Cintia Maria Ariani Fontes TESE SUBMETIDA AO …NBR 12653 standards). The third stage consisted of...

POTENCIALIDADES DA CINZA DE LODO DE ESTAÇÕES DE

TRATAMENTO DE ESGOTOS COMO MATERIAL SUPLEMENTAR

PARA A PRODUÇÃO DE CONCRETOS COM CIMENTO PORTLAND

Cintia Maria Ariani Fontes

TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS

PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE

EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.

Aprovada por:

_____________________________________________

Profª. Maria Claudia Barbosa, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. Romildo Dias Toledo Filho, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. Mauricio Ehrlich, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. Eduardo de Moraes Rego Fairbairn, Dr.Ing.

_____________________________________________

Prof. Nilo Cesar Consoli, Ph.D.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

DEZEMBRO DE 2003

ii

FONTES, CINTIA MARIA ARIANI

Potencialidades da cinza de lodo de

Estações de Tratamento de Esgotos como

material suplementar para a produção de

concretos com cimento Portland [Rio de

Janeiro] 2003

XIX 120 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc.,

Engenharia Civil, 2003)

Tese – Universidade Federal do Rio de

Janeiro, COPPE

1. Disposição final da cinza de lodo de esgotos

2. Argamassas e concretos

I. COPPE/UFRJ II. Título (série)

iii

Dedico esta dissertação aos meus pais:

Aurelino (In Memorian) e Clidelice que

sempre orientaram, incentivaram e

lutaram para que os seus filhos

estudassem.

Ao meu tio Clidelino pelo amor, carinho

e compreensão para que eu pudesse

conquistar mais este objetivo na minha

vida.

Aos meus tios Severino e Conceição por

todo o carinho, amor e dedicação

dispensados a mim durante a realização

desse sonho.

Aos meus irmãos Cristiane e Claudio

por estarem sempre presentes em todas as

minhas conquistas.

iv

Agradecimentos

A Deus por mais esta conquista, por me ajudar em meu crescimento profissional, por

ter colocado pessoas maravilhosas em meu caminho durante esta trajetória. Agradeço a

Ti, por tudo.

A minha Família. Jamais irei me cansar de agradecer tudo o que vocês fizeram por mim

durante todos esses anos. Principalmente, a minha mãezinha querida e ao meu tio

Clidelino, muito obrigada por sempre me incentivar, orientar e apoiar, mesmo que a

distância. A todos vocês, o meu AMOR!

Aos meus tios Severino e Conceição e ao meu primo Leonardo que me acolheram de

forma carinhosa no Rio de Janeiro. Vocês fazem uma grande diferença em minha vida!

Aos meus Orientadores Maria Claudia Barbosa e Romildo Toledo. Agradeço pela

confiança em mim depositada para a realização deste trabalho, pelo apoio e incentivo, e

por estarem sempre dispostos a me auxiliar em todas as etapas deste trabalho. A vocês,

o meu respeito e adimiração!

As minhas amigas Nicolle e Tatiana. A convivência com vocês durante todo este tempo

me fez perceber como são especiais. Serei eternamente grata pelo carinho, apoio e

amizade. Vocês são pessoas maravilhosas que Deus colocou em meu caminho durante

esta trajetória e que continuarão a fazer parte da minha vida.

Aos técnicos e funcionários do Laboratório de Geotecnia, muito obrigada! O

companheirismo, o carinho, a amizade e o apoio de vocês foi fundamental para a

concretização de mais este sonho. Por isso faço a questão de citar o nome de todos:

Álvaro, Ana Maria, Ana Nunes, Bezerra, Bororó, Carlinhos, Edu, Eliomar, França, Gil,

Glória, Hélcio, Jociane, Luiz Mário, Marcelo, Márcia, Marcos, Marli, Mauro, Neide,

Rodrigo, Salviano e Serginho. Agradeço a vocês pela receptividade e por me deixar

fazer parte desta comunidade geotécnica.

v

Aos amigos Jardel Gonçalves e Guilherme Cordeiro. Muito obrigada pela amizade, pelo

apoio durante a realização dos ensaios, pelas discussões surgidas durante as análises dos

resultados. A participação de vocês nesta pesquisa foi fundamental para a sua

realização. Vocês também são pessoas maravilhosas que Deus colocou em meu

caminho durante esta trajetória.

Aos amigos Fabrício, Jonas e Karla. Agradeço pelo companheirismo, apoio e amizade.

Ter conhecido vocês amenizou a saudade de casa. Vocês também são pessoas

maravilhosas que Deus colocou em meu caminho durante esta trajetória.

A amiga Socorro por todo o apoio e vivência durante esse tempo.

Aos meus amigos “baianos” Zé Mário, Paulo, Anderson e George sempre dispostos a

me ajudar no que fosse preciso.

Aos meus colegas Adriana Doyle, César, Eduardo, Juliane, Rose Mary, Silvia e Thaís,

que de alguma forma contribuíram com este trabalho, obrigada pelo apoio.

Aos professores Francisco Lopes, Ian Schumann, Laura Motta, Marcio Almeida, Maria

Claudia, Maurício Ehrlich, Paulo Santa Maria e Willy Lacerda, pelos ensinamentos e

experiências compartilhados.

Ao Laboratório de Geotecnia do COPPE/UFRJ e em especial aos setores de Química,

pavimentos e caracterização nas pessoas de Maria da Glória, Ana Maria e Luiz Carlos

pelo apoio na realização dos ensaios.

Ao Laboratório de Estruturas do COPPE/UFRJ na pessoa do Prof. Romildo Toledo

por toda a infra-estrutura dispensada a mim para a realização dos ensaios.

A Reila, muito obrigada pelo apoio durante a minha fase experimental.

A Aline Seabra, obrigada pelo apoio na realização dos ensaios.

vi

A equipe técnica do Laboratório de Estruturas do COPPE/UFRJ e em especial ao

Santiago e Zé Maria pelo apoio durante as moldagens e a Júlio pelo faceamento dos

corpos-de-prova.

Ao Laboratório de Tecnologia dos Materiais do Programa de Metalurgia e Materiais do

COPPE/UFRJ na pessoa do Prof. Luiz Marcelo Tavares pela realização da moagem. E

ao técnico Jacinto pelo auxílio prestado durante a moagem.

Ao NUCAT e ao Laboratório de Sistemas Particulados do Programa de Engenharia

Química do COPPE/UFRJ nas pessoas de Carlos André, Ricardo Aderne e Hudson,

pela realização da emissão de gases, difração de raios-x e granulometria a laser,

respectivamente.

Ao CETEM pela análise química realizada no Laboratório de Química Analítica nas

pessoas de Maria Alice e Mário Miranda, pelas difrações de raios-x e análises

termogravimétrica/termodiferencial realizadas no setor de Caracterização Tecnológica e

Ambiental, nas pessoas de Rainer e Cristiano Oliveira.

Ao CENPES pela análise química na Cinza.

Ao Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente da Escola de Engenharia, na pessoa

de Maria Cristina Treitler pelos ensaios físico-químicos realizados.

Ao Laboratório de Absorção Atômica da PUC-Rio de Janeiro na pessoa do Prof.

Reinaldo pelas análises químicas provenientes dos ensaios de lixiviação e solubilização.

Ao Laboratório de Tecnologia Ambiental da Escola de Química na pessoa da Prof.

Magali Cammarota pela realização da análise de Nitrogênio Kjeldahl.

Ao Departamento de Tecnologia de Processos Bioquímicos, na pessoa do Prof.

Antonio Carlos A. da Costa pela realização da análise microbiológica.

vii

Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

POTENCIALIDADES DA CINZA DE LODO DE ESTAÇÕES DE

TRATAMENTO DE ESGOTOS COMO MATERIAL SUPLEMENTAR

PARA A PRODUÇÃO DE CONCRETOS COM CIMENTO PORTLAND


Dezembro/2003

Orientadores: Maria Claudia Barbosa

Romildo Dias Toledo Filho

Programa: Engenharia Civil

Durante o processo de tratamento dos esgotos, dentre os subprodutos gerados,

o lodo é o mais importante, pois necessita de disposição final segura. Nesta pesquisa,

avalia-se a potencialidade deste resíduo, após calcinação, como substituto parcial do

cimento Portland na produção de argamassas e concretos. O estudo foi dividido em

três fases onde inicialmente foram feitas análises físicas, químicas, microbiológicas e

mineralógicas do lodo “in-natura” para a caracterização do rejeito, em seguida, após

processo de queima, novas análises físicas, químicas e mineralógicas foram realizadas na

Cinza de Lodo de Esgotos (CLE), podendo-se constatar a viabilidade de se utilizar este

resíduo em argamassas e concretos. Foi realizada também uma análise ambiental no

qual, a CLE foi classificada como um material não-inerte. A terceira fase consistiu na

produção e caracterização físico-mecânica das argamassas e concretos de resistência

normal e de alto desempenho contendo teores de substituição de cimento por CLE de

5%-30%. Além disso, com o objetivo de avaliar o encapsulamento de alguns

contaminantes perigosos existentes na CLE foram realizados ensaios de solubilização e

lixiviação no concreto. Os resultados mostraram que o uso da CLE é viável

tecnicamente devido a uma melhoria nas propriedades investigadas, além de trazer

benefícios econômicos através da redução no consumo de cimento sendo a sua atuação

predominantemente física (efeito fíler). Quanto à análise ambiental, os resultados

indicam que o concreto conseguiu reter de forma segura a CLE em sua matriz

cimentícia.

viii

Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Máster of Science (M.Sc.)

POTENCIAL USE OF THE SLUDGE ASH FROM SEWAGE TREATMENT

PLANTS AS SUPPLEMENTARY MATERIAL IN CONCRETES PRODUCTION

USING PORTLAND CIMENTS


December/2003 Advisors: Maria Claudia Barbosa

Romildo Dias Toledo Filho Department: Civil Engineering

The sludge is the most important of many by-products generated during the

sewage treatment process, because it requires safe final disposal. This research evaluates

the potential use of the sludge, after calcination, as partial substitute of the Portland

cement in the production of mortars and concretes. The study was realized in three

stages. At first, characterization of the sludge "in-natura" by physical, chemical,

microbiological and mineralogical analyses. After calcination, new physical, chemical

and mineralogical analyses were carried out on the residue. It was verified the technical

and environmental feasibility of using the ashes in mortars and concretes, since the Ash

Sludge of Sewage (SSA) was classified as a non-inert material according to Brazilian

Standards (NBR 10004) and presented characteristics indicative of pozzolanic activity

(NBR 12653 standards). The third stage consisted of production and physical and

mechanical characterization of mortars and concretes of both normal resistance and

high performance with 5-30% of SSA as substitute for Portland cement. Besides,

leaching and solubilization tests were carried out in concrete samples to evaluate the

immobilization of some pollutants originally detected in the SSA. The results showed

technical advantages of using SSA to replace part of the Portland cement due to an

improvement on mechanical properties investigated. Besides, there will also be some

economical benefits, because of the reduction on the amount of cement needed and,

consequently, on final costs of concrete production. The SSA effect is mainly physical,

acting as a filler. The final environmental analyses showed that the concrete was able to

keep the SSA safely in its cementitious matrix, acting as an inert material.

ix

Sumário

Lista de figuras ....................................................................................................xiii

Lista de tabelas.................................................................................................... xvi

Lista de símbolos ..............................................................................................xviii

CAPÍTULO 1.......................................................................................................... 1

INTRODUÇÃO..................................................................................................... 1

1.1 Importância da pesquisa................................................................................................... 3

1.2 Objetivo da pesquisa......................................................................................................... 3

1.3 Estrutura da dissertação ................................................................................................... 4

CAPÍTULO 2 ......................................................................................................... 5

SISTEMA DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO .................................................. 5

2.1 Histórico............................................................................................................................. 5

2.2 Coleta e transporte de esgotos ........................................................................................ 6

2.3 Tratamento dos esgotos ................................................................................................... 6

2.3.1 Tratamento da fase líquida............................................................................................ 7

2.3.1.1 Tratamento preliminar................................................................................................ 7

2.3.1.2 Tratamento primário .................................................................................................. 8

2.3.1.3 Tratamento secundário............................................................................................... 9

2.3.2 Tratamento da fase sólida ........................................................................................... 15

2.3.2.1 Adensamento do lodo .............................................................................................. 16

2.3.2.2 Estabilização do lodo ............................................................................................... 17

2.3.2.3 Condicionamento do lodo ....................................................................................... 18

2.3.2.4 Desidratação do lodo................................................................................................ 19

2.4 Disposição final do lodo de esgotos............................................................................. 23

2.4.1 Aterro sanitário............................................................................................................. 24

2.4.2 Uso agrícola...................................................................................................................25

2.4.3 Disposição superficial no solo ou “Landfarming” .................................................. 26

2.4.4 Recuperação de áreas degradadas .............................................................................. 27

x

2.4.5 Disposição Oceânica ................................................................................................... 27

2.4.6 Incineração....................................................................................................................28

CAPÍTULO 3 ....................................................................................................... 30

CARACTERÍSTICAS DOS LODOS DE ESGOTO – “IN NATURA”............. 30

3.1 Características físicas....................................................................................................... 31

3.1.1 Teor de umidade .......................................................................................................... 31

3.1.2 Teor de sólidos totais................................................................................................... 32

3.2 Características químicas.................................................................................................. 32

3.2.1 Teor de matéria orgânica............................................................................................. 32

3.2.2 Composição química ................................................................................................... 33

3.3 Características microbiológicas...................................................................................... 34

3.4 Características mineralógicas ......................................................................................... 35

3.4.1 Difração de raios X (DRX)......................................................................................... 35

3.4.2 Análises Térmica Diferencial (ATD) e Termogravimétrica (ATG)...................... 36

CAPÍTULO 4 ....................................................................................................... 38

CARACTERÍSTICAS DA CINZA DE LODO DE ESGOTOS ......................... 38

4.1 Definição da temperatura de queima............................................................................ 38

4.1.1 Emissão dos poluentes ................................................................................................ 38

4.2 Processo de queima do lodo de esgoto........................................................................ 41

4.3 Características químicas.................................................................................................. 43

4.3.1 Composição química da CLE..................................................................................... 43

4.4 Características mineralógicas ......................................................................................... 45

4.4.1 Difração de raios X...................................................................................................... 45

4.4.1.1 Refinamento por Rietveld........................................................................................ 49

4.5 Estudo de impacto ambiental na cinza ........................................................................ 51

4.5.1 Introdução.....................................................................................................................51

4.5.2 Classificação da CLE ................................................................................................... 52

4.5.2.1 Lixiviação do resíduo................................................................................................ 52

4.5.2.2 Solubilização do resíduo........................................................................................... 53

xi

CAPÍTULO 5 ....................................................................................................... 55

APLICAÇÕES DO LODO BRUTO E INCINERADO..................................... 55

5.1 Agregados leves para concretos .................................................................................... 55

5.2 Fíler para concreto asfáltico........................................................................................... 56

5.3 Fíler para a produção de tijolos..................................................................................... 57

5.4 Adições em argamassas e concretos ............................................................................. 58

5.4.1 Introdução.....................................................................................................................58

5.4.2 Adições minerais .......................................................................................................... 58

5.4.3 Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco e

endurecido .............................................................................................................................. 59

5.4.3.1 Trabalhabilidade e demanda de água...................................................................... 60

5.4.3.2 Hidratação.................................................................................................................. 60

5.4.3.3 Resistência .................................................................................................................. 61

5.4.4 Avaliação do comportamento da CLE nas argamassas e concretos..................... 62

CAPÍTULO 6 ....................................................................................................... 65

PROGRAMA EXPERIMENTAL: ARGAMASSAS E CONCRETOS............... 65

6.1 Composição dos materiais ............................................................................................. 65

6.1.1 Materiais cimentíceos................................................................................................... 65

6.1.1.1 Cimento ..................................................................................................................... 65

6.1.1.2 Cinza de lodo de esgoto ........................................................................................... 66

6.1.2 Agregados......................................................................................................................68

6.1.2.1 Agregado miúdo........................................................................................................ 68

6.1.2.2 Agregado graúdo ....................................................................................................... 69

6.1.3 Água .............................................................................................................................. 70

6.1.4 Aditivo químico............................................................................................................ 70

6.1.4.1 Superplastificante (SP).............................................................................................. 70

6.2 Programa experimental................................................................................................... 70

6.2.1 Dosagem das argamassas ............................................................................................ 70

6.2.2 Dosagem do concreto convencional ......................................................................... 73

6.2.3 Dosagem do concreto de alto desempenho ............................................................. 74

6.3 Produção das argamassas e concretos .......................................................................... 76

6.3.1 Argamassas.................................................................................................................... 76

xii

6.3.2 Concretos ......................................................................................................................77

6.3.3 Metodologia dos ensaios ............................................................................................. 78

6.3.3.1 Compatibilidade do cimento x superplastificante ................................................ 78

6.3.3.2 Resistência à compressão......................................................................................... 79

6.3.3.3 Resistência à tração ................................................................................................... 80

6.3.3.4 Durabilidade............................................................................................................... 82

CAPÍTULO 7 ....................................................................................................... 83

APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS..................................... 83

7.1 Argamassa......................................................................................................................... 83

7.1.1 Trabalhabilidade ........................................................................................................... 83

7.1.2 Propriedades no estado endurecido .......................................................................... 84

7.1.2.1 Comportamento das argamassas ao esforço de compressão uniaxial ............... 84

7.1.3 Durabilidade.................................................................................................................. 88

7.2 Concretos ......................................................................................................................... 94

7.2.1 Compatibilidade entre o cimento e o superplastificante......................................... 94

7.2.2 Propriedade no estado fresco ..................................................................................... 95

7.2.2.1 Ensaio de abatimento do tronco de cone (slump test) ........................................ 95

7.2.3 Propriedades no estado endurecido .......................................................................... 96

7.2.3.1 Comportamento tensão x deformação .................................................................. 96

7.2.3.2 Resistência à tração por compressão diametral...................................................102

7.2.3.3 Resistência à tração na flexão ................................................................................103

7.2.4 Durabilidade................................................................................................................103

7.2.5 Classificação ambiental..............................................................................................106

7.2.5.1 Ensaio de lixiviação.................................................................................................107

7.2.5.2 Ensaio de solubilização ..........................................................................................107

CAPÍTULO 8 ...................................................................................................... 110

CONCLUSÕES E SUGESTÕES FUTURAS .................................................... 110

8.1 Conclusões .....................................................................................................................110

8.2 Sugestões futuras ...........................................................................................................112

CAPÍTULO 9 ...................................................................................................... 113

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................ 113

xiii

Lista de figuras

Figura 2.1: Caixa de areia ou desarenador – E.T.E. Alegria ................................................. 8

Figura 2.2: Decantador primário – E.T.E. Alegria ................................................................ 9

Figura 2.3: Lagoa facultativa ( VON SPERLING, 1996a) ................................................. 10

Figura 2.4: Lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa (VON SPERLING, 1996a)...10

Figura 2.5: Lagoa aerada facultativa (VON SPERLING, 1996a)...................................... 11

Figura 2.6: Lagoa aerada de mistura completa seguida de lagoa de decantação

(VON SPERLING, 1996a)..................................................................................................... 11

Figura 2.7: Lodo ativado convencional (VON SPERLING, 1996a) ................................ 12

Figura 2.8: Lodos ativados com aeração prolongada (VON SPERLING, 1996a) ......... 13

Figura 2.9: Lodos ativados com fluxo intermitente (VON SPERLING, 1996a)............ 13

Figura 2.10: Filtro biológico de baixa carga (VON SPERLING, 1996a)......................... 14

Figura 2.11: Filtro biológico de alta carga (VON SPERLING, 1996a)............................ 15

Figura 2.12: Distribuição dos sólidos do lodo...................................................................... 16

Figura 2.13: Etapa de adensamento por gravidade do lodo – E.T.E. Alegria ................. 16

Figura 2.14: Etapa de disgestão anaeróbia do lodo – E.T.E. Alegria................................ 18

Figura 2.15: Etapa de condicionamento do lodo – adição de polieletrólito - E.T.E.

Alegria ........................................................................................................................................ 19

Figura 2.16: Etapa de desidratação do lodo – E.T.E. Alegria ............................................ 23

Figura 3.1: Lay-out da Estação de Tratamento de Esgotos (E.T.E.) Alegria – 1ª etapa 30

Figura 3.2: Lodo “in-natura” – E.T.E. Alegria..................................................................... 31

Figura 3.3: Difração de raios X do lodo “in-natura”........................................................... 36

Figura 3.4: Curvas de ATG, DTG e ATD do lodo proveniente da E.T.E. Alegria ....... 37

Figura 4.1: Equipamento Rigater Rix 3100........................................................................... 39

Figura 4.2: Etapas de pré-queima do lodo “in-natura” ....................................................... 42

xiv

Figura 4.3: Obtenção da CLE a 550ºC.................................................................................. 43

Figura 4.4: Difração de raios x da amostra de lodo a 550ºC .............................................. 46

Figura 4.5: Difração de raios x na amostra de lodo a 650ºC .............................................. 47




Figura 6.1: Curvas granulométricas do cimento CP II F 32 e da CLE............................. 67

Figura 6.2: Curva granulométrica dos agregados miúdos para as argamassas e concretos

..................................................................................................................................................... 69

Figura 6.3: Curva granulométrica do agregado graúdo ....................................................... 69

Figura 6.4: Mesa de consistência padrão. .............................................................................. 76

Figura 6.5: Ensaio de abatimento do tronco de cone.......................................................... 77

Figura 6.6: Ensaio de compatibilidade – Cone de Marsh. .................................................. 78

Figura 6.7: Ensaio de resistência à compressão.................................................................... 80

Figura 6.8: Ensaio de tração por compressão diametral ..................................................... 81

Figura 6.9: Ensaio de tração na flexão................................................................................... 81

Figura 6.10: Ensaios de absorção de água por capilaridade e por imersão ...................... 82

Figura 7.1: Curvas tensão x deformação das argamassas CLE0% e CLE30%................ 85

Figura 7.2: Variação da resistência à compressão das argamassas com teor de CLE

presente na mistura. ................................................................................................................. 86

Figura 7.3: Gráfico típico do acréscimo de massa aparente em função da raiz quadrada

do tempo (GONÇALVES, 2003) .......................................................................................... 91

Figura 7.4: Ganho acumulativo de massa de água em função da raiz quadrada do tempo

para as argamassas nos vários teores de CLE....................................................................... 92

Figura 7.5: Influência do teor de substituição de cimento por CLE na porosidade total.

..................................................................................................................................................... 92

Figura 7.6: Curvas tempo de escoamento x teor de superplastificante............................. 94

xv

Figura 7.7: Curvas tensão x deformação do concreto C25................................................. 97

Figura 7.8: Curvas tensão x deformação do concreto C50 para os vários teores de CLE

..................................................................................................................................................... 97

Figura 7.9: Variação da resistência à compressão dos concretos C25 e C50 em relação à

deformação................................................................................................................................ 98

Figura 7.10: Influência do teor de substituição de cimento por CLE na resistência à

compressão do concreto C25 e C50. ..................................................................................... 99

Figura 7.11: Influência do teor de substituição de cimento por CLE no módulo de

elasticidade do concreto C25 e C50. ....................................................................................100

Figura 7.12: Influência do teor de substituição de cimento por CLE na deformação do

concreto C25 e C50................................................................................................................101

Figura 7.13: Influência do teor de substituição de cimento por CLE.............................102


tração na flexão no concreto C25 e C50. ............................................................................103

Figura 7.15: Ganho acumulativo de massa de água em função da raiz quadrada do

tempo, para o concreto C25 nos vários teores de CLE. ...................................................104

Figura 7.16: Ganho acumulativo de massa de água em função da raiz quadrada do

tempo, para o concreto C50 nos vários teores de CLE. ...................................................104

Figura 7.17: Influência do teor de substituição do cimento por CLE na porosidade total

do concreto C25 e C50. .........................................................................................................105

Figura 7.18: Amostras referentes ao ensaio de solubilização e lixiviação.......................106

xvi

Lista de tabelas

Tabela 2.1: Vantagens e desvantagens dos leitos de secagem ............................................ 21

Tabela 3.1: Teor de umidade de lodos “in-natura” em algumas E.T.E’s ......................... 31

Tabela 3.2: Teor de sólidos de lodos “in-natura” em algumas E.T.E’s ............................ 32

Tabela 3.3: Teor de matéria orgânica de lodos “in-natura” de algumas E.T.E.’s............ 33

Tabela 3.4: Análise química do teor de metais presente no lodo “in-natura”.................. 34

Tabela 3.5: Análise microbiológica realizada no lodo “in-natura” da E.T.E. Alegria.....35

Tabela 4.1: Resultados referentes a emissão de gases na CLE........................................... 39

Tabela 4.2: Concentração do teor de metais em várias cinzas de lodo de E.T.E.’s ........ 44

Tabela 4.3: Resultados referentes ao ensaio de lixiviação da CLE – E.T.E. Alegria ......52

Tabela 4.4: Resultados referentes ao ensaio de solubilização............................................. 53

Tabela 5.1: Propriedades dos tijolos produzidos com CLE e argila ................................. 57

Tabela 5.2: Resultados de consistência x teor de superplastificante (SP) ......................... 63

Tabela 6.1: Composições físicas e químicas do cimento .................................................... 65

Tabela 6.2: Traço e consumo das argamassas por m3 ......................................................... 71

Tabela 6.3: Compacidade residual de cada material............................................................. 72

Tabela 6.4: Compacidades real e máxima e concentração normalizada de sólidos das

argamassas ................................................................................................................................. 73

Tabela 6.5: Traço e consumo co concreto C25 por m3 ...................................................... 74

Tabela 6.6: Programa experimental do concreto C25 ......................................................... 74

Tabela 6.7: Classes diferentes de concreto de alto desempenho ....................................... 74

Tabela 6.8: Traço e consumo do concreto C50 por m3 ...................................................... 75

Tabela 6.9: Programa experimental do concreto C50 por m3............................................ 75

Tabela 7.1: Índice de consistência das argamassas............................................................... 83

Tabela 7.2: Propriedades mecânicas das argamassas ........................................................... 85

xvii

Tabela 7.3: Porosidade total e absortividade das argamassas com CLE........................... 93

Tabela 7.4: Resultados do ensaio de abatimento do tronco de cone ................................ 95

Tabela 7.5: Propriedades mecânicas do concreto C25 em vários teores de CLE. .......... 98

Tabela 7.6: Propriedades mecânicas do concreto C50 em vários teores de CLE. .......... 98

Tabela 7.7: Porosidade total e absortividade dos concretos C25 e C50 com CLE.......105

Tabela 7.8: Resultados referentes ao ensaio de lixiviação.................................................107

Tabela 7.9: Resultados referentes ao ensaio de solubilização...........................................108

xviii

Lista de símbolos

A: Área do corpo-de-prova em contato direto com a água.

