AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE TRECHO EXPERIMENTAL
CONTENDO ESCÓRIA DE ACIARIA COMO REVESTIMENTO PRIMÁRIO
Camila Nascimento Padilha Silva
Instituto Militar de Engenharia
Pós-Graduação em Engenharia de Transportes
Antônio Carlos Rodrigues Guimarães
Instituto Militar de Engenharia
Pós-Graduação em Engenharia de Transportes
RESUMO
Este trabalho apresenta a avaliação do comportamento estrutural de um trecho experimental contendo escória de aciaria
como revestimento primário, construído em abril de 2013 na região oeste da cidade do Rio de Janeiro. A escória de
aciaria é um subproduto da fabricação do aço. As utilizadas no trecho provêm de uma siderurgia instalada na região,
visto que os agregados convencionais do local são escassos e as pedreiras estão distantes, o uso do material alternativo
vem a contribuir além de sustentavelmente, economicamente devido a menor Distância Média de Transporte (DMT).
Foi feita a caracterização do material e do solo para direcionar a escolha da estrutura do pavimento. Foram realizados
ensaios com os equipamentos LWD (Light Weight Deflectometer) e DCP (Dynamic Cone Penetrometer) para
verificação do módulo resiliente e CBR, respectivamente, das camadas do pavimento. Os ensaios de caracterização
mostraram que a escória não possui contaminantes e não é expansiva, visto que passou por um período de cura. Através
do processamento dos dados obtidos nos ensaios de campo foi possível constatar que o pavimento comportou a
demanda de tráfego e apresentou valores de Módulo Resiliente e CBR coerentes com os disponíveis na literatura.
Palavras-chave: Agregado alternativo; escória de aciaria; trecho experimental.
ABSTRACT
This paper presents the evaluation of the structural behavior of a test section containing steel slag as primary coating,
built in April 2013 in the western region of the city of Rio de Janeiro. Steel slag is a byproduct of steel manufacturing.
Those used in the experimental section come from a steel installed in the region, since the conventional aggregates are
scarce and local quarries are distant, the use of alternative materials is contributing beyond sustainably, economically
due to lower Middle Distance Transport (DMT). Was made to characterize the material and soil to direct the choice of
the pavement structure. Tests were performed with the equipment LWD (Light Weight Deflectometer) and DCP
(Dynamic Cone Penetrometer) for checking the resilient modulus and CBR, respectively, of the pavement layers. The
characterization tests showed that the slag does not have contaminants and is not expansive, since went through a
period of healing. By processing the data obtained in field tests, it was established that the pavement endured the traffic
demand and showed values of CBR and Resilient Module cooerentes with the available literature.
Keywords: Alternative aggregate; steel slag; experimental section.
1. INTRODUÇÃO
A região oeste do Rio de Janeiro necessita de agregados alternativos devido à falta de agregados
convencionais. A existência de uma siderúrgica na região contribuiu para o uso do agregado de
escória de aciaria no pavimento do trecho experimental, que utilizou cerca de 1800 toneladas de
escória.
A partir do trecho experimental construído, Figura 1, avaliou-se o pavimento utilizando-se os
equipamentos LWD e DCP. O LWD utilizado também por MIRANDA (2013) nos dá uma resposta
rápida do módulo resiliente (MR). O DCP, utilizado por JÚNIOR (2005) e CÓRDOVA (2011), o
valor do índice de penetração, este aplicado em fórmulas de correlação nos permite obter o valor de
CBR (índice de suporte Califórnia) e MR das camadas do pavimento.
Figura 1: Trecho experimental construído na zona oeste do Rio de Janeiro.
2. METODOLOGIA
Foram realizados ensaios de laboratório para caracterização tradicional dos materiais – solo e
escória de aciaria – e ensaios de campo com os equipamentos LWD (Ligth Weight Deflectometer) e
DCP (Dynamic Cone Penetration) sobre o trecho experimental efetivamente executado.
A partir dos dados obtidos no campo, foi possível obter valores de MR e CBR a partir de
correlações disponíveis na literatura – CÓRDOVA (2011) e JÚNIOR (2005)-, sendo os resultados
analisados e comparados entre si.
