Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais

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Adição de resíduo de louça sanitária como agregado em diferentes formulações de concreto
(Universidade Federal de Alfenas, 2017-10-02) Almeida, Diego Henrique De; Del Roveri, Carolina; Ferraço, Fábio; Soler, José Gabriel Maluf
Dentre os insumos utilizados na construção civil, o concreto é um dos mais empregados. O concreto pode ser confeccionado para fins estruturais (pontes, edifícios e demais estruturas de concreto armado ou pré-moldado) ou para fins não estruturais (calçadas, pavimentos, postes, dormentes, blocos para calçamentos, entre outros). Na confecção de concretos são utilizados o cimento (o Cimento Portland é o mais empregado), a água e os agregados, estes últimos divididos em graúdo e miúdo. Com a utilização de diversas matérias-primas a geração de resíduos é inevitável, tanto na construção civil, quanto em outros setores, tais como, as indústrias produtoras de materiais cerâmicos. Dentre os tipos de resíduos provenientes de tais indústrias, têm aqueles provenientes da produção de louças sanitárias (denominado nesta pesquisa como scrap cerâmico). De acordo com o exposto, o objetivo desta pesquisa foi estudar a adição de scrap cerâmico em substituição ao agregado graúdo em diferentes formulações de concreto. Para isso foi selecionado o resíduo de uma indústria instalada no sul do estado de Minas Gerais, e preparados concretos para determinação de propriedades físicas (slump teste, segregação e porosidade) e mecânica (resistência à compressão). Foram fabricadas cinco formulações, uma de referência (CR) e quatro com scrap cerâmico em substituição ao agregado graúdo (brita 1) nas proporções de 25% (CSC-I), 50% (CSC-II), 75% (CSC-III) e 100% (CSC-IV). No estado fresco, duas formulações não apresentaram segregação (CSC-III e CSC-IV) e duas um pequeno escorrimento de água (CSC-I e CSC-II), porém, sem comprometer a trabalhabilidade do concreto, sendo classificado, de acordo com a consistência para utilização em elementos estruturais esbeltos ou com alta densidade de armaduras. Em relação à resistência à compressão, os valores médios apresentados foram muito bons, inclusive a formulação com 100% de scrap cerâmico (fcm = 47,78 MPa). As formulações de concreto com resíduos foram classificadas como C35 e C40, de acordo com os valores de fck, sendo possível serem utilizados em estruturas. Um aspecto importante observado nos modos de ruptura dos corpos de prova; foi a pequena aderência entre o scrap cerâmico e a argamassa, devido ao esmalte no contorno do resíduo. Quanto à porosidade dos concretos, aqueles com 25%, 75% e 100% de scrap cerâmico na sua composição, apresentaram valores médios inferiores ao concreto de referência.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação do comportamento de resíduo de louça sanitária (Scrap) como agregado de formato homogêneo em variadas formulações de concreto
(Universidade Federal de Alfenas, 2020-12-18) Figueiredo, Evandro Crivelari; Del Roveri, Carolina; Soler, José Gabriel Maluf; Maestrelli, Sylma Carvalho
Muitos resíduos oriundos da fabricação de louças sanitárias são descartados todos os anos. Sendo assim, um plano de reutilização melhoraria os custos no processo, além de ser uma ação ambiental muito positiva. Como principal material na construção civil, tanto nos dias de hoje quanto no passado, o concreto só fica atrás do volume de água usado, justificando assim a importância de estudar e compreender suas funções físicas, químicas e mecânicas quando agregado a outros tipos de materiais. Na atualidade, é sabido que o concreto é utilizado desde pequenos reparos como vedações, até grandes elementos estruturais como estacas, fundações, vigas, pilares e lajes. Visando uma melhor performance da utilização do concreto, hoje composto na sua base por água, agregados miúdos e graúdos e o denominado cimento Portland é que este estudo se baseou. De maneira geral, esta pesquisa tem por objetivo utilizar o chamado Scrap cerâmico - resíduo de louças sanitárias provenientes de danos na produção ou até mesmo sobras e recorte de peças - como agregado graúdo na composição do concreto, em uma mistura com granulometria homogênea, uma vez que se torna um grande problema uma geometria não linear dos grãos de agregado, e posteriormente verificar sua resistência mecânica a compressão das formulações. A pesquisa abordou uma avaliação metodológica quantitativa, juntamente com seus respectivos procedimentos, desde a confecção das composições, passando pela