristais
densos e compactos, que possuem menor superfície específica para reagir com a
água (AMARAL, 1999).
O método desenvolvido para indicar o teor de CaO contido nas escórias de aciaria é
o do etileno glicol, no entanto tal método não diferencia a cal hidratada da cal livre,
limitando sua utilização (GEISELER e MOTZ, 1998; MOTZ e GEISELER, 2001).
2.2.2 Efeito do MgO
A utilização de dolomita para minimizar o desgaste do revestimento refratário do
forno origina o óxido de magnésio contido na escória de aciaria LD (DRISSEN et al.,
1984; MACHADO, 2000; SBRIGHI e BATTAGIN, 2002). Ele existe em três fases
diferentes: quimicamente combinado (monticelita, CaO
.
MgO
.
SiO
2,
e merwinita,
3CaO
.
MgO
.
SiO
2
); não-combinado ou livre ou reativo ou periclásio (MgO); e também
em solução sólida, podendo chegar a um teor total de 10% nas escórias de aciaria
(SHOUSUN, 1980).
Geralmente, o óxido de magnésio presente na escória de aciaria LD se encontra sob
forma de soluções sólidas, compostas de óxido de ferro (FeO) e óxido de manganês
(MnO) e denominadas magnésio-wustita, enquanto que o MgO é mais raro e mais
propício à expansão. O periclásio é formado quando existem teores maiores que 3%
de óxido de magnésio total na escória, o que ocorre na maior parte das aciarias.
36
(GEISELER e SCHLÖSSER, 1988; MONTGOMERY e WANG, 1991).
A reação expansiva de hidratação do MgO na forma de periclásio forma a brucita, ou
hidróxido de magnésio (Mg(OH)
2
), um composto que tem variação de volume de
119,5% em relação ao MgO (WEAST, 1971; COUTINHO, 1973; SCANDIUZZI e
ANDRIOLO, 1986; MACHADO, 2000; SBRIGHI e BATTAGIN, 2002).
O periclásio causa uma instabilidade, ao longo do tempo, mais tardia que a
instabilidade ocasionada pelo hidróxido de cálcio livre, visto que a hidratação do
periclásio é mais lenta, devido ao fato de encontrar-se na forma cristalina. Assim, a
água leva muito tempo para atuar sobre o cristal (semanas, meses ou anos,
conforme o grau de cristalização) (COUTINHO, 1973).
A expansão devido ao MgO, a exemplo do que ocorre com o CaO, é também
influenciada por fatores como o teor e tipo da espécie na escória, a umidade, a
temperatura, o teor de dióxido de carbono (CO
2
) e o tamanho dos grãos.
O grau de instabilidade volumétrica gerada depende do tamanho dos cristais, que,
se forem pequenos, hidratam-se mais rapidamente e não chegam a causar pressões
internas. O tamanho destes cristais depende da velocidade de resfriamento. No caso
de resfriamento lento, que é mais comum, formam-se grandes cristais que se
hidratam lentamente, causando grande expansão (AMARAL, 1999). A expansão em
autoclave cresce proporcionalmente com o crescimento do tamanho das partículas
de MgO e quanto maior a partícula original do óxido, maior será o volume do
hidróxido formado, gerando maior expansão (GEYER, 2001).
2.2.3 Efeito do ferro metálico (Fe
0
)
O ferro metálico é um componente da escória de aciaria que gera expansão,
geralmente, com menor efeito global que a expansão causada pelo CaO e o MgO.
Em média, o teor de ferro total nas escórias de aciaria representa de 15% a 20% da
sua composição.
A expansão do Fe
o
é causada por reações de oxidação e corrosão, formando os
compostos: FeO (wustita), com aumento de volume molar de 77,4%, a hematita
(Fe
2
O
3
) com aumento de volume de 328,7%, seguida do hidróxido ferroso (Fe(OH)
2
)
e a goetita (FeO(OH)), com variação de volume de 271,7% e 192,0%,
respectivamente, em relação ao Fe
0
. Deve ser considerado que 70% dos compostos
37
formados estão na forma de wustita (WEAST, 1971; MACHADO, 2000; SBRIGHI e
BATTAGIN, 2002)
2.3 TRATAMENTOS E MÉTODOS PARA REDUÇÃO DO POTENCIAL
EXPANSIVO DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
Mundialmente, as pesquisas envolvendo a utilização das escórias de aciaria têm se
desenvolvido fortemente, com o objetivo de identificar tratamentos para as escórias
de aciaria que apenas diminuam sua expansibilidade ou que confiram também ao
produto propriedades hidráulicas para utilização como matéria-prima ou adição ao
cimento (ALEXANDRE et al., s.d; GEORGE e SORRENTINO, 1980; YUJI, 1986;
MURPHY et al., 1997; MOTZ e GEISELER, 2001). Nesta pesquisa está-se
interessado em procedimentos relacionados à redução de expansibilidade para
utilização das escórias de aciaria em pavimentação
A medida mais simples para a estabilização volumétrica das escórias de aciaria é a
sua exposição prolongada ao tempo. Porém, este método pode trazer problemas
ambientais, tem confiabilidade questionável e demanda um período de tempo
prolongado, além de grandes áreas para a disposição do material e geração de
partículas muito finas (GEISELER e SCHLÖSSER, 1988; GEISELER et al., 1999;
MOTZ e GEISELER, 2001; SBRIGHI e BATTAGIN, 2002).
Os tipos de tratamentos para aceleração da estabilização da expansibilidade das
escórias de aciaria podem ser classificados de acordo com o instante em que
ocorrem. Assim, existem tratamentos que acontecem: 1) antes da separação entre
as escórias de aciaria e o aço, 2) alterando o processo de escorificação; com as
escórias de aciaria no estado líquido, e 3) com as escórias de aciaria no estado
sólido.
2.3.1 Alterações no processo de escorificação
As alterações no processo de escorificação consistem em mudanças nas
características dos materiais fundentes para alterações controladas das escórias de
aciaria resultantes de forma a reduzir as características expansivas do CaO e do
MgO. O agente formador das escórias de aciaria deve, contudo, continuar a cumprir
sua função sem prejuízos do aço fabricado.
38
Uma possibilidade de alteração é a redução da granulometria da cal e da dolomita
adicionadas no conversor a oxigênio para ocorram a dissolução e a completa reação
desses materiais (TOSTICARELLI et al., 1985; GEYER, 2001).
Em outra alternativa foi proposto o uso de um escorificante sintético, constituído de
CaO, MgO, Al
2
O
3
e Fe
2
O
3
em proporções específicas, para ser adicionado ao ferro
líquido no conversor, no início do refino (GEORGE e SORRENTINO, 1980).
2.3.2 Tratamentos das escórias de aciaria no estado líquido
Após a separação entre o aço e a escória de aciaria, esta é depositada no pote de
escória, ainda no estado líquido. Neste instante, alguns tratamentos são propostos
para melhorar as propriedades das escórias de aciaria.
Um dos tratamentos consiste em manter-se a escória de aciaria aquecida e líquida,
sendo feita a adição de sílica e oxigênio, o que faz com que a sílica seja dissolvida
na escória de aciaria. Após o basculamento da escória de aciaria no pote, este é
transferido para um lugar onde ocorre o processo. Inicialmente o oxigênio é soprado,
logo após é adicionada a sílica mantendo-se o sopro, que ajuda na mistura entre a
sílica e a escória (KUEHN et al., 2000). O princípio deste método está na
neutralização do CaO livre através de sua dissolução e posterior combinação com a
sílica. (FEDOTOV et al., 1997; MOTZ e GEISELER, 1998; GEISELER et al., 1999;
KUEHN et al., 2000; MOTZ e GEISELER, 2001).
Motz e Geiseler (2001) fizeram uso de areia seca como fonte de sílica para o
reprocessamento da escória de aciaria, obtendo teores inferiores a 1% de cal livre e
não observaram expansão posterior da escória resultante. Já Shousun (1980) coloca
a escória granulada de alto-forno ou cinzas volantes como fontes de sílica para a
realização deste tratamento
2
.
Outro tratamento para as escórias de aciaria é a granulação, um processo
largamente utilizado na produção da escória de alto-forno. O objetivo é fazer uso do
resfriamento brusco da escória de aciaria, que sai do forno a aproximadamente
1500ºC, para desorganizar a microestrutura do material, tornando-a amorfa, o que
2
Há experiências com a utilização de vidro como fonte de sílica, entretanto, existem problemas
quanto a alta viscosidade da mistura resultante (KUEHN et al., 2000).
39
acarreta maior atividade hidráulica e redução da expansibilidade (MURPHY et al.,
1997; MASUERO et al., 2000).
2.3.3 Tratamentos nas escórias de aciaria em estado sólido
Após a geração, não ocorrendo nenhum tipo de tratamento especial, as escórias de
aciaria geralmente são depositadas em pátios para posterior resfriamento lento. O
tratamento mais comum após esta fase, é o de estabilização através da exposição
ao tempo em condições ambientes de temperatura e umidade, também chamado de
“cura ao tempo”, que pode vir acompanhado de aspersões de água ao longo do
tempo (ALEXANDRE et al., s.d; ANDERSON, 1984; TOSTICARELLI et al., 1985;
GUMIERI et al., 2000; KUEHN et al., 2000; ROBINSON, 2000; THOMAS, 2000;
AZEVEDO, 2001; GEYER, 2001).
A “cura ao tempo” é realizada em pilhas a céu aberto, sem umidificação devendo as
pilhas de escórias de aciaria ter uma altura máxima de 1,5 a 2,0 metros (GEYER,
2001). Esse método de tratamento demanda um período prolongado, e grandes
áreas para a disposição do material, além da geração de partículas muito finas e de
um material heterogêneo (GEISELER e SCHLÖSSER, 1988; JIS, 1992;
SUMITOMO, 1998; GEISELER et al., 1999; KUEHN et al., 2000; MOTZ e
GEISELER, 2001). A confiabilidade deste método é questionável, pois existe uma
série de variáveis que devem ser observadas, como a granulometria, a disposição, a
forma e o tamanho das pilhas e as condições ambientais do local de
armazenamento.
Uma variação do método de estabilização “cura ao tempo” é, além da molhagem, a
aeração por meio de movimentação das escórias de aciaria. Este procedimento é
utilizado em algumas usinas brasileiras.
Na cura acelerada, após a solidificação e britagem, as escórias siderúrgicas são
submetidas a um spray de água quente (cura por água quente), à injeção de vapor
ou passagem através de zona de vapor (cura por vapor). Esses processos permitem
acelerar a estabilização das escórias, reduzindo o tempo de cura (GEYER, 2001). O
processo a vapor é mais rápido porque as moléculas de vapor são menores que as
de água, tendo maior poder e velocidade de penetração e hidratação do material
(MORISHITA et al., 1995).
40
A maneira mais simples de realizar a cura a vapor das escórias de aciaria é através
da injeção de vapor saturado a pressão atmosférica em pontos distribuídos na base
de uma pilha de escória de aciaria. Este método, chamado de open yard (Figura
2.4), possibilita uma maior homogeneidade do material curado e tem duração total
aproximada de 1 (uma) semana, enquanto o método de cura ao tempo pode levar
mais de 2 anos, dependendo das condições do processo e do material (OSEKI, s.d.;
JIS, 1992; MORISHITA, et al., 1995; SUMITOMO, 1998; MORIKAWA et al., 1998;
GEYER, 2001).
Figura 2.4 Exemplo do método de cura de escórias de aciaria a vapor sob pressão
atmosférica (MORISHITA et al., s.d.).
Algumas desvantagens do método de cura a vapor a pressão atmosférica são as
perdas de vapor, por se tratar de um ambiente aberto, e a limitação da temperatura
de 100ºC do vapor, visto que a pressão é atmosférica (MORISHITA, et al., 1995;
MORIKAWA et al., 1998).
O tratamento das escórias de aciaria utilizando vapor, num ambiente fechado sob
pressão, foi estudado por Yuji (1986). As variáveis pesquisadas foram a pressão do
vapor saturado e o tempo de tratamento das escórias de aciaria, chegando-se a
valores ótimos de pressão de 1 a 3 atmosferas e um período de tempo inferior a 3
horas em certas situações.
Em 1995, no Japão, foi iniciada a operação de uma planta desenvolvida para a cura
da escória de aciaria LD em autoclave, num processo totalmente automatizado
41
denominado SKAP (Sumimoto Kawasaki Ageing Process), em que a escória pode
ser envelhecida em duas horas de tratamento com vapor saturado sob alta pressão.
A planta ocupa uma área de aproximadamente 500m². A escória de aciaria é
despejada num recipiente móvel e daí é transferida, automaticamente, para o interior
de um ou mais cilindros de autoclave, onde ocorre a injeção de vapor sob pressão.
O material tratado sai então para uma pequena área de descarga, onde um
descarregador automático acumula o material curado (SUMITOMO,1998;
MORIKAWA et al., 1998). Um esquema representativo deste método pode ser visto
na Figura 2.5.
Figura 2.5 Exemplo do método de cura de escória de aciaria a vapor sob pressão
(MORIKAWA et al., s.d.).
Neste processo de cura a vapor sob pressão, a temperatura do vapor pode chegar a
158ºC, com 0,5 MPa de pressão do vapor saturado, demandando, apenas, 3 horas
para o final de todo o processo. Além disto, o consumo de vapor tem uma redução
da ordem de 60% em relação ao método de cura a vapor a pressão atmosférica.
Outra vantagem do processo com pressão é que a escória de aciaria resultante
possui maior homogeneidade e menor expansibilidade, devido a uma maior
42
penetração do vapor na escória. (SUMITOMO, 1998; MORISHITA, et al., 1995;
MORIKAWA et al., 1998).
2.4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
Para a aplicação de escórias de aciaria em bases e sub-bases rodoviárias, devem
ser levadas em consideração algumas de suas características, tais como:
angulosidade; composição granulométrica; limites de consistência; massa específica
dos sólidos; massa unitária; absorção; e abrasão Los Angeles. A norma do DNIT,
EM 262/94 estabelece os critérios para a utilização das escórias de aciaria como
material para bases de pavimentos.
É importante ressaltar que a escória de aciaria possui heterogeneidade de
constituição mineralógica, ligada ao processo de fabricação do aço (MACHADO,
2000; ROHDE, 2002; PENA, 2004), e heterogeneidade de distribuição
granulométrica. Para evitar o efeito da heterogeneidade de distribuição mineral, deve
ser adotado um processo de amostragem criterioso, assim como recomendado por
Raposo (2005). Já a heterogeneidade de constituição mineralógica não pode ser
evitada, uma vez que está ligada à constituição mineralógica de cada grão, como
pode ser observado na Figura 2.6, onde é mostrada a ocorrência de expansão
excessiva pontual.
(a) (b)
Figura 2.6 Exemplo de heterogeneidade de constituição mineralógica: (a) Expansão
excessiva pontual durante o ensaio DMA-1/DER-MG/92, e a (b) inclinação da
haste do prato perfurado ocasionada por tal expansão pontual (RAPOSO, 2005)
2.4.1 Angulosidade
Os grãos de solo além de formas gerais (esféricas ou planas, por exemplo), podem
apresentar detalhes de uma superfície mais ou menos áspera, o que pode ser
43
medido através de quão agudas são suas bordas. A esta característica dá-se o
nome de angulosidade das partículas. Devido à dificuldade de se medir
quantitativamente a angulosidade, geralmente se descreve qualitativamente como
indicado na Figura 2.7 (SOWERS, 1979).
Figura 2.7 Angulosidade das partículas (SOWERS, 1979).
A angulosidade influencia o comportamento das partículas do ponto de vista da
engenharia, no aspecto de atrito entre grãos (SOWERS, 1979).
2.4.2 Granulometria
A análise granulométrica é a determinação das dimensões das partículas de um
material e das proporções relativas em que elas se encontram neste material. A
representação gráfica dessa medida se dá por intermédio da curva de distribuição
granulométrica, que apresenta nas abscissas o logaritmo do tamanho das partículas
e nas ordenadas a porcentagem que passa, isto é, a porcentagem do material, em
massa, que é menor que determinado tamanho (LAMBE e WHITMAN, 1969; PINTO,
2002).
O Quadro 2.1 apresenta as escalas granulométricas adotadas pela ABNT
(Associação Brasileira de Normas Técnicas), na norma NBR 6502/97 e pela ASTM
(American Society for Testing and Materials), na norma D 2487/2002.
Quadro 2.1 Escalas granulométricas segundo ABNT e ASTM
Grossa Média Fina
ABNT
NBR 6502
76 a 4,8 [mm]
4,76 a
0,84 [mm]
0,84 a
0,25 [mm]
0,25 a
0,05 [mm]
0,05 a
0,005 [mm]
menor que
0,005 [mm]
ASTM
D 2487
76 a
4,76 [mm]
4,76 a
2,00 [mm]
2,00 a
0,42 [mm]
0,42 a
0,074 [mm]
0,074 a
0,005 [mm]
menor que
0,005 [mm]
Norma
Areia
ArgilaSiltePedregulho
2.4.3 Limites de consistência
Os limites de consistência, também conhecidos como limites de Atterberg, são
umidades definidas de forma arbitrária, relativas a estados de consistência dos
solos. Esses parâmetros, de determinação relativamente simples e econômica,
44
caracterizam o comportamento do material fino na presença de água, e buscam
identificar a presença de minerais argílicos nos solos. Os ensaios para obtenção do
limite de liquidez e limite de plasticidade são padronizados pela ABNT através da
NBR 6459 e NBR 7180 respectivamente. Apesar da reconhecida importância do
conhecimento da composição mineralógica de um material, procura-se
freqüentemente substituir sua determinação direta por ensaios de identificação
mineralógica, pela sua determinação indireta através dos limites de consistência.
A especificação DNIT-ES-303/94 de materiais para bases granulares estabelece que
a fração que passa na peneira Nº40 deverá apresentar limite de liquidez menor ou
igual a 25% e índice de plasticidade menor ou igual a 6%.
Hadjadji et al. (2002) verificaram que os finos das escórias de aciaria analisadas por
eles são não plásticos e, por terem apresentado tal comportamento, as escórias de
aciaria analisadas podem ser consideradas como não sensíveis à água,
característica geralmente exigida para os materiais granulares utilizados na
construção de rodovias.
2.4.4 Massa específica dos sólidos
Massa específica dos sólidos é definida como a relação entre o peso de sólidos e o
volume de sólidos de um material ou de grãos. O ensaio de massa específica para
as escórias de aciaria pode ser executado segundo duas diferentes normas da
ABNT, a NBR 6508/84 e a NBR 6458/84.
A NBR 6508/84 especifica a determinação da massa específica de grãos de solos
que passam na peneira 4,8 mm de abertura, onde o material seco é pesado e utiliza-
se um frasco, chamado de picnômetro, com água destilada para fazer a medida de
volume do material ensaiado.
A NBR 6458/84 especifica a determinação da massa específica, da massa
específica aparente e da absorção de água de grãos de pedregulhos retidos na
peneira 4,8 mm de abertura, onde a massa seca da amostra é medida em balança e
o volume é medido em balança hidrostática. Para o cálculo da massa específica dos
grãos, utiliza-se o volume da amostra sem os vazios permeáveis. E, para o cálculo
da massa específica aparente dos grãos utiliza-se o volume da amostra com os
vazios permeáveis, sendo essa massa específica aparente um pouco menor que a
massa específica dos grãos.
45
A massa específica das escórias de aciaria LD e EAF e a massa específica de
alguns tipos de materiais convencionais são apresentadas no Quadro 2.2, onde se
pode observar que as escórias de aciaria LD têm valores variando entre 3200 e
3700 kg/m
3
, que são superiores aos valores de massa específica encontrados para
basalto e granito, agregados naturais mais comuns para uso rodoviário. Esses
valores de massa específica são influenciados pelo tipo de aço que originou a
escória de aciaria e pelo tipo de processo de desmetalização
3
utilizado.
O DNIT estabelece através da especificação EM 262/94 que o valor de massa
específica dos sólidos deve estar entre 3000 kg/m
3
e 3500 kg/m
3
, para o uso das
escórias de aciaria na construção de sub-bases, bases e misturas betuminosas para
estradas (MACHADO, 2000; BALTAZAR, 2001).