C.P.: Cimento Portland.

C.V.: Coeficiente de variação.

CAD: Concreto de alto desempenho.

CLE.: Cinza de lodo de esgotos.

C-S-H: Silicato de cálcio hidratado.

DBO.: Demanda Bioquímica de Oxigênio.

Di: Diâmetros das classes granulares dos materiais.

DMC: Diâmetro máximo característico do agregado.

E.T.E.: Estação de Tratamento de Esgoto.

E: Módulo de elasticidade.

fb: Resistência à tração na flexão.

fc: Resistência à compressão axial.

ft: Resistência à tração por compressão diametral.

K: Coeficiente de compactação.

MEC: Modelo de empacotamento compressível.

MF: Módulo de finura.

Mss: Massa anual de lodo.

P.S.: Ponto de saturação.

Pt: Ponto de Transição.

Qe0: Vazão de esgotos anual.

Qei: Vazão de esgotos inicial.

S.P.: Super plastificante.

S: Absortividade.

S0: Constante relacionada com a absorção inicial.

S1: Absortividade no estágio inicial.

S2: Estágio de saturação.

t: Tempo.

Tt: Tempo de transição entre os estágios S1 e S2.

V1: Volume anual de lodo.

xix

Vat: Volume total de água utilizado na mistura.

W: Ganho acumulativo de água.

Yi: Frações volumétricas dos materiais constituintes.

βi: Compactações residuais dos componentes.

εa: Deformação de pico.

εe1: Deformação axial no valor de 50µε.

εe2: Deformação produzida pela tensão σ2

φ*: Compactação máxima.

φ: Compactação real.

φw: Compactação real da mistura com água.

σc1: Tensão de compressão correspondente a 40% de carga última.

σc2: Tensão de compressão correspondente a deformação axial εe1 no valor de 50µε.

1

Capítulo 1 1

Introdução

Em virtude do desenvolvimento tecnológico, os centros urbanos vêm crescendo

a cada dia e junto com eles uma produção ilimitada de resíduos. Segundo GEYER

(2001), os resíduos sólidos e líquidos urbanos (lixo, resíduos de E.T.E e de tratamento

industriais) tornaram-se dentre outros, agentes causadores da poluição nas grandes

áreas urbanas. A maior parte destes resíduos têm destino incerto e, na maioria das

vezes, ficam expostos ao meio ambiente, poluindo-o, ou acabam sendo encaminhados ,

quando estes têm capacidade, aos aterros sanitários urbanos. Esta situação é comum em

praticamente todo o país e também em quase todo o mundo (MOREIRA et al., 2001).

Porém, hoje existem leis de proteção ambiental com novas diretrizes no que tange à

gestão de lodos e resíduos para a sociedade na intenção de um desenvolvimento

sustentável. Portanto, é necessário o desenvolvimento e a implementação de métodos

alternativos e eficientes em substituição ao simples descarte desses resíduos em aterros.

A importância da destinação destes resíduos foi reconhecida pela Agenda 21 na

Conferência Mundial de Meio Ambiente - Rio 92, que no capítulo 21 incluiu o tema

“Manejo ambientalmente saudável dos resíduos sólidos e questões relacionadas com

esgotos” que definiu quatro programas como sendo prioritários: a redução da produção

de resíduos, o aumento ao máximo da reutilização e reciclagem, a promoção de

depósitos e tratamento ambientalmente saudável e a ampliação do alcance dos serviços

que se ocupam com os resíduos (FERNANDES et al., 1999).

Vários estudos, portanto, vem sendo realizados no sentido de reciclar estes

resíduos como uma matéria-prima para produção de outros materiais. De acordo com

GONÇALVES (2000), a utilização destes resíduos para produzir outros materiais pode

reduzir o consumo de energia, as distâncias de transporte que variam em função de

onde esteja localizado o resíduo e o mercado consumidor, e também contribuir para a

redução da poluição gerada. Dentre os diversos tipos de resíduos sólidos e líquidos

urbanos gerados, este trabalho aborda a necessidade de se aproveitar o lodo de esgotos,

2

um subproduto gerado nas Estações de Tratamento de Esgotos (E.T.E.). O crescente

aumento da população vem proporcionando um aumento no número de E.T.E’s e

atrelado a isso está o aumento da geração do lodo de esgotos. Uma vez que nos grandes

centros urbanos já se observa uma escassez de áreas para a implantação de aterros

sanitários, torna-se necessário buscar alternativas viáveis técnica e economicamente, ao

aproveitamento do lodo de esgotos. Segundo JAPAN SEWAGE WORKS AGENCY

(1990) apud GEYER (2001) três linhas básicas vem se destacando com relação ao

aproveitamento e destino final deste resíduo: Agricultura (A), Construção (C) e

produção de Energia (E) que foi denominado de “ACE Plan” Japonês. Neste plano

passou-se a pesquisar as possibilidades de utilização do lodo de esgotos na agricultura

na produção de energia e na construção civil.

Outra forma de reduzir o volume de lodos de esgotos gerados é a incineração

(redução em torno de 85% do volume inical). Este processo apesar de ser de custo

elevado, traz como benefício além de necessitar de uma menor área de disposição, a

possível utilização da cinza na construção civil devido a eliminação da matéria orgânica

bem como a possibilidade de gerar energia.

A indústria da construção civil tem procurado aproveitar vários resíduos que

desenvolvem reações pozolânicas quando adicionados ao cimento. Dentre os vários

resíduos disponíveis, os mais utilizados são a cinza volante, a escória de alto forno e a

sílica ativa (MEHTA & MONTEIRO, 1994). Estudos também vêm sendo realizados

com a cinza da casca de arroz e do bagaço da cana de açúcar (CORDEIRO et al., 2003)

e com argilas calcinadas (GONÇALVES, 2003). Outros resíduos tais como os finos da

produção de peças ornamentais, possuem elevado potencial para uso como filer em

matrizes a base de cimento. Nos últimos tempos pesquisas vêm sendo realizadas

visando a utilização da CLE para produzir tijolos (ALLEMAN & BERMAN , 1984;

TAYa, 1987; TAY et al., 2002) agregados para concretos (KHANBILVARDI &

AFSHARI, 1995; TAY et al., 2002) e fíler para concretos e pavimentos (TAY, 1986; AL

SAYED et al., 1994).

Neste trabalho procura-se avaliar as potencialidades da Cinza de Lodo de

Esgotos em substituição parcial ao cimento Portland para produzir argamassas e

3

concretos. Será investigado o uso da CLE como material suplementar e identificado o

seu potencial como fíler ou pozolana de baixa reatividade.

1.1 Importância da pesquisa

O término das obras dos programas de controle de poluição hídrica (Programa

de Despoluição da Baía de Guanabara, Baixada Viva, Esgotamento Sanitário da Barra

da Tijuca e Jacarepaguá) na Região Metropolitana da cidade do Rio de Janeiro (RMRJ)

prevê que a produção anual de lodo na região alcance, em 2010, 799.000 toneladas de

sólidos secos. No anexo 1 estão apresentadas as E.T.E’s inseridas na RMRJ com suas

respectivas massas de sólidos secos produzidas no ano de 2000 e com as previsões para

os anos de 2005 e 2010 (VOLSCHAN JUNIOR, 1999).

Como parte destas estações de tratamento de esgotos não dispõem de área para

depositar o lodo gerado, estes resíduos serão provavelmente encaminhados para o

aterro sanitário da cidade. Como este encontra-se com a sua capacidade praticamente

esgotada, vê-se a necessidade de se implantar alternativas para o uso deste resíduo

através de práticas que permitam uma disposição final adequada e segura devido a sua

composição conter compostos patogênicos que causam riscos ao meio ambiente e a

saúde da população.

1.2 Objetivo da pesquisa

Esta pesquisa tem por objetivo avaliar as potencialidades de utilização da cinza de

lodo de esgotos como material suplementar na produção de argamassas e concretos

com cimento Portland. Os teores de substituição, em massa, de cimento Portland por

CLE foram de 10-30% para as argamassas e 5-10% para os concretos de resistência

normal e de alto desempenho. Para isso verifica-se o desempenho e a durabilidade dos

concretos e argamassas através de suas propriedades mecânicas (resistência à

compressão, deformação de pico e módulo de elasticidade) e físicas (porosidade total e

absortividade). Além disso, serão realizados ensaios de lixiviação e solubilização na CLE

e no concreto com o objetivo de “dar” uma destinação final segura para este resíduo

4

através do seu encapsulamento na matriz cimentícia visto que a CLE possui em sua

composição poluentes perigosos que põe em risco o meio ambiente e a saúde pública.

1.3 Estrutura da dissertação

A dissertação é composta por oito capítulos e está organizada da seguinte

maneira:

Capítulo 1 – introdução referente ao reaproveitamento dos resíduos, com ênfase

em lodo de esgotos. Em seguida, apresenta-se a importância e o objetivo desta pesquisa

e a estrutura da dissertação.

Capítulo 2 – revisão bibliográfica sobre sistema de esgotamento sanitário

abordando desde a geração dos esgotos até o seu tratamento e disposição final.

Capítulo 3 – caracterização do lodo de esgoto “in-natura”, suas propriedades

físicas, químicas, microbiológicas e mineralógicas.

Capítulo 4 – caracterização da cinza de lodo de esgotos, suas propriedades físicas,

químicas e mineralógicas.

Capítulo 5 – aplicação do lodo de esgotos “in-natura” e incinerado nos dias de

hoje. Ao final, fez-se uma revisão bibliográfica sobre a utilização de aditivos minerais

em argamassas e concretos tanto no estado fresco como no estado endurecido.

Capítulo 6 – apresenta-se o programa experimental da pesquisa, os ensaios

realizados bem como a sua metodologia.

Capítulo 7 – apresentação e análise dos resultados. Ao final faz-se uma discussão

com resultados obtidos em outras pesquisas.

Capítulo 8 – conclusões desta pesquisa e sugestões para futuras pesquisas.

5

Capítulo 2 2

Sistema de Esgotamento Sanitário

2.1 Histórico

A prática do saneamento vem sendo desenvolvida conjuntamente com a

evolução dos povos. Dados relatam que civilizações existentes na Índia possuíam

banheiros, esgoto na construção, drenagem nas ruas, bem como a preocupação com a

qualidade da água, obtida através de fervura, filtração em areia e cascalho, dentre outras

(FNS, 1999).

Na Antigüidade, além da construção de aquedutos, banhos públicos e termas,

foi construída uma das obras mais importantes referentes ao saneamento devido a sua

concepção e dimensão: a Cloaca Máxima de Roma que tinha como função, receber os

esgotos provenientes das construções.

Em 1778 foi inventada a bacia sanitária com o uso da água. O lançamento dos

dejetos era feito nas sarjetas ou cursos d’água. Com o crescimento das cidades, estes

lançamentos começaram a trazer conseqüências danosas à população. A solução para

este problema surgiu na Inglaterra, em 1847, com a criação do sistema unitário de

esgotamento que recebia tanto a contribuição das águas pluviais como das águas

residuárias em um único coletor. O Rio de Janeiro foi uma das primeiras capitais do

mundo a implantar este tipo de sistema, tendo isso acontecido em 1857. Em 1879,

visando aspectos econômicos e práticos, foi proposta a construção de um sistema

separador absoluto onde as águas pluviais ficavam completamente separadas das águas

residuárias (CETESB, 1984).

No Brasil, o sistema de coleta de esgoto mais utilizado é o separador absoluto.

São partes constitutivas deste sistema a coleta e o transporte de esgotos, o tratamento e

a disposição final.

6

2.2 Coleta e transporte de esgotos

Os esgotos são coletados e conduzidos às Estações de Tratamento de Esgotos

(E.T.E.) por meio de tubulações. Essas tubulações normalmente funcionam como

conduto livre, podendo em alguns trechos, funcionarem como conduto forçado (linha

de recalque, emissário).

A etapa de coleta e transporte dos esgotos tem início nas edificações que

conduzem o efluente até a rede coletora através de ramais prediais. Em seguida, a rede

coletora recebe estes esgotos por meio de coletores secundários encaminhando-os ao

coletor tronco que recebe estas contribuições e transporta-os para um interceptor ou

emissário. O interceptor possui diâmetro maior que a rede coletora, pois recebe

contribuição de toda a sub-bacia. Já o emissário tem como função conduzir os esgotos

a uma Estação de Tratamento de Esgotos ou corpo receptor. Vale ressaltar que ele não

recebe nenhum tipo de contribuição.

2.3 Tratamento dos esgotos

O esgoto sanitário é constituído de 99,9% de água e 0,1% de sólidos totais

(orgânicos e inorgânicos; suspensos e dissolvidos), além de microorganismos. Devido a

este 0,1% de sólidos presentes no esgoto, é necessário tratá-lo (VON SPERLING,

1996a, TSUTIYA et al., 2001).

O tratamento dos esgotos pode ser dividido em duas fases: fase líquida e fase

sólida. A fase líquida pode ser composta por esgotos domésticos, águas de infiltração e

despejos industriais. A fase sólida é composta por subprodutos gerados durante o

tratamento da fase líquida.

7

2.3.1 Tratamento da fase líquida

Segundo SPERLING (1996a), a classificação do tratamento dos esgotos na fase

líquida é dada de acordo com os seguintes níveis: preliminar, primário, secundário e ,

eventualmente, terciário.

2.3.1.1 Tratamento preliminar

O tratamento preliminar consiste basicamente na remoção de sólidos grosseiros

e areia. Nesta fase pode-se também incluir uma unidade para medição da vazão. Esta

medição pode ser feita através de calhas parshall, de dimensões padronizadas,

vertedores retangulares ou triangulares.

A remoção dos sólidos grosseiros é feita, normalmente, por meio de grades.

Estas grades variam conforme as dimensões dos sólidos, podendo ser grossa, média e

fina. A utilização de uma ou de outra varia de acordo com a qualidade do esgoto

afluente. Nesta etapa, chamada de gradeamento, o resíduo com dimensões maiores do

que o espaço entre as barras fica retido.

A remoção da areia é feita através de uma unidade denominada caixa de areia ou

desarenador. Estas unidades são dimensionadas para a remoção apenas deste sólido.

Neste processo, o grão de areia sedimenta no fundo da caixa por causa do seu tamanho

e densidade, enquanto a matéria orgânica permanece em suspensão no meio líquido,

seguindo para a unidade a jusante. Na Figura 2.1 encontra-se o desarenador da E.T.E.

Alegria (Estação onde foi coletado o lodo do presente estudo).

Normalmente, o material resultante deste tratamento preliminar é disposto em

aterros sanitários ou, segundo JORDÃO & PESSÔA (1995), a areia pode ser

aproveitada como material drenante nos leitos de secagem desde que esteja bem lavada

e bem selecionada.

8

Figura 2.1: Caixa de areia ou desarenador – E.T.E. Alegria

2.3.1.2 Tratamento primário

Tem por objetivo remover os sólidos em suspensão e os sólidos flutuantes. Esta

remoção é feita através de decantadores que podem ter o formato retangular ou

circular. Nesta unidade, os sólidos que possuem densidade maior do que a da massa

líquida vão se depositando lentamente no fundo do tanque e recebem o nome de lodo

primário. Em seguida, o efluente líquido é encaminhado para o tratamento secundário,

ou para o corpo receptor, e o lodo primário é encaminhado para o tratamento da fase

sólida, ambos por meio de tubulações. A Figura 2.2 ilustra o decantador primário da

E.T.E. Alegria.

O lodo primário, por ter em sua composição sólidos sedimentáveis orgânicos e

inorgânicos muito mais concentrados, é considerado mais agressivo do que o esgoto

(JORDÃO & PESSÔA, 1995). Os sólidos flutuantes (graxas, óleos), em função da sua

densidade, sobem para a superfície, onde são removidos, manualmente ou

mecanicamente, para tratamento posterior.

9

Figura 2.2: Decantador primário – E.T.E. Alegria

2.3.1.3 Tratamento secundário

Tem por objetivo remover a matéria orgânica. A matéria orgânica pode se

apresentar na forma de sólidos dissolvidos e sólidos suspensos ou particulados. A sua

degradação nesta etapa ocorre através de processo biológico, ou seja, os

microorganismos estabilizam a matéria orgânica. Nos tratamentos preliminar e primário

o processo é puramente físico.

Dentre os vários tipos de tratamento secundário existentes, podemos citar

sistemas de lagoas de estabilização, sistema de lodos ativados e sistemas aerados com

biofilmes.

2.3.1.3.1 Sistemas de lagoas de estabilização

O tratamento dos esgotos através de sistemas de lagoas de estabilização pode

ser realizado de quatro maneiras diferentes.

• Lagoa Facultativa

Neste processo, os esgotos permanecem por um período de tempo retidos na

lagoa até que a matéria orgânica comece a se degradar. Ao iniciar o processo de

10

degradação, os sólidos suspensos tendem a sedimentar no fundo da lagoa formando

uma camada de lodo que é decomposta através de microorganismos anaeróbios (zona

anaeróbia). Os sólidos dissolvidos no meio líquido são decompostos por bactérias

facultativas que sobrevivem tanto na presença quanto na ausência de oxigênio.

O funcionamento da lagoa facultativa depende unicamente dos fenômenos

naturais (clima, temperatura, evaporação). Por isso, a estabilização da matéria orgânica

ocorre em taxas mais lentas. Normalmente, a profundidade adotada para este tipo de

lagoa varia entre 1,5 m e 3,0 m (VON SPERLING, 1996b).

Figura 2.3: Lagoa facultativa ( VON SPERLING, 1996a)

• Lagoa anaeróbia – lagoa facultativa

É adotado em locais onde não há disponibilidade de área e também, segundo

SPERLING (1996b), quando o afluente possui elevado teor de DBO (Demanda

Bioquímica de Oxigênio). A lagoa anaeróbia possui uma profundidade maior (4,0 a 5,0

m) comparada à lagoa facultativa. Por isso, a fotossíntese quase não ocorre e as

bactérias anaeróbias presentes degradam a matéria orgânica chegando a remover em

torno de 50 a 60% de DBO. Após este tipo de lagoa, normalmente é implantada uma

lagoa facultativa onde a DBO restante é removida (VON SPERLING, 1996a).

Figura 2.4: Lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa (VON SPERLING, 1996a)

11

• Lagoa aerada facultativa

Neste tipo de lagoa é utilizado um equipamento denominado aerador. Este

equipamento introduz oxigênio dissolvido no meio líquido através do seu

turbilhonamento, fazendo com que a degradação da matéria orgânica ocorra mais

rapidamente. Porém, este turbilhonamento não é suficiente para manter os sólidos em

suspensão no meio, fazendo com que estes sejam depositados no fundo da lagoa onde

são decompostos anaerobicamente (VON SPERLING, 1996a).

Figura 2.5: Lagoa aerada facultativa (VON SPERLING, 1996a)

• Lagoa aerada de mistura completa – lagoa de decantação

Na lagoa aerada de mistura completa o nível de aeração é superior ao da lagoa

aerada facultativa, pois o turbilhonamento do meio líquido, além de permitir a sua

oxigenação, mantém todos os sólidos em suspensão. A elevada concentração de

bactérias aumenta a eficiência da unidade na estabilização da matéria orgânica. Porém,

como a biomassa permanece dispersa no efluente, torna-o impróprio para ser lançado

no corpo receptor. A implantação de uma lagoa de decantação a jusante desta unidade

pode ser uma alternativa para a sedimentação destes sólidos em suspensão (VON

SPERLING, 1996b).

Figura 2.6: Lagoa aerada de mistura completa seguida de lagoa de decantação

(VON SPERLING, 1996a)

12

2.3.1.3.2 Sistemas de lodos ativados

• Lodos ativados convencional

Este tipo de sistema recircula os sólidos do fundo do decantador secundário

para o tanque de aeração, elevando a sua concentração no meio. Devido a esta

recirculação, os sólidos permanecem no sistema por um tempo maior (4 a 10 dias) do

que o líquido (6 a 8 horas), garantindo, portanto, a sua eficiência através da estabilização

da matéria orgânica pelas bactérias. Como a entrada do esgoto no sistema é contínua,

há um excesso na reprodução das bactérias. Para que as unidades não fiquem

sobrecarregadas e o sistema seja mantido em equilíbrio é necessário remover uma

quantidade de lodo equivalente à que é produzida. Este lodo removido é denominado

de lodo biológico excedente, devendo ser encaminhado para posterior tratamento. É

necessário haver um decantador primário para remover os sólidos sedimentáveis do

esgoto bruto (VON SPERLING, 1996a).

Figura 2.7: Lodo ativado convencional (VON SPERLING, 1996a)

• Lodos ativados com aeração prolongada

Difere do convencional pelo fato da biomassa permanecer mais tempo no

sistema (20 a 30 dias). Como o sistema continua a receber a mesma carga de DBO de

esgoto bruto, há uma escassez de alimento para as bactérias, que para sobreviverem

utilizam sua própria matéria orgânica componente das suas células. Com isso, o lodo

excedente biológico já sai estabilizado, não havendo, portanto, a necessidade de

decantador primário a montante do reator (VON SPERLING, 1996a).

13

Figura 2.8: Lodos ativados com aeração prolongada (VON SPERLING, 1996a)

• Lodos ativados com fluxo intermitente

É chamado de fluxo intermitente pelo fato de todas as etapas acontecerem

dentro de um único tanque (reator de mistura completa), em seqüências diferentes, mas

com durações definidas. O descarte do lodo pode acontecer em qualquer destas fases

do processo: enchimento (aerador ligado), reação, sedimentação (aerador desligado),

esvaziamento e repouso. A duração de cada ciclo pode variar em função da vazão

afluente, das necessidades do tratamento e das características do esgoto e da biomassa

(VON SPERLING, 1996a).

Figura 2.9: Lodos ativados com fluxo intermitente (VON SPERLING, 1996a)

2.3.1.3.3 Sistemas aeróbios com biofilmes

• Filtros biológicos de baixa carga

Este processo não é similar aos anteriores pelo fato da biomassa crescer aderida

a um meio suporte, ao invés de dispersa no meio líquido. A entrada dos esgotos nos

filtros biológicos é feita por distribuidores rotativos em forma de gotas ou jatos, no qual

14

os esgotos percolam através do material de revestimento (pedras, ripas ou material

plástico) em direção aos drenos de fundo, contribuindo para o crescimento bacteriano

na superfície destes.

Este sistema é dito aeróbio, pois ocorre a circulação natural de ar em função dos

vazios existentes entre o material de revestimento. Porém, a medida em que a

população microbiana cresce na superfície das pedras, os espaços vazios vão sendo

reduzidos, contribuindo para um aumento da velocidade de escoamento dos esgotos

nestes poros promovendo um deslocamento do material aderido. Este fato provoca

uma redução natural da população microbiana no sistema. Estes sólidos são removidos

na unidade a jusante.

O sistema é eficiente na remoção da DBO, porém a quantidade de matéria

orgânica no meio é pequena, fazendo com que as bactérias utilizem do seu próprio

material celular para se alimentarem (VON SPERLING, 1996a).

Figura 2.10: Filtro biológico de baixa carga (VON SPERLING, 1996a)

• Filtros biológicos de alta carga

Os filtros biológicos de alta carga se diferenciam dos de baixa carga por

receberem uma quantidade de matéria orgânica maior, além de não conseguirem

estabilizar o lodo na unidade. Neste tipo de sistema deve-se ter o cuidado com o

revestimento de pedra, porque, devido à elevada concentração de matéria orgânica, os

espaços vazios são fechados por causa do crescimento em excesso das bactérias,

trazendo sérias conseqüências para a eficiência do sistema.

15

Figura 2.11: Filtro biológico de alta carga (VON SPERLING, 1996a)

2.3.2 Tratamento da fase sólida

Apesar de não ser o único subproduto gerado em uma estação de tratamento de

esgotos, o lodo tem uma importância maior por ser um resíduo de difícil tratamento e

disposição final, face às grandes quantidades que são geradas, à dificuldade em se

encontrar locais adequados para a sua disposição final, à distância de transporte, aos

impactos ambientais, dentre outros (JORDÃO E PESSÔA, 1995). Por convenção o

lodo é denominado de fase sólida apesar de possuir em sua constituição mais de 95%

de água (ANDREOLI et al., 2001).

As principais etapas do tratamento do lodo são: adensamento, estabilização,

condicionamento, desaguamento, higienização e disposição final. A implantação ou não

de cada unidade vai depender das características do lodo gerado e do produto final que

se deseje obter, além dos custos. Os custos representam em torno de 20 a 60% do total

gasto com a operação de uma Estação de Tratamento de Esgotos (ANDREOLI et al.,

2001; FERNANDES et al., 1999; TSUTIYA et al., 2001).

Antes de descrever as etapas do tratamento do lodo de esgotos é necessário

esclarecer o termo teor de sólidos utilizado no presente texto. O lodo de esgotos possui

em sua composição água e sólidos. Os sólidos são divididos em sólidos em suspensão e

sólidos dissolvidos. Com relação a matéria orgânica, os sólidos dividem-se em sólidos

fixos ou inorgânicos e sólidos voláteis ou orgânicos (ver Figura 2.12). Vários autores

consideram teor de sólidos como sendo o teor de sólidos totais ou teor de sólidos secos

(ANDREOLI et al., 2001). Este conceito foi adotado também nesta pesquisa.

16

Figura 2.12: Distribuição dos sólidos do lodo

2.3.2.1 Adensamento do lodo

São unidades que têm por objetivo reduzir a umidade do resíduo através de

processos físicos, aumentando a concentração de sólidos. Este processo de

adensamento torna as unidades subseqüentes mais compactas por causa da redução de

massa e volume do lodo. Os tipos de adensadores de lodo mais utilizados são os

adensadores por gravidade e os adensadores por flotação (TSUTIYA et al., 2001). Na

E.T.E. Alegria utiliza-se adensadores por gravidade conforme mostra a Figura 2.13.