2.1. Caracterização da escória de aciaria utilizada no estudo
A maior preocupação em se utilizar escória de aciaria, para o caso de revestimento primário, é seu
potencial contaminante. Foram realizados ensaios no Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV)
com o Espectrômetro de Energia Dispersiva (EDS) para gerar um mapa composicional do agregado
alternativo e feito também a Difração de Raios-X para confirmação. O EDS e a difração são
análises elementares que mostram um resultado confiável e de forma rápida.
Demais características da escória de aciaria utilizada no trecho experimental, podem ser vistas em
SILVA et al (2013).
2.2. Caracterização do solo
Os ensaios de caracterização do solo, da jazida Transplanar, foram granulometria, compactação,
MCT expedito e limites de liquidez e plasticidade.
3. RESULTADOS
3.1. Espectroscopia de Energia Dispersiva e Difração de Raios-X.
Figura 2: Mapa composicional da amostra de escória utilizando o EDS.
Como se pode observar na Figura 2, o maior pico é de óxido de cálcio, sendo vistos também óxidos
de ferros e silício e alguns traços de alumínio. O fato de termos mais de um pico com o mesmo
elemento mostra a fragilidade deste ensaio.
Figura 3: Difração de Raios-X da amostra utilizada no estudo.
Pode-se observar que os elementos encontrados pelo EDS se confirmaram pela difração de Raios-X,
Figura 3, composição já esperada para escórias de aciaria e encontrada também por SOUZA (2007),
VAZ (2011) e ARAUJO (2008).
3.1.2 Resultados da caracterização do solo.
3.1.2.1 Granulometria
Figura 4: Resultado da Granulometria do solo da Jazida Transplanar.
Podemos observar pela Figura 4 que mais de 50% passa na peneira nº200, sendo este solo de
granulometria fina, sendo classificado como Silte (M), Argila (C) e Solo Argiloso (O). (PINTO,
2000).
3.1.2.2 Compactação, limites e MCT expedito.
Os resultados da umidade ótima, densidade máxima e os limites podem ser vistos na Tabela 1.
Tabela 1: Caracterização do Solo da Jazida Transplanar.
Propriedade
Densidade máxima (g/cm³)
Umidade Ótima (%)
Limite de Liquidez (%)
Índice de Plasticidade (%)
Valor
0,459
15,04
41,8
11,7
O resultado da classificação MCT foi solo do tipo NA-NS’, pois se obteve penetração média de
5mm e contração diametral de 0,17mm.
Figura 5: Resultado da Classificação MCT do solo da Jazida Transplanar.
Solos do grupo NA são areias, siltes e misturas destes, nos quais os grãos são constituídos
essencialmente de quartzo e/ou mica. Quando compactados, possuem capacidade de suporte de
pequena a média e, geralmente, são muito erodíveis. Solos do Grupo NS’ são saprolíticos siltoarenosos que quando compactados na umidade ótima e massa específica máxima da energia normal,
baixa capacidad de suporte quando imersos em água, baixo módulo de resiliência e elevada
erodibilidade (NOGAMI & VILLIBOR, 1995).
É importante ressaltar que o solo possui características ruins para pavimentação, porém os autores
deste trabalho em nada influenciaram a seleção deste solo.
3.1.3 Resultados obtidos com o Equipamento LWD.
Os ensaios dinâmicos com o LWD no trecho experimental foram realizados em 11 pontos, sendo 10
no trecho com escória e um no solo compactado. A Tabela 2 mostra os valores de Módulo de
Resiliência, Média dos deslocamentos elásticos (Sm) e o grau de compactabilidade (s/v), dos pontos
ensaiados.
Tabela 2: Dados fornecidos pelo equipamento LWD.
PONTO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Sm
(mm)
2,393
3,58
2,138
0,723
2,057
1,279
0,877
0,78
1,79
1,627
1,625
s/v
4,762
6,417
5,759
3,000
5,854
3,793
3,191
3,171
4,334
5,263
5,826
MR
(MPa)
14,1
9,43
15,79
46,68
16,41
26,39
38,48
43,27
18,85
20,74
20,77
De acordo com o manual do equipamento, os valores de s/v maiores do que 3,5 significam que o
material pode ser mais compactado, já para valores menores não necessita mais de compactação.
