Avaliação de três métodos de ensaio para determinação do ... · Limites de Consistência NP...
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1
Universidade Federal do Espírito Santo – UFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Avaliação de três métodos de ensaio para determinação do potencial de expansão de escórias de aciaria para uso em pavimentação
Fábio Uliana de Oliveira, Mestrando
Prof. Kátia Vanessa Bicalho, Orientadora
Prof. Reno Reine Castello, Co-Orientador
2
ObjetivosRevisão
Bibliográfica
Métodos Resultados Conclusões
Introdução
Estrutura desta apresentação
3 ObjetivosRevisão
Bibliográfica Métodos ResultadosConclusões
Crescente demanda agregados Engenharia
Civil;
Esgotamento recursos naturais fontes de
agregados;
Crescimento produção industrial;
Introdução
Utilização de resíduos industriais na Engenharia Civil
4 ObjetivosRevisão
Bibliográfica Métodos ResultadosConclusões
Utilização E.A. em pavimentação
Introdução
9% malha viária pavimentada;
recursos financeiros escassos;
indústria: agregar valor subproduto;
sociedade: ganhos ambientais e econômicos
OPORTUNIDADE
5 ObjetivosRevisão
Bibliográfica Métodos ResultadosConclusõesIntrodução
Produção de Aço
Escória de Alto-Forno[200 a 300 kg / t aço]
Escória de Aciaria[116 a 120 kg / t aço]
6
Expansibilidade
Principal limitação utilização das E.A. em pavimentação.
Métodos ResultadosConclusõesIntrodução
7
Estudo experimental comparativo de três
métodos laboratoriais de determinação do
potencial de expansão de escórias de
aciaria (EA) brasileiras para pavimentação.
RevisãoBibliográfica Métodos ResultadosConclusõesObjetivos
Geral
8
Específicos:
Caracterização física EA estudadas (ensaios de
laboratório);
Avaliação de três métodos laboratoriais de ensaio de
expansão selecionados;
Avaliação dos resultados (expansão x tempo) do
ensaio DMA-1/DER-MG/92;
RevisãoBibliográfica Métodos ResultadosConclusõesObjetivos
9
Específicos (cont):
Definição de procedimento detalhado do método DMA-
1/DER-MG/92 apresentando, quando necessário,
sugestões de mudança;
Contribuição para banco de dados de expansão para
EA brasileiras do tipo LD e EAF
RevisãoBibliográfica Métodos ResultadosConclusõesObjetivos
10 Métodos ResultadosConclusõesRevisão
Bibliográfica
Processo de produção de
Aço
11 Métodos ResultadosConclusõesRevisão
Bibliográfica
Processo de produção de
Aço
Aciaria
12
Processo LD
Também conhecido por BOF
Métodos ResultadosConclusõesRevisão
Bibliográfica
Processo EAF
13
Expansibilidade
Efeito do CaO (rápido)
Hidratação →(Ca(OH)2) –
aumento 99% volume molar e
54% na superfície do cristal;
Efeito do MgO (lento)
MgO – Periclásio
Hidratação → (Mg(OH)2) –
aumento 119,5% volume
relação ao MgO
Métodos ResultadosConclusõesRevisão
Bibliográfica
Efeito do Ferro Metálico
(Fe0)
Oxidação e corrosão
FeO – aumento de 77,4% no
volume molar (70% das
reações)
Efeito C2S
14
Expansibilidade
Métodos ResultadosConclusõesRevisão
Bibliográfica
Efeito C2S (ou 2CaO.SiO2) - transformação
alotrópica C2S
quatro formas distintas, denominadas α, α’, β e γ
pode haver a transformação direta da fase α’ para a
fase γ
transformação para γ-C2S mais prejudicial (maior aumento
de volume)
15
Tratamentos
alterações no processo de escorificação
tratamentos na EA líquida;
tratamentos nas EA em estado sólido:
cura ao tempo (lenta);
cura acelerada: jatos de água quente;
percolação de vapor;