2.3.2.1.1 Adensadores por gravidade

Apresenta melhor eficiência quando da utilização de lodo proveniente de

tratamento primário. Estas unidades são semelhantes a um decantador primário, no

qual o lodo sedimenta e adensa no fundo do tanque, sendo removido por raspadores e

encaminhados para a etapa de estabilização. O líquido sobrenadante retorna ao início

do processo de tratamento primário (JORDÃO E PESSÔA, 1995).

Figura 2.13: Etapa de adensamento por gravidade do lodo – E.T.E. Alegria

Teor de

sólidos totais =

Teor de sólidos

em suspensão

Fixos

Voláteis

+ Teor de sólidos

dissolvidos

Fixos

Voláteis

17

2.3.2.1.2 Adensadores por flotação

Utilizado com maior eficiência quando o lodo é proveniente de tratamento

secundário ou de lodo ativado (excedente). Este processo consiste na injeção de bolhas

de ar no meio líquido. Estas bolhas aderem às partículas sólidas, fazendo com que a sua

densidade diminua e as mesmas sejam arrastadas para a superfície, onde são removidas

por raspadores (JORDÃO E PESSÔA, 1995).

2.3.2.2 Estabilização do lodo

A etapa de estabilização do lodo é necessária porque, além de evitar a emanação

de maus odores, reduz a concentração de patógenos na massa de lodo devido à

degradação da matéria orgânica biodegradável.

O lodo pode ser estabilizado através de três processos: (1) estabilização

biológica: utiliza bactérias específicas para estabilizar a matéria orgânica biodegradável;

(2) estabilização química: estabiliza o lodo através da oxidação química da matéria

orgânica; (3) estabilização térmica: o calor age sobre a fração volátil em recipientes

hermeticamente fechados. Atualmente a mais utilizada é a estabilização biológica.

(ANDREOLI et al., 2001).

2.3.2.2.1 Estabilização biológica

Neste tipo de processo, a fração biodegradável da matéria orgânica é estabilizada

por meio de bactérias. O método mais empregado para estabilizar o lodo é a digestão

anaeróbia, porém existem outros métodos, tais como: digestão aeróbia, compostagem,

etc.

• Digestão anaeróbia

Neste tipo de digestão, o lodo bruto é encaminhado para o interior de digestores

biológicos totalmente fechados, onde bactérias anaeróbias e facultativas estabilizam a

matéria orgânica produzindo gás carbônico, metano, massa celular e outros

18

micronutrientes. A Figura 2.14 mostra o digestor anaeróbio da E.T.E. Alegria. Durante

a degradação, três grupos de bactérias participam do processo em fases distintas, mas

interdependentes entre si. São elas: bactérias acidogências, bactérias acetogênicas e

bactérias metanogênicas (ANDREOLI et al., 2001). Uma digestão eficiente, de acordo

com JORDÃO e PESSÔA (1995), é indicada por uma redução de sólidos voláteis que

deve ser em torno de 45% a 50%.

Figura 2.14: Etapa de disgestão anaeróbia do lodo – E.T.E. Alegria

2.3.2.3 Condicionamento do lodo

É um processo físico ou químico no qual partículas menores de lodo se unem a

partículas maiores formando agregados com dimensões superiores a estas partículas. O

condicionamento do lodo pode ser realizado através da utilização de polímeros

orgânicos, produtos químicos inorgânicos ou de tratamento térmico (ANDREOLI et

al., 2001).

Os polímeros orgânicos podem ser classificados em neutros, catiônicos e

aniônicos do ponto de vista das cargas de superfície. Destes, os polímeros catiônicos

são os mais utilizados no condicionamento dos lodos pelo fato do lodo possuir cargas

elétricas predominantemente negativas. Eles podem ser encontrados comercialmente

19

em pó ou em líquidos. Os produtos químicos inorgânicos são utilizados principalmente

quando a etapa posterior (desidratação) é realizada por filtro a vácuo ou filtro de

pressão. Atualmente, outros tipos de produtos inorgânicos vem sendo utilizados para o

condicionamento de lodos: resíduos de alto forno de cimento e de cal, carvão

pulverizado e cinza de incineradores (ANDREOLI et al., 2001).

Na Figura 2.15 está ilustrada o equipamento utilizado para adicionar

polieletrólito ao lodo.

Figura 2.15: Etapa de condicionamento do lodo – adição de polieletrólito - E.T.E. Alegria

2.3.2.4 Desidratação do lodo

A água está ligada aos sólidos nos lodos através de forças intermoleculares que

estão distribuídas em quatro classes distintas de acordo com a facilidade de separação:

(1) água livre – a sua remoção acontece por simples ação gravitacional ou por flotação;

(2) água adsorvida – pode ser removida por meio de processos mecânicos ou pelo uso

de defloculantes; (3) água capilar – permanece adsorvida à fase sólida por força

capilar. É removida através de processos mecânicos ou pelo uso de defloculantes

(forças de origem química). Este tipo de água difere da adsorvida por necessitar de uma

força maior para separá-la do sólido; (4) água celular – faz parte da fase sólida e só é

removida através de forças térmicas que gerem uma mudança no estado de agregação

da água (congelamento e evaporação).

20

A desidratação do lodo é um processo físico através do qual o teor de umidade

do lodo é reduzido. Os processos de desaguamento podem ser por secagem natural ou

por secagem mecânica.

2.3.2.4.1 Secagem Natural

Fazem parte do processo de desaguamento por secagem natural os leitos de

secagem e as lagoas de secagem de lodo.

• Leito de secagem

Tem como função reduzir a umidade do lodo que quando bem digerido,

apresenta bons resultados. Normalmente é utilizado para cidades de pequeno porte (até

20.000 habitantes) (ANDREOLI et al., 2001; TCHOBANOGLOUS et al., 1991).

O lodo é disposto normalmente em tanques retangulares com paredes de

alvenaria ou concreto e fundo de concreto, nos quais a água presente é drenada através

de dispositivos colocados no interior do tanque (soleira drenante, camada suporte e

sistemas de drenagem) e evaporada durante o período de secagem. Os leitos de

secagem podem ser instalados ao ar livre ou cobertos com o objetivo de proteger o

resíduo contra a influência das chuvas e geadas (ANDREOLI et al., 2001).

Este tipo de processo gera um lodo com um teor de umidade de

aproximadamente 60% para um tempo de detenção de 10 a 15 dias

(TCHOBANOGLOUS et al., 1991). Para JORDÃO E PESSÔA (1995), o lodo é

considerado apto para remoção e transporte após um período de detenção de 12 a 20

dias, quando sai com uma umidade em torno de 60 a 70%.

Na Tabela 2.1 estão listadas algumas vantagens e desvantagens dos leitos de

secagem.

21

Tabela 2.1: Vantagens e desvantagens dos leitos de secagem

Vantagens Desvantagens

Baixo valor de investimento Elevada área requerida

Torta com alto teor de sólidos Necessidade de elevada mão de obra para

retirada da torta seca

Simplicidade operacional. Elevado risco de liberação de odores

desagradáveis e de proliferação de moscas

Fonte: ANDREOLI et al. (2001)

• Lagoas de secagem de lodo

São escavações feitas no solo, ou posicionadas em depressões naturais do

terreno, onde o lodo é disposto, permanecendo por um período de tempo de 3 a 5

anos. Durante este tempo o lodo passa por várias fases: adensamento, estabilização e,

finalmente, a desidratação, que é realizada através da drenagem, evaporação e

escoamento superficial, sendo a evaporação, o processo que mais influencia. Este tipo

de alternativa para desidratação do lodo não é recomendado para lodos primários ou

mistos (TSUTIYA et al., 2001). Ao final, o lodo apresenta um teor de sólidos totais

entre 25 a 30% (ANDREOLI et al., 2001).

2.3.2.4.2 Secagem mecanizada

A secagem mecanizada é usada em Estações de Tratamento de Esgotos de

médio e grande porte em função da quantidade de lodo gerado. Este sistema é capaz de

produzir um lodo seco chamado de “torta de lodo”, onde a concentração de sólidos

totais fica em torno de 20 a 30%. Os equipamentos utilizados mais freqüentemente são:

filtro prensa, filtro esteira e centrífugas (JORDÃO e PESSÔA, 1995).

• Filtro prensa

São equipamentos que operam em batelada. O processo é iniciado com o

bombeamento do lodo para as câmaras, envelopadas por telas filtrantes. Este

bombeamento promove um aumento de pressão na câmara forçando o lodo a passar

22

através das telas. Neste momento, os sólidos são retidos sobre o meio filtrante,

formando a “torta”. Em seguida, o lodo é prensado e o filtrado é recolhido nos canais

das placas e pontos de drenagem.

Este equipamento de grande eficiência é utilizado quando se requer uma elevada

redução da umidade. Consegue-se uma torta com teor de umidade em torno de 65%,

ou seja, 35% de teor de sólidos, podendo este valor de teor de sólidos variar de 25% a

50%.

• Filtro esteira

A operação deste equipamento pode ser dividida em três etapas diferentes: zona

de separação por peneiramento, zona de baixa pressão e zona de alta pressão.

Na zona de separação por peneiramento o lodo é colocado sobre a tela superior

no qual, sob a ação da gravidade, a água livre percola através de furos existentes nesta

placa. Em seguida, o lodo é encaminhado para uma zona de baixa pressão onde por

entre as telas (inferior e superior), é suavemente comprimido e o restante da água livre é

removida. Na zona de alta pressão o lodo é comprimido novamente com o objetivo de

retirar a água intersticial.

Este equipamento não possui a mesma eficiência que o filtro prensa,

conseguindo obter uma “torta” com teor de sólidos entre 15 e 25% (75 e 85% de

umidade).

• Centrífugas

O processo de separação sólido/líquido ocorre através da ação de uma força

centrífuga. Na primeira etapa denominada de clarificação, as partículas sólidas do lodo

sedimentam a uma velocidade muito superior a da ação da gravidade. Na segunda etapa,

ocorre a compactação, no qual o lodo perde parte da água capilar devido à ação

prolongada da centrifugação.

23

Este tipo de equipamento vem se desenvolvendo nos últimos tempos. A

facilidade de operação e a ocupação de pequena área têm contribuído para este fim.

Consegue-se uma “torta de lodo” com um teor de sólidos em torno de 25 e 35% (65 e

75% de umidade). Na E.T.E. Alegria utiliza-se centrifuga para desisdratar o lodo (ver

Figura 2.16).

Figura 2.16: Etapa de desidratação do lodo – E.T.E. Alegria

2.4 Disposição final do lodo de esgotos

Como já mencionado anteriormente, existe uma preocupação crescente com

relação à disposição do lodo de esgotos, em decorrência da ampliação dos sistemas de

tratamento e das leis ambientais, que a cada dia tornam-se mais exigentes. Por

apresentar em sua composição germes patogênicos, metais pesados e outros compostos

tóxicos, mesmo após o processo de tratamento. Este resíduo quando disposto de

maneira inadequada, pode trazer danos ao meio ambiente e a saúde humana.

Atualmente, existem várias formas de disposição do lodo gerado nas estações de

tratamento de esgoto. Nesta pesquisa, serão comentadas seis maneiras de disposição

final do lodo de esgotos: aterro sanitário, uso agrícola, landfarming, recuperação de

áreas degradadas, incineração e disposição oceânica.

24

2.4.1 Aterro sanitário

O planejamento inadequado de um aterro sanitário pode causar diversos

impactos ambientais, tais como a poluição das águas subterrâneas e superficiais em

função da lixiviação e escorrimentos de líquidos percolados que podem conter

substâncias tóxicas, a poluição do ar através da produção de gases nos aterros e do solo.

Estes impactos podem ser evitados através da escolha de locais adequados, de um

projeto bem elaborado, monitoramento do aterro mesmo após o seu fechamento, e

elementos de proteção ambiental (ANDREOLI et al., 2001, TSUTIYA et al., 2001).

Para a disposição do lodo em aterros sanitários existem duas formas: aterros exclusivos

para o lodo, ou co-disposição com resíduos sólidos urbanos.

• Aterros sanitários exclusivos

Utilizado para a disposição de lodo desidratado ou seco termicamente. Devido à

umidade elevada ainda presente nas “tortas de lodo”, as mesmas não podem ser

submetidas a um processo de compactação. Por isso, ensaios geotécnicos realizados por

TSUTIYA et al. (2001), mostraram que adicionando outros materiais como, por

exemplo, a cal virgem a uma massa de lodo com 40% de teor de sólidos torna a mistura

adequada para a disposição nestes aterros.

Para FERNANDES et al. (1999) o lodo é disposto dentro de células

previamente impermeabilizadas, devendo ser recobertas no mesmo dia para evitar

problemas de odor e atração de vetores. Durante o processo a matéria orgânica é

degradada anaerobicamente devido à ausência de oxigênio. Em paralelo, ocorre a

produção de gases, devendo os mesmos serem drenados dentro do aterro e depois

queimados ou liberados para a atmosfera. Os aterros devem ser monitorados

constantemente, com o objetivo de se evitar a poluição das águas superficiais e

subterrâneas pela produção de percolados.

25

• Co-disposição com resíduos sólidos urbanos (RSU)

Esta forma de disposição mistura o lodo ao resíduo sólido urbano. Para

ANDREOLI et al. (2001), neste caso o teor de sólidos do resíduo deve ser de no

mínimo 20%, pois lodo com umidade muito elevada (acima de 80%) aumenta a

produção de chorume no aterro, reduzindo a estabilidade dos taludes, além de dificultar

a compactação do lixo por impedir a mobilidade do trator.

Esta prática está sendo aplicada em São Paulo através de um convênio entre a

SABESP e a Prefeitura Municipal de São Paulo (PMSP). Neste acordo a PMSP recebe

os resíduos de duas ETE’s (Barueri e Suzano) depositando-os em dois de seus aterros

(Bandeirantes e São João), ficando a cargo da SABESP receber e tratar o chorume

gerado nestes aterros. Vale salientar ainda que, para este acordo, o peso das tortas de

lodo não deve ultrapassar 5% do peso do resíduo sólido urbano e o teor de umidade

deve ser inferior a 60% (ANDREOLI et al., 2001, TSUTIYA et al., 2001).

2.4.2 Uso agrícola

Segundo ANDREOLI (2001), para se utilizar o termo biossólido é necessário

que o lodo biológico, ou secundário, seja composto principalmente de sólidos

biológicos, além de ter uma composição química e biológica compatíveis com alguma

utilização produtiva.

Países norte-americanos e europeus reconhecem a disposição de biossólidos no

solo como benéfica e, em especial a reciclagem agrícola, como uma excelente

alternativa. Porém, existem algumas limitações para a utilização deste resíduo que estão

associadas aos possíveis riscos de contaminação do solo por metais pesados e agentes

patogênicos, e contaminação do lençol freático e águas superficiais através da lixiviação

de nitrogênio e fósforo presentes no biossólido. Para utilizá-lo de forma segura é

necessário avaliar a qualidade do biossólido, além das características ambientais dos

locais de forma a se evitar possíveis contaminações do meio ambiente e da população.

Existe ainda uma outra recomendação para a utilização do biossólido, somente algumas

26

culturas podem ser beneficiadas com o seu uso sem que o mesmo não ofereça riscos à

população (ANDREOLI et al., 2001).

Os cereais são as culturas mais recomendadas, pois passam por processos

industriais antes de chegarem ao consumidor. As áreas de reflorestamento também são

boas opções visto que não apresentam riscos de consumo. As culturas que oferecem

mais riscos são aquelas em que o produto tenha um contato direto com o solo (alface,

repolho, cenoura, beterraba, cebola, nabo) e podem ser consumidas cruas


2.4.3 Disposição superficial no solo ou “Landfarming”

Nesse tipo de sistema o solo recebe quantidades elevadas deste resíduo e a sua

biodegradação bem como a retenção de metais ocorre através dos microorganismos

presentes no perfil arável e na camada superficial, respectivamente. Para esse tipo de

disposição, o lodo não é utilizado para fins agrícolas (ANDREOLI et al., 2001).

Durante a aplicação do lodo ao solo, a camada superficial deve ser

periodicamente revolvida, para facilitar a biodegradação e minimizar o problema de

odor e eventual atração de vetores (ANDREOLI et al., 1999). A taxa de aplicação de

lodo ao solo varia em função da existência ou não da camada impermeabilizante situada

a 60-70cm da superfície, da colocação de drenos e da coleta e tratamento dos

percolados. Trata-se de um sistema aberto que, se for mal planejado traz riscos

imediatos ao meio ambiente tais como: contaminação das águas superficiais,

subterrâneas, de alimento e do próprio solo (ANDREOLI et al., 2001).

Apesar do landfarming ser uma alternativa de baixo custo, se bem projetada e

monitorada, não existe experiência comprovada para a disposição do lodo de esgoto no

Brasil (ANDREOLI et al., 2001).

27

2.4.4 Recuperação de áreas degradadas

O lodo de ETE pode ser também utilizado para recuperação de áreas

degradadas, uma vez que ele possui em sua composição matéria orgânica e nutrientes

que contribuem em vários aspectos, como a formação de agregados, circulação de ar e

de água que promovem a aeração do solo, favorecendo a recuperação e o

reaparecimento de vegetação (ANDREOLI et al., 1999, TSUTIYA et al., 2001).

Porém, traz consigo também alguns impactos negativos como o acúmulo de

metais pesados, compostos orgânicos e agentes patogênicos no solo, lixiviação de

compostos resultantes da decomposição do lodo no solo, contaminação de corpos

hídricos e áreas adjacentes devido ao escorrimento superficial do material e volatilização

de compostos (ANDREOLI, et al., 2001).

A taxa de aplicação do lodo varia de acordo com a qualidade da matéria orgânica

e nutrientes necessários ao solo até que o ecossistema esteja novamente equilibrado.

Experiência sobre a prática desta alternativa foi registrada por TISUTIYA et al. (2001)

na cidade de Franca, no estado de São Paulo, onde o lodo produzido na ETE Franca

foi utilizado no perímetro urbano da cidade, para o controle de 14 áreas erodidas de

grande porte.

2.4.5 Disposição Oceânica

Durante muito tempo, vários países costeiros lançavam os lodos de esgoto nos

oceanos (TSUTIYA et al., 2001). Esta prática causava um grande impacto ambiental,

pois os elementos tóxicos presentes no lodo podiam sedimentar no fundo dos oceanos,

alterando a vida aquática e conseqüentemente trazendo danos futuros à saúde humana

através da ingestão de mariscos e peixes contaminados. Atualmente este tipo de

disposição foi proibido em vários países (ANDREOLI et al, 2001). ANDREOLI et al.

(1999) afirmaram que a partir de 2005 a disposição oceânica será totalmente proibida.

28

2.4.6 Incineração

Durante o processo de incineração, os sólidos voláteis são convertidos em gás

carbônico e água na presença de oxigênio e os sólidos fixos são transformados em

cinza. A incineração tem como principal vantagem a redução do volume de lodo que

chega a ser de aproximadamente 10 a 20% do volume total de lodos. Em contrapartida,

durante o processo de decomposição, apesar dos organismos patogênicos e compostos

orgânicos tóxicos serem eliminados, os metais pesados continuam presentes nas cinzas

e, portanto, torna-se necessária uma disposição final adequada para a mesma

(TSUTIYA et al., 2001).

Uma disposição inadequada das cinzas pode acarretar a lixiviação dos metais

presentes nas cinzas e estes serem absorvidos, posteriormente, pelas plantas. Por isso,

as cinzas de lodo devem ser dispostas em aterros sanitários, ou serem utilizadas como

co-incineradoras em fornos de cimento ou termoelétricas ou também em misturas com

o cimento que estão sendo realizadas atualmente no Japão e na Europa (ANDREOLI

et al., 2001). Estudos também vêm sendo realizados com o objetivo de aproveitar essa

cinza em substituição parcial ao cimento para a produção de argamassas e concretos

(GEYER, 2001, TAY, 1987b), além do presente estudo.

O controle na emissão de poluentes para a atmosfera, considerada por

ANDREOLI et al. (2001), como o principal impacto da incineração, pode ser obtido

através do aperfeiçoamento do processo de combustão e da utilização de sistemas de

filtros antes dos gases serem liberados para a atmosfera.

Atualmente existem dois tipos de incineradores que são utilizados para o

tratamento do lodo de ETE: Incinerador de câmaras múltiplas e incinerador de leito

fluidizado. Esta prática vem se tornando crescente em vários países. Nos países

membros da União Européia a incineração deverá subir de 10% em 1985 para 35% em

2005. No Japão a incineração já atinge 60% do lodo produzido e na Europa, devido à

competição por espaços em aterros, está havendo um crescimento na incineração


29

Embora a incineração seja considerada como um tipo de disposição final, isso

não deveria acontecer, uma vez que o processo gera resíduos que necessitam de uma

disposição segura e adequada por ainda conter em sua composição metais pesados. Por

isso, caso a CLE consiga ser retida na matriz cimentícia do concreto, esta pode ser a

solução mais segura.

30

Capítulo 3 3

Características dos lodos de esgoto – “in natura”

No presente capítulo apresenta-se uma caracterização dos lodos em geral, com

ênfase no lodo do presente estudo. O lodo utilizado nesta pesquisa foi coletado na

Estação de Tratamento de Esgotos Alegria, situada no bairro do Caju, na região

metropolitana da cidade do Rio de Janeiro cujo lay-out está apresentado na Figura 3.1.

O sistema de tratamento implantado nesta estação é composto de tratamento

preliminar, primário, secundário e tratamento da fase sólida (lodo) sendo que, o

tratamento secundário encontra-se em fase de construção, portanto o lodo coletado foi

proveniente de um tratamento primário. A coleta da amostra foi realizada no dia 16 de

maio de 2002 (ver Figura 3.2). Foram coletados cerca de 300kg de lodo que foi

desidratado por centrifugação com a utilização de polieletrólitos. Após a coleta, o

resíduo foi acondicionado em sacos plásticos e guardado em bombonas com

capacidade de 200 litros cada uma.

Esgoto bruto

Grade grosseira

Elevatória Esg. bruto

Grade Fina

Medidor Parshall

Caixa de areia

Decantador Primário

Efluente final

Material gradeado

Material gradeado

Areia

Adensador de lodo

Elev. de lodo espessado

Digestor

Queimador de gás

Escuma

Tanque de Armazenamento

de lodo

Desidratação do lodo de gás

sobrenadante

sobrenadante

centrado

lodo seco

Figura 3.1: Lay-out da Estação de Tratamento de Esgotos (E.T.E.) Alegria – 1ª etapa

31

Figura 3.2: Lodo “in-natura” – E.T.E. Alegria

3.1 Características físicas

3.1.1 Teor de umidade

O teor de umidade na amostra de lodo da E.T.E Alegria foi de 66,2%, conforme

NBR 6457 (ABNT, 1986). Este ensaio foi realizado no Laboratório de Engenharia do

Meio Ambiente da Escola de Engenharia da UFRJ.

Tabela 3.1: Teor de umidade de lodos “in-natura” em algumas E.T.E’s

Estações de

Tratamento de Esgotos Sistemas de tratamento Teor de umidade (%)

Alegria (1) Lodo digerido anaerobicamente e

desidratado por centrífuga (polieletrólitos) 66,2

Venda Nova do

Imigrante (2) Tanque IMHOFF (anaeróbico) 64

EESC/USP (3) Reator UASB 93 – 98

Fonte: (1) Presente estudo; (2) PEREIRA et al., 1997; (3) MENDONÇA et al., (2000)

Na Tabela 3.1 observe que os teores de umidade da E.T.E. Alegria e Venda

Nova estão bem próximos, porém o mesmo não aconteceu com o lodo proveniente da

EESC/USP. Essa variação no teor de umidade do lodo está intrinsecamente ligada com

o tipo de sistema de tratamento adotado na E.T.E., bem como da tecnologia

32

empregada, pois a depender destes fatores, os teores de umidade variam bastante de

uma estação para outra.

3.1.2 Teor de sólidos totais

O lodo coletado foi proveniente de uma desidratação por centrifugação com a

utilização de polieletrólitos. O teor de sólidos totais foi de 37%. Este ensaio foi

realizado no Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente da Escola de Engenharia da

UFRJ utilizando o método gravimétrico de acordo com a norma MF 436 (FEEMA,

1983).

Já era esperado um valor superior a 30%, visto que para a cidade do Rio de

Janeiro a destinação final dos resíduos no aterro sanitário deve atender a diretriz da

FEEMA (DZ - 1311, 1994) que estabelece que “será permitida a disposição direta em

aterros sanitários lodo de E.T.E.’s - Estação de Tratamento de Esgoto Sanitário e

resíduo da limpeza de fossas sépticas com teor de umidade inferior a 70%, desde que

previamente aprovado pela FEEMA”. Pode-se notar (ver Tabela 3.2) que o teor de

sólidos para as E.T.E’s. Penha e Ilha do Governador, situadas na RMRJ, também

atendem este requisito.

Tabela 3.2: Teor de sólidos de lodos “in-natura” em algumas E.T.E’s

Estações de Tratamento de Esgotos Teor de sólidos (%)

Alegria (1) 37

Penha (2) 35,2

Ilha do Governador (3) 35,1

Fonte: (1) Presente estudo; (2) e (3) VOLSCHAN JUNIOR, I. (2001)

3.2 Características químicas

3.2.1 Teor de matéria orgânica

Este ensaio também foi realizado no Laboratório de Engenharia do Meio

Ambiente da Escola de Engenharia do COPPE utilizando a norma MF 436 (FEEMA,

33

1983). A Tabela 3.3 mostra o resultado referente ao teor de matéria orgânica

encontrado no lodo “in-natura” da E.T.E. Alegria bem como de outras E.T.E’s do RJ e

ES.

Tabela 3.3: Teor de matéria orgânica de lodos “in-natura” de algumas E.T.E.’s

Estações de Tratamento de Esgotos Teor de matéria orgânica (%)

Alegria (1) 54,7

Penha (2) 52,5

Ilha do Governador (3) 53,4

Venda Nova (4) 55,50

Fontes: (1) Presente estudo; (2) e (3): VOLSCHAN JUNIOR, I. (2001); (4) PEREIRA JUNIOR, A.B.