Quadro 2.2 Valores de massa específica dos sólidos (kg/m
3
) de alguns autores para rochas e
escórias de aciaria LD e EAF
Autores
Método de
ensaio
Basalto Granito
Pedra
calcária
Escória de
Aciaria EAF
Escória de
Aciaria LD
GEISELER (1996) prEN 1097-6 2800 a 3100 2600 a 2800 - 3200 a 3800 3000 a 3700
HEATON (1996) ASI 141.5 - - - - 3500
JONES et al. (1996) BS 812/1995 2850 - - 3500 3530
BALTAZAR (2001) NBR 9937 - - - - 3470
MOTZ & GEISELER
(
2001
)
; MOTZ
(
2002
)
prEN 1097-6 - 2500 - 3500 3300
ASA (2002) ASI 141.5 - - - 3300 3300 a 3400
ROHDE (2002)
DNER-ME
081/1994
- - - 3410 a 3520 -
MASLEHUDDIN et al.
(
2003
)
ASTM C 127 - - 2540 - 3510
BRANCO (2004)
fração
g
raúda
DNER-ME
081/98
- - - 3300 -
BRANCO (2004)
fra
ç
ão miúda
DNER-ME
084/95)
- - - 3510 -
PENA (2004) NBR-9937 - - - - 3550
DNIT EM 262/1994 NBR-9937 - - - 3000 a 3500 3000 a 3500
2.4.5 Massa específica no estado solto
A massa específica no estado solto ou massa unitária é necessária para a
transformação de dosagem em massa para volume, muito usada nos serviços de
3
Retirada de parte dos metais existentes na escória, diminuindo a massa específica da escória de
aciaria.
46
transporte e pavimentação. Depende da massa específica dos sólidos, da
granulometria e da forma dos grãos (PIZA, 1970).
O ensaio, bastante simples, é executado colocando-se a amostra de escória de
aciaria em um recipiente de forma paralelepipédica, com o auxílio de uma pá a uma
altura de 100 a 120 mm do topo do recipiente, evitando a segregação do material
Preenche-se por completo o recipiente e arrasa-se o topo. A massa da amostra de
escória de aciaria dividida pelo volume do recipiente é massa específica aparente
seca no estado solto ou massa unitária, de acordo com a NBR 7251/82.
A especificação DNIT-EM 262/94 para escórias de aciaria para pavimentos
rodoviários estabelece um valor para massa unitária das escórias de aciaria entre
1500 kg/m
3
e 1700 kg/m
3
, determinados pela NBR 7251/82 (DNIT, 1994;
MACHADO, 2000; BALTAZAR, 2001). No Quadro 2.3, pode-se observar os valores
de massa específica no estado solto obtidos por diferentes pesquisadores para as
escórias de aciaria LD e EAF e para o basalto. No quadro pode-se observar valores
entre 1700 kg/m
3
e 1920 kg/m
3
.
Quadro 2.3 Valores de massa específica no estado solto (kg/m
3
) para basalto e escórias de
aciaria LD e EAF
Autores Método de ensaio Basalto
Escória de
Aciaria EAF
Escória de
Aciaria LD
MAW (1979)
BS 812
1520 1720 1700 a 1800
JONES et al. (1996)
BS 812/1995
1520 1750 1800
HEATON (1996)
ASI 141.5 - - 1700
BALTAZAR (2001)
NBR 7251
- - 1920
PENA (2004)
NBR-7251
- - 1807
DNIT EM 262/1994
NBR-7251
- 1500 a 1700 1500 a 1700
As escórias de aciaria apresentam sua massa específica aparente seca no estado
solto cerca de 20% maior que materiais convencionais, o que acarreta no aumento
da carga de transporte, sendo esta a única desvantagem ligada a esse material
(JUKES e THOMAS, s.d.; IBS, 1999).
Polese (2006) e Rodrigues (2006), trabalhando com as mesmas amostras de
escórias de aciaria deste estudo, obtiveram os resultados de massa específica no
estado solto apresentados no Quadro 2.4. Os resultados estão identificados por
amostra na primeira coluna, sendo apresentado na segunda coluna o número de
determinações (N) utilizadas para realização do ensaio e na terceira coluna, a média
47
relativa aos resultados destas determinações, onde se obteve um desvio padrão
máximo de 20 kg/m³.
Quadro 2.4 Massa unitária das amostras estudadas de escórias de aciaria estudadas
(POLESE, 2006; RODRIGUES, 2006)
Amostra N
Massa unitária no
estado solto
[
k
g
/m³
]
Desvio
Padrão
A - LD 3 2120 10
B - LD 3 1990 10
C - LD 3 2160 10
D - LD 3 2110 10
E - LD 3 2010 10
F - LD 4 2210 10
G - EAF 3 1790 00
H - EAF 4 1740 10
I - EAF 4 2030 10
J - EAF 4 1800 20
K - EAF 4 2090 10
L - EAF 4 1910 10
Comparando-se estes resultados, verifica-se que todos os valores ultrapassam a
faixa estabelecida pela especificação de escórias de aciaria para pavimentos
rodoviários DNIT-EM 262/94, entre 1500 e 1700 kg/m³. Entretanto, a única
desvantagem associada a essa elevada massa unitária é o aumento do custo do
transporte à obra em relação a materiais mais leves (JUKES e THOMAS, s.d.; IBS,
1999). Além disso, a maior massa unitária pode ser uma vantagem quando se quer
algum tipo de estabilização por ação da gravidade, como confinamento e resistência
à erosão por ação de água (MOTZ e GEISELER, 2001; JUCKES, 2003).
2.4.6 Absorção
É a capacidade de o material reter água nos poros, calculado como o aumento da
massa do material, devido ao preenchimento dos poros permeáveis por água,
expressa em porcentagem de sua massa seca, de acordo com a NBR 9937/87.
A especificação do DNIT-EM 262/94 para escórias de aciaria para pavimentos
rodoviários estabelece uma absorção entre 1 e 2%, em massa (DNIT, 1994;
MACHADO, 2000; BALTAZAR, 2001). No Quadro 2.5, são apresentados os valores
de absorção segundo diferentes autores para as escórias de aciaria LD e EAF, e
para alguns tipos de materiais convencionais, onde se pode observar que as
escórias de aciaria LD têm valores de absorção variando entre 0,2 e 4%.
48
Quadro 2.5 Valores de absorção (%) para rochas e escórias de aciaria LD e EAF
Autores
Método de
ensaio
Basalto Granito
Pedra
calcária
Escória de
Aciaria EAF
Escória de
Aciaria LD
GEISELER (1996)
prEN 1097-6 <0,5 0,3 a 1,2 - 0,2 a 1 0,2 a 1
JONES et al. (1996)
BS 812/1995 1,9 - - 0,5 0,9
BALTAZAR (2001)
NBR 9937 - - - - 1,62
MOTZ; GEISELER (2001)
prEN 1097-6 - 0,5 - 0,7 1
ASA (2002) fração miúda
AS1141.5 - - - 2 a 4 2 a 4
ASA (2002) fração graúda
AS1141.6 - - - 1 a 2 1 a 2
ROHDE (2002)
DNER-ME
081/1994
- - - 1,8 a 2,9 -
MASLEHUDDIN et al. (2003)
ASTM C 127 - - 2,2 - 0,85
BRANCO (2004) fração graúda
DNER-ME
081/98
-- - 4,5 -
PENA (2004)
NBR-9937 - - - - 1,23
DNIT EM 262/1994
NBR-9937 - - - 1 a 2 1 a 2
As amostras utilizadas neste trabalho obtiveram os resultados de absorção
apresentados no Quadro 2.6 (POLESE, 2006; RODRIGUES, 2006), de acordo com
o método estabelecido pela NBR 9937/87 para a fração retida na peneira de 4,8 mm
de abertura.
Quadro 2.6 Absorção das amostras estudadas de escórias de aciaria (POLESE, 2006;
RODRIGUES, 2006)
Amostra
Índice de Absorção
[%]
A - LD 5,20
B - LD 2,20
C - LD 1,20
D - LD 0,90
E - LD 1,30
F - LD 1,00
G - EAF 2,70
H - EAF 1,40
I - EAF 1,20
J - EAF 1,50
K - EAF 1,10
L - EAF 2,00
Alguns dos valores de absorção obtidos se apresentam fora do limite estabelecido
pela especificação de escórias de aciaria para pavimentos rodoviários DNIT-EM
262/94 (de 1% a 2%). No entanto, não foi encontrada nenhuma referência à
influência da absorção na expansão ou outras características indesejáveis das
escórias de aciaria.
49
2.4.7 Abrasão Los Angeles
O material granular empregado na construção de pavimentos deve suportar os
esforços de compactação e ação abrasiva causada pelo trânsito. A compactação e a
ação abrasiva do trânsito originam cargas concentradas nos pontos de contato das
partículas, sendo que nos materiais de granulometria aberta essas cargas são mais
intensas devido ao número reduzido de pontos de contato. Nesses pontos de
contato (concentração de esforços) haverá abrasão ou fratura que originam
patologias no pavimento (PIZA, 1970).
Um ensaio utilizado para medir a abrasão dos materiais utilizados na construção de
bases e sub-bases é o ensaio de abrasão Los Angeles, que permite determinar a
abrasão sofrida pelo material, quando colocado na máquina Los Angeles juntamente
com a carga abrasiva, formada por esferas de aço padronizadas. A abrasão é
convencionalmente expressa pela porcentagem em massa do material, que, após o
ensaio, passa pela peneira de malha 1,7 mm. Portanto, quanto maior o valor da
abrasão Los Angeles, mais abrasão o material sofreu. O ensaio de abrasão Los
Angeles é padronizado pela ABNT através da norma NBR NM 51:2000.
A especificação DNIT-EM 262/94 referente às escórias de aciaria para pavimentos
rodoviários estabelece um limite máximo de abrasão Los Angeles de 25% para sub-
base, base e revestimento, determinada pela norma NBR NM 51:2000 (DNIT, 1994;
MACHADO, 2000; BALTAZAR, 2001).
No Quadro 2.7 são apresentados valores de abrasão Los Angeles segundo
diferentes autores para as escórias de aciaria LD e Forno Elétrico (EAF) e para
alguns materiais convencionais, onde se pode observar que as escórias de aciaria
LD têm valores variando entre 14 e 20%, que são valores inferiores ao limite máximo
de 25% estabelecido pela especificação DNIT-EM 262/94 para escórias de aciaria.
Quadro 2.7 Valores de abrasão Los Angeles (%) segundo diferentes autores para rochas e
escórias de aciaria LD e Forno elétrico (EAF)
Autores Método de ensaio Basalto
Pedra
calcária
Escória de
A
ciaria EAF
Escória de
Aciaria LD
JONES et al. (1996)
ASTM C 131 13 - 15 14
MAW (1979)
ASTM C 131 13 - 15 15
BALTAZAR (2001)
NBR 6465 - - - 20
ASA (2002)
AS1141.23 - - 16 12 a 18
MASLEHUDDIN et al. (2003)
ASTM C 131 - 40,44 - 18,46
PENA (2004)
NBR NM 51/2000 - - - 13
DNIT EM 262/1994
NBR 6465 - -
<25 <25
50
O Quadro 2.8 apresenta os resultados do ensaio de abrasão Los Angeles, A
B
, das
amostras de escórias de aciaria estudadas para a graduação B
4
(POLESE, 2006;
RODRIGUES, 2006).
Quadro 2.8 Abrasão Los Angeles das amostras de escórias de aciaria estudadas (POLESE,
2006; RODRIGUES, 2006)
Amostra
Abrasão Los Angeles
A
B
[%]
A - LD 14,70
B - LD 20,70
C - LD 13,10
D - LD 11,90
E - LD 16,10
F - LD 11,80
G - EAF 22,40
H - EAF 36,10
I - EAF 21,90
J - EAF 18,60
K - EAF 18,30
L - EAF 20,80
Apenas a amostra H – EAF apresentou valor de abrasão Los Angeles superior ao
limite máximo de 25%, estabelecido na norma DNIT-EM 262/94. Os valores de
abrasão encontrados para as amostras de escórias de aciaria do tipo EAF ficaram
acima dos valores encontrados na literatura, que variaram de 15 a 16 % (MAW,
1979; JONES et al., 1996; ASA, 2002). As amostras de escória de aciaria do tipo LD
apresentaram valores de abrasão compatíveis com os encontrados na literatura, que
variam de 13 a 20% para escórias de aciaria do tipo LD (MAW, 1979; JONES et al.,
1996; BALTAZAR, 2001; ASA, 2002; PENA, 2004; RAPOSO, 2005).
2.5 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
As escórias de aciaria têm em sua composição química produtos resultantes da
combinação dos elementos escorificantes com os elementos a serem retirados do
ferro gusa e também da sucata metálica, quando esta for usada na fabricação do
aço (PENA, 2004). As escórias de aciaria do tipo LD são formadas no início do sopro
de oxigênio, possuem elevados teores de FeO e SiO
2
e os teores de CaO aumentam
à medida que o CaO sólido é dissolvido na escória líquida (MACHADO, 2000).
4
A graduação B da norma NBR NM 51/00 determina que o material analisado possua 2500 ± 10 g na
faixa de 9,5 a 12,5 mm e 2500 ± 10 g na faixa de 12,5 a 19 mm
51
O Quadro 2.9 mostra a composição química de escórias de aciaria LD provenientes
de diferentes usinas siderúrgicas brasileiras, e o Quadro 2.10 mostra a composição
química de escórias de aciaria EAF.
Quadro 2.9 Composição química de escórias de aciaria LD (IBS, 1999)
CaO MgO
Al
2
O
3
SiO
2
MnO Fe/t S
P
2
O
5
CST 45,20 5,50 0,80 12,20 7,10 18,80 0,07 2,75
ACESITA 44,81 7,32 2,42 15,47 2,09 14,06 0,06 1,18
BELGO MINEIRA
(João Monlevade)
47,00 8,00 1,50 15,00 3,00 19,00 - -
USIMINAS 41,40 6,20 1,40 11,00 6,30 22,00 - 1,80
AÇOMINAS 45,58 9,48 0,75 12,01 6,59 16,71 - 2,23
GERDAU – COCAIS 36,20 12,50 0,93 15,40 5,80 21,00 0,04 1,01
MANNESMANN 43,00 7,00 0,80 15,00 3,00 22,00 0,20 1,60
CSN 35,00 6,00 4,00 15,00 3,50 19,70 0,34 0,70
COSIPA 38,69 9,76 1,29 11,17 6,42 22,29 0,06 1,44
Usinas
Composição química de escórias de aciaria LD (%)
Quadro 2.10 Composição química de escórias de aciaria EAF (IBS, 1999)
CaO MgO
Al
2
O
3
SiO
2
MnO Fe/t S
P
2
O
5
GERDAU – CEARENSE 45-65 5-15 1-5 15-17 0,5-5 - - -
GERDAU – AÇONORTE 25,70 10,37 5,31 15,80 5,51 34,31 0,31 -
GERDAU – USIBA 42 6,50 4,50 13,50 3 28 0,06 0,6
BELGO – CARIACICA 34 9,30 6,20 18,20 4,70 18,67 0,13 0,54
BELGO – PIRACICABA 41,60 7,90 4,40 - 4,50 21,60 0,16 -
BARRA MANSA 28,04 16,93 4 20,42 5,37 17,39 - 0,49
GERDAU – COSIGUA 30 9 3 17 3 35 1 -
BELGO – JUIZ DE FORA 37 9,31 3,31 17,73 7,33 16,19 0,07 0,41
VILLARES – MOGI 45-55 4-6 3-5 12-17 4-6 10-15 - -
VILLARES – PINDA 30-50 3-9 3-7 8-18 4-6 7-20 - 0,3-0,7
GERDAU – GUAÍRA 25,50 12,10 7,70 20,30 6,60 23,20 0,06 0,19
GERDAU - 12-35 7-10 3-13 17-25 5-15 27-40 0,5-3 -
Usinas
Composição química de escórias de aciaria EAF (%)
Os métodos para determinar a composição química de uma amostra podem ser os
mais variados (LOUVRIER, 1985) e dependem das disponibilidades de cada
laboratório, não esquecendo que a escolha da técnica deve levar em conta a
quantidade prevista de cada óxido na amostra. Gupta et al. (s.d.) menciona o uso da
fluorescência de raios X para a determinação dos teores de óxidos nas escórias de
aciaria. Essa técnica é adotada pela maioria dos pesquisadores (GUPTA et al.,
1994; KNELLER et al., 1994; AMARAL, 1999; MACHADO, 2000; POLISSENI, 2002).
52
Quadro 2.11 Resultados de análise química das amostras de escórias de aciaria em estudo
(POLESE, 2006; RODRIGUES, 2006)
Perda ao
fo
g
o
Dióxido de
silício
Ó
xido de
alumínio
Ó
xido de
ferro
Ó
xido de
cálcio
Ó
xido de
ma
g
nésio
Anidrido
sulfúrico
Ó
xido de
sódio
Ó
xido de
p
otássio
Anidrido
Fosfórico
Ferro
Metálico
Ó
xido de
Cálcio livre
PF
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO
MgO
SO
3
Na
2
O
K
2
O
P
2
O
5
Fe
CaO l
A - LD n.d. 10,07 2,06 29,93 38,13 9,24 0,13 0,04 0,01 1,84 n.d. 0,06
B - LD n.d. 10,03 1,19 31,24 39,29 8,25 0,19 0,01 n.d. 1,92 n.d. 1,73
C - LD n.d. 9,52 3,70 31,95 39,32 9,62 0,08 0,02 n.d. 1,20 n.d. 4,81
D - LD n.d. 7,40 2,89 35,82 36,44 10,49 0,12 0,01 n.d. 1,25 n.d. 4,48
E - LD 0,18 12,73 3,61 31,47 42,55 4,46 0,11 0,01 n.d. 1,29 n.d. 6,90
F - LD n.d. 9,69 3,38 34,72 40,28 5,14 0,10 0,01 n.d. 1,26 n.d. 7,02
G - EAF n.d. 14,40 2,87 39,12 28,83 3,04 0,28 0,09 0,01 1,38 n.d. 0,15
H - EAF n.d. 15,29 5,27 42,31 27,26 2,41 0,22 0,11 0,02 0,67 0,03 0,27
I - EAF n.d. 13,69 3,68 51,64 21,95 0,60 0,22 0,04 0,01 0,61 n.d. 0,11
J - EAF n.d. 16,47 5,76 31,02 37,78 4,81 0,34 0,06 0,02 0,76 0,02 0,24
K - EAF n.d. 11,58 6,30 46,22 23,82 10,41 0,09 0,03 0,01 0,55 n.d. 0,07
L - EAF n.d. 24,12 15,89 16,19 23,75 12,83 0,05 0,04 0,01 0,36 0,01 0,09
Amostras
Análise Química
n.d. = não detectado
2.6 CARACTERÍSTICAS AMBIENTAIS DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
Do ponto de vista ambiental, a presença de metais pesados na composição química
das escórias de aciaria do tipo LD e EAF pode causar problemas à saúde humana e
ao meio ambiente. Provenientes principalmente da sucata de aço, esses metais
encontram-se mais presentes nas escórias do processo EAF no qual se utiliza um
grande percentual de sucata como matéria-prima.
Segundo a norma NBR 10004/04, os resíduos sólidos podem ser classificados em
três classes, que são: classe I (perigoso), classe II (não inerte) e classe III (inerte).
Para que o resíduo possa ser classificado devem ser estabelecidas suas
características de reatividade, corrosividade, toxicidade, inflamabilidade e
patogenicidade.
A toxicidade do resíduo é definida de acordo com os padrões máximos permitidos
para os parâmetros estabelecidos pela norma NBR 10004/04. No Quadro 2.12 e
Quadro 2.13 são apresentados valores para os parâmetros avaliados nos testes de
lixiviação e no Quadro 2.14 e Quadro 2.15 são apresentados valores para os
parâmetros avaliados nos testes de solubilização de escórias de aciaria brasileiras
do tipo LD e EAF.
53
Quadro 2.12 Concentrações dos parâmetros obtidos pelo teste de lixiviação da NBR 10004,
para escórias de aciaria LD (Adaptado de IBS, 1999).
Açominas Usiminas Belgo CSN CST Acesita
Padrões
NBR 10004
Arsênio [mg/L] < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 5,0
Bário [mg/L] 2,0 1,5 5,0 4,0 2,0 4,5 100,0
Cádmio [mg/L] < = 0,02 0,1 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 0,5
Chumbo [mg/L] < = 0,05 < = 0,05 0,2 0,3 0,3 0,2 5,0
Crômo total [m
g
/L] 0,6 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 2,3 5,0
Mercúrio [m
g
/L] < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 0,1
Prata [mg/L] < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 5,0
Selênio [mg/L] < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 1,0
Fluoretos [mg/L] 17,7 5,8 23,7 1,1 13,0 42,8 150,0
Parâmetros
Usinas Siderúrgicas
Quadro 2.13 Concentrações dos parâmetros obtidos pelo teste de lixiviação da NBR 10004,
para escórias de aciaria EAF (Adaptado de IBS, 1999)
Belgo
Dedini
BMP –
Mendes Jr.