autoclave (vapor, temperatura e pressão);
Métodos ResultadosConclusõesRevisão
Bibliográfica
16
Características das EA
Aplicação EA - bases e sub-bases rodoviárias
Limites - norma DNIT EM 262/94
Microestrutura E. A.: heterogeneidade de constituição
Métodos ResultadosConclusõesRevisão
Bibliográfica
Angulosidade - - -
Granulometria - - -
Limites de Consistência NP NP NP
Massa específica dos sólidos [kg/m³] 2500 a 3100 3000 a 3700 3200 a 3800
Massa unitária [kg/m³] * 1520 1990 a 2210 1740 a 2090
Absorção [%] * 0,3 a 2,2 0,90 a 5,20 1,10 a 2,70
Abrasão Los Angeles [%] * 13 a 40 11,80 a 20,70 18,30 a 36,10
* Resultados obtidos com as amostras estudadas neste trabalho porPOLESE (2006) E RODRIGUES (2006)
E.A. EAFE.A. LDCaracterísticas físicasRochas
(basalto, granito, rochas calcáreas)
17
E.A. brasileiras em estudo (12)
Minas Gerais
B – LD;
D – LD;
E – LD;
F – LD;
Espírito Santo
C – LD;
I – EAF;
Rio de Janeiro
H – EAF;
J – EAF;
São Paulo A – LD;
G – EAF;
L – EAF;
Bahia K – EAF
ResultadosConclusõesMétodos
18
Amostragem das EA estudadas
ResultadosConclusõesMétodos
Minimizar efeitos de heterogeneidade de distribuição
300m³
19
Métodos de caracterização física
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
ResultadosConclusõesMétodos
Método de compactação
NBR 7182/86 - Procedimento sem reuso de material
20
Métodos determinação potencial expansão EA
Esquema da medição da expansão da escória de aciaria nos ensaios estudados
ResultadosConclusõesMétodos
IMERSÃO
↑ TEMPERATURA
21
DMA-1/DER-MG/92 (PTM 130)
ResultadosConclusõesMétodos
Energia de compactação: Proctor Normal
Temperatura: 71±3ºCPeríodo: 07 dias
Temperatura: 71±3ºCPeríodo: 07 dias
22
JIS A 5015/92
ResultadosConclusõesMétodos
Energia:Proctor Modificado
Temperatura: 80±3ºCPeríodo: 10 dias *
* 06h / dia
23
ASTM D 4792/00
ResultadosConclusõesMétodos
Energia: Proctor Normal
Temperatura: 70±3ºCPeríodo: 07 dias
24
Comparação ensaios expansibilidade estudados
ResultadosConclusõesMétodos
DMA-1/DER-MG/92 JIS A 5015/92 ASTM D 4792/00Origem Brasil (PTM 130) Japão EUA / Canadá
CompactaçãoEnergia Proctor Normal Proctor Modificado Proctor NormalGranulometria original especificada original
ImersãoPeríodo 07 dias 10 dias 07 diasTemperatura 71±3ºC 80±3ºC 70±3ºC
EstufaPeríodo 07 dias - -Temperatura 71±3ºC - -
Limite estabelecido 3% (14 dias) 2% (10 dias) 0,5% (07 dias)
MétodosEtapas
25
Estudo experimental
ResultadosConclusõesMétodos
Etapa piloto
05 determ. / método / tipo E.A.
DMA-1/DER-MG/92
JIS A 5015/92
ASTM D 4792/00
Cálculo. nº min.determinações
26
Estudo experimental
ResultadosConclusõesMétodos
Etapa ensaioscomparativos
25 determ. / método
DMA-1/DER-MG/92
JIS A 5015/92
ASTM D 4792/00
05 determ. / método
DMA-1/DER-MG/92
JIS A 5015/92
ASTM D 4792/00
EA - EAF
EA - LD
A – LDB - LDC - LDD - LDF - LD
K - EAF
27 ResultadosConclusõesMétodos
Análise estatística comparativa
Resultados ANOVA
Coef. Variação
Análise comparativa
Procedimentos
Indicaçãométodo
28 ConclusõesResultados
A - LD B - LD C - LD D - LD E - LD F - LD G - EAF H - EAF I - EAF J - EAF K - EAF L - EAF
Ang2 S-Ang3 Ang S-Ang Ang Ang Ang Ang Ang S-Ang Ang Ang
DNIT 1 A D C C B B - - - - - A
SUC GW SP-SM SW-SM SP-SM GP-GM GP GP SP GP GP GW GP
HRB A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a A - 1a
NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP
3343 3348 3561 3616 3357 3621 3602 3612 3941 3602 3826 3403