(1997).

Com os resultados referentes ao teor de sólidos totais e matéria orgânica da

CLE, pode-se concluir que a quantidade de sólidos fixos, após processo de queima a

550ºC, é de aproximadamente 20%.

3.2.2 Composição química

Segundo ANDREOLI et al. (2001), a presença de metais no esgoto está ligada,

principalmente, aos despejos industriais que são lançados na rede coletora de esgotos

urbanos. A análise química do lodo foi realizada no Centro de Tecnologia Mineral

(CETEM), no Laboratório de Química Analítica. Os resultados desta análise química

no lodo “in-natura” da E.T.E. Alegria e também de outras E.T.E.’s localizadas em

outros estados,estão listados na Tabela 3.4.

34

Tabela 3.4: Análise química do teor de metais presente no lodo “in-natura”

ETE

Alegria

ETE

Penha

ETE

I. Gov

ETE

Belém

ETE

Valparraís

ETE

Cetrel

ETE

IAPI Elementos

químicos Lodo

digerido

Lodo

digerido

Lodo

digerido

Lodo

ativado

Lagoa

aeróbia.

Lodo

ativado

Lodo

ativado Concentração no lodo (mg/l)

P 5300 4600 8200 16200 9600 15000 8000 K 5400 1900 1700 3000 698 200 1400 Ca 22000 20700 21000 15900 - 17500 8600 Fe 25000 - - - 21700 3300 14600 Al 37000 - - - - - 3400 S 11700 1600 1310 - - - 3200 Si 93000 - - - - - - Cd 2,5 3 2 n.d. 2 6 - Cr 296 - - 178 63 47 - Cu 398 506 310 439 190 220 300 Pb 315 294 168 123 95 70 200 Mg 5100 4500 4400 6000 - - 360 Hg 4,8 7,1 6,9 1 2,5 - 3 Ni 126 143 38,5 73 30 62 - Zn 1400 1204 1031 824 1512 701 1000

Fonte: (1) Presente estudo; (2) e (3) VOLSCHAN JUNIOR, I. (2001) (4) ANDREOLI et al. (1997);

(5) MULLER, P.S.G. (1999); (6) NEIVA, M.R. (1999); (7) GEYER, A.L.B. (2001)

n.d.: não detectado

Pode-se perceber que no lodo de esgotos do presente estudo (E.T.E. Alegria)

foi detectada a presença de metais que são considerados nocivos ao ser humano. São

eles: Cr, Cu, Hg, Ni, Pb e Zn. Por isso, torna-se necessário manusear este material de

maneira adequada. A presença de metais pesados neste resíduo pode estar associada a

uma contribuição pluvial que transporta os poluentes depositados nas ruas. Vale

salientar que os lodos provenientes das outras E.T.E.’s também apresentaram metais

pesados em sua composição.

3.3 Características microbiológicas

A presença de agentes patogênicos pode ser de procedência humana, o que

reflete o nível de saúde da população bem como as condições de saneamento básico da

35

região ou, pode ser também de origem animal através dos dejetos lançados nos rios.

Segundo ANDREOLI et al. (2001), no Brasil são poucos os dados referentes a estes

assuntos, pois a comparação de resultados torna-se muito difícil devido a vários fatores,

dentre eles a forma de expressar os resultados, metodologia de coleta do lodo

produzido e tipo de lodo produzido. A análise microbiológica do lodo coletado foi

realizada no Instituto de Química - Departamento de Tecnologia de Processos

Bioquímicos da UERJ. Os métodos utilizados foram: (1) Coliformes fecais e totais -

método dos tubos múltiplos (2) Bactérias Heterotróficas Totais - espalhamento

superficial em placas de Petri contendo PCA (Plate Count Agar). Os resultados destas

análises constam na Tabela 3.5.

Tabela 3.5: Análise microbiológica realizada no lodo “in-natura” da E.T.E. Alegria

Patogenia ETE Alegria

Coliformes totais (UFC/100 ml) 1100

Coliformes fecais (UFC/100 ml) 1100

B.H.T. (UFC/ml) >300

Analisando os resultados pode-se dizer que caso o lodo de esgoto seja

reaproveitado como disposição no solo e uso agrícola, este resíduo deverá passar por

uma etapa de higienização com o objetivo de eliminar os germes patogênicos presentes

visto que estes estão acima do limite máximo permitido por norma (40 CFR part 503).

3.4 Características mineralógicas

3.4.1 Difração de raios X (DRX)

A difração de raios X foi realizada com o objetivo de identificar a composição

mineralógica do lodo de esgoto bem como o de caracterizar as fases existentes no

material. A análise por difração de raios X no lodo “in-natura” foi realizada no Centro

de Tecnologia Mineral (CETEM). O espectro de difração de raios X (DRX) da amostra

foi coletado pelo método do pó em um equipamento Bruker-AXS nas seguintes

condições de operação: radiação Cu Kα (40 kV/35 mA); velocidade do goniômetro de

0,02o 2θ por passo com tempo de contagem de 1,0 segundo por passo e coletados de 5

36

a 70º 2 θ. A interpretação qualitativa de espectro foi efetuada em software Bruker

DiffracPlus.

Figura 3.3: Difração de raios X do lodo “in-natura”

Nas bibliografias pesquisadas não foram encontrados praticamente dados sobre

DRX em amostras de lodo “in-natura”. Desta forma, a título de caracterização, optou-

se por fazer uma análise neste resíduo. Analisando a Figura 3.3 percebe-se que devido a

uma contagem baixa (picos de pequena intensidade), pode-se dizer que o material está

mal cristalizado. Os principais compostos identificados no lodo “in-natura” são o

quartzo, a caulinita, a muscovita e a goetita. Esta é uma análise apenas qualitativa.

3.4.2 Análises Térmica Diferencial (ATD) e Termogravimétrica (ATG)

A análise térmica diferencial (ATD) consiste no aquecimento do material a

velocidade constante, juntamente com um material inerte, geralmente o coridon,

registrando as diferenças de temperatura entre o material inerte e o material em estudo

(SANTOS, 1992). A análise termogravimétrica (ATG) controla a variação da massa

com o aquecimento do material. Normalmente esta análise é feita em conjunto com a

ATD e foi o que aconteceu neste estudo conforme mostra a Figura 3.4.

37

As análises termogravimétrica e termodiferencial (ATG/ATD) foram realizadas

no CETEM, em um equipamento TA Instruments - SDT 2960 nas seguintes condições

de operação: taxa de aquecimento de 10°C/min até 1000°C, porta-amostras de alumina,

10 mg de amostra, alumina calcinada como referência, atmosfera de ar sintético com

vazão de 100 mL/min.

Figura 3.4: Curvas de ATG, DTG e ATD do lodo proveniente da E.T.E. Alegria

Na ATD verificam-se transformações endotérmicas e exotérmicas. As

transformações endotérmicas se referem normalmente à desidratação (perda de

umidade, de água adsorvida). Já as transformações exotérmicas se devem à oxidação,

reconstrução da estrutura cristalina, etc. Analisando a Figura 3.4 pode-se dizer que

houve uma queima intensa de orgânicos em função do elevado teor de matéria orgânica

presente no resíduo. Essa transformação exotérmica ocorreu entre 200-400ºC,

registrando o seu máximo a 300ºC, além disso, ocorreu também a decomposição de

algum inorgânico, provavelmente a muscovita, em torno dos 650ºC. Esta reação intensa

ocorrida na ATD pode ser confirmada na ATG visto que a maior perda de massa

ocorre a uma temperatura entre 250ºC e 350ºC proveniente da queima da matéria

orgânica. Aos 700ºC verifica-se a perda total de massa a partir da qual a curva torna-se

constante.

38

Capítulo 4 4

Características da cinza de lodo de esgotos

4.1 Definição da temperatura de queima

Neste trabalho, foi feito um estudo para definir a melhor temperatura de queima

do lodo de esgoto. Com base nas análises de ATD e ATG (ver Figura 3.4) realizadas na

amostra bruta foram definidas três temperaturas: 450ºC, 550ºC e 650ºC. A escolha de

cada temperatura baseou-se nas seguintes considerações: (i) 450ºC – poderia haver ou

não a presença de matéria orgânica na composição da CLE, (ii) 550ºC – aparentemente

parecia a melhor opção por não apresentar nenhum pico indicando algum tipo de

transformação, (iii) 650ºC – devido ao surgimento de uma transformação exotérmica

(provavelmente a muscovita), nesta temperatura. Após esta etapa, decidiu-se por fazer

uma avaliação qualitativa da emissão dos poluentes para a atmosfera para as três

temperaturas.

4.1.1 Emissão dos poluentes

Esta análise foi feita no Programa de Engenharia Química do COPPE – Núcleo

de Catálise (NUCAT) por meio de Espectroscopia de Fluorescência de raios X com o

objetivo de se verificar os possíveis compostos que poderiam ser emitidos para a

atmosfera. O equipamento utilizado foi um Rigater Rix 3100 com tubo de rh (ródio)

(ver Figura 4.1).

Foi feita uma análise qualitativa dos metais presentes no lodo “in-natura”, e em

seguida, como se encontrava a composição destes metais na CLE para as temperaturas

de 450ºC, 550ºC e 650ºC. Os dados referentes a este estudo estão apresentados na

Tabela 4.1.

39

Figura 4.1: Equipamento Rigater Rix 3100

Tabela 4.1: Resultados referentes a emissão de gases na CLE

Poluentes lodo bruto 450ºC 550ºC 650ºC

C - 0,7298 0,5855 0,5079 Na2O 1,6128 0,0897 0,0996 0,0976 MgO 0,3926 0,4587 0,4821 0,5096 Al2O3 0,1686 2,5443 2,5691 2,5481 SiO2 1,0135 5,0110 5,0990 4,9453 P2O5 0,2396 0,8890 0,9162 0,9154 SO3 0,5854 1,0830 1,1152 1,1556 Cl 0,1025 0,0139 0,0185 0,0149

K2O 0,1202 0,3518 0,3594 0,3477 CaO 0,6322 1,7424 1,6872 1,8118 TiO2 0,1265 0,2816 0,2660 0,2746 Cr2O3 0,0088 0,0145 0,0127 0,0146 MnO 0,0103 0,0144 0,0125 0,0197 Fe2O3 0,9359 1,6136 1,6138 1,6636 NiO 0,0050 0,0077 0,0098 0,0080 CuO 0,0154 0,0284 0,0282 0,0288 ZnO 0,0531 0,0849 0,0867 0,0894

Ga2O3 0,0008 0,0000 0,0000 0,0000 Rb2O 0,0014 0,0027 0,0021 0,0022 SrO 0,0042 0,0062 0,0064 0,0071 Y2O3 0,0000 0,0000 0,0054 ZrO2 0,0064 0,0104 0,0091 0,0100

Nb2O5 0,0000 0,0000 0,0009 0,0000 SnO2 0,0000 0,0060 0,0050 0,0058 Ag2O 0,0162 0,0000 0,0000 0,0000 PbO 0,0109 0,0160 0,0148 0,0169

Outros* 93,9376 * Outros: gás carbônico e água

40

De acordo com os resultados apresentados na Tabela 4.1, verificou-se que

houve perda de massa para o sódio, cloro, gálio, prata e “outros”. A FEEMA tem uma

Norma, a NT.574.R-0 – Padrões de emissão de poluentes do ar, para processo de

destruição térmica de resíduos (FEEMA, 1993), que divide o padrão de emissão de

substâncias inorgânicas particuladas em três classes: Classe (1) – cádmio e seus

compostos, mercúrio e seus compostos e tálio e seus compostos; Classe (2) – arsênio e

seus compostos, cobalto e seu compostos, níquel e seus compostos, telúrio e seus

compostos, selênio e seus compostos; Classe (3) – antimônio e seus compostos,

chumbo e seus compostos, cromo e seus compostos, cianetos facilmente solúveis,

fluoretos facilmente solúveis, cobre e seus compostos, manganês e seus compostos,

platina e seus compostos, paládio e seus compostos, ródio e seus compostos, vanádio e

seus compostos e estanho e seus compostos. Apesar de algumas dessas substâncias

estarem presentes na CLE, com o aumento da temperatura, a sua concentração na CLE

também aumentou em comparação com o lodo “in-natura”. Pode-se dizer então que

provavelmente a volatilização de determinadas substâncias proporcionou o aumento na

concentração destes compostos, ficando estes retidos na CLE.

Existem algumas substâncias como, por exemplo, o cádmio e o mercúrio que

não estão presentes nesta análise, mas que foram detectadas na análise química do lodo

“in-natura”. Este fato se deve a precisão do equipamento, pois substâncias com

concentrações muito pequenas não são detectadas facilmente. Porém, os compostos

que estão em maior proporção na emissão dos gases (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO e SO3),

estão coerentes com a análise química que também apresenta estes mesmos compostos

em maior proporção.

A partir desta análise decidiu-se por utilizar a temperatura de 550ºC, visto que

para a temperatura de 450ºC foi verificado, visualmente, durante a realização do ensaio,

a presença de matéria orgânica na sua composição e a de 650ºC tinha praticamente a

mesma composição final da massa de lodo de 550ºC e só iria propiciar um gasto maior

de energia durante a queima.

41

4.2 Processo de queima do lodo de esgoto

Conforme mencionado anteriormente, após processo de queima do lodo de

esgoto à temperatura de 550ºC, o volume de cinza gerado ficou em torno de 20% (ver

item 3.2.1), ou seja, para cada 10kg de resíduo, são obtidos cerca de 2kg de CLE.

Conseqüentemente, para obter uma quantidade considerável de CLE seria necessário

um forno de grande capacidade. Como o forno existente no laboratório possui um

volume pequeno, optou-se por fazer uma pré-queima do lodo “in-natura” fora do

laboratório com o objetivo de aumentar a eficiência da queima e de evitar possíveis

problemas com a emanação de odores.

A pré-queima foi realizada em um forno que normalmente é utilizado para

produzir carvão. As etapas para a realização desta pré-queima encontram-se na Figura

4.2. Para controlar a temperatura de queima para que esta não excedesse 550ºC, foi

utilizado um termopar. A temperatura máxima verificada foi em torno de 420ºC onde

se observou que a maior parte da matéria orgânica tinha sido eliminada. Desta forma,

pode-se dizer que o principal objetivo da pré-queima que era a redução de volume do

resíduo foi alcançado.

(a) Forno (b) Preparação do forno

42

(c) Espalhamento do lodo sobre a placa (d) Queima do lodo

de concreto

(e) Verificação da temperatura (f) Lodo após a queima

(termopar)

Figura 4.2: Etapas de pré-queima do lodo “in-natura”

Após a pré-queima, o material foi destorroado, colocado em recipientes e levado

a uma mufla até atingir a temperatura de 550°C. A rampa de aquecimento da mufla foi

de 10ºC/min e o tempo de residência de 3 horas. Nas fotos a seguir são apresentadas a

mufla existente no Laboratório de Estruturas do COPPE/UFRJ, as CLE queimadas a

420ºC e 550ºC.

43

(a) Mufla

(b) CLE – 420ºC (c) CLE – 550ºC

Figura 4.3: Obtenção da CLE a 550ºC

4.3 Características químicas

4.3.1 Composição química da CLE

A análise química foi realizada no Centro de Pesquisa da Petrobrás (CENPES).

Os resultados estão apresentados na Tabela 4.2. Para efeito de comparação, são

apresentados os resultados da composição química da CLE de outras E.T.E.’s e os

limites máximos de metais fornecidos pela NBR 10004 – Classificação de resíduos

sólidos (ABNT, 1987).

44

Tabela 4.2: Concentração do teor de metais em várias cinzas de lodo de E.T.E.’s

Concentração na CLE (%)

Metais Amostra

estudada (1) (2) (3) (4) (5)

Limites

máximos

NBR 10004

1987

SiO2 39,02 54,0 50,6 20,8 22,5 Al2O3 19,09 17,0 12,8 14,9 20,0 CaO 10,12 7,8 1,93 31,3 1,8

Fe2O3 12,48 6,7 7,21 7,4 2,3 MgO 1,89 3,6 1,48 2,6 0,02 P2O5 4,94 2,6 1,67 6,7 - SO3 6,38 2,4 2,38 12,4 5,1 K2O 1,76 2,1 1,70 - 0,4 Na2O 1,26 0,8 0,32 - 2,3

Cr 0,21 0,27 0,564 - 0,01 0,01

Zn 0,45 0,24 2,62 - 0,18 Pb 0,07 0,18 0,18 - 0,02 0,1 Cu 0,02 0,08 1,09 - 0,05 Mn 0,09 0,07 0,44 - - Ni 0,20 tr 0,72 - 0,008 Se 0,06 - n.d. - - 0,01

As 0,00 - 0,023 - - 0,1 Cd 0,00 - - - 0,00 Hg 0,00 - - - - 0,01 Ba 1,46 - - - -

(1) Presente estudo – T = 550ºC; (2) GEYER, A.B. (2001) – T = 800ºC - tr: < 0,1% (2) PAN, S.C. et al.

(2003) – T = 700ºC; (4) MONZÓ, J. et al. (2003) – T = 600ºC; (5) AL SAYED, M.H. et al. (1994)

n.d.: não detectado

A CLE, segundo a NBR 10004 (ABNT, 1987) classifica o resíduo sólido em três

categorias com o objetivo de avaliar o seu risco ao meio ambiente e à saúde pública

para que os mesmos possam ser manuseados e dispostos adequadamente.

• Classe I – Resíduo perigoso: são resíduos que em função de suas propriedades

físicas, químicas ou infecto-contagiosa, podem oferecer riscos à saúde pública

ocasionando um aumento da mortalidade ou incidência de doenças (periculosidade)

e/ou riscos ao meio ambiente quando o resíduo é manuseado ou destinado de forma

45

inadequada, ou então, quando o resíduo apresentar uma das seguintes características:

inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade.

• Classe III – Resíduo inerte: são resíduos que quando colocados em contato com

a água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, nenhum dos seus constituintes

sejam solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água

conforme listagem nº 8 (Anexo H) desta norma.

• Classe II – Resíduo não-inerte: são resíduos que não se enquadram nem nas

características da classe I nem da classe III. Este tipo de resíduo pode apresentar

características tais como: combustibilidade, biodegradabilidade ou solubilidade em água.

Os resultados indicam que as concentrações de selênio e cromo (pela listagem

cromo VI) estão acima da concentração máxima permitida pela listagem nº 9, Anexo G

da NBR 10004 – Classificação de resíduos sólidos (ABNT, 1987). Portanto, estes

valores podem ser usados como parâmetro indicativo para classificar esse resíduo como

perigoso, caso estas substâncias sejam lixiviadas ou solubilizadas no local de disposição.

Analisando a Tabela 4.2 observa-se também que as CLE’s provenientes de outras

E.T.E.’s possuem uma composição química com concentrações elevadas de cromo e

chumbo. Este fato provavelmente acontece em virtude do sistema de esgotamento

sanitário receber contribuição pluvial que tem em sua composição elementos químicos

provenientes de material depositado nas áreas urbanas ou então, o sistema pode estar

recebendo contribuições “clandestinas” que, por conseguinte, alteram a composição do

afluente a E.T.E.

4.4 Características mineralógicas

4.4.1 Difração de raios X

A análise por difração de raios x da CLE foi realizada no Centro de Tecnologia

Mineral (CETEM). O espectro de difração de raios x (DRX) da amostra foi coletado

pelo método do pó em um equipamento Bruker-AXS nas seguintes condições de

46

operação: radiação Cu Kα (40 kV/35 mA); velocidade do goniômetro de 0,02º 2 θ por

passo com tempo de contagem de 3,0 segundos por passo e coletados de 5 a 90º 2 θ. A

interpretação qualitativa de espectro foi efetuada em software Bruker DiffracPlus. A

fluorita foi utilizada como padrão interno (15%). Foram realizadas difrações de raios X

em amostras de CLE nas temperaturas de 550ºC, 650ºC, 750ºC, 850ºC e 950ºC com o

objetivo de verificar o comportamento cristalino do resíduo.

05-0586 (*) - Calcite, syn - CaCO336-0426 (*) - Dolomite - CaMg(CO3)

37-1496 (*) - Anhydrite, syn - CaSO407-0042 (I) - Muscovite-3T - (K,Na)(19-0932 (I) - Microcline, intermediate29-1493 (N) - Talc-2M - Mg3Si4O10(

29-1488 (N) - Kaolinite-1Md - Al2Si246-1045 (*) - Quartz, syn - SiO235-0816 (*) - Fluorite, syn - CaF2File: gcc3.RAW

Lin

(Cou

nts)

0

1000

2000

3000

4000

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70 80 9

Figura 4.4: Difração de raios x da amostra de lodo a 550ºC

47




Lin

(Cou

nts)

0

1000

2000

3000

4000

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Figura 4.5: Difração de raios x na amostra de lodo a 650ºC




Lin

(Cou

nts)

0

1000

2000

3000

4000

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70 80 90


48




Lin

(Cou

nts)

0

1000

2000

3000

4000

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70 80 90


36-0426 (*) - Dolomite - CaMg(CO3)237-1496 (*) - Anhydrite, syn - CaSO407-0042 (I) - Muscovite-3T - (K,Na)(Al,Mg,Fe)2(Si3.1Al0.9)19-0932 (I) - Microcline, intermediate - KAlSi3O8

29-1493 (N) - Talc-2M - Mg3Si4O10(OH)246-1045 (*) - Quartz, syn - SiO235-0816 (*) - Fluorite, syn - CaF2File: gcc7.RAW

Lin

(Cou

nts)

0

1000

2000

3000

4000

2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50 60 70 80 90


49

Através dos difratogramas de raios X apresentados nas figuras acima pode-se

dizer que a CLE é composta por fases cristalinas bem definidas devido a predominância

de picos agudos. Os resultados indicam que o resíduo é muito heterogêneo,

apresentando maiores intensidades de pico para a muscovita (mica), quartzo e

microclinio (feldspatos). Percebe-se uma presença constante da caolinita, dolomita e

calcita nos difratogramas (exceção para DRX 950ºC). A presença destes compostos

pode ser um indicativo da CLE apresentar uma possível reatividade pozolânica.

Analisando o comportamento dos difratogramas verificou-se variações na

intensidade dos picos a medida em que aumentava-se a temperatura. Este fato indica

que a elevação da temperatura pode ter provocado alterações na estrutura cristalina dos

compostos que contribuíram para essas oscilações na intensidade dos picos. Nota-se

também que os compostos identificados nas difrações de raios X da CLE estão de

acordo com a análise química do resíduo (ver Tabela 4.2).

4.4.1.1 Refinamento por Rietveld

Após a difração de raios-X foi realizado um refinamento por Rietveld com o

objetivo de quantificar as fases existentes na CLE para as temperaturas de 550ºC,

650ºC, 750ºC, 850ºC e 950ºC. Este ensaio foi realizado no Centro de Tecnologia

Mineral (CETEM).

CLE – 550ºC

Composto Teor (%)

Anidrita 1,5 Calcita 1,1

Dolomita 3,0 Hematita 0 Caolinita 0

Microclínio 10,8 Muscovita 7,8 Quartzo 6,4

Talco 0,4 Amorfos 69,0

CLE – 650ºC

Composto Teor (%)

Anidrita 3,0 Calcita 0

Dolomita 1,3 Hematita 0 Caolinita 0



50

De acordo com os resultados obtidos, constatou-se que o teor de amorfos ficou

para todas as temperaturas, em torno de 70%. Porém, esta análise foi considerada semi-

quantitativa, pois apresentou um erro qui-quadrado > 8 enquanto que o máximo

permitido para este ensaio é < 4. A dificuldade encontrada para quantificar as fases foi

devido a presença da muscovita e caolinita bem como a existência de muitas fases

cristalinas.

CLE – 750ºC

Composto Teor (%)


Dolomita 0,1 Hematita 0,3 Caolinita 0



CLE – 850ºC

Composto Teor (%)


Dolomita 0 Hematita 0,5 Caolinita 0



CLE – 950ºC

Composto Teor (%)


Dolomita 0,2 Hematita 1,2 Caolinita 0



51

4.5 Estudo de impacto ambiental na cinza

4.5.1 Introdução

O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA-001/86) define impacto

ambiental como “qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do

meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das

atividades humanas que, direta ou indiretamente, afetam: (i) a saúde, a segurança e o

bem-estar da população; (ii) as atividades sociais e econômicas; (iii) a biota; (iv) as

condições estéticas e sanitárias do meio ambiente e (v) a qualidade dos recursos

ambientais”.

A disposição final inadequada de resíduos pode ser considerado uma forma de

impacto ambiental. O lodo de esgotos disposto inadequadamente nos aterros sanitários,

em áreas degradadas, em áreas agrícolas pode trazer vários danos tanto ao meio

ambiente quanto a população. Desta forma, este trabalho procurou avaliar o impacto

ambiental seja ele positivo ou negativo causado pela calcinação do lodo de esgoto.

As principais vantagens em se queimar este tipo de resíduo está na sua redução

volumétrica, na completa eliminação de agentes patogênicos tornando-o adequado para

ser manuseado e no encapsulamento dos metais pesados quando utilizados em matrizes

cimentícias. As desvantagens estão na disposição da cinza gerada e na emissão dos gases

para a atmosfera. Devido a estas desvantagens procurou-se avaliar neste trabalho o

impacto ambiental que pode vir a ser causado por este resíduo através de uma análise

na emissão dos poluentes durante o processo de queima bem como ensaios de

lixiviação e solubilização que tem por objetivo classificar este resíduo quanto a sua

periculosidade. A emissão dos poluentes foi discutida no item 4.1.1.

52

4.5.2 Classificação da CLE

4.5.2.1 Lixiviação do resíduo

Este ensaio foi realizado no Laboratório de Geotecnia da COPPE, seguindo os

procedimentos da NBR 10005 (ABNT, 1987). Após o término do ensaio, o lixiviado

obtido da amostra foi levado para a análise química no Laboratório de Absorção

Atômica da PUC – Rio de Janeiro.