Gerdau Rio
de Janeiro
Gerdau
Piratini
Acesita
Padrões
NBR 10004
Arsênio [mg/L] < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 5,0
Bário [mg/L] 0,9 5,0 5,4 2,5 6,0 100,0
Cádmio [mg/L] < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 0,5
Chumbo [mg/L] < = 0,05 < = 0,05 0,3 < = 0,05 < = 0,05 5,0
Crômo total [mg/L] < = 0,02 1,0 < = 0,02 < = 0,02 2,3 5,0
Mercúrio [mg/L] < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 0,1
Prata [mg/L] < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 5,0
Selênio [mg/L] < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 1,0
Fluoretos [mg/L] 1,0 9,6 11,5 3,9 7,6 150,0
Parâmetros
Usinas Siderúrgicas
Quadro 2.14 Concentrações dos parâmetros obtidos pelo teste de solubilização da NBR
10004, para escórias de aciaria LD (Adaptado de IBS, 1999)
Açominas Usiminas Belgo CSN CST Acesita
Padrões
NBR 10004
Alumínio [mg/L] 0,4 < = 0,1 0,7 0,6 1 5,7 0,2
Arsênio [mg/L] < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 < = 0,5 0,05
Bário [mg/L] < = 0,1 0,6 0,4 0,6 < = 0,1 1,2 1
Cádmio [mg/L] < = 0,005 < = 0,005 < = 0,005 < = 0,005 < = 0,005 < = 0,005 0,005
Chumbo [mg/L] < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 0,05
Cobre [mg/L] < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 1
Crômo total [mg/L] < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 0,04 0,05
Ferro [mg/L] < = 0,1 < = 0,1 < = 0,1 < = 0,1 < = 0,1 < = 0,1 0,3
Mercúrio [mg/L] < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 0,001
Prata [mg/L] < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 0,05
Selênio [mg/L] < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 0,01
Fluoretos [mg/L] 2,6 0,8 1,4 0,2 0,7 8,3 1,5
Dureza [mg/L] 1000 1950 394 840 1650 750 500
Cloretos [mg/L] < = 5,0 < = 5,0 < = 5,0 < = 5,0 < = 5,0 30 250
Fenóis [mg/L] 0,098 0,01 < = 0,001 < = 0,001 0,148 < = 0,001 0,001
Usinas Siderúrgicas
Parâmetros
54
Quadro 2.15 Concentrações dos parâmetros obtidos pelo teste de solubilização da NBR
10004, para escórias de aciaria EAF (Adaptado de IBS, 1999)
Belgo Dedini
BMP-
Mendes Jr.
Gerdau Rio
de Janeiro
Gerdau
Piratini
Acesita
Padrões
NBR 10004
Alumínio [m
g
/L] 0,90 44,00 1,30 44,00 54,00 0,20
Arsênio [m
g
/L] < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 0,05
Bário [m
g
/L] < = 0,1 < = 0,1 0,40 < = 0,1 0,20 1,00
Cádmio [m
g
/L] < = 0,005 < = 0,005 < = 0,005 < = 0,005 < = 0,005 0,01
Chumbo [m
g
/L] < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 < = 0,05 0,05
Cobre [m
g
/L] < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 1,00
Crômo total [m
g
/L] < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 < = 0,02 0,04 0,05
Ferro [m
g
/L] < = 0,1 < = 0,1 < = 0,1 < = 0,1 < = 0,1 0,30
Mercúrio [m
g
/L] < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 < = 0,001 0,00
Prata [m
g
/L] < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 0,05
Selênio [m
g
/L] < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 < = 0,01 0,01
Fluoretos [m
g
/L] 0,80 2,90 1,40 2,80 2,10 1,50
Dureza [m
g
/L] 100,80 172,00 187,90 160,00 188,00 500,00
Cloretos [m
g
/L] < = 5,0 < = 5,0 < = 5,0 < = 5,0 < = 5,0 250,00
Fenóis [m
g
/L] 0,08 0,01 0,13 0,10 < = 0,001 0,00
Parâmetros
Usinas Siderúrgicas
Os resultados das amostras de escórias de aciaria em estudo, obtidos por Vancini
(2005), são apresentados no Quadro 2.16 e no Quadro 2.17, onde também estão
apresentados os limites máximos permitidos pela norma NBR 10004/04. As
amostras de escória de aciaria LD B – LD e C – LD e todas as amostras de escória
de aciaria EAF apresentaram valores superiores ao limite estabelecido para o
parâmetro bário (Ba).
Quadro 2.16 Resultados do extrato lixiviado das amostras de escórias de aciaria estudadas
(VANCINI, 2005)
A - LD B - LD C - LD D - LD E - LD F - LD G - EAF H - EAF I - EAF J - EAF K - EAF L - EAF
As 0,002 0,003 0,004 0,005 0,005 0,005 0,008 0,010 0,006 0,006 0,006 0,007
0,10
Ba 0,220
1,770 1,460
0,450 0,190 0,370
3,640 3,160
12,240 11,460
7,210 2,820
1,0
Cd 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001
0,50
Pb 0,004 0,001 0,000 0,000 0,001 0,002 0,002 0,002 0,002 0,001 0,001 0,005
1,0
Cr 0,008 0,005 0,001 0,010 0,011 0,008 0,039 0,006 0,042 0,010 0,040 0,012
5,0
Hg 0,001 0,001 0,002 0,001 0,001 0,002 0,002 0,001 0,002 0,001 0,001 0,000
1,0
Ag 0,004 0,003 0,003 0,002 0,005 0,002 0,003 0,004 0,004 0,004 0,003 0,003
5,0
Se 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,001 0,008 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000
70,0
Fluoreto 1,240 2,000 1,180 0,380 0,160 1,490 1,970 2,000 1,270 1,830 1,290 1,970
150,0
Limite máximo
NBR
10004/04
Amostras
Parâmetros do
ensaio de
lixiviação
55
Quadro 2.17 Resultados do extrato solubilizado das amostras de escórias de aciaria
estudadas (VANCINI, 2005)
A - LD B - LD C - LD D - LD E - LD F - LD G - EAF H - EAF I - EAF J - EAF K - EAF L - EAF
Ag 0,0040 0,0007
ND
ND 0,0003 0,0014 0,0003 0,0001 ND ND
ND
ND
0,0010
Al
0,0710 0,0340 0,0520 0,0570 0,0760 0,0230
20,3800
0,4100 0,2270 1,0300 1,0500 1,9130
0,010
As 0,0021 ND 0,0028 0,0019 ND ND 0,0028 ND ND ND
ND
ND
0,0050
Ba
0,4373 0,3980 0,4480 0,3830 4,6540 0,4867 0,0170 0,4200 0,2850 0,4050 0,1910 0,0200
0,010
Cd 0,0010 0,0002 0,0002 0,0001 0,0002 0,0002 0,0001 0,0002 0,0000 0,0001 0,0002 0,0001
0,050
Cr 0,0028 0,0013
0,0127
0,0063 0,0076 0,0033
0,0201 0,0282
0,0052 0,0038 0,0027
0,2009
0,010
Cu 0,0168 0,0032 0,0085 0,0122 0,0057 0,0138 0,0159 0,0184 0,0212 0,0055 0,0073 0,0100
0,050
Fe 0,0723 0,0760 0,1277 0,0780 0,0560 0,0587 0,0460 0,0560 0,0800 0,1670 0,1360 0,0750
0,70
Mn 0,0113 0,0127 0,0140 0,0093 0,0130 0,0147 0,0083 0,0110 0,0073 0,0090 0,0043 0,0063
0,20
Na
824,80 11,93 8,76 5,56
4,72
7,22 5,19 10,97
3,51
5,49
3,92
9,40
5,0
Hg 0,0013 0,0010 0,0007 0,0015 0,0007 0,0008 0,0009 0,0012 0,0004 0,0006 0,0005 0,0009
2,0
Pb 0,0053 0,0013 0,0010 0,0020 0,0116 0,0016 0,0015 0,0086 0,0014 0,0027 0,0024 0,0018
0,30
Se 0,0002 0,0002 0,0003 0,0002 0,0006 0,0004 0,0038 0,0003 0,0004 0,0003 0,0003 0,0004
0,10
Zn 0,0683 0,0093 0,0043 0,0063 0,0523 0,0027 0,0057 0,0460 0,0053 0,0067 0,0400 0,0047
200,0
Cloreto
912,52 113,72 76,04 23,47 24,20 42,03 25,92 38,71 29,07 45,63 47,70
ND
1,50
Fluoreto 0,4200 1,9700 0,5600 0,1700 0,1000 0,6700 1,6100 1,4500 0,0100 0,2300 0,2500 0,6900
250,0
Sulfato 4,9200 4,5300 8,9200 21,5700 6,9700 8,2300 5,7600 2,9800 5,7100 6,2700 5,3200 6,9100
250,0
Legenda: ND: não detectado.
Amostras
Parâmetros do ensaio
de solubilização
Limite máximo
NBR
10004/04
Todas as amostras de escórias de aciaria avaliadas obtiveram ao menos três dos
parâmetros analisados acima (prata, alumínio, bário, cromo, sódio e cloretos) dos
limites estabelecidos pela norma NBR 10004/04. Maiores informações sobre as
análises realizadas são encontradas em VANCINI (2005).
2.7 MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE EXPANSÃO DAS
ESCÓRIAS DE ACIARIA PARA USO EM PAVIMENTAÇÃO
Objetivando a utilização das escórias de aciaria em pavimentação, foram
desenvolvidos alguns métodos de ensaio para determinar o seu potencial de
expansão.
2.7.1 Método DMA-1/DER-MG/92 - adaptação do método Pensilvania Test
Method (PTM) 130 pelo Departamento de Estradas de Rodagem de Minas
Gerais
O ensaio de expansão PTM 130 foi desenvolvido basicamente por Emery (1984), em
Ontario, Canadá, na MacMaster University. Posteriormente, o Departamento de
Estradas de Rodagem de Minas Gerais fez uma adaptação, originando, então, o
ensaio DMA-1/DER-MG/92.
Os corpos-de-prova são moldados em forma cilíndrica, com 152,4 ± 0,7 mm de
diâmetro e com 116,4 ± 0,5 mm de altura, utilizando para compactação a energia de
100% do Proctor Normal (ASTM 698). Um exemplo de um corpo-de-prova típico
pode ser visto na Figura 2.8.
56
Figura 2.8 Molde para o ensaio baseado no ASTM D 698
A partir dessa etapa, a amostra é submersa em água na temperatura de 71 ± 3ºC e
instala-se um relógio comparador no topo da amostra para acompanhar a expansão
vertical. Durante os sete primeiros dias são feitas leituras diárias com a amostra
ainda imersa. A seguir ela é retirada do banho de imersão e mantida numa condição
dita saturada por adição diária de água, fazendo-se as leituras de expansão por
mais sete dias. A norma DNIT EM 262/94 determina que a média dos resultados
obtidos ao final do ensaio deve ser menor ou igual a 3%.
2.7.2 Método JIS A 5015
A norma japonesa JIS (Japanese Industrial Standard) A 5015 foi estabelecida em
1979, e revista em 1985 e em 1992, visando a utilização das escórias de aciaria em
pavimentação e fixando critérios qualitativos e quantitativos que devem ser
atendidos para este fim, como granulometria, absorção e peso específico.
A avaliação da expansibilidade das escórias de aciaria é tratada em um método de
ensaio anexo à norma. Neste ensaio, denominado “método de ensaio de expansão
em água para escória siderúrgica”, são utilizados 3 corpos-de-prova cilíndricos,
obtidos através do ensaio de compactação com uma energia determinada pela
norma, em moldes semelhantes ao da norma ASTM D 698 (Figura 2.8, Figura 2.9, e
Figura 2.10).
57
Figura 2.9 Molde imerso em água a 70ºC
As escórias ensaiadas devem ser preparadas para atender à granulometria
estabelecida no Quadro 2.18, além de, previamente, sofrer “cura normal” ao ar livre
por um período superior a 6 meses (JIS 5015, 1992; MASUERO et al., 2000).
Entenda-se por cura normal o processo de redução da expansibilidade onde a
escoria de aciaria, após britagem, é deixada ao tempo e reage naturalmente durante
o período de cura com o ar e a água.
Os corpos-de-prova, após repouso de 24h (sem perda de umidade), são submersos
em água e sujeitos a ciclos de aquecimento diários de 6 horas, com temperatura de
80ºC, repetindo-se o processo por 10 dias. A expansão é medida através da
variação da altura do corpo-de-prova. O critério para considerar as escórias
adequada para o uso em pavimentação adotado pela norma JIS A 5015 é que a
expansão máxima seja de até 2%.
58
Figura 2.10 Equipamento para ensaio de expansão em água (JIS A 5015, 1992)
Quadro 2.18 Distribuição granulométrica das escórias de aciaria para ensaio de expansão
(JIS A 5015, 1992)
Peneira 31,5mm 26,5mm 13,2mm 4,75mm 2,36mm 425mm 75mm
% que passa 100 97,5 70 47,3 35 20 6
2.7.3 Método ASTM D 4792/00
O método de ensaio ASTM D 4792/00, denominado Potential Expansion of
Aggregates from Hydration Reactions (Potencial de expansão de agregados em
reações de hidratação), consiste na imersão de corpos-de-prova compactados, por
um período mínimo de sete dias
5
, em água aquecida (70 ± 3ºC), e determinação da
variação de altura do corpo-de-prova (Figura 2.9).
Através de leituras diárias do extensômetro, faz-se o acompanhamento da variação
da altura do corpo-de-prova tendo-se ao final do ensaio, o valor da expansão. A
norma ASTM D 2940/03 (Standard specification for graded aggregate material for
base or subbase for highways or airports) estabelece que o limite para agregados
que contenham compostos sujeitos à hidratação, tais como as escórias de aciaria, é
5
Caso não seja observada queda na taxa de expansão (estabilização) nesse prazo, deve-se
continuar o ensaio para obter dados adicionais, tipicamente por mais 7 dias
59
de 0,5% de expansão aos 7 dias quando testados de acordo com o método ASTM D
4792/00.
2.7.4 Método BS EN 1744-1:1998 - “Steam Test”
Na busca de um ensaio eficiente e rápido para a determinação da expansibilidade
das escórias de aciaria, foi percebido que ensaios que mediam a expansão por
imersão em água tinham resultados de expansão menores que numa situação em
que havia permanência das amostras em câmara de vapor. Isto se deve ao fato das
moléculas de vapor serem menores do que as de água, tendo maior poder e
velocidade de penetração e hidratação (MORISHITA, et al., 1995; MOTZ e
GEISELER, 2001). Daí desenvolveu-se o steam test ou ensaio a vapor, um método
de ensaio introduzido na normalização européia (norma BS EN 1744-1:1998 –
Testes para propriedades químicas de agregados – análises químicas), com base no
princípio de que a expansibilidade das escórias de aciaria, no caso da utilização em
pavimentação, se deve, principalmente, à reação entre o vapor d’água e o CaO e/ou
o MgO (MOTZ e GEISELER, 2001).
O steam test começou a ser utilizado na Alemanha, em 1980, para monitoramento
da qualidade das escórias de aciaria a serem utilizadas em pavimentação, sendo,
hoje, um método rotineiramente utilizado em alguns países da Europa. Nesse ensaio
acontece, inicialmente, a compactação num molde cilíndrico de uma amostra de
escória de aciaria na faixa granulométrica de 0 a 22 mm. O corpo-de-prova é
colocado, então, sobre uma câmara que contém água aquecida, geradora de vapor
que percola a escória de aciaria compactada acima. Desta forma, a umidade
necessária à hidratação do CaO e do MgO é canalizada continuamente à amostra
preparada, como pode ser visto na Figura 2.11 (GEISELER e MOTZ , 1998; MOTZ e
GEISELER, 2001).
60
Figura 2.11 Equipamento do Steam Test (MOTZ e GEISELER, 2001)
O incremento de volume (obtido através do incremento da altura) é medido por um
relógio comparador que fica acoplado à parte superior do equipamento, e, a partir do
valor final encontrado, calcula-se a expansão da amostra de escória de aciaria.
Na Figura 2.12 é apresentada uma curva típica do steam test, em que pode ser
observada, inicialmente, uma alta taxa de aumento de volume, que tende a se
estabilizar com a continuação do ensaio. O tempo de estabilização pode variar de,
aproximadamente, 24 horas, no caso da maioria das escórias tipo LD, até 168 horas,
no caso de escórias EAF ou escórias LD de alto teor de MgO (>5%).
A curva de expansibilidade vs. tempo, no steam test, é função do tipo de escória de
aciaria e, principalmente, dos teores de CaO e MgO presentes na amostra. Na
Figura 2.12 também se mostra a equação matemática que representa a curva. A
equação relaciona o valor de expansão acumulada diária (ΔV, em %) ao valor da
assíntota (ΔV
t
, em %), ao tempo (t, em horas), e a uma constante (C).
61
Figura 2.12 Curva típica de expansão das escórias de aciaria medida pelo steam test
(adaptado de MOTZ e GEISELER, 2001)
Resultados de testes laboratório foram comparados aos resultados de
expansibilidade de escórias de aciaria sob condições de utilização, como, por
exemplo, em pavimentação, havendo coerência entre os resultados obtidos no
laboratório em curto prazo e o desempenho do material em campo em longo prazo
(MOTZ e GEISELER, 2001).
2.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
As características apresentadas pelas escórias de aciaria as qualificam como
material competitivo em relação aos convencionalmente utilizados em construção
rodo-ferroviária.
Sua angulosidade e a forma eqüidimensional dos grãos de escórias de aciaria
possibilitam a formação, após compactação, de uma forte estrutura intertravada que
exibe uma alta rigidez e excelente resistência à deformação (JONES et al., 1996;
IHOBE S.A., 1999; TFHR, 2003). Por essas características, as escórias de aciaria
criam uma sub-base e/ou base com melhores propriedades mecânicas quando
comparada a agregados convencionais.
As vantagens econômicas da utilização das escórias como agregados para estradas
são resultantes das possibilidades de implantação de camadas mais finas de bases
62
e sub-bases para a mesma resistência à carga/compressão e durabilidade, em
relação à aplicação de materiais convencionais, como areia e brita. Evidentemente,
o custo do transporte até a obra é um fator determinante na escolha do agregado
pelo construtor (IBS, 1999).
No entanto, dependendo do teor de CaO e/ou MgO presentes nas escórias de
aciaria, ocorrerá uma reação de expansão que poderá provocar um aumento de
volume das escórias de aciaria tal que cause sua desintegração e enfraquecimento.
Portanto, a estabilidade volumétrica é um critério chave para o uso das escórias de
aciaria como material de construção. Para se alcançar tal estabilidade volumétrica
num prazo razoável é necessário que se trate as escórias de aciaria.
Os tratamentos das escórias de aciaria, sejam eles no estado sólido, na estado
líquido ou antes da sua formação, contribuem também para a melhoria geral das
características deste co-produto, que adquire cada vez mais importância dentro das
siderúrgicas e da própria sociedade. Esta importância é motivada pela crescente
preocupação com o desenvolvimento sustentável, com o meio ambiente e com os
planos de expansão de algumas empresas.
As características das escórias de aciaria variam muito, dependem do modo como
ela foi produzida e se foi submetida a algum tipo de tratamento. Pesquisas, em todo
o mundo, têm sido realizadas no sentido de estabilizar volumetricamente as escórias
de aciaria e, assim, viabilizar seu uso na Construção Civil. O óxido de cálcio hidrata-
se rapidamente com uma grande expansão volumétrica, sendo responsável pela
maior parte da expansão que ocorre a curto prazo. A taxa de hidratação é acelerada
pela moagem das escórias de aciaria, proporcionando um aumento em sua
superfície específica. Por outro lado, o óxido de magnésio hidrata-se lentamente,
expandindo-se por um longo período de tempo, que podem ocorrer por muitos anos
(CRAWFORD e BURN, 1968; PERA, 1996).
Os métodos de ensaio apresentados neste capítulo para determinação do potencial
de expansão são voltados para a utilização das escórias de aciaria como material
para pavimentação. Dentre os métodos apresentados, serão utilizados para esse
estudo apenas os métodos PTM 130/78 (DMA-1/DER-MG/92), JIS A 5015/92 e
ASTM D 4792/00, devido às semelhanças com métodos comuns de mecânica dos
solos, como os métodos de compactação e CBR (California Bearing Ratio), e pelos
63
equipamentos envolvidos, que são mais acessíveis que aqueles necessários para o
ensaio steam test BS EM 1744-1:1998.