elaboração dos corpos de prova, imersão em tanques de água para atingir maior resistência a compressão, teste de umidade das amostras, análises físicas dos corpos de prova e dos materiais, ensaio de abatimento do concreto e teste de resistência a compressão com o uso de equipamentos específicos. Ao final se classificou as amostras baseadas em suas composições de Scrap variando o percentual de cada uma, sendo o CP-25 (25% Scrap), CP-50 (50% Scrap), CP-75 (75% Scrap) e CP-100 (100% Scrap) bem como uma composição de referência denominada CR, obtendo valores de resistência à compressão que se mostraram excelentes e dentro dos padrões normativos, um destaque para as composições CP-50 e CP-75 obtendo um fc,m de 40,11 e 41,83 MPa respectivamente. As formulações de concreto com resíduos foram classificadas como C30 e C40, de acordo com os valores de fck, sendo possível serem utilizados em estruturas. Os valores das outras composições CR, CP-25 e CP-100 também tiveram bons resultado de fc,m de 37,94, 34,38 e 36,29 MPa respectivamente.
Acesso aberto (Open Access)
Economia circular na engenharia civil: a influência de rejeitos de louça sanitária na fabricação de concretos
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-03-05) Silva, Eduardo Melo De Andrade; Del Roveri, Carolina; Zampieron, João Vicente; Maestrelli, Sylma Carvalho
O setor da construção civil é uma das áreas mais relevantes no âmbito econômico para o Brasil, pois essa área tem a capacidade de elevar a taxa de empregados e com isso, melhorar a renda da população e a circulação da moeda como um todo no país. O concreto é o produto mais relevante nesse setor, pelo fato do mesmo poder ser empregado tanto para fins estruturais quanto para fins não-estruturais e ser – com exceção da água – o produto mais utilizado no mundo. Sua fabricação é consideravelmente simples em comparação a outros materiais, e sendo obtido pela mistura de somente quatro elementos: cimento, agregado miúdo, agregado graúdo (normalmente empregado areia e brita, respectivamente) e água. Já em relação aos resíduos sólidos, estes estão presentes em absolutamente todos os setores e, por este motivo, é de interesse o desenvolvimento de um estudo que possa abranger a substituição de constituintes básicos na estrutura do concreto por algum insumo que seria descartado na natureza. De acordo com o exposto, o objetivo desse trabalho foi estudar o impacto da substituição da brita 0 de concretos comuns por rejeito de louça sanitária (como agregado graúdo), entendendo os efeitos dessa matéria-prima substituinte. Foram produzidos corpos de prova em várias formulações e de vários períodos pré-definidos (3, 7 e 28 dias desde sua confecção), seguindo-se as normas técnicas vigentes. Iniciou-se pelo concreto de referência (CR), com 100% de brita 0 em sua composição e substituindo, a cada nova formulação, 25% da brita pelo rejeito de louça sanitária (C25, C50, C75 e C100), resultando então num total de 90 exemplares. Na análise do concreto em seu estado fresco, todas as formulações se apresentaram trabalháveis e sem segregação aparente entre os constituintes, algo imprescindível para sua utilização na prática. O estudo do concreto no estado endurecido, mais especificamente sua resistência à compressão demonstrou que todos os traços podem ser utilizados em aplicações estruturais. O melhor resultado do ensaio de compressão após 28 dias, dentre todos, foi o com substituição total da brita por louça sanitária (atingindo uma resistência característica de aproximadamente 36MPa), seguindo da composição C75 (35MPa) e superando o desempenho do concreto de referência (34MPa). A porosidade, de acordo com os ensaios, diminuiu à medida em que a brita 0 foi substituída pelo rejeito de louça sanitária, com exceção da composição C25 que se mostrou mais absortivo à água e isso pode ter ocasionado em piores resistências mecânicas (28MPa). Com as análises de microscopia, tanto óptica quanto eletrônica de varredura, pôde-se detectar características mais específicas em relação à disposição dos compostos da estrutura e ancoragem dos agregados graúdos na matriz cimentícia (interface pasta de cimento – agregado). No que diz respeito a ancoragem dos agregados graúdos na matriz cimentícia, foi notório a maior fixação do agregado natural (brita 0) em comparação ao agregado reciclado (rejeito de louça sanitária). A primeira se mostrou mais envolta/encaixada na pasta de cimento como um todo e, a segunda somente como uma vizinhança – sem uma relação forte nessa interface de elementos constituintes do concreto.