Quando qualquer um dos contaminantes presentes no lixiviado estiver em

concentrações superiores aos valores da listagem nº 7 (Anexo G) da NBR 10004

(ABNT, 1987), o resíduo será caracterizado como tóxico, portanto perigoso (Classe I).

Tabela 4.3: Resultados referentes ao ensaio de lixiviação da CLE – E.T.E. Alegria

Poluente CLE

(mg/l)

Limite máximo no lixiviado (mg/l) –

NBR 10004

Bário < 0,01 100,0

Chumbo < 0,014 5,0

Prata < 0,003 5,0

Selênio < 0,01 1,0

Fluoreto 104 150,0

Cromo 0,02 5,0

Cádmio* - 0,5

Mercúrio* - 0,1

Arsênio* - 5,0

*: não estão presentes na CLE

De acordo com os resultados referentes ao ensaio de lixiviação que estão

apresentados na Tabela 4.3 verifica-se que todos os poluentes presentes na CLE estão

abaixo do limite máximo exigido pela NBR 10004 (ABNT, 1987). Desta forma, pode-se

afirmar que o material não pode ser classificado como tóxico e conseqüentemente,

como perigoso (classe I). Os poluentes cádmio, mercúrio e arsênio não estão presentes

na composição química da CLE (ver Tabela 4.2).

53

4.5.2.2 Solubilização do resíduo

O ensaio de solubilização foi realizado no Laboratório de Geotecnia, conforme

NBR 10006 (ABNT, 1987). Após o ensaio, o filtrado foi levado para análise química no

qual alguns poluentes foram analisados no Laboratório de Absorção Atômica da PUC –

Rio de Janeiro e outros no próprio Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ.

Caso nenhum dos poluentes esteja em concentrações superiores à listagem nº 8

(Anexo H) da NBR 10004 (ABNT, 1987), o resíduo será classificado como inerte

(classe III). Porém, caso isto não ocorra, o mesmo será classificado como não-inerte

(classe II).

Tabela 4.4: Resultados referentes ao ensaio de solubilização

Poluente CLE

(mg/l)

Limite máximo no extrato

(mg/l) – NBR 10004

Bário < 0,01 1,0

Chumbo < 0,015 0,05

Prata < 0,03 0,05

Selênio < 0,01 0,01

Fluoreto < 0,1 1,5

Cromo 0,02 0,05

Cádmio* - 0,005

Mercúrio* - 0,001

Arsênio* - 0,05

Ferro < 0,02 0,3

Dureza 2500 500

Nitrato 0,4 10

Cloreto 60,2 250

Sódio 7,71 200

Sulfato 2442 400

Cobre < 0,002 1,0

Zinco < 0,002 5,0

Manganês 0,698 0,1

Alumínio < 0,05 0,2

*: não estão presentes na CLE

54

Analisando os resultados na Tabela 4.4, referentes ao ensaio de solubilização

pode-se perceber que alguns poluentes apresentaram concentrações superior ao limite

máximo permitido pela NBR 10004 (ABNT, 1987) tais como: dureza, sulfato e

manganês. A presença destes poluentes nos resíduos sólidos indica que os mesmos

estão acima do limite permitido como Padrão de potabilidade da água. Porém, os

mesmos não oferecem riscos ao meio ambiente e a saúde pública.

De acordo com a NBR 10004 a CLE do presente estudo deve ser classificada

como resíduo não-inerte (Classe II).

55

Capítulo 5 5

Aplicações do lodo bruto e incinerado

Face ao aumento no volume de lodo gerado nas estações de tratamento de

esgotos, a falta de espaços para sua disposição devido aos aterros sanitários existentes

nas cidades já estarem com a sua capacidade praticamente esgotada, vários estudos vem

sendo realizados para viabilizar tecnicamente e economicamente a utilização deste

resíduo em áreas agrícolas, em recuperação de área degradadas, como insumo na

construção civil, dentre outros.

A indústria da construção civil vem utilizando vários tipos de resíduos, que

podem ser incorporados nas argamassas e concretos, na forma de cimento Portland

composto, aditivos minerais ou como fíler. Quando estes resíduos possuem atividades

pozolânica ou cimentante que melhorem o desempenho dos concretos, estes estão

sendo utilizados como substituto parcial do cimento. Além da cinza volante, da escória

granulada de alto forno, da sílica ativa, da cinza da casca de arroz, do bagaço da cana-

de-açúcar, a cinza de lodo de esgotos também vem sendo utilizada. A estabilização

desta em concretos torna-se uma alternativa viável (KHANBILVARD & AFSHARI,

1995). A seguir, apresenta-se as principais aplicações do lodo “in-natura” e da CLE na

indústria da construção civil.

5.1 Agregados leves para concretos

Os primeiros estudos quanto a utilização de lodo de esgotos para produzir

agregado leve foi realizado por BROSCH (1975). Neste estudo ele utilizou o lodo bruto

e em seguida o lodo digerido e desidratado da Estação de Tratamento Pinheiros, da

cidade de São Paulo, para produzir o agregado leve. O processo utilizado foi a

sinterização que consistiu nas seguintes etapas: secagem do lodo; pelotização e

transformação e agregados leves através de sinterização onde os aglomerados crus são

calcinados por autocombustão. A qualidade destes agregados foi considerada

56

satisfatória quanto ao ensaio de resistência à abrasão e de resistência mecânica ao

esmagamento.

MORALES & AGOPYAN (1992) também utilizaram o lodo de esgoto

produzido na cidade de Londrina, para produzir agregado leve. Dos estudos realizados

pode-se concluir que o produto final apresentou características compatíveis com os

requisitos e critérios estabelecidos pelas especificações brasileiras no que tange a

produção de elementos de concreto para alvenaria, produção de concreto estrutural ou

para isolamento térmico.

KHANBILVARD & AFSHARI (1995) incineraram o lodo produzido na

Estação de Tratamento de Esgotos de Bergen Point e avaliaram o comportamento dos

concretos devido a uma substituição parcial da areia natural por CLE. O teor de

substituição foi de até 30% onde puderam concluir que apesar da resistência à

compressão aos 28 dias ter reduzido a medida em que o teor de CLE aumentava (em

torno de 20% em relação ao concreto de referência), este valor atende as exigências do

ACI.

Segundo GEYER (2001) a produção de agregado leve tem encontrado

dificuldades em entrar no mercado, devido ao seu custo elevado em comparação com

as alternativas disponíveis.

5.2 Fíler para concreto asfáltico

Devido a falta de locais adequados para a disposição da CLE e em particular, a

falta de dados sobre a utilização deste resíduo em misturas asfálticas e em regiões áridas,

AL SAYED et al. (1994), resolveram pesquisar a possibilidade de uso da CLE. A cinza

de lodo de esgoto como fíler mineral na preparação de concreto asfáltico. Segundo os

autores todas as especificações foram atendidas e também a exposição destas misturas a

temperaturas entre 70ºC e 80ºC foram consideradas satisfatórias. Assim conclui-se que

o resíduo pode ser utilizado como fíler mineral na produção de misturas de concreto

asfáltico.

57

5.3 Fíler para a produção de tijolos

Diversos estudos tem sido realizados para produzir tijolos com a utilização do

lodo “in-natura” e da cinza de lodo. Em função da grande quantidade de materiais que

foram sendo adicionados à composição do tijolo na intenção de melhorar suas

propriedades, ALLEMAN & BERMAN (1984) propuseram incorporar lodo de esgotos

para produzir este material.

Foram produzidos tijolos com 15%, 30% e 50% de lodo, sendo estes avaliados

com base nas normas da ASTM nos requisitos de estética, resistência à compressão

simples, absorção de água e ciclos de gelo e degelo. Pôde-se concluir que houve uma

redução da resistência à compressão com o aumento do teor de lodo na mistura, bem

como um aumento da absorção de água nas misturas com lodo de esgoto. Quanto à

estética, os tijolos produzidos com lodo de esgoto apresentaram boa aparência desde

que sua produção fosse controlada.

TAY (1986), TAY (1987a) e TAY et al. (2002) pesquisaram a viabilidade de se

utilizar a cinza do lodo gerado em estações de tratamento de esgotos para produzir

tijolos. A CLE foi misturada à argila nas proporções de 10%, 20%, 30%, 40% e 50%

em peso. Os resultados mostraram que à medida que o teor de CLE aumentava, a

resistência à compressão reduzia. Sendo que para a amostra com 50% CLE, a redução

da resistência chegou a 20% em relação à amostra de referência. Pôde-se notar um

aumento na absorção de água com o aumento do teor de CLE (ver Tabela 5.1).

Tabela 5.1: Propriedades dos tijolos produzidos com CLE e argila

Retração Teor de

CLE (%) Densidade

Teor de

umidade (%) Antes da

queima

Após a

queima

Resistência à

compressão

(N/mm2)

Absorção

de água

(%)

0 2,38 20,3 4,0 9,91 87,2 0,03 10 2,42 21,4 2,5 9,55 85,7 0,07 20 2,46 21,0 2,5 9,50 80,0 0,11 30 2,50 21,3 3,4 9,36 70,7 1,39 40 2,55 21,9 3,2 9,79 70,5 1,52 50 2,58 21,7 3,0 10,51 69,4 1,70

58

5.4 Adições em argamassas e concretos

5.4.1 Introdução

O concreto é considerado o material mais utilizado na construção civil.

Inicialmente, para produzi-lo eram necessários somente três materiais: cimento,

agregado e água. Com o passar do tempo, o uso de adições minerais às misturas de

argamassas e concretos, tornou-se satisfatória em diversos aspectos. No aspecto da

engenharia, as adições minerais melhoram as propriedades dos concretos tanto no

estado fresco como no estado endurecido. No aspecto econômico, devido ao constante

aumento da energia e esta representar 40% a 60% do custo total na produção de

cimento, a substituição de parte do cimento por adições minerais que são encontradas

facilmente em depósitos naturais ou como subprodutos industriais, não necessitando de

praticamente nenhum processamento, reduz o custo do aglomerante e

conseqüentemente, do concreto. No aspecto ambiental, há uma redução do impacto

ambiental, pois alguns resíduos contem em sua composição, poluentes, que quando

dispostos de maneira inadequada são prejudiciais ao meio ambiente e a saúde humana.

A utilização destes como material suplementar para a produção de materiais de

construção, torna-se uma forma segura de disposição. Outro fator importante é a

redução na emanação de dióxido de carbono (CO2) para a atmosfera através das

indústrias de cimento. Para uma tonelada de cimento produzido são liberados cerca de

uma tonelada de CO2 para a atmosfera (NEVILLE, 1997; MALHOTRA & MEHTA,

1996 apud GEYER, 2001).

5.4.2 Adições minerais

Segundo MEHTA & MONTEIRO (1994), adições minerais são materiais

silicosos finamente moídos, no estado natural ou como subprodutos, podendo ter

reações pozolânica e/ou cimentante.

São chamados materiais naturais àqueles que são processados com o único

objetivo de produzir uma pozolana (ex.: vidros vulcânicos, argilas ou folhelhos

calcinados, terra diatomácea). Normalmente, as etapas de processamento são: britagem,

59

moagem e classificação por tamanho. Os subprodutos são materiais que não são tidos

como primários durante o processo industrial (ex.: cinza volante, escória granulada de

alto forno, microssílica e cinza de casca de arroz). Podem necessitar de processamento

ou não (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

Segundo a ASTM 618-94 apud NEVILLE (1997), pozolana é “um material

silicoso ou sílico-aluminoso que, por si só, tem pouco ou nenhum valor cimentício,

mas, quando finamente subdividido e na presença de umidade, reage quimicamente

com o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente formando compostos com

propriedades cimentícias”.

Dentre as adições minerais existentes e mais utilizadas atualmente, tem-se as que

possuem atividade pozolânica (fumo de sílica, cinza volante com baixo teor de cálcio,

cinza de casca de arroz), as que possuem atividade cimentante (cinza volante com alto

teor de cálcio), as que possuem tanto atividade cimentante quanto pozolânica (escória

granulada de alto forno) e as que não possuem nenhum tipo de atividade, denominados

fílers (pó de quartzo, pó de pedra) (MEHTA & MONTEIRO, 1994; GONÇALVES,

2000).

As adições minerais com atividade pozolânica atuam no concreto através da

reação química entre uma pozolana e o hidróxido de cálcio formando o silicato de

cálcio hidratado (C-S-H). As adições minerais que não possuem nenhum tipo de

atividade, são quimicamente inertes e atuam durante a hidratação como agentes

nucleadores contribuindo para uma densificação da matriz (GONÇALVES, 2000).

5.4.3 Influência das adições minerais nas propriedades do concreto

fresco e endurecido

A utilização de adições minerais no concreto proporciona efeitos benéficos em

suas propriedades tais como: melhora da resistência à fissuração térmica por causa do

baixo calor de hidratação, aumento das resistências e da impermeabilidade devido ao

refinamento dos poros e uma durabilidade maior aos ataques químicos, tais como,

águas sulfatadas e expansão álcali-agregado (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

60

Para NEVILLE (1997) as várias adições minerais influenciam na evolução da

hidratação devido à composição química, reatividade, distribuição de tamanho e forma

das partículas.

5.4.3.1 Trabalhabilidade e demanda de água

A trabalhabilidade está associada a dois fatores: a consistência e a coesão. A

consistência descreve a fluidez do concreto enquanto que a coesão descreve a

resistência à exsudação e à segregação.

A segregação acontece quando os constituintes do concreto fresco são

separados de forma que a sua distribuição deixe de ser uniforme. A exsudação

conforme MEHTA & MONTEIRO (1994) é definida através do surgimento da água

na superfície do concreto após o mesmo ter sido lançado e adensado, porém antes de

iniciar a pega. Devido a estes dois fenômenos (segregação e exsudação), a incorporação

de partículas finamente divididas reduz o tamanho e o volume de vazios contribuindo

para uma melhora da trabalhabilidade.

Adições minerais como a cinza volante e a escória de alto forno tem influência

sobre a demanda de água e a trabalhabilidade. A adição de cinza volante à mistura de

cimento Portland sem adições proporciona uma redução de 5% a 15% na demanda de

água para uma mesma trabalhabilidade. Esta influência para ambas adições está

associada à forma das partículas bem como a sua finura (NEVILLE, 1997). Já o fumo

de sílica, por ter uma área superficial muito elevada, necessita de uma quantidade maior

de água. Por isso, em concretos com baixa relação a/c torna-se necessário a utilização

de superplastificantes (NEVILLE, 1997).

5.4.3.2 Hidratação

Para NEVILLE (1997), o calor de hidratação é a quantidade de calor, em joules

por grama de cimento não hidratado, liberada até a hidratação completa a uma

temperatura estabelecida. A hidratação dos compostos do cimento é exotérmica e chega

a liberar 500 J/g.

61

Segundo GEYER (2001), a reação de hidratação do cimento e a reação

pozolânica formam o mesmo composto: o C-S-H (silicato de cálcio hidratado). Porém,

a reação pozolânica forma este composto em uma etapa posterior à hidratação do

cimento, ou seja, a pozolana reage com o hidróxido de cálcio formado pelas reações de

hidratação do cimento, em presença de água.

A hidratação de qualquer tipo de cinza volante depende das propriedades do

cimento Portland utilizado. Além das reações químicas, a cinza volante possui um efeito

físico que promove um melhor arranjo das partículas com o agregado.Os produtos

gerados nas suas reações se assemelham muito ao C-S-H resultante da hidratação do

cimento portland (NEVILLE, 1997).

A escória de alto forno por ter em sua composição mais sílica do que o cimento

Portland puro, ao final da hidratação possui uma maior quantidade de C-S-H, tornando

a microestrutura da pasta mais densa. Vale ressaltar que inicialmente o seu processo de

hidratação é lento, pois depende da decomposição da fase vítrea, porém para idades

mais avançadas a velocidade torna-se maior (NEVILLE, 1997).

5.4.3.3 Resistência

A resistência à compressão do concreto pode ser afetada por diversos fatores:

propriedades dos materiais, traço do concreto, grau de adensamento, condições de cura

e principalmente da relação água/cimento. A incorporação de aditivos minerais em

substituição parcial ao cimento em condições normais de temperatura,, pode reagir com

o hidróxido de cálcio proveniente da hidratação do cimento e formar mais silicato de

cálcio hidratado (C-S-H) contribuindo para uma redução da porosidade da matriz e da

zona de transição e, conseqüentemente, para um aumento da resistência final (MEHTA

& MONTEIRO, 1994). Ainda segundo estes autores, os aditivos minerais são

particularmente eficazes para aumentar a resistência à tração dos concretos.

Com relação a cinza volante, a sua contribuição em relação à resistência do

concreto está associada ao efeito físico cuja ação principal é a acomodação das suas

partículas entre as partículas do cimento e às reações químicas que variam de acordo

com o cimento utilizado (NEVILLE 1997).

62

Para as escórias de alto forno a sua contribuição está na finura que permite uma

melhor evolução da resistência. Porém esta só ocorre em idades mais avançadas devido

à necessidade de ativação da escória. Se a intenção é obter uma resistência maior em

tempo menor, a proporção entre a escória e o cimento Portland deve ser de 1:1. A

relação entre a resistência à compressão e resistência à tração não alteram

significativamente devido a incorporação deste resíduo (NEVILLE, 1997).

A contribuição do fumo de sílica no desenvolvimento da resistência aos 7 dias

ocorre em função da sua alta finura (efeito fíler) que proporciona um melhor arranjo,

densificando a região interface/agregado (NEVILLE, 1997).

5.4.4 Avaliação do comportamento da CLE nas argamassas e concretos

Ultimamente pesquisas vêm sendo realizadas na intenção de analisar a

viabilidade da CLE como substituição parcial do cimento para produzir argamassas e

concretos (TAY, 1986; TAY, 1987, MONZÓ et al, 2003).

Face ao problema de disposição final gerado pelo lodo de esgoto devido à

escassez de áreas, TAY (1986), TAY (1987) e TAY et al. (2002) procuraram utilizar este

resíduo, após ser queimado a uma temperatura de 550ºC, como substituição parcial ao

cimento na produção de concretos. O teor de substituição variou entre 5% e 20%.

Analisando os resultados pode-se verificar que ao aumentar o teor de CLE, a resistência

à compressão reduziu chegando a 32% em relação à mistura de referência para a

amostra com 20% de CLE.

MONZÓ et al (1996), MONZÓ et al. (2003) avaliaram a trabalhabilidade e a

resistência das argamassas com teor de CLE de 7,5-30%. Os resultados estão

apresentados na Tabela 5.2.

63

Tabela 5.2: Resultados de consistência x teor de superplastificante (SP)

Consistência (mm)

200 ml de água 225 ml de água

Teor de CLE (%) Teor de CLE (%)

SP

(%)

7,5 15 22,5 30 7,5 15 22,5 30

0 113,2±1,9 107,0±1,6 106,0±1,8 102,5±1,3 124,5±1,1 117,5±1,1 115,5±1,7 109,0±1,1

0,25 117,5±1,5 113,0±1,3 nd nd 133,7±0,9 124,5±1,7 nd nd

0,5 123,0±1,8 114,0±1,2 111,5±1,0 105,5±1,7 145,2±0,9 132,0±1,8 128,2±1,4 120,7±1,0

0,75 129,7±1,2 118,7±1,5 nd nd 152,7±1,7 142,0±0,6 nd nd

1,0 133,2±1,0 121,2±1,5 119,0±0,4 109,5±1,7 157,5±1,0 153,0±1,1 138,0±1,4 131,5±1,2

Fonte: MONZÓ et al. (2003)

Analisando os resultados pode-se perceber que à medida em que o teor de SP

aumenta, a trabalhabilidade das misturas também aumenta, para um mesmo teor de

CLE. Porém, para um mesmo teor de SP, à medida em que se aumenta o teor de CLE a

trabalhabilidade foi reduzida.

Neste mesmo estudo foram feitas outras análises de dados, ou seja, o teor de SP

foi fixado em 1%, o teor de CLE e de água variaram entre 0% e 30% e 200 ml e 225 ml,

respectivamente. Percebeu-se que à medida que o teor de CLE aumentava para uma

mesma quantidade de água, a consistência reduzia. Por outro lado, à medida que a

quantidade de água aumentava e o teor de CLE mantinha-se constante, a consistência

aumentava. Pode-se concluir que a substituição parcial de cimento por CLE reduziu a

trabalhabilidade. Este fato pode ser explicado, segundo os autores, de duas maneiras: a

morfologia irregular da CLE e a alta absorção de água pelas partículas de CLE. O uso

de superplastificante proporcionou um aumento da trabalhabilidade das argamassas à

medida que o seu teor aumentava.

Outros estudos foram relizados por TAY et al (1994) e TAY et al (2002) na

tentativa de reaproveitar este resíduo como material cimentício, ou seja, o lodo digerido

e desidratado foi misturado com a cal e em seguida passaram por vários processos de

queima, moagem, peneiramento, até serem transformados em um cimento biológico

que foi denominado de “Bio-cimento”. Este novo cimento substituiu parcialmente o

cimento Portland na produção de argamassas. Foram estudadas várias proporções de

64

lodo e cal na produção do bio-cimento. As proporções utilizadas foram de 0,25:0,75;

0,40:0,60; 0,50:0,50; 0,60:0,40; 0,75:0,25 em peso. Ao analisar os resultados verificou-se

que até 30% de substituição de cimento por bio-cimento, a resistência ficou próxima da

argamassa controle sendo que até 10% esta ficou ligeiramente superior. A melhor

relação lodo:cal sugerida por estes trabalhos foi a de 0,50:0,50, a uma temperatura de

queima de 100ºC com um tempo de residência de 4h. Com isso, estes trabalhos

verificaram que é viável utilizar o “bio-cimento”.

PAN et al (2003) decidiram verificar a influência da finura da CLE através da

moagem, na produção das argamassas. Neste trabalho, pode-se perceber que para um

mesmo teor de CLE (20%) em substituição parcial ao cimento, à medida que a finura

aumentava, a trabalhabilidade também aumentava. Porém, os seus valores foram

inferiores ao da argamassa controle. Segundo os autores, este aumento da

trabalhabilidade foi causado pela mudança na morfologia das partículas devido à

moagem da cinza, proporcionando um efeito lubrificante. Verificou-se também que a

resistência à compressão aumentou com o aumento da finura. Com base nos resultados

de resistência à compressão, os autores concluíram que a CLE possui atividade

pozolânica.

65

Capítulo 6 6

Programa experimental: argamassas e concretos

6.1 Composição dos materiais

6.1.1 Materiais cimentíceos

6.1.1.1 Cimento

O cimento utilizado na produção das argamassas e concretos foi o CP II F 32.

Na Tabela 6.1 estão listadas suas propriedades físicas e químicas. A análise

granulométrica do cimento foi realizada utilizando-se o equipamento Sedigraph 5100 da

Micromeritics, a curva granulométrica é mostrada na Figura 6.1.

Tabela 6.1: Composições físicas e químicas do cimento

Propriedades físicas e químicas CP II F 32 SiO2 (%) 19,98

Fe2O3 (%) 3,12 Al2O3 (%) 3,70 CaO (%) 62,80 MgO (%) 3,10 Na2O (%) 0,07 K2O (%) 0,80 TiO2 (%) -

Resíduo insolúvel (%) 1,50 Densidade (g/cm3) 3,10

66

6.1.1.2 Cinza de lodo de esgoto

6.1.1.2.1 Moagem

A moagem da amostra foi realizada no Laboratório de Tecnologia dos materiais

do Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais do COPPE/UFRJ, em um

moinho de bolas de porcelana e carga de alumina. O moinho tem capacidade para 12

litros, com carga de 50% e três litros de amostra por batelada a uma velocidade de

35rpm. O tempo de moagem foi de 2 horas. Ao analisar a granulometria do material

moído (ver Figura 6.1) pode-se perceber que a CLE possui uma granulometria mais fina

que a do cimento. Esta afirmação pode ser confirmada, por exemplo, através da análise

dos valores de d10 (diâmetro do grão correspondente a 10% de material passante), d60

(diâmetro do grão correspondente a 60% de material passante) e d100 (diâmetro do grão

correspondente a 100% de material passante). Analisando a Figura 6.1, verifica-se que a

CLE apresenta valores de 0,4 µm para o d10, 12 µm para o d60 e 60 µm para d100.

Enquanto o cimento CP II F 32 apresenta valores superiores, 5 µm 30 µm e 300 µm,

respectivamente. Para este tempo de moagem, pode-se afirmar que a granulometria

atendeu as exigências físicas da NBR 12653 – Materiais pozolânicos (ABNT, 1992)1.

O ensaio para a determinação da massa específica da CLE foi realizado no

Laboratório de Geotecnia do COPPE/UFRJ de acordo com a NM 23 – Cimento

Portland e outros materiais em pó – Determinação da massa específica (NM, 2000). O

resultado encontrado foi de 2,68 g/cm3.

Para a determinação da superfície específica da CLE foi utilizado um forno

tubular EDG5P, o VacPrep 061 e o Gemini 2375 V. 5,0. O gás usado na adsorção foi o

nitrogênio e os ensaios foram efetuados na temperatura de 77K. A amostra foi

submetida a vácuo e aquecida a uma temperatura de 300ºC para de degaseificação e

eliminação de possíveis contaminantes superficiais. Este ensaio foi realizado no

Laboratório de Processamento Cerâmico – LPC do Departamento de Engenharia de

1 A NBR 12653 (ABNT, 1992) estabelece 34% de material retido na peneira 45 µm como limite máximo.

67

Minas e de Petróleo da EPUSP. O valor da superfície específica da CLE foi de 23,1

m2/g.

0.01 0.1 1 10 100 1000 Diâmetro (µm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pas

san

te a

cum

ula

do

(%)

GranulometriaCP II F 32CLE

Figura 6.1: Curvas granulométricas do cimento CP II F 32 e da CLE

6.1.1.2.2 Atividade pozolânica

A composição química da CLE mostra que a mesma possui um teor de SiO2 +

Al2O3 + Fe2O3 de cerca de 70,59%, atendendo aos limites da NBR 12653 (ABNT,

1992)2 para uso como aditivo mineral em misturas com o cimento Portland. A CLE

também atende à outra exigência químicas da NBR 12653 (ABNT, 1992), com teor de

Na2O menor que 1,5%, porém não atende ao requisito do teor de SO3 que foi superior

a 4%. Esta mesma norma NBR 12653 (ABNT, 1992) também define um limite mínimo

de finura para as pozolanas artificiais (CLE), como características físicas para

classificação como pozolanas. A norma estabelece que o percentual máximo retido na

peneira 45µm deve ser de 34%. De acordo com a Figura 6.1, a CLE obtida possui mais

de 95% dos seus grãos inferior 45 µm, conclui-se que a mesma possui finura adequada

para ser usada como aditivo mineral no concreto.