CAPÍTULO 3
MATERIAIS, MÉTODOS E PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL
3 MATERIAIS, MÉTODOS E PLANEJAMENTO
EXPERIMENTAL
3.1 INTRODUÇÃO
Este capítulo tem por objetivo apresentar e identificar as amostras e o processo de
amostragem realizado nas escórias de aciaria deste estudo, além de apresentar as
metodologias e o planejamento experimental utilizados para os ensaios de
caracterização química, física e ambiental, para os ensaios de compactação e para
os ensaios de determinação do potencial de expansão.
3.2 ESCÓRIAS DE ACIARIA EM ESTUDO
Neste estudo foram utilizadas escórias de aciaria recém produzida e sem
tratamento, geradas por doze siderúrgicas brasileiras que utilizam fornos a oxigênio
(LD) e fornos elétricos (EAF). Estas siderúrgicas estão localizadas no estado de
Minas Gerais (B – LD, D – LD, E – LD e F – LD), Espírito Santo (C – LD e J – EAF),
Rio de Janeiro (H – EAF e J – EAF), São Paulo (A – LD, G – EAF e L – EAF) e Bahia
(K – EAF), conforme Figura 3.1.
Figura 3.1 Localização das siderúrgicas brasileiras de origem das escórias de aciaria em
estudo
65
As escórias de aciaria produzidas em aciarias LD possuem maiores concentrações
de óxido de cálcio livre ou cal livre (CaO), enquanto que as produzidas em aciarias
EAF têm maior concentração de óxido de magnésio ou periclásio (MgO). Essas
concentrações diferenciadas são as principais responsáveis pelo comportamento
expansivo rápido nas escórias do tipo LD e lento nas escórias do tipo EAF (MOTZ e
GEISELER, 2001).
3.3 AMOSTRAGEM DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA ESTUDADAS
As amostragens das escórias de aciaria foram realizadas nas siderúrgicas, de
acordo com procedimentos de amostragem especialmente elaborados para cada
amostra deste estudo. Tais procedimentos foram elaborados de acordo com as
normas NBR NM 26/01 - Amostragem de agregados e NBR 10007/04 - Amostragem
de resíduos sólidos, da Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT, uma vez
que não há norma específica para amostragem das escórias de aciaria. A
importância da amostragem se equipara à do próprio ensaio, e, por este motivo,
deve-se tomar todas as precauções necessárias para que se obtenham amostras
representativas quanto às suas naturezas e características (NBR NM 26/01).
A metodologia da amostragem foi dividida em duas partes, sendo que a primeira
refere-se às amostragens feitas nas usinas siderúrgicas do estudo. A segunda parte
se refere ao procedimento de redução de amostras de campo, no laboratório.
3.3.1 Amostragem nas usinas
Segundo o procedimento, após a geração, as escórias de aciaria, beneficiadas e
identificadas, foram usadas para a formação de pilhas de amostragem, com o
volume máximo estabelecido de 300 m³. Para as siderúrgicas que processavam
aços especiais, pelo fato de terem pequena produção diária, foram usadas pilhas
com o volume referente a cinco dias de geração de escórias de aciaria, desde que
houvesse um volume mínimo de 150 m³.
Para a realização da coleta de amostras representativas do material, a pilha de
amostragem foi imaginariamente dividida em três camadas de alturas
aproximadamente iguais, sendo retiradas amostras parciais na superfície, no meio e
na base (Figura 3.2a). As amostras parciais foram retiradas de pontos eqüidistantes
e em diferentes profundidades de cada camada (Figura 3.2b). O resultado ao final
66
da coleta foram, no mínimo, 30 amostras parciais de aproximadamente 50 kg cada.
O material obtido foi homogeneizado para a formação de uma segunda pilha de
1500 kg, que foi novamente homogeneizada para a formação de uma pilha tronco
cônica para quarteamento, da qual se obteve a amostra de campo, com
aproximadamente 750 kg, que foram acondicionadas em tonéis e enviadas à
Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) para os ensaios. O fluxograma do
processo de amostragem das escórias de aciaria utilizado nas usinas siderúrgicas
do estudo está ilustrado na Figura 3.3.
(a) (b)
Figura 3.2 Amostragem de uma das escórias de aciaria em estudo: (a) retirada da amostra
parcial; (b) retirada das amostras parciais em vários pontos dos montes de
descarregamento
Figura 3.3 Processo de amostragem das escórias de aciaria nas siderúrgicas em estudo
67
3.3.2 Redução da amostra de campo no laboratório
Após os procedimentos de amostragem das escórias de aciaria deste estudo, foi
feita a redução das amostras de campo para ensaios de laboratório, conforme a
NBR NM 27/01, obtendo-se então a quantidade suficiente para a realização dos
ensaios de caracterização, de compactação e de expansão, descritos nos itens 3.4,
3.5 e 3.6.
As amostras de escórias de aciaria enviadas pelas usinas siderúrgicas chegaram a
UFES em tonéis que foram armazenados no interior do laboratório em área coberta,
para, posteriormente, iniciar o procedimento de redução de amostra de campo. As
amostras foram identificadas através da colocação de etiquetas no interior dos
tonéis com registro de sua procedência.
Para redução das amostras de campo em laboratório o conteúdo de cada tonel foi
retirado com o auxílio de um guincho manual (Figura 3.4a), formando-se cinco
montes de volumes aproximadamente iguais (Figura 3.4b). Para separação da
quantidade das escórias de aciaria necessária à realização dos ensaios de
caracterização, de compactação e de expansão, foram retiradas pequenas porções
de cada monte com o auxílio de uma concha de capacidade de aproximada de 1 kg
(Figura 3.4c).
(a) (b) (c)
Figura 3.4 Despejo de amostras (a), formação de cinco montes (b) e coleta de amostra
parcial para formar pilha de homogeneização (c)
As amostras de escórias de aciaria utilizadas neste estudo foram identificadas de
acordo com o tipo de aciaria e onde foi gerada, como expresso no Quadro 3.1,
sendo seis amostras de escórias de aciaria do tipo LD (A – LD, B – LD, C – LD, D –
LD, E – LD e F - LD) e seis do tipo EAF (G – EAF, H – EAF, I – EAF, J – EAF, K –
EAF, L - EAF). As amostras de escórias de aciaria em estudo foram geradas no
período de junho de 2003 a maio de 2004.
68
Quadro 3.1 Identificação das amostras de escórias de aciaria estudadas
Tipo Aciaria Amostra
A - LD
B - LD
C - LD
D - LD
E - LD
F - LD
G - EAF
H - EAF
I - EAF
J - EAF
K - EAF
L - EAF
LD (Linz Donawitz)
EAF (Electric Arc Furnace)
3.4 MÉTODOS DE ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
Os métodos de ensaios de caracterização física realizados nas amostras de
escórias de aciaria ensaiadas neste estudo e as respectivas normas são
apresentados no Quadro 3.2.
Quadro 3.2 Métodos de ensaios de caracterização física com suas respectivas normas
Normas
Angulosidade -
Granulometria por peneiramento NBR 7181/84
Limites de consistência NBR 7180/84, NBR 6459/84
Massa específica dos grãos NBR 6508/84, NBR 6458/84
Métodos de ensaios
Caracterização física
3.4.1 Angulosidade - análise visual
A angulosidade é uma característica que tem grande influência na resistência ao
cisalhamento de solos granulares, sendo que quanto mais angulosos forem os
grãos, maior o atrito e mais difícil a ruptura (CASTELLO, 1998).
As partículas podem apresentar bordas ou cantos mais ou menos agudos - afiados -
e a esta característica geométrica dá se o nome de angulosidade das partículas.
A análise da angulosidade foi feita por observação visual. Para a classificação,
comparou-se a angulosidade do material com os padrões apresentados em Sowers
(1979), como representado na Figura 2.7. Para fins de registro da angulosidade
foram feitas fotografias digitais das amostras de escórias de aciaria em estudo.
69
3.4.2 Granulometria por peneiramento
Os ensaios de granulometria por peneiramento foram feitos de acordo com as
recomendações da norma brasileira NBR 7181/84 – “Solo - Análise Granulométrica”.
A classificação das escórias de aciaria foi feita com base nos Sistemas Unificado de
Classificação - SUC (ASTM D 2487/90) e Highway and Transportation Research
Board - HTRB, também conhecido como Sistema Rodoviário ou Sistema AASHTO
ou HRB. O SUC é um sistema que se aplica de uma forma geral a todos os tipos de
obras de engenharia, enquanto o sistema HTRB é específico para obras rodoviárias
e de pavimentação. Verificou-se também, se a granulometria das amostras de
escórias de aciaria estudadas se enquadram nas faixas de granulometria para bases
estabilizadas do Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (DNIT),
através da especificação ES-303/97.
A boa distribuição granulométrica é a característica que assegura maior estabilidade
aos pavimentos, devido ao maior atrito interno obtido por entrosamento. “As
porcentagens exigidas devem ser tais que as partículas menores preencham os
vazios deixados pelas maiores, obtendo-se assim, um conjunto com maior
estabilidade” (PIZA, 1970). Dessa forma entende-se que o material bem graduado
tem maior estabilidade que os demais.
3.4.3 Limites de consistência
Também conhecidos como “Limites de Atterberg”, os limites de consistência são
valores de umidade que dividem os estados de consistência para uma determinada
amostra. Para a determinação desses valores, existem na norma brasileira dois
métodos, o “NBR 7180/84 - Solo - Determinação do limite de plasticidade” e o “NBR
6459/84 – Solo – Determinação do limite de liquidez”. Tais procedimentos utilizam
apenas a fração do material que passa pela peneira nº 40 (0,42 mm). Os resultados
desses ensaios também são necessários para a classificação do material pelos
sistemas SUC e HTRB.
3.4.4 Massa específica dos sólidos
Para avaliar a massa específica das escórias de aciaria foram utilizados dois
procedimentos de ensaio, um para grãos que passam na peneira de 4,8 mm,
conforme a NBR 6508/84, e outro para grãos retidos na peneira de 4,8 mm,
70
conforme a NBR 6458/84. Com os resultados destes dois ensaios e a proporção de
material contendo frações passada e retida na peneira de 4,8 mm, obtida do ensaio
de granulometria, calculou-se a massa específica dos sólidos de material em sua
totalidade, em conformidade com a norma da ABNT NBR 6458/84.
3.5 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
Foram executados ensaios de compactação segundo os procedimentos da norma
brasileira NBR 7182/86. Os corpos-de-prova foram moldados utilizando energia igual
a do Proctor normal (600 kJ/m³). Para a compactação, foi utilizado um compactador
eletromecânico que substituiu a compactação manual.
No procedimento adotado, o material foi compactado somente uma vez, não
havendo reaproveitamento de material. A quantidade total de material para cada
ensaio de compactação foi calculada multiplicando-se o número de determinações
pela quantidade necessária de material em cada determinação. O material
necessário para cada ensaio foi separado e seco ao ar.
Para estimar-se a água a ser adicionada em cada determinação, foi retirada uma
amostra representativa de 0,50 kg para ensaio de umidade higroscópica usando o
método da estufa. O material foi separado em bandejas metálicas contendo 7 kg de
amostra de escória de aciaria cada, e com o resultado de umidade higroscópica
calculou-se a quantidade de água a ser adicionada em cada bandeja, de forma a
obter-se incrementos de umidade variando de 1 a 2%.
Para se obter umidades inferiores à umidade higroscópica, que é cerca de 3,5%, o
material foi seco em estufa a 105ºC por 24 horas, retirada da estufa e resfriada até a
temperatura ambiente. A seguir foi feita a adição de água para se obter uma
umidade superior a 0% e inferior ao valor da umidade higroscópica.
O material de cada uma das bandejas foi homogeneizado e iniciou-se a
compactação em 5 camadas com 12 golpes por camada, para a energia do Proctor
normal, utilizando o equipamento de compactação eletromecânico (Figura 3.5a).
Após a compactação retirou-se o molde cilíndrico do equipamento de compactação
e determinou-se a massa do conjunto, numa balança eletrônica com capacidade de
50 kg (Figura 3.5b).
71
(a) (b)
Figura 3.5 Equipamentos utilizados no ensaio de compactação: (a) compactador
eletromecânico; (b) balança eletrônica com capacidade de 50 kg
Para a determinação do peso específico aparente seco do corpo-de-prova
compactado, é necessário conhecer a umidade do corpo-de-prova, para isso foram
utilizados dois procedimentos. Quando o corpo-de-prova foi utilizado para a
realização dos ensaios de determinação da expansão (DMA-1/DER-MG/92,
JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00), a determinação da umidade foi feita com porção
de 0,50 kg do material remanescente da bandeja. Para os corpos-de-prova utilizados
somente para o ensaio de compactação, do material retirado do molde, retiravam-se
amostras de 0,50 kg para determinação da umidade do próprio corpo-de-prova. É
importante ressaltar que o ensaio de compactação para uma determinada amostra
era interrompido quando era detectado o fenômeno da exudação
6
.
3.6 MÉTODOS DE ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE
EXPANSÃO DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
Os três métodos de determinação do potencial de expansão das escórias de aciaria,
utilizados neste estudo foram os métodos DMA-1/DER-MG/92, JIS A 5015/92 e
ASTM D 4792/00. Nos três ensaios laboratoriais de determinação do potencial de
6
A exudação é caracterizada pela expulsão de água do corpo-de-prova quando do impacto do
soquete de compactação. Esse fenômeno compromete a determinação da umidade de compactação,
já que a umidade no corpo-de-prova fica heterogênea e menor do que a do material remanescente na
bandeja. O fenômeno também limita os valores de umidade que se pode alcançar no ensaio.
72
expansão, os corpos-de-prova foram compactados em moldes cilíndricos de aço
galvanizado de 150 mm de diâmetro
7
, utilizando a energia especificada por cada
método e o procedimento do ensaio de compactação sem reuso de material.
Após a compactação, foi montado sobre cada corpo-de-prova um aparato para a
leitura da expansão. O aparato era composto de prato perfurado com haste
ajustável, sobrecarga (peso anelar) com 4,54 kg, tripé porta extensômetro e
extensômetro (relógio comparador) com precisão de 0,01 mm (Figura 3.6).
Figura 3.6 Aparelhagem necessária para se fazer a leitura da expansão (RAPOSO, 2005)
Para os três métodos estudados, a medida da expansão é a diferença relativa entre
a altura inicial da amostra dentro do molde cilíndrico e sua altura durante o período
de realização do ensaio, sendo que o resultado é a medida de expansão ao final do
ensaio (aos quatorze dias para o método DMA-1/DER-MG/92, aos dez dias para o
método JIS A 5015/92 e aos sete dias para o método ASTM D 4792/00). A Figura
3.7 mostra como é realizada a medição da expansão; na situação inicial a amostra
compactada no molde cilíndrico (segundo os critérios de cada método) é colocada
no banho térmico (para o caso do método DMA-1/DER-MG/92, também é colocada
posteriormente na estufa), sendo que a expansão é restringida horizontalmente e
verticalmente para baixo pelas paredes do molde cilíndrico, e liberada apenas
7
Esse molde cilíndrico é o mesmo utilizado no ensaio de compactação deste estudo.
73
verticalmente para cima. Como efeito das reações expansivas, há um deslocamento
vertical para cima do prato perfurado, que é lido no extensômetro. A diferença entre
as leituras diárias do extensômetro e a leitura inicial, em relação a altura inicial da
amostra no molde cilíndrico é a medida da expansão.
Figura 3.7 Esquema da medição da expansão da escória de aciaria nos ensaios estudados
Os três métodos estudados especificam que a compactação dos corpos-de-prova
deva ser feita na umidade ótima de compactação, determinada pelo ensaio de
compactação (NBR 7182/86), entretanto Raposo (2005) observou que a escória de
aciaria não apresenta umidade ótima, como também que a umidade de
compactação não apresenta influência nos valores de expansão. Devido a estes
fatos, os ensaios de determinação do potencial de expansão estudados neste
trabalho foram realizados compactando-se as amostras de escórias de aciaria secas
ao ar.
Os métodos de determinação do potencial de expansão estudados determinam que
sejam feitas, no mínimo, três determinações para cada amostra. Entretanto, devido à
heterogeneidade das escórias de aciaria e ao tamanho dos lotes de cada amostra,
foram realizados ensaios de expansão piloto e foram feitos cálculos para definir o
74
número mínimo de determinações necessárias para a avaliação estatística
representativa dos três métodos de ensaio avaliados neste estudo.
Foi definido um número mínimo de 25 determinações para cada método em estudo
para as escórias do tipo LD e 5 determinações para cada método em estudo para as
escórias do tipo EAF. As 25 determinações mínimas necessárias para cada método
de ensaio em estudo para as escórias do tipo LD foram obtidas das cinco amostras
de escorias de aciaria: A – LD, B – LD, C – LD, D – LD e F – LD, cada uma com
cinco determinações, e as cinco determinações para cada método para as escórias
do tipo EAF foram obtidas da amostra K – EAF.
3.6.1 Método PTM 130/78 adaptado pelo Departamento de Estradas de
Rodagem de Minas Gerais (DMA-1/DER-MG/92)
O ensaio de expansão PTM 130/78 foi desenvolvido com base em estudos de
Emery (1984) na MacMaster University (Ontário/Canadá). Posteriormente, a partir de
uma alteração na temperatura e no período de ensaios criou-se a norma
ASTM D 4792/00. O Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais fez
uma adaptação no método original do PTM 130/78 originando o ensaio DMA-1/DER-
MG/92.
No ensaio DMA-1/DER-MG/92, após a compactação do material em moldes
cilíndricos com a energia do Proctor normal (600 kJ/m³) e procedimento do ensaio
de compactação especificado na norma NBR 7182/86. Instala-se a aparelhagem
necessária (Figura 3.6) para se acompanhar a expansão vertical, colocando-se o
papel filtro e o prato perfurado com a sobrecarga, e em seguida o tripé com o
extensômetro. Após essa montagem, o corpo-de-prova é imerso em um banho-
térmico com água a 71 ± 3ºC (Figura 3.8). As leituras iniciais dos relógios
comparadores são feitas 30 minutos após a colocação dos corpos-de-prova no
banho-térmico. Essa precaução deve ser tomada para permitir o equilíbrio térmico, e
a conseqüente expansão dos materiais e dos aparatos utilizados, devido ao
aquecimento. O valor lido após este período é considerado como a leitura inicial, que
será tomada como referência para a determinação da expansão em relação às
leituras posteriores.
75
Figura 3.8 Corpos-de-prova no banho-térmico com água aquecida a 71 ± 3ºC
A imersão dos corpos-de-prova foi feita em dois banhos-térmicos elétricos com
capacidade para 20 e 10 corpos-de-prova cada (Figura 3.9). Esses equipamentos
foram especialmente projetados no laboratório de Mecânica dos Solos (LAMES) da
UFES para a realização dos ensaios de expansão com escórias de aciaria, tendo
revestimento interno e tampa em aço inoxidável, controle de temperatura
microprocessado e conjunto motor-bomba para circulação da água quente.
Figura 3.9 Banhos-térmicos elétricos utilizados para determinação da expansão das
amostras de escórias de aciaria em estudo
Durante os sete primeiros dias de ensaio pelo método DMA-1/DER-MG/92 são feitas
leituras diárias com os corpos-de-prova imersos. Em seguida, os corpos-de-prova
são retirados do banho-térmico e levados para uma estufa elétrica à mesma
temperatura de 71 ± 3ºC. Essa estufa foi adquirida especialmente para os ensaios
com escórias de aciaria e possui circulação forçada de ar, controle de temperatura
microprocessado e capacidade de 16 corpos-de-prova (Figura 3.10).
76
Figura 3.10 Estufa elétrica utilizada neste estudo para o ensaio de expansão pelo método
DMA-1/DER-MG/92
Na estufa o método de ensaio DMA-1/DER-MG/92 estabelece que o corpo-de-prova
seja mantido em condição “saturada” (não submersa) por mais sete dias, fazendo-se
as leituras diárias da expansão durante o período. A norma também sugere que a
condição “saturada” seja obtida pela adição diária de pelo menos meio litro de água
no topo do corpo-de-prova, no mínimo duas horas antes da leitura da expansão.
Como a norma não cita a temperatura da água adicionada, estabeleceu-se que a
água estaria à temperatura de 71 ± 3ºC e por motivos práticos ela seria adicionada
após a leitura diária da expansão.
A norma DNIT EM 262-94 para utilização de escórias de aciaria em bases e sub-
bases estabelece uma expansão máxima de 3% medida no final do ensaio.