Acesso aberto (Open Access)
Estabilização in loco de rejeito de mineração de urânio em matriz cimentícia
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-02-23) Bernardes, Luiz Guilherme Ferreira Silva; Del Roveri, Carolina; Almeida, Diego Henrique De; Maestrelli, Sylma Carvalho
A Unidade em Descomissionamento de Caldas das Indústrias Nucleares Brasileiras (UDC-Caldas) apresenta um forte motivo para preocupação ambiental devido ao fenômeno de drenagem ácida de mina (DAM) ocorrente. A DAM é um processo químico em que minerais sulfetados são submetidos à ação de água e oxigênio, sendo assim oxidados e consequentemente produzindo uma solução ácida que danifica solos e sistemas aquáticos. Contudo, o problema citado possui um agravante, pois a solução produzida apresenta caráter radioativo e isso deve-se ao fato de que o resíduo exposto à ação de DAM, é configurado como rejeito de minério de urânio. Atualmente a única ação mitigatória utilizada na instalação é o tratamento de águas ácidas com cal hidratada visando a precipitação dos contaminantes. Todavia, essa neutralização resulta em um outro problema que é a formação do composto residual conhecido por DUCA (diuranato de cálcio contendo hidróxidos metálicos). Esse resíduo aponta perigo para a solução de mitigação de DAM pois além de contaminar solos e águas, também pode ressolubilizar os contaminantes já precipitados durante o tratamento de águas ácidas. Portanto, um recurso para este problema é a imobilização e estabilização desse resíduo em cimento Portland, proposta a qual o presente trabalho visa estudar. Essa solução tem como objetivo a redução do potencial de contaminação, realizando a redução de mobilidade, solubilidade e toxicidade dos resíduos. Isso pode ser atingido quando o resíduo é encapsulado em uma matriz que apresenta alta integridade estrutural. Assim, este estudo tem como objetivo principal a determinação de uma formulação viável utilizando cimento Portland, água da lagoa ácida, DUCA e aditivo superplastificante, que imobilize mecanicamente o resíduo. Além da avaliação da resistência mecânica à compressão e ressolubilização dos contaminantes por meio de ensaios de lixiviação. Então, foram confeccionados 6 corpos de prova para 4 composições que se distinguem em relação às proporções dos componentes. Os corpos de prova foram submetidos à cura submersa por um período de 14 dias e em seguida, à ensaio de compressão de acordo com a norma ABNT-NBR 5739. Os ensaios de lixiviação, por sua vez, seguiram a norma ABNT-NBR 10005. A menor resistência mecânica média apresentada entre as formulações foi de 6,41 ± 0,43MPa, enquanto a maior foi de 8,98 ± 0,74MPa. Nos ensaios de lixiviação, o resíduo puro apresentou 5,33 ± 0,33mg/L de urânio e o melhor resultado obtido foi de 0,0127 ± 0,0016mg/L de urânio lixiviado, dessa maneira estando abaixo dos limites permitidos. Portanto, pode-se dizer que o cimento Portland se apresenta como alternativa viável para o problema descrito.