É possível notar, portanto que somente os pontos 4,7 e 8 não necessitam de uma maior
compactação, como os pontos escolhidos para os ensaios foram próximos uns dos outros, é
necessário uma compactação melhor de todo o trecho. O ponto 11 é o ponto do solo compactado
sem escória.
3.3 Resultados obtidos com o equipamento DCP.
A Curva DCP representa o número de golpes acumulado para a penetração do equipamento com a
profundidade. As figuras a seguir mostram as curvas obtidas através do ensaio em campo.
0
Nº de Golpes
10
5
15
20
Penetração (mm)
0
100
200
36,08mm/golpe
300
400
66mm/golpe
500
600
700
17,5mm/golpe
Figura 6: Gráfico DCP do ponto 1 analisado.
0
5
Nº de Golpes
10
0
Penetração (mm)
100
200
41,04mm/golpe
300
400
50,9 mm/golpe
500
600
700
63,97 mm/golpe
800
Figura 7: Gráfico DCP do ponto 2 analisado.
15
20
0
5
Nº de Golpes
10
15
Penetração (mm)
0
11,744mm/golpe
50
10,714mm/golpe
100
150
9,9333mm/golpe
200
Figura 8: Gráfico DCP do ponto 3 analisado.
0
5
Nº de Golpes
10
15
Penetração (mm)
0
20
40
60
7,6152mm/golpe
80
4,36364mm/golpe
4,36364mm/gol
pe
100
120
Figura 91: Gráfico DCP do ponto 4 analisado.
0
10
Nº de Golpes
20
Penetração (mm)
0
50
100
6,3876mm/golpe
150
200
10,165mm/golpe
250
Figura 2: Gráfico DCP do ponto 5 analisado.
30
20
0
Nº de Golpes
4
2
6
8
0
11,25mm/golpe
Penetração (mm)
10
20
5,5mm/golpe
30
40
9,5mm/golpe
50
60
70
Figura 31: Gráfico DCP do ponto 6 analisado.
0
10
Nº de Golpes
20
30
Penetração (mm)
0
10,232mm/golpe
50
5,3714mm/golpe
100
150
7,1571mm/golpe
200
250
Figura 42: Gráfico DCP do ponto 7 analisado.
0
Nº de Golpes
10
20
Penetração (mm)
0
50
8,2409mm/golpe
100
150
200
6,6923mm/golpe
6,8883mm/golpe
Figura 13: Gráfico DCP do ponto 8 analisado.
30
0
10
Nº de Golpes
20
30
Penetração (mm)
0
100
7,5516mm/golpe
200
19,042mm/golpe
300
400
Figura14: Gráfico DCP do ponto 9 analisado.
Nº de Golpes
Penetração (mm)
-50 0
10
20
30
3,9125mm/golpe
50
5,0466mm/golpe
150
250
37,167mm/golpe
350
450
Figura 15: Gráfico DCP do ponto 10 analisado.
0
10
Nº de Golpes
20
Penetração (mm)
0
50
100
150
4,9285mm/golpe
200
Figura 16: Gráfico DCP do ponto 11 analisado.
30
40
A inclinação das retas representa o índice de penetração (DN, em mm/golpe), o qual é obtido
através da razão entre a profundidade e o número de golpes necessário para penetrar até a respectiva
profundidade. (ANDRADE & SALES).
Cada reta indica uma uniformidade das propriedades do material, e a cada inclinação implica uma
mudança de propriedade como o teor de umidade ou massa específica aparente ou até mesmo uma
mudança de camada.
Observa-se na Figura 6 presença de três camadas bem definidas de 404,5mm, 193 mm e 35mm de
espessura, com DN de 36,08, 66 e 17,5 mm/golpe, respectivamente. Sendo a última camada
limitada na espessura, devido ao limite de alcance da lança do equipamento.
Já na Figura 16, referente ao solo compactado podemos ver uma uniformidade, representada por
uma única reta, confirmando a homogeneidade do material no local.
3.4. Resultados das correlações entre DCP e CBR.
Apesar de se tratar de conceitos distintos, sabe-se que o CBR ainda é um ensaio amplamente
utilizado na prática rodoviária e por isso foi feita esta correlação.
A correlação dos resultados dos DN’s, obtidos através do ensaio com o equipamento DCP, com o
CBR foi feita pela Equação 1 ,de TRICHÊS E CARDOSO (2000, apud JÚNIOR, 2005) , e podem
ser vistos na Tabela 3.