2120 1990 3160 2110 2010 2210 1790 1740 2030 1800 2090 1910
5,20 2,20 1,20 0,90 1,30 1,00 2,70 1,40 1,20 1,50 1,10 2,00
14,70 20,70 13,10 11,90 16,10 11,80 22,40 36,10 21,90 18,60 18,30 20,80
1 DNIT ES 303/972 Ang: Angulosa3 S-Ang: Sub-Angulosa
E.A. EAFE.A. LDCaracterísticas físicas
Massa específicados sólidos [kg/m³]
Angulosidade
Granulometria
Limites de Consistência
* Resultados obtidos com as amostras estudadas neste trabalho por POLESE (2006) e RODRIGUES (2006)
Massa unitária [kg/m³] *
Absorção [%] *
Abrasão Los Angeles [%] *
Resultados caracterização física
29
EA EAF
ConclusõesResultados
EA LD
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Tempo [dias]
Exp
ansã
o a
cum
ula
da
[%]
A-LD 1 A-LD 2 A-LD 3
A-LD 4 A-LD 5 MÉDIA
Limite JIS A 5015/92
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Tempo [dias]
Exp
ansã
o a
cum
ula
da
[%]
A-LD 1 A-LD 2 A-LD 3
A-LD 4 A-LD 5 MÉDIA
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
0 1 2 3 4 5 6 7 8Tempo [dias]
Exp
ansã
o a
cum
ula
da
[%]
A-LD 1 A-LD 2 A-LD 3
A-LD 4 A-LD 5 MÉDIA
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]
Exp
ansã
o a
cum
ula
da
[%]
K-EAF 1 K-EAF 2 K-EAF 3
K-EAF 4 K-EAF 5 MÉDIA
DM
A-1
/DE
R-M
G/9
2JI
S A
50
15/9
2A
ST
M D
479
2/0
0
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 11Tempo [dias]
Exp
ansã
o a
cum
ula
da
[%]
K-EAF 1 K-EAF 2 K-EAF 3
K-EAF 4 K-EAF 5 MÉDIA
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
0 1 2 3 4 5 6 7 8Tempo [dias]
Exp
ansã
o a
cum
ula
da
[%]
K-EAF 1 K-EAF 2 K-EAF 3
K-EAF 4 K-EAF 5 MÉDIA
30 ConclusõesResultados
Resultados expansão
A - LD B - LD C - LD D - LD E - LD F - LD G - EAF H - EAF I - EAF J - EAF K - EAF L - EAF
Min 3,15 1,83 2,52 3,14 4,11 3,42 0,04 0,11 0 0 0,25 0,12
Max 5,28 4,41 3,74 4,03 5,59 4,71 0,18 0,26 0,05 0,17 0,35 0,32
Min 1,95 1,84 2,93 3,01 - 3,23 - - - - 0 -
Max 4,77 2,18 3,58 3,34 - 4,65 - - - - 0,28 -
Min 3,03 1,95 2,16 2,79 - 3,24 - - - - 0,25 -
Max 4,99 4,31 3,53 3,79 - 4,57 - - - - 0,35 -
DMA-1/DER-MG/92
JIS A 5015/92
ASTM D 4792/00
E.A. EAFE.A. LDMétodos
31 ConclusõesResultados
Resultados expansão
MétodoTipo de escória
de aciariaValor mínimo
[%]Valor máximo
[%]LD 1,83 5,59
EAF 0,00 0,35LD 1,84 4,77
EAF 0,00 0,28LD 1,95 4,99
EAF 0,25 0,35ASTM D 4792/00
JIS A 5015/92
DMA-1/DER-MG/92
32
EA EAF
ConclusõesResultados
EA LD
ANOVAASTM D4792/00
JIS A5015/92
PTM 130/78 p-valor
N (número dedeterminações)
25 25 25
Mínima [%] 1,705 1,845 1,827Máxima [%] 4,990 4,770 5,280Média [%] 3,220 3,252 3,469Desvio-padrão [%] 0,788 0,816 0,754Coeficiente devariação [%]
24,464 25,099 21,732
ExpansibilidadeMétodos
0,480
ANOVAASTM D4792/00
JIS A5015/92 PTM 130/78 p-valor
N (número dedeterminações)
5 5 5
Mínima [%] 0,000 0,000 0,253Máxima [%] 0,018 0,288 0,350Média [%] 0,005 0,182 0,294Desvio-padrão [%] 0,008 0,116 0,039Coeficiente devariação [%] 149,250 63,747 13,425
Expansibilidade
Métodos
0,000
Não apresenta diferença
estatisticamente significante
Diferençaestatisticamente
significante
33 ConclusõesResultados
DMA-1/DER-MG/92 – Amostras EA LD
34 ConclusõesResultados
DMA-1/DER-MG/92 – Amostras EA LD
Tempo[dias]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