2 A NBR 12653 (ABNT, 1992) establelece um limite mínimo de 70% para a soma de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3.

68

A atividade pozolânica de um aditivo mineral pode ser determinada através de índices

relativos de resistência através dos ensaios de atividade pozolânica com cimento (NBR

5752, ABNT 1992) ou com cal (NBR 5751, ABNT 1992) ou através de métodos

químicos, determinação da pozolanicidade de cimento pozolânico, conforme a NBR

5753 (ABNT, 1991) – Método Fratini e ou método de Chapelle. Neste trabalho a

atividade pozolânica da CLE foi avaliada através do método de Chapelle Modificado.

Este ensaio consiste em manter em ebulição, durante 16 horas, uma mistura de 1g de

óxido de cálcio e 1g de material pozolânico/água. O resultado é expresso pela

quantidade de óxido de cálcio consumido por grama de material pozolânico (mgCaO/g

da amostra).

A CLE apresentou 226 mgCaO/g. Este resultado indica que a CLE possui uma

capacidade de consumo de hidróxido de cálcio, caracterizando uma atividade

pozolânica. Para uma pozolana altamente reativa e comumente utilizada como a sílica

ativa, este valor é de 516 mgCaO/g. Diante disso, pode-se afirmar que a CLE possui

uma baixa atividade pozolânica.

6.1.2 Agregados

6.1.2.1 Agregado miúdo

O agregado miúdo utilizado na produção das argamassas foi uma areia quartzosa

de rio, com módulo de finura 3,02 e massa específica de 2,64 g/cm3 disponível

comercialmente. Sua curva granulométrica encontra-se na Figura 6.2.

Para produzir os concretos C25 e C50 foi utilizado uma areia lavada de rio, com

módulo de finura de 2,58 e massa específica de 2,65 g/cm3. As demais características

deste agregado encontra-se no anexo 2. A sua curva granulométrica está apresentada na

Figura 6.2.

69

0.01 0.1 1 10 Diâmetro (mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pas

san

te a

cum

ula

do

(%)

Legenda

argamassaconcreto

Figura 6.2: Curva granulométrica dos agregados miúdos para as argamassas e concretos

6.1.2.2 Agregado graúdo

A curva granulométrica do agregado graúdo encontra-se na Figura 6.3. Para o

agregado graúdo foi utilizado uma brita 0, com módulo de finura de 5,85 e massa

específica de 2,67 g/cm3. As demais características estão apresentadas no anexo 2.

0.1 1 10 100 Diâmetro (mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

P

assa

nte

acu

mu

lad

o (%

)

Figura 6.3: Curva granulométrica do agregado graúdo

70

6.1.3 Água

A água utilizada para a produção das argamassas foi proveniente da

concessionária de abastecimento da cidade do Rio de Janeiro/RJ.

6.1.4 Aditivo químico

6.1.4.1 Superplastificante (SP)

O superplastificante utilizado foi à base de naftaleno sulfonado, disponível no

mercado. O SP possui um teor de sólidos de 44,44%, sendo este, determinado pelo

ensaio de liofilização, realizado no Centro de Pesquisa da Petrobrás. O estudo da

compatibilidade e do ponto de saturação do SP com o cimento CP II F 32 foi

determinado através do ensaio de fluidez utilizando o cone de Marsh (ver item 6.3.3.1).

6.2 Programa experimental

Nesta pesquisa foi estudada a viabilidade de utilização de Cinza de Lodo de

Esgotos (CLE) como substituto parcial do cimento Portland para produzir argamassas

e concretos. Visando avaliar as potencialidades deste resíduo, foram realizados ensaios

físicos e mecânicos em todas as misturas.

6.2.1 Dosagem das argamassas

As argamassas foram produzidas com teores de CLE variando de 10% a 30%

em substituição ao cimento bem como uma mistura de referência no qual não houve a

utilização deste resíduo. Utilizou-se uma relação areia/material cimentício de uma

argamassa típica para a produção de concretos de alto desempenho. Esta relação foi de

1,5 para todas as misturas. O fator água/cimento foi de 0,5. Para avaliar o desempenho

das argamassas foram realizados ensaios mecânicos (resistência à compressão, módulo

de elasticidade e deformação de pico) e ensaios físicos visando avaliar a durabilidade

(absorção por imersão e absorção por capilaridade) no estado endurecido, em corpos-

71

de-prova cilíndricos com dimensões de 50 mm x 100 mm. No estado fresco, avaliou-se

a consistência das misturas através da mesa de consistência padrão. As composições das

misturas encontram-se apresentadas na Tabela 6.2.

Tabela 6.2: Traço e consumo das argamassas por m3

Mistura Traço em

massa

Cimento

(kg)

CLE

(kg)

Ag. Miúdo

(kg)

Água

(kg)

CLE0% 1:1,5:0,5 719,0 - 1.078,5 359,5

CLE10% 0,9:0,1:1,5:0,5 644,8 71,6 1.074,6 358,2

CLE15% 0,85:0,15:1,5:0,5 607,9 107,3 1.072,7 357,6

CLE20% 0,8:0,2:1,5:0,5 571,1 142,8 1.070,8 356,9

CLE30% 0,7:0,3:1,5:0,5 497,9 213,4 1.066,9 355,6

Utilizando-se o modelo de empacotamento compressível (MEC) proposto por

DE LARRAD (1999) e SEDRAN (1999), avaliou-se a influência da substituição parcial

do cimento por CLE na compacidade destas misturas. A compacidade ou densidade de

empacotamento (φ) é a fração de volume ocupado por partículas sólidas em um

determinado volume.

A compacidade da mistura varia em função do tamanho, da forma dos grãos e

da energia de compactação utilizada. A compacidade residual β(i) é a compacidade

virtual de cada material (i). O modelo de empacotamento compressível pode obter as

seguintes características da mistura: compactação máxima φ* e compactação real φ da

mistura. Para avaliar a compactação máxima, torna-se necessário determinar alguns

dados de entrada tais como: diâmetros di das classes granulares dos materiais;

compactações residuais βi dos componentes; frações volumétricas yi dos materiais

constituintes da mistura e parâmetro de compactação K. Os efeitos de afastamento e

parede são considerados no modelo e estimados por fórmulas semi-empíricas. O

coeficiente de compactação K é uma característica intrínseca do procedimento de

empacotamento, dependendo do método utilizado para compactar a mistura. Desta

maneira, quando o procedimento de empacotamento é feito apenas com um

lançamento simples K = 4,7, para o pilonamento K = 4,5, para lançamento e vibração

K = 4,75, para vibração e compactação com pressão de 10KPa K = 9 e para o

72

empacotamento virtual K = ∞. A compactação φ* da mistura granular seca é obtida

com K = 9 sendo este valor o maior índice (não virtual) conhecido. Sabendo-se que Vat

é o volume total de água utilizado na mistura, a compactação real da mistura com água

φw é dada através das equações 6.1 e 6.2.

φ−<φ=φ 1Vatse,w Equação 6.1

φ−>−=φ 1Vatse,Vat1w Equação 6.2

Os materiais utilizados foram o agregado miúdo, a CLE e o cimento no qual as

suas curvas granulométricas foram determinadas através de peneiramento,

granulometria a laser e sedígrafo, respectivamente. As compacidades residuais β,

características intrínsecas dos grãos de cada material, foram determinadas de duas

maneiras: (1) Para grãos menores que 100 µm que é o caso do cimento e da CLE o

método utilizado foi o da demanda de água. (K = 6,7) e (2) Para grãos com a

granulometria superior utilizou-se o método proposto por DE LARRAD (1999) que é

através da compactação sob vibração (K = 9). As frações volumétricas são facilmente

determinadas visto que são conhecidos as relações água/cimento, areia/material e os

teores de substituição de cimento por CLE. O coeficiente de compactação K é uma

característica intrínseca do procedimento de empacotamento e depende do método

utilizado para compactar a mistura. Os valores de compacidade virtual e de

compactação de cada material estão apresentados na Tabela 6.3. A granulometria a laser

foi realizada no Laboratório de sistemas particulados do Programa de Engenharia

Química do COPPE/UFRJ. Os demais ensaios foram realizados no Laboratório de

Estruturas do COPPE/UFRJ.

Tabela 6.3: Compacidade residual de cada material

Material Compacidade residual

Cimento CP II F 32 0,6302

CLE 0,4461

Agregado miúdo 0,5900

73

Para avaliar a compacidade das misturas granulares foi utilizado um software

desenvolvido no LABEST/PEC/COPPE baseado no modelo de empacotamento

compressível. Em FORMAGINI (2003), podem ser encontrados maiores detalhes

sobre o desenvolvimento deste software. Na Tabela 6.4 estão apresentadas a

compacidade real, a compacidade máxima e a concentração normalizada de sólidos da

mistura.

Tabela 6.4: Compacidades real e máxima e concentração normalizada de sólidos das

argamassas

Concentração de sólidos nas misturas Misturas

φw φ* φw/φ*

CLE0% 0,640 0,754 0,849

CLE10% 0,642 0,748 0,858

CLE15% 0,642 0,741 0,858

CLE20% 0,643 0,733 0,877

CLE30% 0,644 0,728 0,885

De acordo com os resultados apresentados na Tabela 6.4, concluiu-se que a

medida que o teor de CLE nas misturas aumentou, a relação φw/φ* não mudou

significativamente (variação de 1-4%), com a substituição do cimento Portland por

CLE. Diversos fatores podem ter influenciado no empacotamento das partículas dentre

eles a morfologia e a distribuição granulométrica.

6.2.2 Dosagem do concreto convencional

Para a dosagem do concreto convencional foi utilizado o método de Faury, conforme

VASCONCELOS (1976), visando uma resistência à compressão aos 28 dias de 25

MPa. Foram feitas três misturas sendo a primeira a mistura de referência (sem CLE), e

as outras duas com teor de CLE de 5% e 10% em substituição ao cimento. Os traços

referentes às misturas bem como o consumo por m3 estão na. Os ensaios físicos e

mecânicos realizados para avaliar o desempenho destes concretos estão apresentados na

Tabela 6.5.

74

Tabela 6.5: Traço e consumo co concreto C25 por m3

Mistura Traço em massa Cimento

(kg)

CLE

(kg)

Areia

(kg)

Brita

(kg)

Água

(kg)

C25-0% 1:2,5:2,34:0,65 358,17 - 895,43 838,12 232,81

C25-5% 0,9:0,1:2,5:2,34:0,65 321,72 35,75 893,68 836,48 232,35

C25-10% 0,8:0,2:2,5:2,34:0,65 285,46 71,36 892,05 834,96 231,93

C25: Concreto de resistência à compressão especificada de 25 MPa.

Tabela 6.6: Programa experimental do concreto C25

Misturas Ensaios

físicos e mecânicos

Dimensões dos

CP’s (mm)

Idade do

ensaio

Nº de

CP’s Resistência à compressão axial 100 x 200 28 dias 05

Resistência à tração por comp. diametral 100 x 25 28 dias 10 Resistência à tração na flexão 100 x 100 x 400 28 dias 04

Absorção por Imersão 100 x 200 28 dias 05 C25-0%

Absorção por capilaridade 100 x 200 28 dias 05 Resistência à compressão axial 100 x 200 28 dias 05



Absorção por capilaridade 100 x 200 28 dias 05 Resistência à compressão axial 100 x 200 28 dias 05



Absorção por capilaridade 100 x 200 28 dias 05

6.2.3 Dosagem do concreto de alto desempenho

Este concreto foi considerado de resistência elevada conforme a classificação de

AITICIN (2000). Este autor classifica o Concreto de Alto Desempenho (CAD) em

cinco classes (ver Tabela 6.7).

Tabela 6.7: Classes diferentes de concreto de alto desempenho

Resistência à compressão (MPa) 50 75 100 125 150

Classe de CAD I II III IV V

Conseqüentemente, o concreto do presente estudo encontra-se na classe I. Para

a dosagem deste concreto o método utilizado foi desenvolvido na COPPE, visando

75

uma resistência à compressão aos 28 dias de 50 MPa. Maiores detalhes sobre este

método podem ser encontrados nas teses de VELASCO (2002) e MOTA (2001).

Foram feitas três misturas sendo a primeira a mistura de referência (sem CLE), e

as outras duas com teor de CLE de 5% e 10% em substituição ao cimento.O traço

referentes às misturas bem como o consumo por m3 estão na Tabela 6.8. Os ensaios

físicos e mecânicos realizados para avaliar o desempenho destes concretos estão

apresentados na Tabela 6.9.

Tabela 6.8: Traço e consumo do concreto C50 por m3

Mistura Traço em massa Cimento

(kg)

CLE

(kg)

Areia

(kg)

Brita

(kg)

Água

(kg)

SP

(kg)

C50-0% 1:1,95:2,14:0,39 444,46 - 866,70 951,14 173,34 1,98

C50-5% 0,95:0,15:1,95:2,14:0,39 421,76 22,20 865,72 950,07 173,14 1,97

C50-10% 0,9:0,1:1,95:2,14:0,39 399,11 44,35 864,75 949,00 172,95 1,97

C50: Concreto de resistência à compressão especificada de 50MPa.

SP: Sólidos de superplastificante

Tabela 6.9: Programa experimental do concreto C50 por m3

Misturas Ensaios

físicos e mecânicos

Dimensões dos

CP’s (mm)

Idade do

ensaio

Nº de

CP’s Resistência à compressão axial 100 x 200 28 dias 05



Absorção por capilaridade 100 x 200 28 dias 05 Resistência à compressão 100 x 200 28 dias 05



Absorção por capilaridade 100 x 200 28 dias 05 Resistência à compressão 100 x 200 28 dias 05



Absorção por capilaridade 100 x 200 28 dias 05

76

6.3 Produção das argamassas e concretos

6.3.1 Argamassas

Para a produção das argamassas foi utilizada uma argamassadeira com capacidade

de 25 litros. As etapas para a obtenção das misturas foram as seguintes:

1. Homogeneização do cimento e da CLE no misturador;

2. Adição de água (± 50%), em seguida misturava-se por cerca de 1 minuto;

3. Adição da areia e do restante da água;

4. Ao terminar a colocação de todos os materiais, misturava-se por 5 minutos.

Foram moldados 16 corpos-de-prova cilíndricos para cada mistura (5 cm x 10

cm). O índice de consistência foi determinado através da mesa de consistência padrão,

conforme a NBR 13276 (ABNT, 1995) (ver Figura 6.4).

Figura 6.4: Mesa de consistência padrão.

A compactação das misturas foi feita com o auxílio de uma mesa vibratória.

Após a moldagem, os corpos-de-prova foram cobertos por uma manta umedecida por

24 horas. Ao término deste período, foram desmoldados e encaminhados à câmara

úmida onde permaneceram até a data prevista para a realização dos ensaios físicos e

mecânicos.

77

6.3.2 Concretos

Para a produção dos concretos com resistência normal e CAD foi utilizado um

misturador planetário de eixo vertical. A seqüência adotada durante a concretagem foi a

seguinte:

1. Homogeneização dos materiais secos na betoneira (agregado graúdo, agregado

miúdo, cimento e CLE). Este procedimento durou cerca de 1 minuto;

2. Adição de metade da água à mistura seca. Mais 1 minuto de mistura;

3. Quando da utilização de superplastificante este era misturado ao restante da

água e colocado em pequenas proporções na mistura.

4. Após a adição de todos os materiais, a betoneira era acionada por mais 5

minutos até a completa homogeneização da mistura.

Para o concreto foram moldados 16 corpos-de-prova cilíndricos (10 cm x 20

cm) e 04 prismáticos (10cm x 10 cm x 40 cm). A sua consistência foi determinada

através do ensaio de abatimento do tronco de cone (Slump test) mostrado na Figura

6.5. Para alcançar uma compacidade maior, foi utilizada uma mesa vibratória durante a

moldagem. Em seguida, os corpos-de-prova foram cobertos por mantas umedecidas e

após um período de 24 horas foram desmoldados e encaminhados para a câmara úmida

onde permaneceram até completar a idade do ensaio.

Figura 6.5: Ensaio de abatimento do tronco de cone.

78

6.3.3 Metodologia dos ensaios

6.3.3.1 Compatibilidade do cimento x superplastificante

Tem como princípio determinar qual a melhor combinação entre o cimento e o

superplastificante (SP), do ponto de vista reológico, através da utilização desses

materiais, na forma de pasta e em várias proporções.

A compatibilidade entre o cimento e o superplastificante é determinada por

meio de medições do tempo necessário para que uma determinada quantidade de pasta

feita com esses dois materiais escoe através de um cone padronizado conhecido como

cone de Marsh como mostra a Figura 6.6. Estas medições são realizadas em tempos

pré-determinados. Este ensaio foi realizado no Laboratório de Estruturas do

COPPE/UFRJ.

À medida em que as leituras são feitas, o tempo de escoamento da pasta tende a

tornar-se constante a partir de um determinado teor de superplastificante. O ponto a

partir do qual se observa que o teor de SP não altera o tempo de escoamento é

denominado de ponto de saturação (P.S.).

Figura 6.6: Ensaio de compatibilidade – Cone de Marsh.

79

A seqüência do ensaio foi a seguinte:

1. Pesagem do cimento CP II F-32, superplastificante e água;

2. Adição de todos os materiais no liquidificador industrial;

3. Acionamento do liquidificador durante 1 minuto. Anotar o horário ao término

do tempo;

4. Medição do tempo de escoamento nos intervalos de 5, 30 e 60 minutos.

5. Deve-se bater a mistura por 30 segundos no liquidificador antes de iniciar a

leitura seguinte.

6.3.3.2 Resistência à compressão

As irregularidades na superfície de topo do corpo-de-prova provocam uma

distribuição não uniforme da tensão de compressão em determinados pontos da mesma

interferindo nos resultados de resistência. Neste trabalho, com o objetivo de se

conseguir superfícies planas (topo e base do corpo-de-prova) foi utilizado o

capeamento com o enxofre.

6.3.3.2.1 Procedimento do ensaio

Este ensaio foi realizado no Laboratório de Estruturas do COPPE/UFRJ. O

equipamento utilizado foi uma prensa SHIMADZU de 1000kN no qual os valores

obtidos para carga e deslocamentos são processados por um condicionador Shimadzu e

um microcomputador de 32 bits com capacidade de aquisição de cinco leituras por

milisegundo. Para a medição dos deslocamentos longitudinais utilizou-se dois

transdutores elétricos (LVDT´s A e B) diametralmente opostos, localizados na parte

central da amostra. O deslocamento longitudinal final foi obtido através da média entre

os LVDT´s A e B. Os ensaios foram realizados conforme NBR 5739 (ABNT, 1994).

80

Figura 6.7: Ensaio de resistência à compressão

6.3.3.3 Resistência à tração

Nesta pesquisa, os ensaios a seguir, foram avaliados somente nos concretos

(C25 e C50).

6.3.3.3.1 Por compressão diametral

Foram utilizados discos de concreto de 100 mm de diâmetro por 25 mm de

espessura. Para cada teor ensaiaram-se 10 discos. O disco de concreto foi encaixado em

um molde metálico e a carga foi aplicada continuamente na parte superior do molde, a

uma velocidade constante de aplicação de 0,3 mm/min até a sua ruptura (ver Figura

6.8). Os ensaios foram realizados segundo a NBR 7222 (ABNT, 1994)

81

Figura 6.8: Ensaio de tração por compressão diametral

6.3.3.3.2 Na flexão

Foi utilizado para este ensaio corpos-de-prova prismáticos com dimensões de 10

cm x 10 cm x 40 cm. Para cada teor de CLE foram ensaiados 04 CP’s. O procedimento

para este ensaio consistiu da aplicação de carregamentos em dois pontos simétricos do

vão até a ruptura, conforme mostra a Figura 6.9. Este ensaio é conhecido como

carregamento nos terços. A velocidade de aplicação da carga foi contínua e constante

no valor de 0,1 mm/min. A norma utilizada para este ensaio foi a NBR 12142 (ABNT,

1991).

Figura 6.9: Ensaio de tração na flexão

82

6.3.3.4 Durabilidade

Os parâmetros de durabilidade foram avaliados tanto para as argamassas como

para os concretos. O primeiro parâmetro foi obtido através do ensaio de absorção por

imersão conforme a NBR 9778 (ABNT, 1987) onde avaliou-se a porosidade total dos

corpos-de-prova. A porosidade total foi determinada através da relação entre a massa

seca em estufa e a massa saturada com superfície seca das amostras. Obteve-se também

neste ensaio, o índice de vazios para cada teor de CLE dos concretos, bem como a sua

massa específica. O outro parâmetro foi determinado através do ensaio de absorção de

água por capilaridade que seguiu a NBR 9779 (ABNT, 1995). Neste ensaio avaliou-se

através do ganho de massa de água em função do tempo e a velocidade de penetração

de água por sucção capilar. O esquema dos dois ensaios encontra-se na Figura 6.10.

Figura 6.10: Ensaios de absorção de água por capilaridade e por imersão

Obs: As amostras de concreto C25 e C50 foram seladas para o ensaio de absorção de

água por capilaridade com o objetivo de se ter apenas fluxo vertical bem como de se

evitar a perda de umidade.

83

Capítulo 7 7

Apresentação e análise dos resultados

No presente capítulo serão apresentados e discutidos os resultados obtidos nos

ensaios físicos e mecânicos das argamassas e concretos para os vários teores de CLE

utilizados em substituição parcial ao cimento Portland.

7.1 Argamassa

7.1.1 Trabalhabilidade

A trabalhabilidade das argamassas foi avaliada através do índice de consistência

cujos resultados estão apresentados na Tabela 7.1.

Tabela 7.1: Índice de consistência das argamassas

Misturas Consistência (mm)

CLE0% 295

CLE10% 300

CLE15% 285

CLE20% 280

CLE30% 265

A argamassa CLE0% apresentou uma consistência de 295 mm. Os resultados

referentes às misturas CLE10% e CLE 15% indicam que para teores de substituição de

Cimento Portland (CP) por CLE de até 15% os valores da consistência foram

praticamente iguais quando comparados ao valor da mistura de referência, pois aceita-se

uma variação de ± 10 mm nos resultados. Para as misturas com 20% e 30% de CLE em

substituição parcial ao Cimento Portland (CP) a trabalhabilidade foi reduzida em

relação à mistura de referência nos valores de 5% e 10%, respectivamente. Observe, no

entanto, que para 20% de substituição de CP por CLE a variação de ± 10 mm em

84

relação à sua média (280 mm) e a mistura de referência (295 mm), torna o índice de

consistência desta mistura dentro dos limites aceitáveis. Porém, a mistura CLE30% não

ficou entre os limites aceitáveis por norma.

Pode-se dizer então que até 20% de substituição de CP por CLE os valores

referentes ao índice de consistência foram praticamente iguais. Desta forma, não se

considerou necessário o uso de superplastificante. Com relação à mistura CLE30%

mesmo com a redução do índice de consistência, a mistura apresentou-se fácil de

trabalhar e com uma moldabilidade boa. Portanto, para as argamassas, não se utilizou

superplastificante.

7.1.2 Propriedades no estado endurecido

7.1.2.1 Comportamento das argamassas ao esforço de compressão uniaxial

Na Figura 7.1 são apresentadas as curvas de comportamento tensão x

deformação típicas das argamassas para os teores de 0% a 30% de substituição de CP

por CLE. Para as misturas CLE10%, CLE15% e CLE20% obteve-se apenas a carga

última, uma vez que o sistema de aquisição de dados utilizado apresentou problemas na

data do ensaio.

As propriedades mecânicas (resistência à compressão, deformação de pico e

módulo de elasticidade) das argamassas (médias e coeficientes de variação (C.V.)),

encontram-se na Tabela 7.2. Aos 7 dias de idade avaliou-se apenas a resistência à

compressão axial.

85

0 2000 4000 6000 8000 10000 Teor de CLE (%)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

R

esis

tên

cia

à co

mp

ress

ão (

MP

a)

CLE0%CLE30%

Figura 7.1: Curvas tensão x deformação das argamassas CLE0% e CLE30%.

Obs.: Todos os ensaios iniciam com deformação zero. Foram transladados para efeito de

comparação.

Tabela 7.2: Propriedades mecânicas das argamassas

fc (MPa) –C.V.(%) Teor de

CLE (%) 7 dias 28 dias fc7d/fc28d

Ε (GPa) –

C.V.(%)

εa (µε) –

C.V.(%)

0 20,66 – 2,63 40,92 – 2,44 0,50 24,64 – 1,50 3660,62 – 4,00

10 36,01 – 4,77 39,00 – 14,07 0,92 - -

15 35,89 – 6,23 40,55 – 8,57 0,89 - -

20 30,93 – 3,14 39,50 – 10,25 0,78 - -

30 26,50 – 1,06 37,12 – 6,78 0,71 27,55 3128,10 – 0,69

86

7.1.2.1.1 Resistência à compressão axial

0 5 10 15 20 25 30 Teor de CLE (%)

15

20

25

30

35

40

45

50

R

esis

tên

cia

à co

mp

ress

ão (

MP

a)

Legenda

07 d28 d

Figura 7.2: Variação da resistência à compressão das argamassas com teor de CLE

presente na mistura.

Os resultados indicam que a substituição de CP por CLE até 20%, aos 28 dias,

promoveu uma redução de 0,9 - 5% em relação à mistura de referência. É importante

ressaltar que aos 7 dias a substituição de CP por CLE aumentou a resistência para todos

os teores, sendo o efeito mais expressivo para CLE10% e CLE15% onde o aumento

chegou a 74% em relação a CLE0%. Desta forma, pode-se dizer que o efeito físico

(efeito fíler) foi preponderante em relação ao efeito químico (baixa atividade

pozolânica), ou seja, devido a CLE, nas idades iniciais, estar presente em toda a mistura

e possuir elevada finura, provavelmente existe a possibilidade de estar atuando como

ponto de nucleação. Este fenômeno tende a acelerar a hidratação, aumentando a

quantidade de produtos hidratados na mistura. Quando este processo acontece, o maior

ganho de resistência ocorre nas primeiras idades. GEYER (2001) e GONÇALVES

(2000) estudaram o comportamento da CLE e do resíduo de corte de granito,

respectivamente, na produção de concretos e verificaram que o efeito fíler foi

preponderante sobre o efeito químico, indicando a baixa reatividade pozolânica destes

resíduos.