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Estudo de matérias-primas fundentes alternativas ao feldspato na fabricação de produtos cerâmicos
(Universidade Federal de Alfenas, 2020-05-15) Souza, Tayná Cunha; Del Roveri, Carolina; Prado, Ana Candida De Almeida; Maestrelli, Sylma Carvalho
O Brasil é um dos principais produtores e consumidores mundiais de revestimentos cerâmicos. Dentre os revestimentos cerâmicos, os porcelanatos vêm ganhando destaque devido às suas características técnicas e estéticas. No entanto, seu preço de comércio é um dos fatores limitantes à sua escolha e utilização. Este preço está relacionado aos custos de produção, dos quais destaca-se o custo das matérias-primas e, dentre estas, os feldspatos, principal matéria-prima fundente empregada na formulação de porcelanatos, apresentam maiores valores. No Brasil, tal mineral é obtido principalmente de reservas pegmatíticas localizadas na região Nordeste e no Norte de Minas Gerais. Entretanto, a maioria das empresas do segmento cerâmico está localizada nas regiões sul e sudeste do país (especialmente nos estados de São Paulo e Santa Catarina), resultando em um elevado gasto com frete, o qual reflete nos custos finais do produto. Dessa forma, esta pesquisa visou o estudo de matérias-primas fundentes alternativas e de localização próxima ao polo de produção cerâmica que possibilitem a fabricação de produtos que atendam aos parâmetros especificados na norma ABNT NBR-15463:2013 e com relativa redução dos custos finais. Para tanto, utilizou-se amostras de rochas potássicas (nefelina sienitos) provenientes de pilhas de resíduos de minerações das regiões de Caldas (Rocha C.) e Poços de Caldas/MG (Rocha P.C.), bem como matérias-primas beneficiadas e comerciais (K-feldspato e Nefelina sienito), no preparo de 7 formulações (F1 – 100% K-Feldspato; F2 – 75% K-Feldspato e 25% Rocha C.; F3 – 50% K-Feldspato e 50% Rocha C.; F4 – 25% K-Feldspato e 75% Rocha C.; F5 – 100% Rocha C.; F6 – 100% Rocha P.C. e F7 – 100% Nefelina sienito padrão), visando a obtenção de porcelanatos. Corpos de prova preparados com essas formulações foram submetidos a queimas em temperaturas variáveis (1100°C a 1320°C) e, posteriormente, caracterizados quanto às suas propriedades cerâmicas. Os resultados demonstraram que a Rocha C. apresenta alto caráter fundente, possibilitando a obtenção de produtos que atendam aos parâmetros normativos com significativa redução da temperatura de queima a até 1180°C. A Rocha P.C., embora tenha apresentado alto caráter fundente, não se mostrou viável à produção de porcelanatos comerciais, para a formulação adotada, devido à necessidade de uso de temperatura de sinterização superior à comumente empregada na produção de porcelanatos (1300°C) implicando no aumento dos gastos energéticos. Já a Nefelina sienito beneficiada possibilitou a obtenção dos produtos a partir de queimas a 1240°C, com características próximas aos porcelanatos comerciais e coloração mais clara, quando comparada às demais matérias-primas alternativas avaliadas.