3.6.2 Método JIS A 5015/92
A norma japonesa JIS A 5015/92 (Japanese Industrial Standard), que foi
estabelecida em 1979, e revisada em 1985 e em 1992, descreve um método de
ensaio de expansão, denominado “Método de ensaio de expansão em água para
escória siderúrgica”. Esse método, assim como os demais utilizados, usa corpos-de-
prova compactados em moldes cilíndricos metálicos, obtidos através do ensaio de
compactação. Um destaque desse método é que a amostra de escória de aciaria
ensaiada deve ser preparada para atender à granulometria especificada no Quadro
2.18. Esta norma visa à utilização das escórias de aciaria em pavimentação e fixa
critérios qualitativos e quantitativos que devem ser atendidos para este fim (PENA,
2004).
77
Os corpos-de-prova são compactados com a energia do Proctor modificado (2700
kJ/m³), sendo colocados em repouso por 24h, sem perda de umidade, e depois
submersos em um banho-térmico com água e sujeitos a ciclos de aquecimento. Os
ciclos consistem de 6 horas de aquecimento, à temperatura de 80ºC, e 18 horas sem
aquecimento, período no qual o banho-térmico é desligado. Portanto, a cada período
de 24 horas, a água do banho-térmico permanece 6 horas ligado, à temperatura de
80ºC, e 18 horas desligado, sem aquecimento, repetindo-se este processo por 10
dias. A expansão, assim como para o método DMA-1/DER-MG/92, é medida
diariamente através de um relógio comparador instalado no topo de cada corpo-de-
prova, e a expansão é expressa em porcentagem da altura do corpo-de-prova aos
10 dias desse ensaio. A norma JIS A 5015/92, para utilização de escórias de aciaria
para construção de estradas, estabelece uma expansão máxima de 2% medida no
final do ensaio.
3.6.3 Método ASTM D 4792/00
No método de ensaio de expansão ASTM D 4792/00 (Potential expansion of
aggregates from hydration reaction), assim como no método DMA-1/DER-MG/92,
após o material ter sido compactado com energia do Proctor normal (600 kJ/m³) em
moldes cilíndricos, os corpos-de-prova são submersos em um banho-térmico com
água a 70 ± 3ºC.
A partir da primeira leitura, faz-se leituras diárias, no mesmo horário, durante pelo
menos sete dias. Se a taxa de expansão não tiver uma pronunciada redução após
esse período, o ensaio pode continuar para se obterem dados adicionais. A norma
ASTM D 2940/03, para utilização de escórias de aciaria em bases e sub-bases,
estabelece uma expansão máxima 0,5% medida aos sete dias de ensaio.
3.7 ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS RESULTADOS
As análises estatísticas deste trabalho foram feitas utilizando o programa “SPSS for
Windows” versão 11.5. A análise estatística comparativa dos resultados dos ensaios
segundo os métodos laboratoriais de determinação do potencial de expansão
utilizou a análise de variância, ANOVA. A metodologia detalhada desses testes
estatísticos pode ser encontrada em Montgomery (2001).
78
Para o melhor entendimento dos resultados da análise estatística realizada nesta
pesquisa, é feito a seguir um breve resumo sobre testes de hipótese e nível de
significância.
A hipótese estatística é uma afirmação ou suposição relativa a uma ou mais
populações ou aos parâmetros de um modelo. Esta afirmação pode ser ou não
verdadeira, entretanto a sua veracidade ou falsidade nunca é conhecida com
certeza, a menos que se examine toda a população (MORETTIN, 1981;
MIRSHAWKA, 1986; MONTGOMERY, 2001). Essa tarefa é usualmente impraticável
e por esse motivo, toma-se uma amostra aleatória da população de interesse.
Evidências serão tiradas da amostra que possibilitarão concluir que a hipótese
formulada deve ser rejeitada ou não rejeitada. Observa-se que a não rejeição de
uma hipótese estatística significa que não há evidência suficiente para rejeitá-la, e
não implicando, necessariamente, que ela é verdadeira (MIRSHAWKA, 1986;
GOMES, 1987; MONTGOMERY, 2001).
Ao se estabelecer uma regra de decisão que pode rejeitar ou não rejeitar a hipótese
nula (H0), ou determinar se a amostra observada difere de modo significativo dos
resultados esperados, essa regra de decisão pode ser chamada de teste de
hipótese ou teste de significância. Parte desse procedimento consiste em especificar
o conjunto de valores do teste de hipótese que levará a rejeição da hipótese nula.
Esse conjunto de valores é denominado região crítica ou região de rejeição do teste
(SPIEGEL, 1974; MORETTIN, 1981; MONTGOMERY, 2001; STEVENSON, 2001).
Ao tomar uma decisão a favor ou contra uma hipótese existem dois tipos de erros
que se pode cometer. Pode rejeitar a hipótese nula quando de fato ela é verdadeira
(erro tipo I, ou α) ou você pode falhar em rejeitar H0 quando de fato ela é falsa (erro
tipo II, ou β) (SPIEGEL, 1974; MORETTIN, 1981; MONTGOMERY, 2001;
STEVENSON, 2001; SHIMAKURA; 2002). Existe um balanço entre esses dois tipos
de erros, no sentido de que ao tentar-se minimizar a possibilidade de um tipo,
aumenta-se a probabilidade do outro. O poder de um teste é a probabilidade de
rejeitar a hipótese nula quando esta é de fato falsa. Isto é igual a “1 -
β
". Em geral,
quanto maior o tamanho da amostra, maior o poder do teste.
É desejável decidir sobre um tamanho de amostra conveniente antes de conduzir
um estudo de forma que o resultados do teste de hipótese terá poder suficiente para
79
responder a questão científica de interesse (SPIEGEL, 1974; MONTGOMERY,
2001; STEVENSON, 2001; SHIMAKURA, 2002). Para este estudo adotou-se um
nível de significância de 0,05 ou 5%, e o poder do teste de 80%.
Na apresentação dos resultados de um teste de hipótese, é feita a afirmação de que
a hipótese nula foi ou não rejeitada a um especificado nível de significância.
Entretanto, algumas vezes essa afirmação é insuficiente, pois não permite identificar
se o valor calculado no teste está próximo ou afastado da região de rejeição. Além
disso, apresentando os resultados somente dessa maneira, impõe-se um nível de
significância predefinido aos outros usuários da informação que pode ser não
satisfatório, pois algum usuário poderá não ficar confortável com os riscos
envolvidos pelo nível de significância de 5% (MONTGOMERY, 2001).
De modo a evitar essas dificuldades, o p-valor, que é a probabilidade de ocorrência
do valor observado do teste estatístico quando a hipótese nula é verdadeira, tem
sido extensamente adotado na prática. Assim, o p-valor contém muita informação
sobre o peso da evidência contra a hipótese nula, e o usuário da informação pode
chegar a uma conclusão para outro nível de significância especificado. Uma vez
conhecido o p-valor, o usuário da informação pode determinar o quão significante os
dados são, sem ter que analisar novamente todos os dados para outro nível de
significância. Na prática, o p-valor pode ser comparado com o nível de significância
do teste (α). Assim, se o p-valor do teste for menor ou igual a α, a hipótese nula será
rejeitada, e se o p-valor for maior que α, a hipótese nula não será rejeitada
(MONTGOMERY, 2001).
Quando acontece a rejeição da hipótese nula, e se deseja prosseguir a investigação,
é comum se utilizar um procedimento de comparação múltipla para investigar a
causa da rejeição (NIST/SEMATECH, 2005). O método de Tukey, com base na
amplitude total “estudentizada
8
”, é um dos métodos de comparação múltipla utilizado
para medidas repetidas para testar todas as possíveis diferenças pareadas das
médias, e determinar se ao menos uma diferença for significativamente diferente de
zero (MEMÓRIA, 2004; NIST/SEMATECH, 2005).
8
Termo estatístico derivado da expressão inglesa “studentized range”
80
3.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A caracterização química, física e ambiental das escórias de aciaria é importante
para se obter parâmetros que permitam efetuar comparações com materiais
convencionais, além de verificar o atendimento aos critérios estabelecidos pelos
órgãos competentes para sua aplicação em pavimentação.
Também é importante que seja feita a determinação do potencial expansivo das
escórias de aciaria, para verificar se esta já foi estabilizada, evitando problemas
ligados à sua má utilização.
Assim, utilizando as metodologias apresentadas nesse capítulo, as amostras
recebidas foram caracterizadas fisicamente e também foram realizados ensaios
segundo os três métodos laboratoriais de ensaio de determinação do potencial de
expansão avaliados neste trabalho, objetivando uma comparação entre os métodos
selecionados para a indicação de um método que seja mais adequado às escórias
de aciaria LD e EAF brasileiras.
Os resultados e as análises estatísticas serão apresentados no Capítulo 4 desta
dissertação.
CAPÍTULO 4
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
4.1 INTRODUÇÃO
Este capítulo tem por objetivo apresentar e analisar os resultados dos ensaios de
caracterização, compactação e de determinação do potencial de expansão
realizados nas amostras de escórias de aciaria estudadas.
Neste capítulo é também apresentada uma avaliação comparativa de três métodos
laboratoriais de determinação do potencial de expansão das escórias de aciaria. Os
métodos avaliados são o ASTM D 4792/00 (norma americana), JIS A 5015/92
(norma japonesa) e o DMA-1/DER-MG/92 (norma americana PTM130/78 adaptada e
adotada pelo DNIT).
No Quadro 4.1, é apresentado um resumo dos ensaios realizados e o quantitativo
desses ensaios para as amostras de escórias de aciaria LD e EAF estudadas. Além
disso, é apresentado o quantitativo total por ensaio na última coluna.
Quadro 4.1 Quantitativo dos ensaios realizados para as amostras das escórias de aciaria em
estudo
A - LD
B - LD
C - LD
D - LD
E - LD
F - LD
G - EAF
H - EAF
I - EAF
J - EAF
K - EAF
L - EAF
Análise química - ensaios 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12
Granulometria
por peneiramento
- ensaios 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 24
Material que passa
na peneira de 4,8 mm
ensaios 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Material retido
na peneira de 4,8 mm
ensaios 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
111111111111 12
(5) (5) (27) (6) (5) (16) (5) (12) (11) (11) (11) (12) (126)
PTM-130/78 ensaios 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 60
JIS A 5015/92 ensaios 5 5 5 5 5 5 30
ASTM D 4792/00 ensaios 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 60
Escórias de aciaria EAF
Compactação
Proctor normal
sem reuso
curvas
(determinações)
Escórias de aciaria LD
Expansão
Ensaio
Massa específica
dos sólidos
Quantitativo
120
UnidadeTipoNome
Total
por
ensaio
Amostras de escórias de aciaria
A primeira coluna do Quadro 4.1 especifica o nome do ensaio, a segunda coluna
especifica o tipo de ensaio quando esse possui mais de uma variação, a terceira
82
coluna especifica a unidade de medida do quantitativo de cada ensaio realizado, da
quarta à décima quinta coluna são apresentados os quantitativos de cada ensaio
para cada uma das amostras estudadas e na última coluna são apresentados os
quantitativos totais para cada ensaio. Observe que para os ensaios de compactação
são apresentados dois valores: um representa o número de curvas de compactação
realizadas para cada amostra; e o valor entre parênteses representa a soma do
número de determinações relativas a cada curva de compactação.
4.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
É importante se salientar que a heterogeneidade das escórias de aciaria, devido ao
processo de geração, impede que sejam feitas generalizações a respeito de seu
uso, necessitando que sempre sejam realizados estudos de caracterização das
escórias de aciaria antes da utilização desse material (MURPHY et al., 1997;
SBRIGHI e BATTAGIM, 2002; PENA, 2004). Por esta razão, este estudo refere-se
apenas às escórias de aciaria estudadas.
4.2.1 Angulosidade - análise visual
As amostras de escórias de aciaria estudadas foram classificadas em sua maioria
como angulosas, sendo que dentre as doze amostras estudadas, apenas três (duas
do tipo LD e uma do tipo EAF) foram consideradas sub-angulosas, conforme Quadro
4.2. Quando comparadas com materiais com grãos mais arredondados, as escórias
de aciaria com partículas angulosas tendem a apresentar um ângulo de atrito maior,
conferindo ao pavimento uma maior capacidade de suporte (CASTELLO, 1998).
Exemplos de partículas angulosas e sub-angulosas são mostrados na Figura 4.1 e
na Figura 4.2.
Quadro 4.2 Resultados de angulosidade das amostras de escórias de aciaria em estudo
Amostras Angulosidade
A - LD Angulosa
B - LD Sub-angulosa
C - LD Angulosa
D - LD Sub-angulosa
E - LD Angulosa
F - LD Angulosa
G - EAF Angulosa
H - EAF Angulosa
I - EAF Angulosa
J - EAF Sub-angulosa
K - EAF Angulosa
L - EAF Angulosa
83
(a) (b)
Figura 4.1 Exemplos de partículas (a) angulosas e (b) sub-angulosas das escórias de
aciaria do tipo LD estudadas (escala em milímetros)
(a) (b)
Figura 4.2 Exemplos de partículas (a) angulosas e (b) sub-angulosas das escórias de
aciaria do tipo EAF estudadas (escala em milímetros)
4.2.2 Granulometria por peneiramento
A curva granulométrica da amostra A – LD de escória de aciaria LD, apresentada na
Figura 4.3, pode ser enquadrada dentro da faixa A do DNIT, para bases granulares
segundo a norma ES 303/97 do DNIT. A amostra de escória de aciaria LD
denominada de A – LD neste trabalho apresenta concentração de pedregulhos
(57,32%), por esse motivo, na Figura 4.3, o trecho inicial da curva aparenta estar
fora da faixa A encontra-se, porém, coberto pela tolerância apresentada pela norma
ES 303/97 (± 7%) para as peneiras de maior abertura (50, 25 e 9,5 mm).
84
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
A - LD Faixa A DNIT
Figura 4.3 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria A - LD
A amostra de escória de aciaria LD denominada de B – LD obteve a curva
granulométrica representada na Figura 4.4, que se encontra dentro dos limites da
faixa D do DNIT. Como a amostra A – LD, a amostra B – LD apresenta um trecho
fora da faixa D, que também é coberto pela tolerância estabelecida (± 7%) pela
norma ES 303/97 do DNIT.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
B - LD Faixa D DNIT
Figura 4.4 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria B - LD
A amostra de escória de aciaria LD denominada de C – LD apresenta uma curva
pertencente à faixa C do DNIT, apesar de haver alguns pontos, na parte inicial da
curva, fora desta faixa, estes são cobertos pela tolerância estabelecida para esse
trecho (± 7%). A Figura 4.5 ilustra curva que representa a distribuição granulométrica
da amostra C – LD e seu enquadramento na faixa C da norma ES 303/97 do DNIT.
85
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
C - LD Faixa C DNIT
Figura 4.5 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria C - LD
A Figura 4.6 ilustra a curva da distribuição granulométrica da amostra de escória de
aciaria LD denominada de D – LD, que fica enquadrada dentro da faixa C
estabelecida pela norma ES 303/97 do DNIT (ES 303/97), coincidindo com o limite
superior apenas nos primeiros pontos (diâmetros de 37,5, 25 e 19 mm).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
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100
0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
D - LD Faixa C DNIT
Figura 4.6 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria D - LD
A curva granulométrica apresentada na Figura 4.7 representa a amostra de escória
de aciaria LD denominada de E – LD. Verifica-se que a curva fica dentro dos limites
para a faixa B estabelecida pela norma ES 303/97 do DNIT, fugindo apenas no
ponto da curva referente ao diâmetro de 37,5 mm, diferença coberta pela tolerância
para esse trecho da faixa (±7%).
86
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0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
E - LD Faixa B DNIT
Figura 4.7 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria E - LD
Na Figura 4.8 encontra-se representada a curva granulométrica da amostra de
escória de aciaria LD denominada de F – LD. Observa-se que a curva se localiza
dentro da faixa B estabelecida pela norma ES 303/97 do DNIT. Os primeiros pontos
da curva ficassem acima do limite superior da faixa do B, provavelmente devido à
concentração de pedregulhos (64,37%).
0
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0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
F - LD Faixa B DNIT
Figura 4.8 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria F - LD
A amostra de escória de aciaria EAF denominada de G – EAF, representada pela
curva da Figura 4.9, não se enquadra em nenhuma das faixas estabelecidas pela
norma ES 303/97, do DNIT, mesmo levando-se em conta as tolerâncias
estabelecidas. Observa-se que a amostra apresenta predominância de pedregulhos
(63,87%) e poucos finos (1,08%)
87
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0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
G - EAF
Figura 4.9 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria G - EAF
A distribuição granulométrica da amostra de escória de aciaria EAF denominada de
H – EAF, apresentada na Figura 4.10, não foi enquadrada dentro de nenhuma das
faixas estabelecidas pela norma ES 303/97 do DNIT.
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0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
H - EAF
Figura 4.10 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria H - EAF
A amostra de escória de aciaria EAF denominada de I – EAF, cuja curva
granulométrica é ilustrada na Figura 4.11, apresenta predominância de pedregulhos
(56,05%) e poucos finos (0,26%), e não foi enquadrada em nenhuma das faixas
estabelecidas pelo DNIT na norma ES 303/97.
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0,010,1110100
Diâm e t r os [m m ]
Porcentagem que passa [%]
I - EAF
Figura 4.11 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria I - EAF
A curva granulométrica da amostra de escória de aciaria EAF denominada de J –
EAF, representada na Figura 4.12, não pôde ser enquadrada nas faixas
estabelecidas pela norma ES 303/97 do DNIT. A distribuição granulométrica desta
amostra apresenta concentração de pedregulhos (76,68%) e poucos finos (0,19%).
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0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
J - EAF
Figura 4.12 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria J - EAF
Na Figura 4.13 está ilustrada a distribuição granulométrica da amostra de escória de
aciaria EAF denominada de K – EAF. Esta amostra apresenta concentração de
pedregulhos (62,99%) e poucos finos (0,65%), ocasionando que a amostra não
pudesse ser enquadrada nas faixas estabelecidas na norma ES 303/97 do DNIT.
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0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
K - EAF
Figura 4.13 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria K - EAF
A amostra de escória de aciaria EAF denominada de L – EAF apresenta
predominância de pedregulhos (58,31%). Entretanto, como ilustrado na Figura 4.14,
pôde ser enquadrada dentro da faixa A estabelecida pela norma ES 303/97 do DNIT.
0
10
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0,010,1110100
Diâmetros [mm]
Porcentagem que passa [%]
L - EAF Faixa A DNIT
Figura 4.14 Curva granulométrica da amostra de escória de aciaria L - EAF
O Quadro 4.3 e Quadro 4.4 apresentam os dados referentes a algumas
características granulométricas das amostras de escórias de aciaria LD e EAF
estudadas, respectivamente.
90
Quadro 4.3 Características granulométricas
9
das amostras de escórias de aciaria LD
estudadas
A - LD B - LD C - LD D - LD E - LD F - LD
D10 (diâmetro efetivo) [mm] 0,27 0,09 0,15 0,11 0,12 0,17
D30 [mm] 2,40 3,00 1,10 0,50 2,40 3,10
D60 [mm] 8,10 6,50 5,30 4,70 10,05 10,07
Cu 30,00 76,47 35,33 42,73 83,75 59,24
Cc 2,63 16,29 1,52 0,48 4,78 5,61
% de Pedregulho 57,32 45,23 43,71 40,29 61,45 64,37
% de Areia grossa 10,10 9,92 18,50 15,19 11,14 10,17
% de Areia média 13,27 13,75 14,84 17,60 7,87 9,32
% de Areia fina 10,66 22,54 17,09 20,26 12,72 11,78
% de Finos (<0,075 mm) 2,64 8,56 5,86 6,66 6,85 4,78
Amostras
Parâmetros
Quadro 4.4 Características granulométricas
9
das amostras de escórias de aciaria EAF
estudadas
G - EAF H - EAF I - EAF J - EAF K - EAF L - EAF
D10 (diâmetro efetivo) [mm] 1,70 0,38 1,90 2,80 1,60 0,20
D30 [mm] 2,90 2,70 3,40 5,80 3,80 3,00
D60 [mm] 8,00 4,50 5,10 10,00 7,50 10,05
Cu 4,71 11,84 2,68 3,57 4,69 50,25
Cc 0,62 4,26 1,19 1,20 1,20 4,48
% de Pedregulho 63,87 44,79 56,05 76,68 62,99 58,31
% de Areia grossa 24,17 21,57 32,62 17,67 22,89 11,74
% de Areia média 9,43 22,73 10,46 4,77 11,96 12,20
% de Areia fina 1,46 7,93 0,61 0,69 1,51 8,69
% de Finos (<0,075 mm) 1,08 2,98 0,26 0,19 0,65 2,76
Amostras
Parâmetros
Comparando as informações contidas no Quadro 4.3 (amostras de escórias de
aciaria LD) e Quadro 4.4 (amostras de escórias de aciaria EAF) pode ser dito que as
amostras de escórias de aciaria LD possuem a granulometria menos uniforme, e
com maior presença de grãos menores (areia fina e grãos menores que 0,075 mm),
enquanto as amostras de escórias de aciaria EAF apresentam maior concentração
de pedregulhos (grãos de 4,76 a 76,2 mm), pouca presença de finos (grãos menores
que 0,075 mm) e uma distribuição granulométrica mais uniforme.