87

A partir da Tabela 7.2 observou-se que para a mistura CLE10%, 92% da

resistência à compressão já é observada aos 7 dias de idade enquanto que para a mistura

de referência este valor ficou em 50%. Isto significa que as misturas que possuem CLE

em sua composição o maior ganho de resistência ocorre nas idades iniciais.

7.1.2.1.2 Módulo de elasticidade

O módulo de elasticidade foi calculado através do módulo secante para uma

tensão de 40% da tensão limite da curva tensão x deformação (ASTM C 469, 1994). O

módulo de elasticidade foi calculado conforme a Equação 7.1:

1e2e

1c2cEε−εσ−σ

= Equação 7.1

onde E é o módulo de elasticidade, σc1 e σc2 são, respectivamente, a tensão de

compressão correspondente a 40% da carga última e a tensão de compressão

correspondente a deformação axial εe1 no valor de 50 µε e εe1 e εe2 correspondem a

deformação axial no valor de 50 µε e deformação produzida pela tensão σ2. Os valores

referentes a este parâmetro encontram-se apresentados na Tabela 7.2.

Para a mistura CLE30% apenas o resultado referente a um ensaio foi

comparável ao da matriz de referência. O módulo de elasticidade obtido para esta

mistura possui valores típicos para o nível de resistência observado.

7.1.2.1.3 Deformação de pico

Os valores referentes a deformação de pico para as misturas CLE0% e CLE30%

estão apresentados na Tabela 7.2.

Com relação à mistura com 30% de CLE em substituição parcial ao CP,

observa-se que torna-se difícil analisá-lo visto que não se tem valores das outras

misturas para efeito comparativo. Pode-se dizer apenas que o valor obtido para a

88

deformação de pico da mistura CLE30% apresenta resultado típico para o nível de

resistência observado.

7.1.3 Durabilidade

A durabilidade do concreto pode ser definida como a vida útil de um material

sob determinadas condições ambientes. (MEHTA e MONTEIRO, 1994). A percolação

de líquidos, íons agressivos dentro de um sólido poroso pode, a depender da

intensidade, deteriorar a estrutura por processos físicos e/ou químicos. Segundo

NEVILLE (1997), este fenômeno de deslocamento, no concreto, pode ocorrer através

de três fenômenos: permeabilidade, difusão ou sorção.

A estrutura interna de um concreto é complexa e heterogênea. Ela é composta

por três fases: fase do agregado, fase da matriz e zona de transição. As fases da matriz e

do agregado são visíveis macroscopicamente já para a zona de transição é necessário o

uso de um microscópio. A zona de transição situa-se ao redor dos agregados e sua

espessura pode variar de 10 a 50 µm. Por ser uma região geralmente mais fraca que as

outras duas fases, exerce uma influência expressiva no comportamento mecânico do

concreto. A fase da matriz é composta por quatro fases sólidas principais: silicato de

cálcio hidratado, hidróxido de cálcio, sulfoaluminatos de cálcio e grãos de clínquer não

hidratado. Além destas fases sólidas, a pasta contém diferentes tipos de vazios,

originalmente são ocupados pela água (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

Com o objetivo de avaliar a penetração da água nos materiais cimentíceos, a

pasta de cimento durante a sua hidratação forma vários tipos de vazios que são

importantes para este estudo: vazios interlamelares no C-S-H, vazios capilares e vazios

aprisionados.

Vazios interlamelares no C-S-H: segundo POWERS apud MEHTA & MONTEIRO

(1994) o espaço interlamelar é de 18 Å. Ele determinou que estes poros são

responsáveis por 28% da porosidade capilar no C-S-H sólido.

89

Vazios capilares: Estes vazios representam o espaço que não foi preenchido pelos

componentes sólidos da pasta. Desta forma, o volume e o tamanho dos vazios capilares

dependem da relação água/cimento e do grau de hidratação (MEHTA &

MONTEIRO, 1994).

Vazios aprisionados: Este tipo de vazio é aprisionado ao concreto durante a operação

de mistura. Sua dimensão varia de 50 a 200 µm. Esses vazios podem afetar

negativamente a resistência e a permeabilidade do concreto (MEHTA & MONTEIRO,

1994).

Além dos vários tipos de vazios presentes na pasta, é necessário saber como a

água se encontra dentro destes materiais cimentícios. Ela pode estar em diferentes

estados e está classificada de acordo com o grau de dificuldade ou de facilidade com

que pode ser removida: (1) água capilar – pode ser dividida em dois tipos: água em

vazios grandes (diâmetro > 50nm) pode ser denominada de água livre, pois a sua

remoção não causa nenhum tipo de variação de volume e água retida por tensão capilar

são retidas em capilares pequenos (5 a 50 nm) e a sua remoção pode causar a retração

do sistema; (2) água adsorvida – este tipo de água encontra-se fisicamente adsorvida

na superfície dos sólidos na pasta. A perda deste tipo de água pode causar retração da

pasta durante a secagem; (3) água interlamelar: este tipo de água está associado à

estrutura do C-S-H e quando esta é perdida, sua estrutura retrai consideravelmente. A

água interlamelar só é perdida por secagem forte; (4) água quimicamente

combinada: este tipo de água faz parte da estrutura de vários produtos hidratados do

cimento. Ela só é liberada quando os produtos hidratados são decompostos por

aquecimento (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

O transporte de água dentro de um material cimentício pode acontecer por

difusão, permeabilidade e absorção. A difusão é um processo no qual um líquido, gás

ou íon pode passar através do concreto sob a atuação de um gradiente de concentração.

A permeabilidade é a facilidade com que um fluido pode passar através de um meio

poroso. A absorção é o processo pelo qual um fluido pode penetrar em um concreto

por sucção capilar e preencher os espaços vazios. Quando esta absorção ocorre em uma

única direção, é denominado de absortividade.

90

Várias características interferem no transporte de um fluido através de um meio

poroso: porosidade total, distribuição do diâmetro de poros, continuidade, tortuosidade

e teor de umidade. Estas características são influenciadas pelo tipo de materiais

utilizadose pela composição do material. A utilização de aditivos minerais pode reduzir

o volume de poros através do seu refinamento bem como reduzir a permeabilidade

(KELHAM, 1988; HALL, 1989; MARTYS & FERRARIS, 1996; SABIR et al., 1998).

HALL (1989), baseado na teoria de fluxo capilar em material não saturado,

verificou que o ganho acumulativo de água varia em função da raiz quadrada do tempo,

conforme a Equação 7.2.

o21 StS

AW

+×= Equação 7.2

onde W é o ganho acumulativo de água, A é a área do corpo-de-prova em contato

direto com a água, S é a absortividade, obtida através da inclinação da reta entre o

ganho de massa de água em função da raiz quadrada do tempo e So é uma constante

relacionada com a absorção inicial. O tempo utilizado para a realização deste ensaio

para as argamassas foi de 3, 4,5, 6, 24, 48 e 72 horas. Foram plotados em um gráfico a

raiz quadrada do tempo versus o acréscimo de massa no qual após ajuste linear,

verificou-se a presença de dois estágios de absorção de água (ver Figura 7.3). O

primeiro estágio é caracterizado pelo comportamento linear de ganho de massa de água

em relação ao tempo. Este fenômeno ocorre nos poros capilares maiores. No segundo

estágio, o ganho de massa de água em relação ao tempo segue um comportamento não

linear. Este estágio é conhecido como período de saturação e o fluxo de água ocorre em

poros capilares menores. O ponto de mudança do estágio de absorção para o estágio de

saturação é denominado de ponto de transição (Pt).

Como a Equação 7.2 descreve o comportamento linear do ganho acumulativo

de massa de água em função da raiz quadrada do tempo considerando apenas a

absortividade no estágio inicial (S1), conseqüentemente ela não se aplica ao estágio de

saturação (S2), pois o mesmo não se comporta de forma linear.

91

Figura 7.3: Gráfico típico do acréscimo de massa aparente em função da raiz quadrada do

tempo (GONÇALVES, 2003)

Admitindo que os materiais cimentícios possuem um estágio de absorção e um

de saturação e que estes são independentes e complementares, pode-se calcular o ganho

acumulativo de massa de água para os dois estágios conforme as duas equações a seguir.

TttparaStSAW

o21

1 ≤+×= Equação 7.3

TttparaCtCtSAW

3221

2 ≥+×−×= Equação 7.4

onde Tt corresponde ao tempo de transição entre os estágios S1 e S2, para qualquer

material cimentício e C2 e C3 são constantes. A Equação 7.3 corresponde ao ganho

acumulativo de massa de água de forma linear (estágio de absorção) até o tempo de

transição (Tt) e a equação 7.4 corresponde ao ganho acumulativo de massa de água de

forma não linear (estágio de saturação).

Na Figura 7.4 e Figura 7.5são apresentadas as curvas típicas do ganho

acumulativo de água por área (W/A) em função da raiz quadrada do tempo para as

argamassas nos vários teores de substituição de cimento por CLE e os resultados

S2

S1

Pt

Tt t1/2

W/A

92

referentes a porosidade total das argamassas, respectivamente. Os valores referentes a

pororsidade total e a absortividade encontram-se na Tabela 7.3.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t (h 1/2)

0

0.5

1

1.5

2

W

/A (g

/cm

2 )

Argamassas

CLE0%CLE10%CLE15%CLE20%CLE30%

Figura 7.4: Ganho acumulativo de massa de água em função da raiz quadrada do tempo

para as argamassas nos vários teores de CLE.

0 5 10 15 20 25 30 Teor de CLE (%)

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Por

osid

ade

tota

l (%

)

Figura 7.5: Influência do teor de substituição de cimento por CLE na porosidade total.

93

Tabela 7.3: Porosidade total e absortividade das argamassas com CLE

Absortividade (g/cm2.t1/2) Misturas Porosidade total – C.V. (%)

Estágio 1 Estágio 2 CLE0% 12,94 – 1,80 0,2156 -

CLE10% 13,62 – 2,51 0,2195 0,1706

CLE15% 14,18 – 0,83 0,2392 0,1625

CLE20% 15,27 – 1,01 0,2311 0,1556

CLE30% 15,84 – 2,39 0,2312 0,0749

Os resultados indicam que houve um aumento da porosidade total à medida que

a porcentagem de CLE na mistura também aumentava. Estes incrementos foram da

ordem de 5%, 10%, 18% e 22% para as misturas com 10%, 15%, 20% e 30% de

substituição de CP por CLE, respectivamente. Como o aumento da porosidade total

não influenciou negativamente na resistência à compressão das misturas, este acréscimo

pode ser atribuído provavelmente a um refinamento de poros (volume maior de poros

menores). Porém, para confirmar este fato, outros ensaios deverão ser realizados como,

por exemplo, porosimetria de mercúrio.

Com relação à absortividade pode-se dizer que no estágio de absorção (estágio

1) houve uma variação desta entre 1,8-10% se comparado com a mistura de referência.

Para o estágio de saturação somente entraram neste estágio as misturas com CLE em

sua composição, ou seja, a mistura de referência permaneceu no estágio 1 durante as 72

horas de duração do ensaio. Neste estágio houve uma redução na absortividade em

relação à mistura de referência que variou entre 20-65%, atribuída à presença da CLE

nas misturas que promoveu um refinamento de poros e consequentemente, uma maior

resistência à penetração de água na mistura tornando-as argamassas mais duráveis.

94

7.2 Concretos

7.2.1 Compatibilidade entre o cimento e o superplastificante

Na Figura 7.6 estão apresentadas as curvas referentes ao ensaio de

compatibilidade entre o cimento CP II F 32 e o superplastificante naftaleno sulfonado.

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Teor de superplastificante (% de sólidos)

20

30

40

50

60

70

80

90

100

T

emp

o d

e es

coam

ento

(s)

5 min30 min60 min

Ponto de saturação

↓

Figura 7.6: Curvas tempo de escoamento x teor de superplastificante

Os resultados indicam que o tempo de escoamento aos 5 minutos é maior do

que o tempo de escoamento aos 30 e 60 minutos. Este comportamento indica que o

tempo de 5 minutos não foi suficiente para que o superplastificante fosse adsorvido à

superfície da partícula de cimento. Verifica-se também que há uma redução do tempo

de escoamento à medida que o teor de superplastificante aumenta, até o teor de 1%.

Desta forma, o ponto de saturação do SP utilizado com o CP II F 32 foi de 1%.

95

7.2.2 Propriedade no estado fresco

7.2.2.1 Ensaio de abatimento do tronco de cone (slump test)

Tabela 7.4: Resultados do ensaio de abatimento do tronco de cone

Misturas Slump test (mm)

C25-0% 50

C25-5% 30

C25-10% 25

C50-0% 60

C50-5% 50

C50-10% 20

Para a produção do concreto de alto desempenho (C50) foi utilizado

superplastificante. O teor de superplastificante adicionado foi de 1%, conforme

resultado obtido no ensaio de compatibilidade e ponto de saturação (ver item 7.2.1). A

utilização deste aditivo químico foi necessária para que este concreto atingisse uma

trabalhabilidade equivalente ao concreto C25 em função de ter um fator água/cimento

mais baixo.

Analisando a consistência dos concretos C25 e C50 verifica-se que o slump para

estas duas misturas são aproximadamente iguais. Porém, a medida em que a CLE

substitui parcialmente o cimento as reduções tornam-se mais expressivas, exceção deve

ser dada à mistura C50-5% no qual o seu slump ficou próximo da sua mistura de

referência. A mistura C25-5% e C25-10% sofreram reduções entre 40-50%. Para a

mistura C50-10% este valor ficou em 67%. Observe que mesmo tendo esta redução no

abatimento, as misturas apresentaram boa tarabalhabilidade e boa moldabilidade.

Estes resultados estão de acordo com outro estudo realizado por PAN et al.,

(2003), onde a medida que o teor de substituição de cimento por CLE aumentava, a

trabalhabilidade das misturas também reduzia.

Para o concreto C50 não era esperado acontecer uma redução na

trabalhabilidade em função da utilização de superplastificante (SP). Porém, para a

96

mistura C50-10% a redução foi de 67% em relação à mistura de referência. Na

bibliografia pesquisada foram encontrados estudos referentes a este assunto. MONZÓ

et al. (1996), MONZÓ et al. (2003), avaliaram o efeito da CLE na trabalhabilidade das

argamassas e concluíram que mesmo com a utilização de SP, a trabalhabilidade das

misturas reduzia a medida que o teor de CLE aumentava (ver Tabela 5.2). Eles

associaram esta redução à morfologia irregular das partículas de CLE e a alta absorção

de água da sua superfície. Este efeito da forma das partículas para qualquer material

com partículas finas foi avaliado por PANDOLFELLI, et al. (2000), onde foi analisado

que o efeito da forma das partículas sobre a fluidez de suspensões aquosas de partículas

sólidas também é acentuado, ou seja, de acordo com os autores “quanto maior for a

irregularidade de forma, maiores serão a viscosidade e a tendência ao comportamento

dilatante. Portanto, matrizes muito concentradas e/ou compostas por partículas com

morfologia irregular podem apresentar tendência ao comportamento dilatante, além de

valores baixos de fluidez”.

7.2.3 Propriedades no estado endurecido

7.2.3.1 Comportamento tensão x deformação

Nas Figura 7.7, Figura 7.8 e Figura 7.9estão apresentadas as curvas tensão x

deformação dos concretos C25 e C50 nos vários teores de substituição do cimento por

CLE. Em seguida, foram avaliadas as propriedades mecânicas (resistência à

compressão, deformação de pico, módulo de elasticidade, resistência à tração por

compressão diametral e resistência à tração na flexão) dos concretos C25 e C50. Os

valores referentes a estas propriedades encontram-se a seguir, na Tabela 7.5 e Tabela

7.6, respectivamente.

97

0 2000 4000 6000 8000 10000 Deformação (µε)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

R

esis

tên

cia

à co

mp

ress

ão (

MP

a)

CLE0%CLE5%

CLE10%

Figura 7.7: Curvas tensão x deformação do concreto C25

0 2000 4000 6000 8000 10000 Deformação (µε)

0

10

20

30

40

50

60

Res

istê

nci

a à

com

pre

ssão

(M

Pa)

CLE0% CLE5%

CLE10%

Figura 7.8: Curvas tensão x deformação do concreto C50 para os vários teores de CLE

98

0 2000 4000 6000 8000 10000 Deformação (µε)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

R

esis

tên

cia

à co

mp

ress

ão (

MP

a)

C50-0%

C25-0%

C50-5%

C25-5%

C50-10%

C25-10%

Figura 7.9: Variação da resistência à compressão dos concretos C25 e C50 em relação à

deformação

Tabela 7.5: Propriedades mecânicas do concreto C25 em vários teores de CLE.

Propriedades Teor de

CLE (%) fc (MPa) – C.V.

(%) εa (µε) – C.V.

(%)

E (GPa) –

C.V. (%)

ft (MPa) –

C.V. (%)

fb (MPa) –

C.V. (%)

0 24,97 – 2,86 2610,31 – 6,52 24,37 – 6,84 3,29 – 8,88 4,54 – 8,11

5 24,13 – 2,27 2807,66 – 0,77 24,55 – 6,01 3,25 – 9,14 4,22 – 0,62

10 24,59 – 3,93 2441,44 – 7,45 24,03 – 0,62 2,95 – 8,27 4,05 – 5,06

Tabela 7.6: Propriedades mecânicas do concreto C50 em vários teores de CLE.

Propriedades Teor de

CLE (%) fc (MPa) – C.V.

(%) εa (µε) – C.V.

(%)

E (GPa) –

C.V. (%)

ft (MPa) –

C.V. (%)

fb (MPa) –

C.V. (%)

0 52,27 – 0,63 2549,02 – 6,37 36,32 – 0,21 5,98 – 8,48 6,95 – 8,65

5 53,05 – 1,16 2780,96 – 2,74 36,45 – 5,41 5,67 – 7,28 7,08 – 8,25

10 51,52 – 1,66 2880,90 – 16,89 35,97 – 4,17 4,96 – 8,23 6,78 – 10,17

99

7.2.3.1.1 Resistência à compressão

Na Figura 7.10 estão apresentados os resultados obtidos no ensaio de resistência

à compressão dos concretos C25 e C50.

0 5 10 Teor de CLE (%)

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

R

esis

tên

cia

à co

mp

ress

ão (

MP

a)

Legenda

C25C50


compressão do concreto C25 e C50.

Analisando-se os resultados conclui-se que praticamente não houve diferença na

resistência à compressão dos concretos com CLE em relação às suas respectivas

misturas de referência (C25 e C50). Para os concretos C25-5% e C25-10% a variação

foi inferior a 3% em relação a C25-0%. Para os concretos C50-5% e C50-10% a

variação foi de apenas 1% em relação à mistura de referência. Assim, como já discutido

para as argamassas, a CLE atuou provavelmente como agente nucleador contribuindo

para que a resistência à compressão não abaixe significativamente bem como no

refinamento da estrutura de poros. Pode-se dizer então que o efeito físico (fíler) foi

preponderante ao efeito químico (atividade pozolânica).

100

7.2.3.1.2 Módulo de elasticidade

Na Figura 7.11 estão apresentados os resultados referentes ao módulo de

elasticidade das misturas de referência C25 e C50 bem como das misturas com CLE.


10

15

20

25

30

35

40

45

Mód

ulo

de

Ela

stic

idad

e (G

Pa) Legenda

C25C50

Figura 7.11: Influência do teor de substituição de cimento por CLE no módulo de

elasticidade do concreto C25 e C50.

Analisando os resultados verifica-se que as misturas com CLE tanto para o

concreto C25 como para o concreto C50 apresentaram diferença inferior a 1% no

módulo de elasticidade em relação às suas respectivas misturas de referência (ver Figura

7.11). Portanto, pode-se dizer que os resultados obtidos pelas misturas com CLE, para

cada concreto, são aproximadamente iguais às suas respectivas referências, ou seja, a

CLE não afetou a capacidade dos concretos se deformarem sob tensão. Observe que o

módulo de elasticidade do concreto C25 foi de aproximadamente 25 GPa enquanto que

o do concreto C50 foi de 36 GPa. Este acréscimo está associado ao aumento da

resistência à compressão do concreto C25 para o concreto C50.

101

7.2.3.1.3 Deformação de pico

Na Figura 7.12 estão apresentados os resultados referentes ao módulo de

elasticidade das misturas de referência C25 e C50 bem como das misturas com CLE.


500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Def

orm

ação

(µε

)

LegendaC25C50

Figura 7.12: Influência do teor de substituição de cimento por CLE na deformação do

concreto C25 e C50.

A partir dos resultados apresentados na Tabela 7.5 e Tabela 7.6 percebe-se que

as deformações de pico ficaram próximas à matriz de referência tanto para o C25 como

para o C50. Este resultado já era de se esperar, pois para módulos de elasticidades iguais

e tensões de pico iguais, as deformações deveriam ser praticamente iguais. Apesar das

deformações de pico referentes aos concretos C25-5% e C25-10% terem variado entre

6-8%em relação ao concreto C25-0%, verifica-se que quando associados aos seus

respectivos coeficientes de variação (≅ 6-7%) a diferença existente entre as misturas

torna-se insignificante (ver Figura 7.12).

Para o concreto C50 observa-se uma tendência de acréscimo a medida em que o

teor de CLE aumenta, porém o C.V. para a mistura com 10% de CLE é muito alto.

102

Conseqüentemente, os resultados tornam-se aproximadamente iguais quando

relacionados com os seus coeficientes de variação (ver Figura 7.12).

7.2.3.2 Resistência à tração por compressão diametral

Os resultados referentes a esse ensaio estão apresentados na Tabela 7.5 e Tabela

7.6 e na Figura 7.13.


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ft

(MP

a)

Legenda

C25C50

Figura 7.13: Influência do teor de substituição de cimento por CLE

na resistência à tração por compressão diametral no concreto C25 e C50.

A substituição de CP por CLE às misturas C25-5% e C25-10%, provocou uma

variação entre 1-10% em relação ao C25-0%. Através da Figura 7.13, pode-se dizer que

não houve diferença na resistência à tração por compressão diametral das misturas com

5% e 10% de CLE para a mistura de referência. Para o C50, as misturas com 5% e 10%

de CLE em substituição ao CP apresentaram uma redução na resistência à tração de 5%

e 17% em relação à mistura C50-0%, respectivamente. Esta redução não foi muito

expressiva por causa dos coeficientes de variação.

103

7.2.3.3 Resistência à tração na flexão

Os resultados referentes a esse ensaio estão apresentados na Tabela 7.5 e Tabela

7.6 e na Figura 7.14.


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

fb

(M

Pa) Legenda

C25C50

Figura 7.14: Influência do teor de substituição de cimento por CLE na resistência à tração

na flexão no concreto C25 e C50.

A partir dos resultados, verificou-se uma redução de 7% e 11% para o concreto

C25-5% e C25-10%, respectivamente, em relação à mistura de referência que quando

associadas aos seus coeficientes de segurança tornam-se inexpressivas (ver Figura 7.14).

Para o concreto C50-5% e C50-10% pode-se dizer que praticamente não houve

variação da resistência à tração na flexão em relação à mistura de referência (variação

inferior a 3%).

7.2.4 Durabilidade

Nas Figura 7.15 e Figura 7.16 são apresentadas as curvas típicas do ganho

acumulativo de água por área (W/A) em função da raiz quadrada do tempo para as

argamassas nos vários teores de substituição de cimento por CLE. Na Figura 7.17 são

104

apresentados os resultados de porosidade total obtidos para os concretos C25 e C50.

Os valores referentes a pororsidade total e a absortividade encontram-se na Tabela 7.7.

O ensaio de absorção por capilaridade foi conduzido por um período de 792h de

duração (33 dias) para os concretos C25 e C50, nos vários teores de CLE.

0 5 10 15 20 25 30 t (h 1/2)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

W/

A (

g/

cm2 )

C25

CLE0%CLE5%CLE10%

Figura 7.15: Ganho acumulativo de massa de água em função da raiz quadrada do tempo,

para o concreto C25 nos vários teores de CLE.

0 5 10 15 20 25 30 t (h 1/2)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

W/

A (

g/

cm2 ) C50

CLE0%CLE5%CLE10%

Figura 7.16: Ganho acumulativo de massa de água em função da raiz quadrada do tempo,

para o concreto C50 nos vários teores de CLE.

105


4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

Por

osid

ade

tota

l (%

)

Legenda

C25C50

Figura 7.17: Influência do teor de substituição do cimento por CLE na porosidade total do

concreto C25 e C50.

Tabela 7.7: Porosidade total e absortividade dos concretos C25 e C50 com CLE

Absortividade (g/cm2.t1/2) Misturas

Porosidade – C.V.

(%)

Massa específica real

(g/cm3) – C.V. (%) Estágio 1 Estágio 2

C25-CLE0% 8,24 – 1,51 2,54 – 0,16 0,1977 0,0418

C25-CLE5% 8,39 – 2,55 2,54 – 0,24 0,1779 0,0425

C25-CLE10% 8,32 – 1,34 2,54 – 0,20 0,1789 0,0437

C50-CLE0% 5,10 – 2,56 2,57 – 0,42 0,0813 0,0303

C50-CLE5% 5,28 – 2,82 2,57 – 0,55 0,0496 0,0158

C50-CLE10% 5,40 – 1,43 2,58 – 0,25 0,051 0,0156

Para o concreto C25 com 5% e 10% de substituição de cimento por CLE pode-

se dizer que praticamente não houve variação nos resultados (inferior a 2%) quando

comparada ao concreto de referência. Para os concretos C50-5% e C50-10% verificou-

se um pequeno acréscimo na porosidade total em relação ao concreto C50-0% (inferior

a 6%). Este aumento pode estar associado a um maior volume de poros menores

devido a um refinamento de poros.