Equação 1- Equação de correlação entre CBR e DCP proposta por Trichês e Cardoso (2000, apud
JÚNIOR, 2005).
Sendo:
DN – Índice de penetração
CBR – Índice de suporte Califórnia.
Tabela 3: Valores do CBR obtidos pelos DN's do pavimento do trecho experimental.
Ponto
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Primeira Camada
11
10
35
54
64
36
40
50
65
105
83
Segunda Camada
6
8
38
94
40
75
76
61
26
76
-
Terceira camada
23
6
41
43
57
60
11
-
3.5. Resultados das correlações entre DCP e MR.
A correlação dos resultados dos DN’s, obtidos através do ensaio com o equipamento DCP, com o
MR foi feita pela Equação 2, de Trichês, e podem ser vistos na Tabela 4.
Equação 2 – Correlação entre MR e DCP proposta por Trichês.
Sendo:
DN – Índice de penetração.
MR – Módulo Resiliente.
Tabela 4: Resultados dos MR's obtidos através da correlação dos DN's, pela equação de Trichês.
Ponto
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
MR* (MPa)
17
16
41
48
65
42
45
54
57
94
79
O valor do Módulo Resiliente foi calculado somente para a primeira camada do pavimento do
trecho experimental.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O trecho feito com escória não estava compactado e foi liberado para tráfego antes que o
procedimento fosse concluído. Tal fato pode influenciar negativamente nos resultados, mascarando
se o trecho tem ou não bom comportamento mecânico.
Os ensaios mostraram que a maioria dos Módulos Resilentes no trecho com escória foram baixos,
porém em trechos com certa compactação devido ao tráfego de máquinas, os MR’s foram maiores.
É necessário fazer compactação do trecho e impedir o tráfego de máquinas antes dos ensaios serem
realizados. As condições que se encontrava o trecho poderia receber tráfego leve, porém sem
segurança no caso da ocorrência de chuvas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDRADE, E. e SALES, M. M. (2005) Desenvolvimento e utilização do dcp. Congresso de pesquisa, ensino e
Extensão da ufg, Goiânia.
ARAUJO, R. M. Ativação química e térmica de escória de aciaria elétrica. Curitiba: Dissertação de mestrado, 2008.
CORDOVA, H. (2011) Revisão prática de estudos deflectométricos de campo (básicos) Notas de Aula, Rio de Janeiro.
IBS. (2012) Instituto Brasileiro de Siderurgia. Relatório de Sustentabilidade. Pagina da Internet
http://www.acobrasil.org.br
JÚNIOR, F. A. S.; Cone de Penetração Dinâmica (DCP): uma alternativa ao dimensionamento de pavimentos urbanos.
Paraíba: Dissertação de Mestrado, 2005.
MIRANDA,L. P.; Análise do comportamento mecânico de pavimento reforçado com geossintético sob carregamento
cíclico em modelo físico de verdadeira grandeza. Rio de Janeiro: Dissertação de mestrado, 2013.
NOGAMI, S. J. e VILLIBOR, F. D. ( 1995) Pavimentação de baixo Custo com Solos Lateríticos, São Paulo.
PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 aulas, São Paulo.
SILVA, C. N. P.; COSTA ,K. Á.; Guimarães, A. C. R. (2013) Caracterização física e química de agregados de escória
de aciaria visando emprego em pavimentos.19ª RPU – Reunião De Pavimentação Urbana, Cuiabá, MT.
SOUZA,M. G. (2007) Estudo experimental de escórias de aciaria para fins de caracterização tecnológica como
material de lastro ferroviário em vias sinalizadas. Dissertação de Mestrado. UFOP.
VAZ, G. D. Quantificação das perdas de ferro metálico em escórias de forno elétrico a arco. Rio de Janeiro: Pontifícia
Universidade Católica Do Rio De Janeiro, pós-graduação em engenharia de materiais e de processos químicos
metalúrgicos Dissertação de mestrado, 2001.
Camila Nascimento Padilha Silva. Endereço: Rua Voluntários da Pátria, nº01. Apt 711, Botafogo – Rio de Janeiro.
Telefone: (21) 8186-1525. Email: [email protected]