9
D10, D30 e D60 = são os diâmetros no eixo das abscissas da curva granulométrica correspondente
a 10, 30 e 60% da massa total do eixo das ordenadas da curva granulométrica;
Cu = coeficiente de uniformidade, na realidade indica a desuniformidade, pois seu valor diminui ao ser
mais uniforme o material;
Cc = coeficiente de curvatura, mede a variação proporcional de partículas intermediárias entre os
diâmetros D10 e D60.
91
O Quadro 4.5 apresenta a classificação das amostras de escórias de aciaria
estudadas segundo o Sistema Unificado de Classificação (SUC) e o Highway and
Transportation Research Board (HRTB). As amostras estão identificadas na primeira
coluna e a correspondente classificação segundo o SUC e o HRTB estão na
segunda e terceira colunas respectivamente.
Quadro 4.5 Classificação das amostras de escórias de aciaria em estudo segundo os
sistemas SUC e HTRB
SUC HTRB
A - LD GW A - 1a
B - LD SP-SM A - 1a
C - LD SW-SM A - 1a
D - LD SP-SM A - 1a
E - LD GP-GM A - 1a
F - LD GP A - 1a
G - EAF GP A - 1a
H - EAF SP A - 1a
I - EAF GP A - 1a
J - EAF GP A - 1a
K - EAF GW A - 1a
L - EAF GP A - 1a
Classificações
Amostras
Nota-se que a maioria das amostras de escórias de aciaria LD estudadas foi
classificada segundo o SUC como GM ou SM, indicando uma presença maior de
finos nas amostras. As amostras de escórias de aciaria LD A – LD e F – LD foram
classificadas como GW e GP, respectivamente. As amostras de escórias de aciaria
EAF em estudo foram classificadas segundo o SUC quase na totalidade como
pedregulhos limpos ou com poucos finos (GW e GP), sendo que apenas a amostra
H – EAF foi classificada como areia uniforme (SP).
4.2.3 Limites de consistência
Todas as amostras de escórias de aciaria em estudo apresentaram características
não plásticas (NP), ou seja, trata-se de material não coesivo. Estes resultados estão
de acordo com os resultados apresentados, para uma escória de aciaria LD, por
Raposo (2005).
4.2.4 Massa específica dos sólidos
O Quadro 4.6 apresenta dados de massa específica dos grãos passados (δ) e
retidos (D
i
) na peneira de 4,8 mm das amostras de escórias de aciaria em estudo, e
também são apresentados os percentuais de material menor (M
1
) e maior (M
2
) que
92
4,8 mm e a e o valor médio da massa específica dos grãos, contendo frações
passadas e retidas na peneira de 4,8mm, denominado nesse trabalho de massa
específica dos sólidos (ρ
s
)
Quadro 4.6 Dados
10
para o cálculo da massa específica das amostras de escórias de aciaria
em estudo
Amostras
δ
[kg/m
3
]
D
i
[kg/m
3
]M
1
[%] M
2
[%]
ρ
s
[kg/m
3
]
A - LD 3239 3421 42,68 57,32 3343
B - LD 3241 3478 54,77 45,23 3348
C - LD 3552 3573 56,29 43,71 3561
D - LD 3576 3674 59,71 40,29 3616
E - LD 3116 3508 38,57 61,43 3357
F - LD 3590 3638 35,63 64,37 3621
G - EAF 3647 3576 36,13 63,87 3602
H - EAF 3653 3561 55,21 44,79 3612
I - EAF 3975 3915 43,95 56,05 3941
J - EAF 3648 3588 23,32 76,68 3602
K - EAF 3848 3813 37,01 62,99 3826
L - EAF 3554 3313 37,13 62,87 3403
No Quadro 4.6 observa-se que os valores de massa específica dos grãos retidos na
peneira de 4,8mm (D
i
) são superiores aos de massa específica dos grãos que
passam na peneira de 4,8mm (δ) para as amostras de escória de aciaria LD e para
amostras de escória de aciaria EAF acontece o contrário ou variação insignificante.
Raposo (2005) também observou essa diferença entre os valores de massa
específica entre as faixas granulométricas para uma escória de aciaria LD,
sugerindo que este fato pode ser devido à maior concentração de metais nas faixas
de maior granulometria. Pôde ser observado para ambos os tipos de amostras a
presença de metais nos grãos de escórias de aciaria, principalmente nas frações
maiores (Ver detalhe A, na Figura 4.15). Esta ocorrência é devida à heterogeneidade
10
δ = massa específica dos grãos de material que passam na peneira de 4,8 mm, determinada de
acordo com a NBR 6508, média de dez determinações
Di = massa específica dos grãos de pedregulho retidos na peneira de 4,8 mm, média de cinco
determinações
M
1
= % em massa, da fração da amostra que passa na peneira de 4,8 mm
M
2
= % em massa, da fração da amostra retida na peneira de 4,8 mm
ρs = massa específica dos grãos de material total contendo frações passada e retida na peneira de
4,8 mm (valores médios)
93
de constituição mineralógica, que não pode ser controlada no processo de
amostragem.
a b
Figura 4.15 Presença de metálicos em grãos das amostras de escórias de aciaria (a) LD e
(b) EAF
Com base nos resultados dos ensaios para determinação de massa específica dos
sólidos (ρ
s
), pode-se verificar uma variação de 3343 a 3941 kg/m³ nos resultados
obtidos para as amostras de escórias de aciaria estudadas. Comparando os valores
de massa específica dos sólidos (ρ
s
) das amostras de escórias de aciaria em estudo
com os valores exigidos pela especificação de escórias de aciaria para pavimentos
rodoviários, DNIT-EM 262/94, verifica-se que oito amostras de escórias de aciaria
(três LD, C – LD, D – LD e E – LD, e cinco EAF, G – EAF, H – EAF, I – EAF, J – EAF
e K – EAF) dentre as doze estudadas superam o limite estabelecido de 3000 a
3500 kg/m³.
Os elevados valores encontrados para massa específica dos sólidos das amostras
de escórias de aciaria deste estudo, acima de 3300 kg/m³, se comparados a valores
encontrados para materiais convencionais, em torno de 2700 kg/m³, têm influência
negativa no transporte, visto que há aumento do peso da carga transportada para
um mesmo volume. Entretanto, estes valores elevados tornam-se uma vantagem
quando se pretende um tipo de estabilização por ação da gravidade, como
confinamento e resistência à erosão por ação de água.
A
A
94
4.3 ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO
Para este estudo, os ensaios de compactação foram realizados primeiramente para
a obtenção da umidade ótima, necessária aos ensaios de expansão, e também para
caracterizar mecanicamente este material.
Os resultados dos ensaios de compactação, que utilizaram energia do Proctor
normal, foram agrupados de acordo com o valor de massa específica dos sólidos
das amostras (ρs), para a representação da curva de saturação correspondente.
As amostras A – LD, B – LD e E – LD têm seus resultados apresentados na Figura
4.16, onde é possível verificar que os valores de peso específico aparente seco
obtidos dentro de uma variação de 1 a 10% de umidade apresentam pequena
variação (de 20 a 25kN/m³). Fato que também pode ser observado para as amostras
C – LD (23 a 27kN/m³), D – LD e F – LD (23 a 27 kN/m³).
20
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Umidade [%]
Peso específico aparente seco [kN/m³]
A - LD
B - LD
E - LD
Curva de Saturação ρs=3,3
Figura 4.16 Resultados dos ensaios de compactação das amostras de escórias de aciaria
LD (A – LD, B – LD e E – LD – ρs=3,3)
95
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Umidade [%]
Peso específico aparente seco [kN/m³]
C - LD
Curva de Saturação ρs=3,5
Figura 4.17 Resultados dos ensaios de compactação da amostra de escórias de aciaria LD
(C – LD – ρs=3,5)
23
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Umidade [%]
Peso específico aparente seco [kN/m³]
D - LD
F - LD
Curva de Saturação ρs=3,6
Figura 4.18 Resultados dos ensaios de compactação das amostras de aciaria LD (D – LD e
F – LD – ρs=3,6)
Pode-se observar na Figura 4.16, Figura 4.17 e Figura 4.18 que as amostras de
escórias de aciaria LD estudadas não apresentaram curvas de compactação com o
formato aproximadamente parabólico das curvas, típico em solos argilosos. O
comportamento é característico de material granular, como é o caso das escórias de
aciaria. Portanto, não existe umidade ótima para este material.
As amostras de escórias de aciaria EAF estudadas têm seus resultados
representados na Figura 4.19 (G – EAF, H – EAF e J - EAF), Figura 4.20 (I – EAF e
96
K - EAF) e Figura 4.21 (L - EAF), e foram similares aos obtidos para as amostras de
escórias de aciaria LD, mostrando uma pequena variação nos valores de peso
específico aparente seco com a variação da umidade de compactação.
18
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02468101214161820
Umidade [%]
Peso específico aparente seco [kN/m³]
G - EAF
H - EAF
J - EAF
Curva de Saturação ρs=3,6
Figura 4.19 Resultados dos ensaios de compactação das amostras de escórias de aciaria
EAF (G – EAF, H – EAF e J – EAF – ρs=3,6)
20
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Umidade [%]
Peso específico aparente seco [kN/m³]
I - EAF
K - EAF
Curva de Saturação ρs=3,9
Figura 4.20 Resultados dos ensaios de compactação das amostras de escórias de aciaria
EAF (I – EAF e K – EAF – ρs=3,9)
97
19
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21
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24
0 2 4 6 8 101214161820
Umidade [%]
Peso específico aparente seco [kN/m³]
L - EAF
Curva de Saturação ρs=3,4
Figura 4.21 Resultados dos ensaios de compactação da amostra de escórias de aciaria EAF
(L – EAF – ρs=3,4)
Da mesma forma que para as escórias de aciaria LD, não se identificaram curvas de
compactação típicas para as escórias de aciaria EAF, e nem umidade ótima.
Estes resultados são semelhantes aos encontrados por Raposo (2005), para uma
escória de aciaria LD. A escória de aciaria estudada não apresentou curvas de
compactação típicas de solos argilosos de livros textos e teve um comportamento
semelhante ao de uma areia limpa, para a qual não se consegue definir um valor
para umidade ótima. Rohde (2002) apresenta os resultados de ensaios de
compactação para uma escória de aciaria EAF onde observou o mesmo
comportamento.
Tal comportamento pode ser justificado pelas características não plásticas das
escórias de aciaria estudadas e pela pequena quantidade de finos existente (<9%).
Sanchez-Leal (2002) observou que, para areias, quando os teores de finos são
menores que 15%, as curvas de compactação apresentam vários picos e os
parâmetros de compactação não ficam bem definidos.
4.4 DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE EXPANSÃO DAS ESCÓRIAS DE
ACIARIA EM ESTUDO
Os três métodos laboratoriais de determinação do potencial de expansão de
escórias de aciaria para uso em pavimentação selecionados na revisão bibliográfica
são: DMA-1/DER-MG/92, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00.
98
Os três métodos de ensaio laboratoriais selecionados na revisão bibliográfica são
conceitualmente semelhantes. Toma-se uma amostra de escória de aciaria,
compacta-se, e posteriormente esta é submetida a um acréscimo de temperatura,
usualmente por imersão em água aquecida (particularmente para um dos ensaios
utiliza-se também estufa) para acelerar as reações que de expansão. Entretanto,
apesar de semelhantes, as diferenças existentes entre os métodos de ensaio, tais
como granulometria específica, energia de compactação, tempo de ensaio,
temperatura de aquecimento, procedimento de aquecimento, podem gerar
diferenças nos resultados.
Assim, na primeira etapa de determinação do potencial de expansão das escórias de
aciaria, como número mínimo de determinações estatisticamente definido, foram
realizados ensaios de expansão segundo os métodos em estudo, e os resultados
obtidos foram utilizados para uma avaliação comparativa entre os métodos,
resultando na indicação de um dos métodos como o melhor dentre os três
estudados. Na segunda etapa, o método para a determinação do potencial de
expansão indicado na primeira etapa foi utilizado para ensaiar as demais amostras
de escórias de aciaria estudadas. A Figura 4.22 mostra um fluxograma que ilustra o
processo de avaliação dos métodos selecionados.
Figura 4.22 Fluxograma das etapas de avaliação dos métodos
99
4.4.1 Avaliação dos métodos (1ª etapa)
Num material heterogêneo como as escórias de aciaria a primeira preocupação que
ocorre é que o número de amostras e de ensaios seja estatisticamente
representativo do todo que se está analisando. Como nos métodos de ensaios e
especificações de escórias de aciaria não se estabelecem critérios com tal fim, tais
critérios foram buscados nos conceitos da Estatística. Assim, com base em
Estatística, foram realizados ensaios piloto preliminares de onde se obteve o desvio-
padrão dos resultados de ensaio. Foi calculado o número mínimo de determinações
a ser realizado para cada método (conforme visto no item 3.6).
Em seguida foram realizados os ensaios segundo os três métodos, ASTM D
4792/00, JIS A 5015/92 e DMA-1/DER-MG/92, e, posteriormente, os resultados de
cada método foram submetidos à análise estatística. O Quadro 4.7 apresenta as
principais características de cada método selecionado para determinação do
potencial de expansão das escórias de aciaria.
Quadro 4.7 Métodos de determinação do potencial de expansão das escórias de aciaria
utilizados na avaliação experimental
PTM 130 JIS A 5015/92 ASTM D 4792/00
Origem Brasil (
DMA-1/DER-MG/92
) Japão EUA / Canadá
Compactação
Energia Proctor Normal Proctor Modificado Proctor Normal
Granulometria original especificada original
Imersão
Período 07 dias 10 dias 07 dias
Temperatura 71±3ºC 80±3ºC 70±3ºC
Estufa
Período 07 dias - -
Temperatura 71±3ºC - -
Limite estabelecido 3% (14 dias) 2% (10 dias) 0,5% (07 dias)
Métodos
Etapas
4.4.1.1 Métodos laboratoriais de ensaios de determinação do potencial de expansão
de escórias de aciaria em estudo
4.4.1.1.1 Método DMA-1/DER-MG/92
Os ensaios segundo o método DMA-1/DER-MG/92 utilizam corpos-de-prova
cilíndricos compactados (energia do Proctor normal), submetidos à temperatura de
71 ± 3ºC durante um período total de quatorze dias (sendo os sete primeiros em
imersão em água aquecida e os sete seguintes em estufa). Os resultados dos
100
ensaios segundo o método DMA-1/DER-MG/92 estão apresentados primeiramente
para as amostras de escórias de aciaria LD (Figura 4.23 a Figura 4.27) e em seguida
para as amostras de aciaria EAF (Figura 4.28).
Alguns resultados obtidos para a amostra A – LD ficaram acima do limite
estabelecido segundo a norma EM 262/94 do DNIT já no terceiro dia (A-LD 1 e A-LD
5 na Figura 4.23), e na décimo quarto dia, todos os resultados do ensaio, estavam
superiores ao limite (3%).
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
A-LD 1 A-LD 2 A-LD 3
A-LD 4 A-LD 5 MÉDIA
Figura 4.23 Resultados da expansão acumulada da amostra A – LD segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
A amostra B – LD apresentou apenas um corpo-de-prova com expansão acumulada
acima do limite estabelecido pela EM 262/94 (B-LD 1 na Figura 4.24), o que fez com
que a média dos resultados desta amostra ficasse próxima ao limite. Entretanto,
segundo critério proposto por Raposo (2005), todos os corpos-de-prova submetidos
ao ensaio DMA-1/DER-MG/92 devem apresentar resultado de expansão inferior ao
limite estabelecido.
101
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
B-LD 1 B-LD 2 B-LD 3
B-LD 4 B-LD 5 MÉDIA
Figura 4.24 Resultados da expansão acumulada da amostra B – LD segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
A Figura 4.25 mostra os resultados obtidos pela amostra C – LD, podendo ser
observado que apenas o corpo-de-prova C-LD 4 passou o limite de 3,0%, a partir do
sexto dia.
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
C-LD 1 C-LD 2 C-LD 3
C-LD 4 C-LD 5 MÉDIA
Figura 4.25 Resultados da expansão acumulada da amostra C – LD segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
O ensaio segundo o método DMA-1/DER-MG/92 da amostra D – LD obteve os
resultados (Figura 4.26) das cinco determinações acima do limite de 3%
estabelecido pela norma EM 262/94.
102
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
D-LD 1 D-LD 2 D-LD 3
D-LD 4 D-LD 5 MÉDIA
Figura 4.26 Resultados da expansão acumulada da amostra D – LD segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
Os valores obtidos para as cinco determinações da amostra F – LD (Figura 4.27)
superaram o limite de 3%, estabelecido pela norma EM 262/94 do DNIT.
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
F-LD 1 F-LD 2
F-LD 3 F-LD 4
F-LD 5 MÉDIA
Figura 4.27 Resultados da expansão acumulada da amostra F – LD segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
A amostra K – EAF (Figura 4.28) apresentou uma expansão acumulada em torno de
0,3% na primeira leitura, e daí para frente apresentou estabilização da expansão,
sendo que ao final dos quatorze dias, os resultados das determinações ficaram
abaixo de 0,4% (abaixo do limite de 3% da norma EM 262/94 do DNIT)
103
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
K-EAF 1 K-EAF 2 K-EAF 3
K-EAF 4 K-EAF 5 MÉDIA
Figura 4.28 Resultados da expansão acumulada da amostra K – EAF segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
4.4.1.1.2 Método JIS A 5015/92
O método JIS A 5015/92 prescreve uma granulometria padronizada (Quadro 2.18)
para a amostra. A amostra preparada nessa granulometria então é compactada
(energia do Proctor modificado), a seguir é imersa em um banho-térmico, e daí
submetida a ciclos diários de aquecimento, que duram seis horas à temperatura de
80 ± 3ºC, por um período total de dez dias.
As granulometrias das amostras submetidas a este método tiveram de ser
adequadas ao padrão estabelecido. Para isso, principalmente para as amostras de
escórias de aciaria EAF, que possuem poucos finos, algumas faixas granulométricas
tiveram de ser produzidas por moagem de grãos maiores. Essa prática é
questionável, uma vez que a moagem das escórias pode expor componentes
expansivos que estavam oclusos, e, por conseguinte, gerar uma expansão no
ensaio que não corresponde à da amostra em seu estado natural.
Os corpos-de-prova ensaiados da amostra de escória de aciaria A – LD (Figura
4.29) apresentaram valores de expansão acumulada superiores ao limite (aos 10
dias) estabelecido pela norma JIS A 5015/92 (exceto pelo corpo-de-prova A-LD 3).
104
Limite JIS A 5015/92
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
01234567891011
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
A-LD 1 A-LD 2
A-LD 3 A-LD 4
A-LD 5 MÉDIA
Figura 4.29 Resultados da expansão acumulada da amostra A – LD segundo o método
JIS A 5015/92
A amostra B – LD (Figura 4.30) obteve valores de expansão acumulada ligeiramente
superiores ao limite estabelecido (JIS A 5015/92) nos corpos-de-prova B-LD 1 e B-
LD 5 a partir da sétima leitura.
Limite JIS A 5015/92
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
01234567891011
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
B-LD 1 B-LD 2
B-LD 3 B-LD 4
B-LD 5 MÉDIA
Figura 4.30 Resultados da expansão acumulada da amostra B – LD segundo o método
JIS A 5015/92
A Figura 4.31 mostra a evolução da expansão acumulada dos corpos-de-prova da
amostra C – LD, que superou o limite de 2% estabelecido pela norma JIS A 5015/92.
105
Limite JIS A 5015/92
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
01234567891011
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
C-LD 1 C-LD 2
C-LD 3 C-LD 4
C-LD 5 MÉDI
A
Figura 4.31 Resultados da expansão acumulada da amostra C – LD segundo o método
JIS A 5015/92
O ensaio segundo a norma JIS A 5015/92 da amostra D – LD está representada na
Figura 4.32, onde pode ser visto que todos os corpos-de-prova superaram a
expansão acumulada limite (2%).