12 0,00003 0,0000 0,00004 0,0000 0,0000 0,00015 0,0000 0,0000 0,0000 0,00606 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,12757 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0019 0,39578 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0005 0,2106 0,97719 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0002 0,1386 0,9436 1,000010 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0001 0,0935 0,8951 1,0000 1,000011 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0001 0,0463 0,7735 0,9999 1,0000 1,000012 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0270 0,6617 0,9996 1,0000 1,0000 1,000013 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0139 0,5220 0,9973 0,9999 1,0000 1,0000 1,000014 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
Teste de Tukey
Não apresentam diferenças estatisticamente significante
35 ConclusõesResultados
Método de ensaio DMA-1/DER-MG/92
Equipamentos:
estufa;
banho-térmico;
relógios comparadores
Procedimentos
compactação (umidade *);
controle temperatura *;
transporte corpos-de-prova
* RAPOSO, 2005
36 Conclusões
Resultados caracterização: Angulosidade - angulosas e sub-angulosas
Granulometria
Uniforme EA LD – tamanho “areia”
EA EAF – tamanho ”pedregulho”
Limites de consistência - não plásticas (NP)
massa específica dos sólidos
LD (C, D, E) e EAF (G, H, I, J e K) acima limite DNIT-EM 262/94 (3000 a 3500 kg/m³)
Compactação: Amostras EA não apresentam parâmetros de compactação definidos
(comportamento materiais granulares sem finos)
37 Conclusões
Ensaios expansão (DMA-1/DER-MG/92, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00)
Comparação estatística:
EA - LD : não apresentam diferenças estatisticamente significantes;
EA – EAF : apresentam diferenças estatisticamente significantes;
Coeficiente de variação CV
EA – LD : valores de CV próximos
EA – EAF : DMA-1 < 10 ASTM D (necessita maiores estudos);
38 Conclusões
Ensaios expansão (DMA-1/DER-MG/92, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00)
Comparação procedimentos:
Tempo de ensaio: ASTM (7 dias) DMA-1 (14 dias)
Teste de Tukey (medidas repetidas) : DMA -1 - EA -LD
a partir 7ª dia resultados não apresentam ≠ estatisticamente significantes,
pode indicar etapa estufa não exerça grande influência resultado final;
Limites aceitáveis (?): ASTM ( 0,5% ) DMA-1 (3 %)
procedimentos semelhantes
resultado mais favorável avaliação estatística
Resta comprovar que os limites do método são aceitáveis;
39 Conclusões
Ensaios expansão (DMA-1/DER-MG/92, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00)
Resultados expansão obtidos:
EA - LD (> 3%) e EA - EAF (< 0,5 %);
amostras EA LD acima limites estabelecidos
Critério de aceitação: Raposo (2005)
Heterogeneidade (distribuição) dos resultados:
Amostragem criteriosa
Controle de qualidade rigoroso:
ampliação mercado EA (bases e sub-bases)
40 Conclusões
Sugestões estudos futuros:
Avaliar o tempo de duração do ensaio DMA-1/DER-MG/92 para
diferentes escórias de aciaria;
Modelo matemático método DMA-1/DER-MG/92;
Correlação resultados laboratório e de campo para pavimentos
rigorosamente controlados, construídos com EA, para melhor
avaliação limites de expansão;
Revisão limites DNIT-EM 262/94.
Avaliar novos métodos de determinação da expansão de EA
(expansão controlada)
41
Agradecimentos
USP – Poli
Profª Liédi Bernucci
UFES – PPGEC
Profª Kátia Bicalho
Profº Reno Castello
Profª Maristela Silva
Profª Eliana Zandonade
FINEP / IBS / NEXES
Família e amigos
“Obstáculos são coisas assustadoras que vemos quando desviamos nossos
olhos de nosso objetivo”
Henry Ford (1863-1947)