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Formulações cerâmicas utilizando argilas da região de Aguaí (SP): caracterização tecnológica
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-07-23) Fraga, Brenda Caroline Ribeiro Da; Del Roveri, Carolina; Ancelmi, Matheus Fernando; Maestrelli, Sylma Carvalho
A fabricação de revestimentos cerâmicos vem crescendo ao decorrer dos anos em todo mundo. As argilas vêm se mostrando bastante úteis e aplicáveis na formulação de cerâmicas porosas com características desejáveis, além da localização das jazidas serem favoráveis para o transporte. Esse estudo teve como objetivo a caracterização de quatro tipos de argilas, visando a aplicação em cerâmicas monoporosas. As matérias-primas são provenientes da Mineração Santa Luzia localizada em Aguaí, no interior de São Paulo. Tais argilas foram caracterizadas através de ensaios químico-mineralógicos e cerâmicos. A determinação da composição mineralógica apresentou predominância de caulinita, montmorillonita, lizardita, clorita, illita, corrensita, com a presença de outros minerais como a vermiculita, moscovita e quartzo. Além disso, a determinação da composição química, a partir da fluorescência de raios X, mostrou tratar-se de uma matéria-prima rica em sílica e alumina. A caracterização reológica das argilas demonstrou classificações de pouco plástica à plasticidade média. Com os resultados da caracterização das argilas, foi possível o preparo de cinco formulações diferentes: (FP – 100% caulim; FF – 100% argila F; FR – 100% argila R; FD – 100% argila D e FM – 100% argila M), visando a obtenção de cerâmicas monoporosas. Corpos de prova preparados com essas formulações foram submetidos a queimas em temperaturas variáveis (1050 ºC, 1075 ºC, 1100 ºC e 1125 ºC) e, posteriormente, caracterizados quanto às suas propriedades cerâmicas. Os resultados demonstraram que embora as formulações contendo caulim apresentassem peças frágeis e de difícil manuseio, foi possível obter um grau comparativo nas duas primeiras queimas, que mostraram que as argilas são boas substitutas. No entanto, todas as formulações apresentaram uma elevada porosidade (acima do valor normativo para monoporosas), o que demostra que tais formulações necessitariam de ajustes quanto aos valores de matérias-primas fundentes, além de testes em temperaturas superiores.
Acesso aberto (Open Access)
Imobilização física de resíduo proveniente do tratamento de águas ácidas de uma instalação de mineração de urânio
(Universidade Federal de Alfenas, 2020-02-28) Goda, Ricardo Tadashi; Del Roveri, Carolina; Maestrelli, Sylma Carvalho; Oliveira, Alexandre Pereira De
A Unidade em Descomissionamento de Caldas das Indústrias Nucleares Brasileiras (UDC-INB), primeira instalação brasileira de mineração a produzir urânio em escala industrial e a participar do ciclo do combustível nuclear, é uma fonte de preocupação ambiental e assunto de diversas pesquisas que visam estratégias de remediação das suas áreas degradadas. As operações de mineração, britagem e moagem desta mina cessaram em 1997, após 15 anos de seu início. Desde então, devido às características geológicas, o local tem apresentado Drenagem Ácida de Mina (DAM), processo definido quimicamente como uma solução ácida que é produzida quando minerais contendo sulfetos são oxidados na presença de água e oxigênio. No caso da instalação em questão, a drenagem ácida é gerada em duas pilhas de estéreis de mineração e na cava da mina. Atualmente a única ação mitigatória realizada na instalação é o tratamento dessas águas contaminadas com cal hidratada para precipitação dos contaminantes. No entanto, esta neutralização gera outro problema, a formação de composto residual denominado “DUCA”, o qual consiste em uma matriz de diuranato de cálcio com hidróxidos metálicos. Desde 1998 a INB deposita DUCA na cava da mina e em 2010 estimavam-se em cerca de 67 mil toneladas a quantidade deste resíduo ali depositado. A deposição do resíduo nestas condições é inadequada e pode gerar contaminações de solo, águas e também ressolubilizar os contaminantes que foram precipitados no tratamento das águas ácidas. Dentro deste contexto destaca-se a técnica de imobilização de