Limite JIS A 5015/92
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
01234567891011
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%
]
D-LD 1 D-LD 2 D-LD 3
D-LD 4 D-LD 5 M
É
DI
A
Figura 4.32 Resultados da expansão acumulada da amostra D – LD segundo o método
JIS A 5015/92
Os resultados de expansão acumulada da amostra F – LD superaram o valor limite
de 2%. Nota-se da Figura 4.33 que todas as determinações têm valores superiores a
este limite.
106
Limite JIS A 5015/92
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
01234567891011
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
F-LD 1 F-LD 2 F-LD 3
F-LD 4 F-LD 5 MÉDIA
Figura 4.33 Resultados da expansão acumulada da amostra F – LD segundo o método
JIS A 5015/92
A amostra K – EAF (Figura 4.34) apresentou valores abaixo de 0,5% de expansão
acumulada. Isso representa que o potencial de expansão da amostra está dentro
dos limites impostos pela norma JIS A 5015/92.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
01234567891011
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
K-EAF 1 K-EAF 2 K-EAF 3
K-EAF 4 K-EAF 5 MÉDIA
Figura 4.34 Resultados da expansão acumulada da amostra K – EAF segundo o método
JIS A 5015/92
4.4.1.1.3 Método ASTM D 4792/00
O método ASTM D 4792/00 é uma simplificação do procedimento adotado para o
ensaio DMA-1/DER-MG/92, representando apenas a primeira etapa (imersão em
água a 70 ± 3°C por sete dias) do teste a uma temperatura levemente inferior.
Entretanto, a norma indica um valor de limite de 0,5% de expansão aos sete dias,
107
valor bastante restritivo, que, praticamente inviabiliza o uso de escórias de aciaria
LD (que apresentam usualmente valores de expansão acumulada acima de 1%).
A amostra A – LD (Figura 4.35), desde a primeira leitura já mostrou valores acima do
limite especificado. O resultado final da amostra foi em torno de 3,5%.
Limite ASTM D
4792/00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
012345678
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
A-LD 1 A-LD 2
A-LD 3 A-LD 4
A-LD 5 MÉDIA
Figura 4.35 Resultados da expansão acumulada da amostra A – LD segundo o método
ASTM D 4792/00
A Figura 4.36 mostra que a amostra B – LD obteve valores de expansão acumulada
superiores ao limite desde a primeira leitura, e o resultado final, aos sete dias, foi
cerca de cinco vezes maior que o limite estabelecido, de 0,5%.
Limite ASTM D
4792/00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
012345678
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
B-LD 1 B-LD 2
B-LD 3 B-LD 4
B-LD 5 MÉDI
A
Figura 4.36 Resultados da expansão acumulada da amostra B – LD segundo o método
ASTM D 4792/00
108
Os resultados aos sete dias da amostra C – LD, apresentados na Figura 4.37, são
superiores ao limite da norma ASTM D 4792/00, que foi superado já na segunda
leitura por todos os corpos-de-prova.
Limite ASTM D
4792/00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
012345678
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
C-LD 1 C-LD 2
C-LD 3 C-LD 4
C-LD 5 MÉDIA
Figura 4.37 Resultados da expansão acumulada da amostra C – LD segundo o método
ASTM D 4792/00
A Figura 4.38 mostra que a expansibilidade acumulada da amostra D – LD superou
o limite de 0,5% já na segunda leitura, mostrando um potencial expansivo que
impede sua utilização segundo a norma ASTM D 4792/00.
Limite ASTM D
4792/00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
012345678
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
D-LD 1 D-LD 2 D-LD 3
D-LD 4 D-LD 5 MÉDIA
Figura 4.38 Resultados da expansão acumulada da amostra D – LD segundo o método
ASTM D 4792/00
A média dos resultados obtidos para a amostra F – LD (Figura 4.39) ficou em torno
de 4,0% aos sete dias (resultado final do ensaio).
109
Limite ASTM D
4792/00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
012345678
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
F-LD 1 F-LD 2
F-LD 3 F-LD 4
F-LD 5 MÉDIA
Figura 4.39 Resultados da expansão acumulada da amostra F – LD segundo o método
ASTM D 4792/00
A expansibilidade acumulada da amostra K – EAF (Figura 4.40) ficou abaixo do
limite estabelecido, atingindo valores em torno de 0,3%.
Limite ASTM D
4792/00
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
012345678
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
K-EAF 1 K-EAF 2 K-EAF 3
K-EAF 4 K-EAF 5 MÉDIA
Figura 4.40 Resultados da expansão acumulada da amostra K – EAF segundo o método
ASTM D 4792/00
4.4.2 Análise do procedimento de ensaio dos métodos selecionados
A preparação da amostra visa colocá-la nas condições adequadas para a realização
do ensaio. Os métodos selecionados apresentam etapas de preparação de amostra
semelhantes. Nos métodos DMA-1/DER-MG/92 e ASTM D 4792/00, a granulometria
da amostra ensaiada é verificada, e se esta apresentar mais de 10% de material
acima da peneira de abertura 19 mm, esse material é substituído por uma mesma
110
quantidade da amostra de escória de aciaria que passe na peneira de abertura
19 mm e fique retida na peneira de abertura 4,8 mm. Esse procedimento é padrão
para ensaios de compactação de mecânica dos solos (NBR 7182/86). Entretanto, o
método JIS A 5015/92 estabelece a granulometria especificada no Quadro 2.18 para
a realização do ensaio, o que exige mais que uma substituição na granulometria, e
em algumas vezes, exige o processamento (moagem, por exemplo) do material para
obter-se a granulometria especificada no método.
Após a preparação da amostra, é feita a compactação dos corpos-de-prova. Neste
processo, os métodos diferem quanto à energia de compactação, sendo que os
métodos DMA-1/DER-MG/92 e ASTM D 4792/00 utilizam a energia do Proctor
padrão (600 kJ/m³), enquanto o JIS A 5015/92 utiliza a energia do Proctor
modificado (2700 kJ/m³). O molde cilíndrico é virado para a colocação do aparato
para acompanhamento da expansão, constituído por sobrecarga, prato perfurado e
relógio comparador (colocado sobre o molde em um tripé). A expansão da escória
de aciaria ensaiada é determinada a partir das leituras dos deslocamentos verticais.
Estando a amostra compactada e instrumentada para acompanhamento da
expansão vertical, os corpos-de-prova são colocados em imersão em água
aquecida. A imersão tem a função de acelerar as reações que ocorrem nas escórias
de aciaria e que levam à sua expansão. Os métodos diferem nessa etapa em
questão do tempo e temperatura de imersão. O método JIS A 5015/94, além de um
valor de temperatura cerca de 10ºC mais alto que o dos demais ensaios (80ºC),
utiliza períodos diários de 6 horas de aquecimento, enquanto os outros dois métodos
utilizam imersão ininterrupta durante todo o período de ensaio, e temperaturas em
torno de 70ºC (71 ± 3ºC para o DMA-1/DER-MG/92 e 70. ± 3ºC para o
ASTM D 4792/00). Raposo (2005) verificou a influência da temperatura nos
resultados de expansão de uma escória de aciaria LD para o DMA-1/DER-MG/92,
sendo que o reflexo do aumento da temperatura é observado no aumento
significativo da expansão dos corpos-de-prova.
Dentre os métodos selecionados, o método DMA-1/DER-MG/92 é o único a colocar
as amostras de escórias de aciaria em estufa, na temperatura de ensaio (71±3ºC),
por um período de 7 dias (50% do tempo total de ensaio), fazendo ainda a ressalva
para que seja mantida sua saturação. Nessa etapa ainda se observa uma expansão
das escórias de aciaria (principalmente nas escórias do tipo LD), mas já bem menor
111
do que a expansão indicada nas leituras iniciais (em imersão), como pôde ser
verificado na análise estatística dos resultados (teste de Tukey para medidas
repetidas) apresentada no item 4.4.3
4.4.3 Comparação estatística dos métodos
Entre os resultados obtidos (apresentados no item 4.4.1.1) para as amostras de
escórias de aciaria LD (A – LD, B – LD, C – LD, D – LD e F - LD) e para a amostra
de escórias de aciaria EAF (K – EAF), foi feita uma comparação utilizando o método
estatístico de análise de variância (ou ANOVA). Para os testes adotou-se um nível
de significância (α) de 5%. Também foi feito o cálculo do coeficiente de variação,
que é o resultado do valor desvio-padrão dividido pelo valor da média, em
porcentagem. O resultado dessa operação indica se um ensaio tem variação maior
ou menor em comparação a outro.
O resultado da avaliação estatística dos resultados para 25 determinações dos
ensaios de expansão para as amostras de escórias de aciaria do tipo LD estudadas
está apresentado na Tabela 4.1 e o resultado para cinco determinações de escórias
de aciaria do tipo EAF está apresentado na Tabela 4.2
Tabela 4.1 Resultado da análise estatística dos resultados dos ensaios de expansão para
amostras de escórias de aciaria do tipo LD
ANOVA
ASTM D
4792/00
JIS A
5015/92
PTM 130/78 p-valor
N (número de
determinações)
25 25 25
Mínima [%] 1,705 1,845 1,827
Máxima [%] 4,990 4,770 5,280
Média [%] 3,220 3,252 3,469
Desvio-padrão [%] 0,788 0,816 0,754
Coeficiente de
variação [%]
24,464 25,099 21,732
Expansibilidade
Métodos
0,480
Para as escórias de aciaria do tipo LD, o teste de ANOVA mostra que as médias dos
resultados não apresentam diferenças estatisticamente significantes, (p-valor =
0,480 > 0,05). A única afirmação que pode ser feita é que o método DMA-1/DER-
MG/92 apresentou o menor coeficiente de variação (21,732%), apesar de os valores
encontrados para os três métodos serem próximos.
112
Tabela 4.2 Resultado da análise estatística dos resultados dos ensaios de expansão para
amostras de escórias de aciaria do tipo EAF
ANOVA
ASTM D
4792/00
JIS A
5015/92
PTM 130/78 p-valor
N (número de
determinações)
555
Mínima [%] 0,000 0,000 0,253
Máxima [%] 0,018 0,288 0,350
Média [%] 0,005 0,182 0,294
Desvio-padrão [%] 0,008 0,116 0,039
Coeficiente de
variação [%]
149,250 63,747 13,425
Expansibilidade
Métodos
0,000
O teste de ANOVA para os resultados das escórias de aciaria do tipo EAF indica que
há diferença entre as médias dos resultados (p-valor = 0,00 < 0,05), e o método que
apresentou o menor valor para o coeficiente de variação foi o DMA-1/DER-MG/92
(13,425), corroborando o resultado obtido para as amostras de escórias de aciaria
do tipo LD, e indicando que este método é o que apresenta menor variabilidade de
resultados. Observa-se uma diferença significativa nos valores obtidos para os
coeficientes de variação de cada um dos métodos para as amostras de escórias de
aciaria do tipo EAF, sendo que o coeficiente de variação para o método
ASTM D 4792/00 foi 2,34 vezes maior que o obtido para o método JIS A 5015/92,
que, por sua vez, foi 4,75 vezes maior que o coeficiente de variação do método
DMA-1/DER-MG/92.
Verifica-se que o ensaio DMA-1/DER-MG/92 apresentou menor variabilidade dentre
os métodos utilizados, sendo o indicado através das analises estatísticas para a
determinação do potencial de expansão das amostras de escórias de aciaria em
estudo.
Com o objetivo de verificar o comportamento dos resultados ao longo do tempo
(Figura 4.41), foi realizado o teste de Tukey para medidas repetidas com os
resultados do ensaio DMA-1/DER-MG/92 para as amostras do tipo LD (maior
número de determinações). O teste de Tukey faz comparações pareadas entre as
médias das leituras, verificando se existe diferença entre elas (MEMÓRIA, 2004;
NIST/SEMATECH, 2005). Os resultados do teste de Tukey são apresentados na
Tabela 4.3, onde observa-se que os resultados obtidos a partir da 7ª leitura não
apresentam diferenças estatisticamente significantes (p-valor > 0,05, marcados em
cinza), o que sugere que a etapa de estufa (posterior à 7ª leitura) não exerce grande
113
influência no resultado final do ensaio segundo o método DMA-1/DER-MG/92 para
as escórias de aciaria do tipo LD.
Figura 4.41 Comportamento expansivo ao longo do tempo das escórias de aciaria do tipo
LD estudadas segundo o método DMA-1/DER-MG/92
Tabela 4.3 Resultado do teste de Tukey com os resultados dos ensaios de expansão das
escórias de aciaria do tipo LD segundo o método DMA-1/DER-MG/92
Tempo
[dias]
1234567891011121314
1
2 0,0000
3 0,0000 0,0000
4 0,0000 0,0000 0,0001
5 0,0000 0,0000 0,0000 0,0060
6 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000
0,1275
7 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0019
0,3957
8 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0005
0,2106 0,9771
9 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0002
0,1386 0,9436 1,0000
10 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0001
0,0935 0,8951 1,0000 1,0000
11 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0001 0,0463
0,7735 0,9999 1,0000 1,0000
12 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0270
0,6617 0,9996 1,0000 1,0000 1,0000
13 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0139
0,5220 0,9973 0,9999 1,0000 1,0000 1,0000
14 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0077
0,4073 0,9907 0,9994 0,9999 1,0000 1,0000 1,0000
Estes resultados podem indicar uma redução no tempo de ensaio, uma vez que não
há variação estatisticamente significante nos resultados após o sétimo, entretanto, é
importante ressaltar que esta redução implica numa reavaliação do valor adotado
como limite. É interessante que o estabelecimento desse valor leve tenha correlação
com os valores de expansão obtidos em campo (situação de utilização do material).
4.4.4 Resultado da avaliação dos métodos
Os métodos foram avaliados com base numa comparação estatística dos resultados
(ANOVA e coeficiente de variação) e numa comparação dos procedimentos
estabelecidos pelas respectivas normas para a realização dos mesmos.
A análise estatística mostrou que para as amostras de escórias de aciaria EAF, os
ensaios apresentaram resultados diferentes (p-valor < 0,05) e o coeficiente de
114
variação indica que o método DMA-1/DER-MG/92 foi o que obteve menor variação
entre os resultados (coeficiente de variação = 13,425%). Para as amostras de
escórias de aciaria LD, a avaliação estatística dos resultados não encontrou
diferenças estatisticamente significantes
11
(p-valor >0,05), e os valores do
coeficiente de variação obtido para os três métodos foram bem próximos, sendo que
o que apresentou o menor valor foi o do método PT 130/78 (coeficiente de variação
= 21,732%).
Além de procedimento similar ao método ASTM D 4792/00, o método DMA-1/DER-
MG/92 apresenta um limite de expansão de 3% é mais tolerante (DNIT - EM 262/94),
o que permite uma maior utilização de escórias de aciaria LD. Entretanto é
necessária uma melhor investigação do limite estabelecido neste ensaio através de
observações de comportamento de pavimentos no campo. Uma consideração
adicional é que, segundo os resultados do teste de Tukey (Tabela 4.3) para as
escórias do tipo LD, a expansão acumulada não apresenta acréscimo de valores
estatisticamente significante a partir da sétima leitura. Isto valida uma investigação
visando eliminar a etapa de expansão em estufa.
Portanto, o método DMA-1/DER-MG/92 foi o que se apresentou como melhor opção
dentre os métodos estudados, sendo indicado para a determinação do potencial de
expansão de escórias LD e EAF brasileiras, e foi o método utilizado para os ensaios
com as demais amostras em estudo.
4.5 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE
EXPANSÃO SEGUNDO O MÉTODO DMA-1/DER-MG/92 PARA AS DEMAIS
AMOSTRAS ESTUDADAS (2ª ETAPA)
Os resultados do método de ensaio DMA-1/DER-MG/92 para as cinco
determinações realizadas para a amostra E – LD (Figura 4.42) resultaram em
valores de expansão acumulada superiores ao limite da norma EM 262/94 (3% aos
14 dias), comportamento que pôde ser observado desde a terceira leitura no corpo-
de-prova E - LD 4.
11
É importante lembrar que isso não quer dizer que os resultados sejam iguais (ver item 3.7).
115
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão Acumulada [%]
E-LD 1 E-LD 2 E-LD 3
E-LD 4 E-LD 5 MÉDIA
Figura 4.42 Resultados da expansão acumulada da amostra E – LD segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
Os resultados das cinco determinações feitas para a amostra de escória de aciaria
G – EAF (Figura 4.43) ficaram abaixo de 0,3%, indicando que o potencial de
expansão dessa escória está bem abaixo do limite da norma EM 262/94.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão Acumulada [%]
G-EAF 1 G-EAF 2
G-EAF 3 G-EAF 4
G-EAF 5 MÉDI
A
Figura 4.43 Resultados da expansão acumulada da amostra G – EAF segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
A amostra H – EAF obteve resultados de expansão acumulada abaixo dos 0,3%,
valor muito inferior ao limite de 3% (aos 14 dias) estabelecido na norma EM 262/94
do DNIT.
116
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tempo [dias]
Expansão Acumulada [%]
H-EAF 1 H-EAF 2 H-EAF 3
H-EAF 4 H-EAF 5 MÉDIA
Figura 4.44 Resultados da expansão acumulada da amostra H – EAF segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
Os valores de expansão acumulada para os corpos-de-prova da amostra I – EAF
ficaram abaixo de 0,2%. Este resultado permite afirmar que essa amostra, no que
diz respeito ao seu potencial de expansão, está de acordo com os limites
estabelecidos pelo DNIT (EM 262/94).
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão Acumulada [%]
I-EAF 1 I-EAF 2 I-EAF 3
I-EAF 4 I-EAF 5 MÉDIA
Figura 4.45 Resultados da expansão acumulada da amostra I – EAF segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
Os resultados dos ensaios segundo o método DMA-1/DER-MG/92 para as amostras
J – EAF e L – EAF estão representados na Figura 4.46 e na Figura 4.47. Por
problemas apresentados no equipamento de ensaio (estufa), foi necessário
interromper o ensaio após a 11ª leitura. Entretanto, como verificado pela análise
117
estatística, os valores de expansão observados após a 7ª leitura não apresentam
diferenças estatisticamente significantes, o que permite afirmar que a expansão
destas amostras não ficaria acima do limite da norma EM 262/94 do DNIT (3% aos
14 dias).
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão Acumulada [%]
J-EAF 1 J-EAF 2 J-EAF 3
J-EAF 4 J-EAF 5 MÉDIA
Figura 4.46 Resultados da expansão acumulada da amostra J – EAF segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tempo [dias]
Expansão Acumulada [%]
L-EAF 1 L-EAF 2 L-EAF 3
L-EAF 4 L-EAF 5 MÉDIA
Figura 4.47 Resultados da expansão acumulada da amostra L – EAF segundo o método
DMA-1/DER-MG/92
Nota-se que para as amostras de escórias de aciaria LD estudadas os resultados de
expansão se apresentaram superiores aos encontrados para as amostras de
escórias de aciaria EAF, em todos os métodos avaliados. Este resultado vai ao
encontro aos dados encontrados na bibliografia consultada (MOTZ e GEISELER,
118
2001; PENA, 2004) e pode ser explicado pelas maiores concentrações de óxido de
cálcio nas amostras de escórias de aciaria LD, como é mostrado no (Quadro 2.11).
4.6 OBSERVAÇÕES SOBRE O MÉTODO DE ENSAIO DMA-1/DER-MG/92
4.6.1 Procedimento
O objetivo do método de ensaio DMA-1/DER-MG/92, para a determinação do
potencial de expansão é observar o comportamento expansivo das escórias de
aciaria em um período reduzido de tempo (quatorze dias), acelerando as reações
responsáveis pela expansão (principalmente de hidratação dos óxidos de cálcio e de
magnésio), que normalmente ocorreriam em um prazo de meses e até anos. O
ensaio possui duas etapas principais distintas; compactação e expansão.
A etapa de compactação visa colocar as escórias de aciaria em condições similares
àquelas de camadas granulares de pavimentos, e de acordo com os resultados
encontrados por Raposo (2005), a umidade de compactação não apresenta
influência na expansão das escórias de aciaria quando ensaiadas segundo o DMA-
1/DER-MG/92. Por este motivo e para padronizar o procedimento de ensaio, adota-
se a umidade da amostra seca ao ar para a compactação. Portanto, a amostra deve
ser colocada sobre uma superfície isenta de contaminações e protegida das
intempéries para ser seca ao ar, por um período mínimo de 24 horas.