106

Com relação a absortividade pode-se dizer que para o estágio 1 houve uma

redução de 10% para os concretos C25-5% e C25-10% quando comparados à mistura

de referência. No estágio 2 praticamente não houve variação entre as misturas.

Observa-se que do estágio de absorção (estágio 1) para o estágio de saturação (estágio

2) houve uma redução na absortividade atribuída a presença da CLE que propicia um

refinamento na estrutura de poros dificultando com isso, a penetração de água no

concreto. Para os concretos C50-5% e C50-10% houve uma redução na absortividade

na ordem de 39% e 37%, respectivamente em relação à mistura de referência. Fato

atribuído a presença da CLE que proporcionou um refinamento de poros, tornando as

estruturas mais duráveis.

7.2.5 Classificação ambiental

Para classificar ambientalmente as amostras de concreto, foram feitas análises de

lixiviação e solubilização. O concreto selecionado foi o C30-10%, por este possuir uma

porosidade maior em relação ao concreto C50 e também por ter um maior teor de CLE

em sua composição. Foram realizados ensaios com dois tipos de amostras: na primeira

foram utilizados placas de concreto (3,0 x 3,0)cm, com aproximadamente 5 mm de

espessura. Na segunda, o concreto foi triturado sendo o diâmetro máximo inferior a 9,5

mm.

Figura 7.18: Amostras referentes ao ensaio de solubilização e lixiviação

Placas de

concreto CLE Concreto

triturado

107

7.2.5.1 Ensaio de lixiviação

Os critérios adotados para a realização deste ensaio nas amostras de concreto

foram os mesmos utilizados para a CLE, seguindo a NBR 10005 (ABNT, 1987). O

ensaio foi realizado no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ e a análise do

lixiviado foi feita no Laboratório de Absorção Atômica da PUC – Rio de Janeiro.

Tabela 7.8: Resultados referentes ao ensaio de lixiviação

Poluente Placas de concreto

(mg/l)

Limite máximo no lixiviado

(mg/l) – NBR 10004

Bário < 0,01 100,0 Chumbo < 0,014 5,0

Prata < 0,003 5,0 Selênio < 0,01 1,0

Fluoreto 37 150,0 Cádmio - 0,5

Mercúrio - 0,1 Arsênio - 5,0

Analisando os resultados da Tabela 7.8 referentes ao ensaio de lixiviação,

verificou-se que os todos os poluentes encontram-se abaixo do limite máximo

permitido pela NBR 10004, Anexo G, listagem nº 7. Pode-se concluir então que o

concreto com CLE em sua composição, não deve ser considerado um material tóxico e,

conseqüentemente perigoso, pois os poluentes presentes no resíduo foram retidos na

matriz cimentícia.

7.2.5.2 Ensaio de solubilização

Para o ensaio de solubilização os procedimentos adotados foram de acordo com

a NBR 10006, (ABNT, 1987). Este ensaio foi realizado no Laboratório de Geotecnia da

COPPE/UFRJ. A análise química de alguns poluentes foi feita no Laboratório de

Absorção Atômica da PUC – Rio de Janeiro e outros no próprio Laboratório de

Geotecnia da COPPE/UFRJ.

108

Tabela 7.9: Resultados referentes ao ensaio de solubilização

Poluente Placas de concreto

(mg/l)

Concreto triturado

(mg/l)

Limite máximo no extrato

(mg/l) – NBR 10004

Bário < 0,01 < 0,01 1,0 Chumbo < 0,015 < 0,015 0,05

Prata < 0,03 < 0,03 0,05 Selênio < 0,01 < 0,01 0,01

Fluoreto < 0,1 < 0,1 1,5 Cádmio - - 0,005

Mercúrio - - 0,001 Arsênio - - 0,05 Ferro < 0,02 < 0,02 0,3

Dureza 0 560 500

Nitrato 0,8 0,3 10 Cloreto 5,63 13,5 250 Sódio 107 104 200

Sulfato 9,52 7,47 400 Cobre < 0,002 < 0,002 1,0 Zinco < 0,002 < 0,002 5,0

Manganês < 0,002 < 0,002 0,1 Alumínio < 0,05 < 0,05 0,2

Pode-se verificar através da Tabela 7.9, que as amostras de concreto com CLE

conseguiram reter os poluentes considerados como perigosos segundo a NBR 10004,

Anexo I – Listagem nº9, confirmando que os poluentes ficaram retidos na matriz do

concreto.

Com relação ao Anexo H – Listagem nº 8 da NBR 10004 (ABNT, 1987),

verifica-se que para as placas de concreto todos os valores apresentaram-se abaixo do

limite máximo permitido podendo então ser classificado como material inerte. Para o

concreto triturado a dureza apresentou teor ligeiramente acima do limite. Isto não deve

ter sido ocasionado apenas pela presença da CLE, pois GEYER (2001), por exemplo,

encontrou valores acima do limite para concretos sem adição de CLE. Além disso, o

material só vai estar nessa forma (apresentando comportamento não-inerte) quando a

estrutura for demolida.

109

Vale ressaltar que o resultado de solubilização referente ao concreto triturado foi

excelente, pois os poluentes que são considerados como perigosos foram retidos na

matriz cimentícia e a dureza não se encaixa nesta classificação.

A partir dos ensaios de solubilização e lixiviação pode-se dizer que o concreto é

uma alternativa viável para dispor a CLE de forma adequada e segura visto que os

poluentes que são considerados como perigosos foram encapsulados na matriz

cimentícia do concreto.

110

Capítulo 8 8

Conclusões e sugestões futuras

8.1 Conclusões

As conclusões que podem ser obtidas a partir das análises dos resultados são as

seguintes:

Devido ao aumento na geração do lodo de esgoto, aliado a escassez de espaços

para a implantação e/ou ampliação de aterros sanitários vê-se a necessidade de

implantar alternativas para o seu aproveitamento.

A CLE do presente estudo foi classificada como resíduo não-inerte (Classe II).

Após o ensaio de solubilização alguns poluentes tais como: dureza, sulfato e manganês

apresentaram concentrações superior ao limite máximo permitido pela NBR 10004

(ABNT, 1987).

No que diz respeito a utilização da CLE em argamassas pode-se dizer que até

20% de substituição de CP por CLE os valores referentes ao índice de consistência

foram praticamente iguais. Com relação à mistura CLE30% mesmo com a redução do

índice de consistência, a mistura apresentou-se fácil de trabalhar e com uma

moldabilidade boa. Para a resistência à compressão os resultados indicaram que a

substituição de CP por CLE até 30%, aos 28 dias, promoveu uma redução de apenas

10% em relação à mistura de referência. É importante ressaltar que o efeito físico

(efeito fíler) foi preponderante em relação ao efeito químico (baixa atividade

pozolânica). A porosidade total aumentou para todas as misturas com CLE. Estes

incrementos variaram de 5-22%. Este acréscimo pode ser atribuído provavelmente a

um refinamento de poros (volume maior de poros menores). A absortividade para as

misturas com CLE reduziu em relação a mistura de referência. A presença da CLE nas

misturas proporcionou um refinamento de poros que reduz a velocidade de absorção,

tornando as estruturas mais duráveis.

111

Com relação ao concreto C25 e C50 pode-se dizer que a consistência reduziu

para os todos os teores, sendo mais expressiva nas misturas C25-5%, C25-10% e c50-

10%. Mesmo havendo esta redução, todas as misturas apresentaram boa

trabalhabilidade e boa moldabilidade. Para a resistência à compressão não houve

diferença entre os concretos com CLE e suas respectivas misturas de referência (C25 e

C50). O mesmo aconteceu para o módulo de elasticidade, deformação de pico,

resistência à tração por compressão diametral, resistência à tração na flexão. A

porosidade total, para o concreto C25, foi praticamente igual para todas as misturas.

Para o concreto C50 houve um ligeiro aumento para as misturas com 5% e 10% de

CLE (inferior a 6%), associado a um refinamento na estrutura de poros. Houve

também uma redução na absortividade atribuída à presença da CLE que propiciou um

refinamento na estrutura de poros, tornando-as mais duráveis.

No que diz respeito a classificação ambiental as amostras em placas de concreto

foram classificadas como material inerte. Para o concreto triturado a dureza apresentou

teor ligeiramente acima do limite, sendo, portanto, classificado como material não-

inerte.

Pode-se concluir, portanto, que a utilização da CLE em argamassas e concretos

é uma alternativa benéfica do ponto de vista ambiental e técnico visto que além de

conseguir encapsular em sua matriz cimentícia um resíduo que possui em sua

composição substâncias que são consideradas nocivas ao meio ambiente e à saúde

pública, conseguiu melhorar as propriedades físicas e mecânicas bem como reduzir o

consumo de cimento Portland nas misturas. Outros estudos precisam ser realizados

com o objetivo de propor o seu uso em larga escala.

112

8.2 Sugestões futuras

Com o objetivo de aprofundar os conhecimentos sobre este assunto, sugere-se

para trabalhos futuros:

1. Otimização da moagem da CLE visando obter o melhor efeito filer e atividade

pozolânica associado a um menor consumo de energia;

2. Avaliar a adição de argilas caoliníticas, com o objetivo de melhorar a reatividade

do material final – “bio-cimento”.

3. Avaliar a possibilidade de resfriamento brusco após processo de queima,

visando aumentar a atividade pozolânica da CLE;

4. Avaliação de outros parâmetros de durabilidade (resistência a sulfatos,

resistência a penetração de cloretos).

5. Verificar o comportamento do concreto ao ser submetido a altas temperaturas.

113

Capítulo 9

Referências bibliográficas

AÏTICIN, P.C., Concreto de alto de desempenho, 1ª ed. São Paulo, PINI, 2000.

AL SAYED, M.H., MADANY, I.M., BUALI, A.R.M., “Use of Sewage Sludge Ash in

Asphaltic Paving Mixes in Hot Regions”, Construction and Building Materials, v. 9, n.

1, pp. 19-23, 1994.

ALLEMAN, J.E., BERMAN, N.A., “Constructive Sludge Management: Biobrick”,

Journal of Environmental Engineering, v. 110, n. 2 (Apr), pp. 301-311, 1984.

ANDREOLI, C.V., BONNET, B.R.P., LARA, A.I., WOLTER, F.R., “Proposição de

plano de monitoramento da reciclagem agrícola do lodo de esgoto no estado do

Paraná”, In.: 19º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, pp. 232-244,

Foz do Iguaçu, 1997.

ANDREOLI, C.V. VON SPERLING, M.; FERNANDES, F., Lodo de esgotos: tratamento

e disposição final. 1ª ed. Belo Horizonte, DESA/UFMG e SANEPAR, 2001.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 5739: Ensaio de

compressão de corpos-de-prova de concreto cilíndricos. Rio de Janeiro, 1994.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 5751: Índice de

atividade pozolânica com cal. Rio de Janeiro. 1992.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 5752: Materiais

pozolânicos – Determinação de atividade pozolânica com cimento Portland – Índice de atividade

pozolânica com cimento. Rio de Janeiro. 1992.

114

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 5753: Cimento

Portland pozolânico: determinação da pozolanicidade. Rio de Janeiro, 1991.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 6457: Amostras de

solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro,

1986.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 7217: Agregados –

Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 1987.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 7222: Argamassa e

concreto - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova

cilíndricos. Rio de Janeiro, 1994.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 9776: Agregado –

Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco de chapman. Rio de

Janeiro, 1987.


concreto endurecido – Determinação da absorção de água por imersão – Índice de vazios e massa

específica. Rio de Janeiro, 1987.


concreto endurecido – Determinação da absorção de água por capilaridade. Rio de Janeiro,

1995.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 9937: Agregado –

Determinação da absorção e água em agregados graúdos. Rio de Janeiro, 1987.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 10004: Resíduos

Sólidos – Classificação. Rio de Janeiro, 1987.

115

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 10005: Lixiviação de

Resíduos – Procedimento. Rio de Janeiro, 1987.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 10006: Solubilização

de Resíduos – Procedimento. Rio de Janeiro, 1987.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR12142: Concreto -

Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos. Rio de Janeiro,

1991

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 12653 Materiais

Pozolânicos - Especificação, Rio de Janeiro, 1992.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 13276: Argamassa

para assentamento de paredes e revestimento de paredes e tetos – Determinação do teor de água

para obtenção do índice de consistência-padrão. Rio de Janeiro, 1995.

ASTM C 469-94, Test for static modulus os elasticity and poisson’s ratio of concrete in compression.

BROSCH, C.D., “Fabricação de agregado leve a partir do lodo de esgoto”, In:Congresso

Brasileiro de Engenharia Sanitária, pp. 103-107, Rio de Janeiro, 1975.

CETESB – Companhia Estadual de Tecnologia De Saneamento Básico – CETESB,

Redes de esgotamento sanitário – Curso por correspondência, São Paulo, 1984.

CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente - Nº 001, de 23 de janeiro de

1986.

CORDEIRO, G.C., TOLEDO FILHO, R.D., FAIRBAIRN, E.M.R., TAVARES,

L.M.N. “Estudo do processo de moagem da cinza do bagaço da cana-de-açúcar

visando seu emprego como aditivo mineral para concreto”, In: Inter American

Conference on Non-Convencional Materials and Technologies in the Eco-Construction and

Infrastructure, IAC-NOCMAT, João Pessoa, November, 13-16th, 2003.

116

DE LARRAD, F., Concrete Mixture Proportionong: A Scientific Approach, Modern Concret

Technology Series, v. 9, pp. 421, London, E&FNSPON, 1999.

FEEMA - Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente, Manual do meio

ambiente-métodos, v. 2, Rio de Janeiro, Dicomt, 1983.

FEEMA - Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente – DZ-1311.R-4,

Diretriz da destinação de resíduos sólidos, Rio de Janeiro, 1994.

FEEMA - Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente – NT-0574.R-0,

Padrões de emissão de poluentes do ar para processo de destruição térmica de resíduos, Rio de

Janeiro, 1994.

FNS – FUNDAÇÃO NACIONAL DE SAÚDE, Manual de Saneamento, 3ª ed. Brasília,

1999.

FERNANDES, F., Uso e manejo do lodo de esgotos na agricultura, 1ª ed. Paraná, Companhia

de Saneamento do Paraná (SANEPAR), 1999.

FERNANDES, F., WEIGERT, W., IHLENFELD, R.G.K., ANDREOLI, C.V.,

“Reciclagem de lodo de esgoto – Experiência da região metropolitana de

Curitiba”, In: 21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, pp. 1-5, João

Pessoa, Setembro, 2001.

FORMAGINI, S., Utilização do modelo de empacotamento compressível de partículas para

otimização de misturas granulares, Seminário de Tese de Doutorado, COPPE-UFRJ,

Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 2003.

GEYER, A.L.B., Contribuição ao estudo da disposição final e aproveitamento da cinza de lodo de

estações de tratamento de esgotos sanitários como adição ao concreto. Tese de D.Sc., UFRGS,

Porto Alegre, RS, Brasil, 2001.

117

GONÇALVES, J.P., Utilização do resíduo de corte de granito (RCG) como adição para produção

de concretos, Tese de M.Sc., UFRG, Porto Alegre, RS, Brasil, 2000.

GONÇALVES, J.P., Argila calcinada como substitutivo parcial do cimento Portland: uma

alternativa sustentável para indústria do concreto. Exame de Qualificação,

COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 2003.

HALL, C., “Water absortion of mortars and concrets: a review”. Magazine of concrete

in Research, v.41, n. 147, pp. 51-61, 1989.

JORDÃO, E.P.; PESSÔA, C.A., Tratamento de esgotos domésticos. 3ª ed. Rio de Janeiro,

Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES), 1995

KELHAM, S., “A Water Absorption Test for Concrete”, Magazine of Concrte Research, v.

40, n. 143 (Jun), pp. 106-110, 1988.

KHANBILVARDI, R., AFSHARI, S., “Sludge Ash as Fine Aggregate for Concrete

Mix”, Journal of Environmental Engineering, v. 121, n. 9 (Sep), pp. 633-638, 1995.

MARTYS, N.S., FERRARIS, C.F., , “Sorption of “Water in Mortars and Concrete”,

American Society of Civil Engineering (ASCE), v. 2 (Nov), pp. 1129-1138, 1996.

MEHTA, P.K., MONTEIRO, P.J.M. Concreto – Estruturas, Propriedades e materiais. 2ª ed.

São Paulo, Pini, 1994.

MENDONÇA, L.C., CAMPOS, J.R., “Caracterização física, química e biológica de

biossólidos provenientes de um reator UASB”, In: IX Simpósio Luso-Brasileiro de

Engenharia Sanitária e Ambiental, pp. 735-741, abril, Porto Seguro, BA, 2000.

MONZÓ, J., PAYÁ, J., BORRACHERO, M.V., CÓRCOLES, A., “Use of sewage

Sledge Ash (SSA)-Cement Admixtures in Mortars”, Cement and Concrete Research, v.

26, n. 9, pp. 1389-1398, 1996.

118

MONZÓ, J., PAYÁ, J., BORRACHERO, M.V., GIRBÉS, I., “Reuse of sewage

sludge ashes (SSA) in cement mixtures: the e.ect of SSA on the workability of

cement mortars”, Waste Management, v.23, pp. 373-381, 2003.

MORALES, G., AGOPYAN, V., “Caracterização do agregado leve obtido a partir do

lodo de esgoto da cidade de Londrina”, Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP,

BT/PCC/64, pp. 1-20, 1992.

MOREIRA, A.H., OLIVEIRA, R.M., LIMA, P.D.S., “Efeito da adição de lodo de

águas residuais da indústria têxtil nas propriedades de materiais de construção”,

Cerâmica, v. 47, 303, pp. 158-162, 2001.

MOTA, M.C.O., , Dosagem, tenacidade e efeito escala na resistência à tração e compressão do

concreto de alto desempenho. Tese de M.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil,

2001.

MÜLLER, P.S.G., PASSAMANI, F.R.F., GONÇALVES, R.F., “Características físico-

químicas e microbiológicas de lodos de lagoas facultativas e anaeróbias em

operação no Espírito Santo”, In: 20º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e

Ambiental, pp. 422-430, Rio de Janeiro, 1999.

NEIVA, M.R., “Reciclagem agrícola dos biossólidos da ETE CETREL – uma

experiência ambientalmente correta”, In: 20º Congresso Brasileiro de Engenharia

Sanitária e Ambiental, pp. 422-430, Rio de Janeiro, 1999.

NEVILLE, A.M. (1997). Propriedades do concreto. São Paulo, Ed. Pini, 2ª ed., 1997.

NORMA MERCOSUR – NM 23:2000 Cimento Portland e outros materiais em pó –

Determinação da massa específica. 2000.

PAN, S.C., TSENG, D.H., LEE, C., , “Influence of yhe fineness of sewage sludge ash

on the mortar properties”, Cement and Concrete Research, v. 33, n. 11 (Nov), pp.

1749-1754, 2003.

119

PANDOLFELLI, V.C., PILEGGI, R.G., STUDART, A.R., DE OLIVEIRA, I.R.,

Dispersão e empacotamento das partículas, São Paulo, Fazendo Arte Editorial, 2000.

PEREIRA JUNIOR, A.B., VALIM, M.C.A., SOUZA, J.L., GONÇALVES, R.F.,

“Utilização de lodo gerado em processo anaeróbio tipo tanque imhoff como

insumo agrícola para a cultura do milho (Zea mays L.)”, In: 19º Congresso Brasileiro

de Engenharia Ambiental e Sanitária, pp. 462-474, Foz do Iguaçu, 1997.

SABIR, B.B., WILD, S., O’FARREL, M., “A Water Sorptivity Test for Mortar and

Concrete”, Materials and Structures, v. 31 (Oct), pp. 568-574, 1998.

SEDRAN, T., Rhéologie et Rheométrie des Bétons. Aplication aux Bétons Autonivelants.

Doctoral Thesis of Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1999.

TAY, J.H, “Potential Use of Sludge Ash as Construction Material”, Elsevier Science

Publishers B.V., v. 13 (May), pp. 53-58, 1986.

TAY, J.H, “Bricks Manufactured from Sludge”, Journal of Environmental Engineering, v.

113, n. 2 (Apr), pp. 278-285, 1987a.

TAY, J.H, “Sludge Ash as Filler for Portland Cement Concrete”, Journal of Environmental

Engineering, v. 113, n. 2 (Apr), pp. 345-351, 1987b.

TAY, J.H. & SHOW, K.Y., “Municipal Wastewater Sludge as Cementitious and

Blended Cement Materials”, Cement and Concrete Composites, v. 16 (Sep), pp. 39-48,

1994.

TAY, J.H, SHOW, K.Y., HONG, S.Y., “Potential Reuse of Wastewater Sludge for

Innovative Aplications in Construction Industry”, Bulletin of the College of

Engineering,N.T.U., n. 86 (Oct), pp. 103-112, 2002.

TCHOBANOGLOUS, G., BURTON, F.L. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal

and Reuse. Singapore, McGraw-Hill, 1991.

120

TSUTIYA, M.T., COMPARINI, J.B., SOBRINHO, P.A., HESPANHOL, I.,

CARVALHO, P.C.T., MELFI, A.J., MELO, W.J., MARQUES, M.O., Biossólidos na

agricultura, 1ª ed. São Paulo, SABESP, 2001.

VASCONCELOS, R. F., Dosagem de concreto pelo método de Faury. PUC, Rio de Janeiro,

Brasil, 1976.

VELASCO, R.V., Concreto de alto desempenho reforçado com fibras de polipropileno e sisal

submetido a altas temperaturas. Tese de M.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ,

Brasil, 2002.

VOLSCHAN JUNIOR, I., Um modelo de programação linear para sistemas de destinação final do

lodo de estações de tratamento de esgotos, Tese de D.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro,

RJ, Brasil, 1999.

VOLSCHAN JUNIOR, I., JORDÃO, E.P., PAIXÃO, M.C.T., “Caracterização

qualitativa do lodo gerado por estações de tratamento de esgotos domésticos da

região metropolitana do Rio de Janeiro”, In: 21º Congresso Brasileiro de Engenharia

Sanitária e Ambiental, pp. 1-10, João Pessoa, Setembro, 2001.

VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 2ª ed. Belo

Horizonte, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – Universidade

Federal de Minas Gerais (DESA/UFMG), 1996a.

VON SPERLING, M. Lagoas de estabilização. 1ª ed. Belo Horizonte, Departamento de

Engenharia Sanitária e Ambiental – Universidade Federal de Minas Gerais

(DESA/UFMG), 1996b

ANEXO 1

Tabela: Massa de sólidos secos anualmente produzida na RMRJ, em toneladas (VOLSCHAN JUNIOR, 1999)

ANO

2000 2005 2010

ETE Grau de

Tratamento

Qei *

(m3/s)

Qeo **

(m3/s)

Vl ***

(m3/ano)

Mss ****

(t/ano)

Qeo

(m3/s)

Vl

(m3/ano)

Mss

(t/ano)

Qeo

(m3/s)

Vl

(m3/ano)

Mss

(t/ano)

Alegria Primário 5 5 473.040 168.875 5 473.040 168.875 5 473.040 168.875

Penha Secundário 1,6 1,6 353.023 126.093 1,6 353.203 126.093 1,6 353.203 126.093

Pavuna/Meriti Primário 1 1 113.529 40.530 3 340.588 121.590 3 340.588 121.590

Sarapuí Primário 1 1 113.529 40.530 3 340.588 121.590 3 340.588 121.590

Joinville Secundário 0,1 0,1 22.075 7.880 0,1 22.075 7.880 0,1 22.075 7.880

Niterói Sul-Icaraí Primário 0,95 0,95 107.853 38.503 0,95 107.853 38.503 0,95 107.853 38.503

Niterói Centro

Norte Secundário 0,54 0,54 119.206 42.556 0,54 119.206 42.556 0,54 119.206 42.556

I. Governador Secundário 0,525 0,525 115.894 41.374 0,525 115.894 41.374 0,525 115.894 41.374

Paquetá Secundário 0,012 0,012 2.649 945 0,012 2.649 945 0,012 2.649 945

Barra da Tijuca Primário 1,5 1,5 141.912 50.662 1,5 141.912 50.662 1,5 141.912 50.662

São Gonçalo II Secundário 0,78 0,78 172.186 61.470 0,78 172.186 61.470 0,78 172.186 61.470

Acari Secundário 0,24 0,24 52.980 18.914 0,24 52.980 18.914 0,24 52.980 18.914

TOTAL 1.785.410 637.391 2.239.529 799.511 2.239.529 799.511

Qei *: vazão esgotos inicial Vl ***: volume anual de lodo

Qeo **: vazão esgotos anual Mss ****: massa anual de lodo

ANEXO 2

Tabela: Características do agregado miúdo dos concretos C25 e C50

Porcentagem retida em massa (%) Ensaios Normas Abertura da

malha (mm) Em cada peneira Acumulada

4,8 0,03 0,03 2,4 4,86 4,89 1,2 16,40 21,30 0,6 29,06 50,35 0,3 31,75 82,11 0,15 16,78 98,89

Fundo 1,11 100,00

Análise

granulométrica NBR 7217

Total 100,00 100,00

DMC NBR 7217 2,4 mm MF NBR 7217 2,58

Umidade natural 2,20% Massa específica NBR 9776 2,65 g/cm3

Tabela: Características do agregado graúdo dos concretos C25 e C50

Porcentagem retida em massa (%) Ensaios Normas

Abertura da

malha (mm) Em cada peneira Acumulada

19,0 0,00 0,00 9,5 0,87 0,87

4,8 85,09 85,96

2,4 13,59 99,55

1,2 0,07 99,62

0,6 0,06 99,68

0,3 0,09 99,76

0,15 0,12 99,88

Fundo 0,12 100,00

Análise

granulométrica NBR 7217

Total 100,00 100,00

DMC NBR 7217 9,5 mm MF NBR 7217 5,85

Massa específica NBR 9937 2,67 g/cm3

Cintia Maria Ariani Fontes TESE SUBMETIDA AO …NBR 12653 standards). The third stage consisted of...

Documents

Transcript of Cintia Maria Ariani Fontes TESE SUBMETIDA AO …NBR 12653 standards). The third stage consisted of...