resíduos em cimento Portland, proposta a qual este estudo visou. A técnica consiste na realização de procedimentos que reduzem o potencial de contaminação por meio da redução da solubilidade, mobilidade e a toxicidade dos contaminantes e do encapsulamento do resíduo em uma matriz de alta integridade estrutural. Exposto o problema, este estudo teve como objetivo principal a imobilização em cimento Portland CP2 do urânio contido no DUCA e avaliação do poder de estabilização química por meio de testes de lixiviação, além da verificação da resistência mecânica à compressão. Para isso, foram confeccionados corpos de prova contendo DUCA, cimento e água em diferentes concentrações, sendo a moldagem realizada de acordo com ABNT-NBR 5739. As relações água/resíduo/cimento (A/R/C) avaliadas foram: (C1) 68/30/2; (C2) 66/28/6; (C3) 64/27/9; (C4) 56/24/20; (C5) 47/20/33; (C6) 38/23/39; (C7) 30/26/44; (C8) 33/20/47; (C9) 36/19/45 e (C10) 34/20/46. Os ensaios de lixiviação foram realizados segundo ABNT-NBR 10005, enquanto os ensaios de resistência a compressão foram feitos em acordo com ABNT-NBR 5738. Os resultados mostraram que os corpos de prova com composição C1, C2 e C3 não apresentaram integridade estrutural suficiente para prosseguir com os demais testes. Nos ensaios de lixiviação o resultado obtido para o resíduo puro foi de 1,34 mg/L de U, e para composições com a relação mínima Resíduo /Cimento iguais ou menores que C5 foram de <0,1 mg/L de U. A resistência mecânica máxima obtida foi de 19,04 ± 3,74 Mpa para composição C10 e a mínima foi de 3,98 ± 1,28 MPa para C4. Logo, pode-se dizer que o cimento Portland CP2 é um componente em potencial para a imobilização do urânio presente no resíduo e a resistência mecânica é suficiente para uma disposição que se faça necessário o empilhamento do material imobilizado.
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Matérias-primas da região do Polo Cerâmico de Santa Gertrudes para fabricação de revestimentos cerâmicos: características e modelamento tecnológico
(Universidade Federal de Alfenas, 2017-07-24) Cunha, Rafael Azevedo Da; Del Roveri, Carolina; Rocha, Rogers Raphael Da; Ferraço, Fábio
O Polo Cerâmico de Santa Gertrudes (PCSG) é o maior produtor nacional de revestimentos cerâmicos, localizado na região centro-leste do Estado de São Paulo, englobando diversas cidades. As principais matérias-primas utilizadas no PCSG são argilas provenientes da Formação Corumbataí, que é uma unidade geológica inserida na Bacia Sedimentar do Paraná, contendo mais de 1,5M km²., Nesta pesquisa foram utilizados difratogramas de Raios X de amostras provenientes de diversas áreas do PCSG para aplicação da análise por agrupamento (cluster analysis), reunindo amostras em famílias e buscando a mais representativa para uma análise mais completa pelos ensaios cerâmicos: à verde de massa específica aparente (após prensagem), resistência mecânica à verde; após queima à 1070 °C e 1120 °C: massa específica aparente após queima, absorção de água, retração linear após queima, porosidade aparente e resistência mecânica. Além disto, com as amostras georreferenciadas, foi criado o modelo tecnológico 3D da região, com dados de absorção de água, resistência mecânica à flexão e porcentagem de SiO2 e Al2O3, utilizando o software Micromine Mining Software, da Micromine, correlacionando as propriedades cerâmicas com a composição química das amostras. Os resultados indicaram que as características tecnológicas das argilas variam conforme o ambiente geológico de formação, e sua proximidade com os corpos magmáticos encontrados na região, além de que se conseguiu observar a correlação entre teores ótimos de SiO2 e Al2O3 para revestimentos cerâmicos em algumas regiões com a absorção de água e a resistência mecânica das peças. Aliado a estes dados, é sugerido a continuação em trabalhos futuros, com análise de outros elementos, como porcentagem de óxidos de cálcio, potássio e magnésio, dentre outros. Em relação ao agrupamento, foram criadas seis famílias de amostras, que podem ser utilizadas diretamente pela indústria cerâmica, como análise preliminar de matéria prima, através de DRX.

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