O cilindro metálico impede a expansão horizontal da amostra de escória de aciaria,
permitindo somente a expansão vertical, que é acompanhada utilizando-se um
relógio comparador (extensômetro), colocado no topo do corpo-de-prova (Figura
4.48). Os moldes cilíndricos utilizados para a compactação devem estar limpos, e
com as paredes internas lubrificadas.
119
Figura 4.48 Aparato para medição da expansão vertical instalado sobre corpo-de-prova
Para a colocação do relógio comparador, faz-se necessário que o corpo-de-prova
seja virado de ponta-cabeça e que seja retirado o disco espaçador utilizado para a
moldagem da amostra. O fato de as escórias de aciaria não apresentarem coesão
torna esta operação de retirada do disco espaçador mais complicada, ocorrendo
algumas vezes a deformação (destruição) do corpo-de-prova. Para evitar isto, no
Laboratório de Mecânica dos Solos da UFES, foi feita uma adaptação no disco
espaçador utilizado para a compactação. Em uma das faces do disco foi feito um
furo rosqueado, onde se rosqueia um “pegador” e por ele se saca o disco (Figura
4.49). Dessa maneira, o corpo-de-prova é mantido sem danos, e o disco retirado,
permitindo a colocação do prato perfurado, da sobrecarga e do extensômetro, para o
acompanhamento das expansões verticais.
Figura 4.49 Adaptação feita no disco espaçador para facilitar a sua retirada do cilíndro
120
A partir da experiência obtida com os ensaios segundo o método DMA-1/DER-
MG/92, elaborou-se uma metodologia mais detalhada, que está apresentada no
APÊNDICE.
4.6.2 Equipamentos
Grande parte dos equipamentos utilizados para o ensaio de expansão segundo o
método DMA-1/DER-MG/92 são normalmente utilizados em ensaios de
compactação e determinação do índice de suporte Califórnia (CBR). Dentre estes
equipamentos os cilindros merecem os maiores cuidados pois o ambiente de
imersão promove uma oxidação acelerada (Figura 4.50), danificando-os e
diminuindo sua vida útil. Para reduzir esse efeito, é importante que após os ensaios
os cilindros sejam bem limpos e que neles seja aplicado anti-corrosivo. Pode-se
também fazer opção por utilizar cilindros confeccionados em aço inoxidável.
Figura 4.50 Corrosão no molde cilíndrico de ferro galvanizado
Equipamentos como a estufa (Figura 4.51) e banho-térmico (Figura 4.56), nas
configurações necessárias a este ensaio, não são comuns num Laboratório de
Mecânica dos Solos, já que exigem que algumas características especiais sejam
satisfeitas.
É necessário que a estufa tenha dimensões internas que permitam colocar uma
quantidade razoável de corpos-de-prova (no mínimo cinco) em seu interior. Por esse
motivo, é necessário também que haja circulação forçada de ar dentro da estufa,
para promover a homogeneidade da temperatura interna. O controle de temperatura
deve ser acurado pois a faixa de variação permitida pelo método é pequena (± 3ºC)
121
e o equipamento deve ser resistente, para operar por longos períodos (mínimo de
sete dias ininterruptos). Tais estufas são encontradas no mercado para pronta
entrega.
(a) (b)
Figura 4.51 Estufa utilizada para o ensaio de determinação do potencial de expansão de
escórias de aciaria – (a) visão externa e (b) visão interna
Diferente da estufa, não foi encontrado no mercado um equipamento que atendesse
às especificações necessárias ao banho-térmico. Por esse motivo, foi necessário
fazer um projeto para este equipamento e providenciar a sua fabricação. Na Figura
4.52, Figura 4.53, Figura 4.54 e Figura 4.55 estão representadas algumas partes do
projeto utilizado para a confecção do banho-térmico.
Figura 4.52 Ilustração do projeto utilizado para confecção do banho-térmico – planta baixa
122
Figura 4.53 Ilustração do projeto utilizado para confecção do banho-térmico – planta baixa
das bandejas metálicas de sustentação para os corpos-de-prova
Figura 4.54 Ilustração do projeto utilizado para confecção do banho-térmico – corte AA
123
Figura 4.55 Ilustração do projeto utilizado para confecção do banho-térmico – corte BB
O banho-térmico é um tanque que, assim como a estufa, deve ter dimensões
internas que permitam colocar uma quantidade razoável de corpos-de-prova (no
mínimo cinco) em seu interior e, dado ao valor do equipamento, sua parte interna
deve ser de aço inoxidável, para evitar corrosão. Deve possuir um sistema de
aquecimento resistente o suficiente para permitir que o aparelho opere por longos
períodos (mínimo de 7 dias ininterruptos), com controle de temperatura que atenda à
faixa estabelecida no método (± 3ºC), e circulação forçada da água, para
homogeneidade da temperatura interna.
(a) (b)
Figura 4.56 Banho-térmico para ensaios de determinação do potencial de expansão de
escórias de aciaria – (a) visão externa e (b) visão interna
CAPÍTULO 5
CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
A análise dos resultados permite observar a clara diferença entre o comportamento
expansivo das escórias de aciaria do tipo LD e EAF desta pesquisa. As amostras de
escórias de aciaria do tipo LD avaliadas neste estudo precisam sofrer algum tipo de
tratamento, com o objetivo de reduzir os níveis de expansão, para que essas
escórias de aciaria possam ser utilizadas em bases e sub-bases de pavimentos,
sem danificá-los.
A heterogeneidade dos resultados apresentados pelas amostras de escórias de
aciaria do tipo LD e EAF reforça a necessidade de realização de uma amostragem
criteriosa dos lotes de escórias de aciaria, considerando as normas da ABNT de
amostragem de resíduos (NBR 10007/2004) e de amostragem de agregados (NBR
NM 26/2001), tal como a amostragem realizada neste estudo.
Para favorecer uma possível ampliação do mercado de escórias de aciaria para uso
em bases e sub-bases, é importante a adoção de um controle de qualidade rigoroso.
Além de se considerar a caracterização das escórias de aciaria (física, mecânica,
ambiental e química) é importante que estas tenham o seu potencial de expansão
corretamente avaliado, através de um critério técnico rigoroso utilizando normas
rodoviárias como DNIT-EM 262/94 e DNIT-PRO 263/94.
A análise dos resultados dos ensaios de caracterização obtidos por esta pesquisa
para as escórias de aciaria brasileiras estudadas permite concluir que:
• a granulometria das amostras estudadas é uniforme, com predominância de
tamanho areia para as amostras do tipo LD e predominância de tamanho pedregulho
para as amostras do tipo EAF. A angulosidade das amostras ficou entre angulosas e
sub-angulosas, o que contribui para prover elevado atrito entre grãos e
consequentemente elevada resistência ao material;
125
• todas as amostras de escórias de aciaria deste estudo apresentaram
características não plásticas (NP), estando de acordo com a literatura (HADJADJI et
al., 2002; NASCIMENTO, 2003; RAPOSO, 2005);
• verifica-se que oito amostras de escórias de aciaria dentre as doze
estudadas, sendo três do tipo LD (C – LD, D – LD e E – LD), e cinco do tipo EAF
(G – EAF, H – EAF, I – EAF, J – EAF e K – EAF), superam o limite estabelecido para
massa específica dos sólidos de 3000 a 3500 kg/m³ estabelecido pela especificação
DNIT-EM 262/94. O elevado valor da massa específica dos grãos das amostras de
escórias de aciaria estudadas, em torno de 3900 kg/m³, em relação aos materiais
convencionais, em torno de 2700 kg/m³, influencia negativamente no transporte,
devido ao aumento do peso da carga transportada para um mesmo volume. Porém,
é uma vantagem quando se quer algum tipo de estabilização por ação da gravidade,
como confinamento e resistência à erosão por ação de água (RAPOSO, 2005);
• os resultados obtidos para os ensaios de compactação, mostram que as
escórias de aciaria ensaiadas não apresentam parâmetros de compactação
definidos, apresentando o comportamento típico de um materiais granulares sem
finos. Esses resultados são semelhantes aos encontrados por Raposo (2005), em
pesquisas com uma escória de aciaria LD, que observou que a escória de aciaria
estudada não apresentou uma curva de compactação típica e teve um
comportamento semelhante ao de um areia limpa, da qual não é possível se obter
umidade ótima. Rohde (2002) apresenta resultados de ensaios de compactação
para uma escória de aciaria EAF que apresentam o mesmo comportamento
observado para as amostras de escória de aciaria EAF estudadas;
A análise dos resultados dos ensaios de expansão obtidos para as escórias de
aciaria ensaiadas nesta pesquisa permite concluir que:
• para os três métodos avaliados, as escórias de aciaria do tipo LD
apresentaram valores de expansibilidade superiores aos das escórias de aciaria do
tipo EAF (Quadro 5.1). As diferentes faixas de variação de valores de expansão
apresentadas pelas escórias de aciaria do tipo LD e do tipo EAF ensaiadas
confirmam as informações encontradas na bibliografia (ALEXANDRE et al., s.d;
GEISELER e SCHLÖSSER, 1988; MOTZ e GEISELER, 1998; GUMIERI et al., 2000;
MACHADO, 2000; SAHAY et al., 2000; ÂNGULO et al., 2001);
126
Quadro 5.1 Faixa de valores mínimos e máximos dos resultados obtidos para os ensaios de
expansão segundo os três métodos estudados
Método
Tipo de escória
de aciaria
Valor mínimo
[%]
Valor máximo
[%]
LD 1,83 5,59
EAF 0,00 0,35
LD 1,84 4,77
EAF 0,00 0,28
LD 1,95 5,31
EAF 0,25 0,35
ASTM D 4792/00
JIS A 5015/92
DMA-1/DER-MG/92
• a partir de uma comparação estatística entre os três métodos laboratoriais de
determinação do potencial de expansão das escórias de aciaria (DMA-1/DER-
MG/92, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00), os resultados das amostras do tipo LD
não apresentam diferenças estatisticamente significantes, e o método DMA-1/DER-
MG/92 é o que apresenta o menor coeficiente de variação;
• a partir de uma comparação estatística entre os três métodos laboratoriais de
determinação do potencial de expansão das escórias de aciaria (DMA-1/DER-
MG/92, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00), os resultados das amostras do tipo EAF
apresentam diferenças estatisticamente significantes, e o método DMA-1/DER-
MG/92 é o que apresenta o menor coeficiente de variação, sendo mais de dez vezes
inferior ao valor obtido pelo método ASTM D 4792/00;
• através da comparação entre os procedimentos de ensaio dos três métodos
de determinação do potencial de expansão, o método DMA-1/DER-MG/92 se
apresenta mais adequado do que o ASTM D 4792/00, uma vez que seus
procedimentos são semelhantes, mas o DMA-1/DER-MG/92 obteve a avaliação mais
favorável na avaliação estatística realizada com os resultados dos ensaios;
• através do teste de Tukey para medidas repetidas, pôde-se observar o
comportamento dos resultados do método DMA-1/DER-MG/92 para escórias de
aciaria do tipo LD ao longo do período de ensaio, de onde observou-se que a partir
da 7ª leitura os resultados não apresentam diferenças estatisticamente significantes.
Estes resultados podem indicar uma redução no período de ensaio, mas é
importante ressaltar que essa redução deve vir acompanhada de um novo valor de
limite para aceitação das amostras ensaiadas (se possível, a partir de um estudo
que correlacione os valores de laboratório com os valores de campo);
• nos ensaios de determinação do potencial de expansão, utilizando o critério
de aceitação sugerido por Raposo (2005), todas as amostras de escórias de aciaria
127
LD seriam reprovadas, ficando com, ao menos um dos resultados acima dos limites,
e por sua vez todas as amostras de escórias de aciaria EAF seriam aprovadas;
Com o objetivo de contribuir para a maior utilização das escórias de aciaria em
bases e sub-bases de pavimentos e para dar continuidade a este trabalho, podem-
se sugerir alguns temas para futuras pesquisas:
• estudo do período de ensaio em estufa para o método DMA-1/DER-MG/92,
verificando a possibilidade de redução do período de ensaio sem comprometimento
do resultado, contemplando a determinação de um novo valore de limite de
aceitação apara as amostras ensaiadas (se possível, a partir de um estudo que
correlacione os valores de laboratório com os valores de campo);
• estudo dos resultados de expansão ao longo do período de ensaio segundo o
método DMA-1/DER-MG/92 visando à obtenção de um modelo matemático que
permita a extrapolação do resultado nas primeiras leituras;
• estudo de correlação dos resultados de laboratório de expansão de escórias
de aciaria e resultados de campo para pavimentos rigorosamente controlados,
construídos com escória de aciaria, permitindo assim uma melhor avaliação dos
valores limites de expansão para esse tipo de material;
• revisão dos limites da especificação rodoviária DNIT-EM 262/94, para a
granulometria, absorção de água, massa específica e massa unitária da escória de
aciaria utilizada na construção de pavimentos rodoviários.
CAPÍTULO 6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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APÊNDICE
MÉTODO DE ENSAIO PARA AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE
EXPANSÃO DE ESCÓRIA DE ACIARIA – ADAPTAÇÃO DO MÉTODO
DMA-1/DER-MG-1982 (PTM 130)
A. ANEXO 1
A.1 OBJETIVO
Este método laboratorial de ensaio descreve a determinação do potencial de
expansão da escória de aciaria para pavimentação.
A expansão da escória de aciaria se dá principalmente através de reações de
hidratação do óxido de cálcio livre e do óxido de magnésio. A intensidade destas
reações varia de acordo com a composição química da escória de aciaria, sendo
que escórias do tipo LD (Linz Donawitz) apresentam valores de expansão, quando
submetidas a ensaio, superiores aos obtidos para escórias de aciaria do tipo EAF
(Electric arc furnace).
A.2 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA
NBR 6457/86 – Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e
ensaios de caracterização
NBR 7182/86 – Solo – Ensaio de compactação
NBR 9895/87 – Solo - Índice de suporte Califórnia
A.3 APARELHAGEM
i. Moldes cilíndricos grandes (segundo norma NBR 7182/86);
ii. Aparato de medição da expansão constituído por: prato perfurado com haste
metálica, sobrecargas (4,45 kg) e tripé metálico porta-extensômetro de acordo
com os requisitos estabelecidos pela norma NBR 9895/87;
iii. Extensômetros (relógios comparadores) com precisão de leitura de 0,01 mm e
curso mínimo de 50 mm;
iv. 01 base extra do molde cilíndrico grande (apenas para compactação da
amostra);
v. Disco espaçador com pino para retirada do molde (Figura A.1);
139
vii. Banho térmico – Um tanque com capacidade para imersão dos corpos-de-
prova com aquecimento e circulação da água, com controle de temperatura
que permita ajuste para 71±3ºC;
viii. Estufa com capacidade para moldes receber os moldes cilíndricos utilizados
no ensaio com aquecimento e circulação de ar, com controle de temperatura
que permita ajuste para 71±3ºC.
Figura A.1 – Disco espaçador com furo rosqueado e pino rosqueado
A.4 AMOSTRAGEM
A heterogeneidade da escórias de aciaria do tipo LD e EAF reforça a necessidade
de realização de uma amostragem criteriosa dos lotes de escórias de aciaria,
considerando as normas da ABNT de amostragem de resíduos (NBR 10007/2004) e
de amostragem de agregados (NBR NM 26/2001).
É importante que se determine o número de determinações necessárias à avaliação
do potencial da amostra considerada, utilizando para tanto ensaios preliminares e
métodos estatísticos. Caso não seja possível esta etapa preliminar, recomenda-se
um numero mínimo de 05 determinações (corpos-de-prova) por amostra analisada.
A.5 PREPARAÇÃO DA AMOSTRA
i. i. Secar a amostra ao ar;
ii. ii. Passar a mostra na peneira 2’’ e desprezar a fração retida nessa peneira. A
fração passada na peneira 2’’ constituirá a amostra total, da qual serão
retiradas as amostras para os ensaios de expansão;
iii. Preparar o molde pincelando lubrificante (vaselina) nas paredes internas e
montá-lo sobre a base extra;
iv. Coloque o disco espaçador no molde, e sobre ele, um papel filtro;
140
v. Moldar os corpos-de-prova no cilindro grande do ensaio de compactação
(CBR) utilizando a energia do Proctor Normal (5 camadas e 13 golpes por
camada);
vi. Colocar um papel filtro sobre esta superfície do corpo-de-prova e colocar a
base correspondente ao molde;
vii. Inverter o molde cilíndrico;
viii. Com o molde na posição vertical, retirar o disco espaçador (utilizando o pino)
e colocar um papel filtro sobre a superfície exposta da amostra;
ix. Monte sobre o corpo-de-prova o aparato de medição da expansão e instale o
extensômetro, de maneira que o curso fique pouco depois da leitura de
0,00 mm (para permitir eventuais leituras negativas, devido à acomodação da
amostra);
A.6 TESTE DE EXPANSÃO
i. Coloque os corpos-de-prova submersos no banho-térmico, que deve estar à
temperatura de ensaio (71±3ºC). Observe que a lâmina d’água
12
deve ficar
cerca de 5 cm acima do topo do cilindro;
ii. Anotar a medida inicial, que deve ser tomada 30 minutos após a imersão dos
corpos-de-prova. Esta será a leitura inicial “L
0
”;
iii. As leituras (L
i
13
) devem ser tomadas ao menos uma vez ao dia
(preferencialmente no mesmo horário), por um período de 7 dias;
iv. Após a sétima leitura, os corpos-de-prova devem ser retirados do banho-
térmico e colocados em estufa previamente aquecida à temperatura de
ensaio (71±3ºC). Deve-se tomar muito cuidado com transporte, com especial
atenção aos aparatos de medição da expansão, devendo-se verificar ao final
do transporte alterações nas leituras dos corpos-de-prova;
v. As leituras devem continuar sendo tomadas ao menos uma vez ao dia
(preferencialmente no mesmo horário), também por um período de 7 dias;
12
Caso seja necessária a adição de água ao banho-térmico, deve ser ao menos 2 horas antes da
leituras
13
L
i
corresponde ao valor da leitura de expansão no dia “i”
141
vi. Caso haja alguma discrepância na medida da expansão de algum dos
corpos-de-prova, após o término do ensaio, retire-o da estufa e desmanche,
verificando a presença de alguma formação cristalina na superfície das
partículas que possa justificar tal ocorrência (heterogeneidade mineralógica).
A.7 CÁLCULOS
O cálculo da expansão é feito segundo a Equação A.1:
[%]100x
H
LL
e
0i
i
−
=
Equação A.1
Onde:
e
i
– é o valor da expansão correspondente à leitura “L
i
” do dia “i”;
L
i
– é o valor da leitura do corpo-de-prova no dia “i”;
L
0
– é o valor da leitura inicial (30 minutos após a imersão do corpo-de-prova no
banho-térmico)
H – é a altura inicial da amostra (igual ao valor da altura do cilindro subtraído do
valor da altura do disco espaçador utilizado).
O resultado do ensaio é o valor e
14
, correspondente à expansão do corpo-de-prova
no 14º dia de ensaio.
A.8 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
A apresentação dos resultados deve conter a identificação da amostra, a data de
realização do ensaio, condições de umidade higroscópica (seca ao ar) da amostra,
número e identificação dos corpos-de-prova.
É interessante que os resultados sejam representados na forma de um gráfico, como
mostrado na Figura 6.2, em que no eixo das abscissas são representados os dias de
ensaio (nº das leituras) e no eixo das ordenadas os valores de expansão
correspondentes (em porcentagem). Juntamente com os resultados deve ser plotada
uma linha horizontal correspondente ao valor do limite estabelecido (segundo a
norma DNIT EM-262/94 este valor é de 3%) e uma linha vertical no 14º dia (final do
ensaio).
142
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0123456789101112131415
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
B1 B2 B3
B4 B5 MÉDIA
Figura 6.2 – Exemplo de gráfico do ensaio DMA-1/DER-MG (adaptado)
A.9 APROVAÇÃO / REPROVAÇÃO DA AMOSTRA
Devido à heterogeneidade apresentada pela escória de aciaria, recomenda-se que a
amostra analisada seja considerada aprovada caso os resultados de TODOS os
corpos-de-prova ensaiados tenham ficado abaixo do valor considerado para o limite.
Caso um dos valores exceda o limite estabelecido, a amostra deverá ser reprovada
e encaminhada para o tratamento adequado para sua utilização.
A.10 OBSERVAÇÕES
É recomendada uma análise criteriosa a respeito do valor do limite que será
adotado, se possível, estabelecendo uma relação entre o limite adotado para o
ensaio e os valores correspondentes às expansões admissíveis para o material
quando em situação de serviço (no pavimento).
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