Potencial de estabilização da taipa de pilão com rejeitos de mineração e cal

Abstract

A taipa de pilão é uma antiga técnica construtiva resgatada em vários países devido ao seu baixo impacto ambiental. Para melhorar a resistência e durabilidade, é comum estabilizá-la com cimento, embora isso aumente a energia incorporada e contribua para o efeito estufa. O uso de materiais alternativos ao cimento pode ajudar a preservar a sustentabilidade da taipa de pilão. No entanto, reduzir o cimento pode diminuir o pH do solo, apesar de solos adequados para taipa de pilão se beneficiarem de pH mais elevado. Assim, este estudo teve como objetivo analisar a resistência mecânica da taipa de pilão com sedimento de rejeito de minério de ferro (SRMF), com e sem cal hidratada. Foram conduzidos ensaios de caracterização dos materiais, índice de compactação e resistência à compressão. Os resultados indicaram a possibilidade de utilizar o SRMF na taipa de pilão, não houve influência da cal no aumento da resistência.

Full text

Encontro Nacional de Aproveitamento de Resíduos na Construção: Circularidade e sustentabilidade 1
POTENCIAL DE ESTABILIZAÇÃO DA TAIPA DE PILÃO COM REJEITOS
DE MINERAÇÃO E CAL
Potential stabilization of rammed earth with mining wastes and lime
Gabriela Tavares de Lanna Lage
Universidade Federal de Minas Gerais | Belo Horizonte, Minas Gerais | gabrielatlanna@gmail.com
Sofia Araújo Lima Bessa
Universidade Federal de Minas Gerais | Belo Horizonte, Minas Gerais | salbessa@gmail.com
Beatriz Faria Alves dos Santos
Universidade Federal de Minas Gerais | Belo Horizonte, Minas Gerais | biaalvesfca@gmail.com
Larissa Moreira Matias
Universidade Federal de Minas Gerais | Belo Horizonte, Minas Gerais | larissallm@ufmg.br
Roberto Galéry
Universidade Federal de Minas Gerais | Belo Horizonte, Minas Gerais | rgalery@demin.ufmg.br
Resumo
A taipa de pilão é uma antiga técnica construtiva resgatada em vários países devido ao seu baixo impacto ambiental. Para
melhorar a resistência e durabilidade, é comum estabilizá-la com cimento, embora isso aumente a energia incorporada e
contribua para o efeito estufa. O uso de materiais alternativos ao cimento pode ajudar a preservar a sustentabilidade da
taipa de pilão. No entanto, reduzir o cimento pode diminuir o pH do solo, apesar de solos adequados para taipa de pilão
se beneficiarem de pH mais elevado. Assim, este estudo teve como objetivo analisar a resistência mecânica da taipa de
pilão com sedimento de rejeito de minério de ferro (SRMF), com e sem cal hidratada. Foram conduzidos ensaios de
caracterização dos materiais, índice de compactação e resistência à compressão. Os resultados indicaram a possibilidade
de utilizar o SRMF na taipa de pilão, não houve influência da cal no aumento da resistência.
Palavras-chave: Taipa de pilão; estabilização; rejeito de minério de ferro, cal; resistência mecânica.
ABSTRACT
Rammed earth is an old construction technique rescued in several countries because of its low environmental impact.
Stabilizing the RE with cement is common, although it increases embodied energy and contributes to the greenhouse effect.
In addition, may improve strength and durability. Using alternative materials to cement can help preserve the sustainability
of rammed earth. However, reducing cement may decrease soil pH, although soils suitable for rammed earth benefit from
higher pH. Therefore, this study aimed to analyze the mechanical strength of rammed earth with iron ore tailings sediment
(IOTS), with and without hydrated lime. The tests were material characterization, compaction index, and compressive
strength. The results indicated the possibility of using IOTS in rammed earth. There was no influence of lime in increasing
the strength.
Keywords: Rammed earth; stabilization; iron ore tailings, lime; mechanical resistance.

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1 INTRODUÇÃO
A taipa de pilão é uma técnica construtiva realizada através de camadas de solo compactado (MINKE, 2022).
Uma de suas vantagens é à necessidade de poucos materiais: solo, que é amplamente disponível e limitada
quantidade de água (WEIMER, 2012; TORGAL; EIRES; JALALI, 2009). A taipa contemporânea é
frequentemente estabilizada - procedimento que altera as características do solo para torná-lo mais
apropriado para construções - como forma de elevar sua resistência e durabilidade (HALL; ALLINSON,
2009).
O cimento é amplamente utilizado na estabilização da taipa de pilão, porém ele eleva o impacto ambiental
da técnica (ARRIGONI et al., 2017; MEEK et al., 2021; KARIYAWASAM; JAYASINGHE, 2016). Existem
alternativas de estabilizantes com uma menor energia incorporada (ARRIGONI et al., 2017; GIUFFRIDA et
al., 2019). Entretanto, a redução de cimento pode significar a diminuição do pH dos solos. Conforme Ciancio,
Beckett e Carraro (2013) solos para taipa de pilão se beneficiam de pH acima de 12, pois são compatíveis
com reforços em aço que devem estar inseridos em matrizes alcalinas. Ademais, o trabalho de Hoffmann
(2007) demonstra melhor trabalhabilidade, redução de fissuras e aumentos de resistência a compressão na
adição de cal em argissolos. Portanto, este estudo objetivou analisar a resistência mecânica de corpos de
prova representativos da taipa de pilão com sedimento de rejeito de minério de ferro (SRMF), com e sem a
incorporação da cal hidratada, visando a manutenção do pH alcalino da mistura.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
Neste estudo foram utilizados os seguintes materiais: solo da Região Metropolitana de Belo Horizonte
(RMBH); Sedimento de rejeito de minério de ferro (SRMF) coletado em Barra Longa e Rio Doce; Cal hidratada
tipo CH-I. Os métodos empregados incluíram: i) Caracterização física das amostras de SRMF e do solo; ii)
Análise de pH das misturas para a taipa; iv) Análise de compactação das misturas SRMF-solo; e v) Análise
mecânica de corpos de provas cilíndricos representativos da taipa de pilão.
As amostras de SRMF foram coletadas em Barra Longa e Rio Doce, Minas Gerais, região onde a lama se
espalhou após o rompimento da Barragem de Fundão (LACAZ; PORTO; PINHEIRO, 2017). As amostras de
solo e SRMF passaram por análises granulométricas por sedimentação, limite de liquidez e plasticidade do
solo (Tabela 1).
Tabela 1: Propriedade físicas das amostras de solo e de SRMF
Propriedades Físicas
Solo
SRMF BL
SRMF RD
Limite de plasticidade
53
20
-
Limite de Liquidez
31
-
-
Índice de Plasticidade
22
-
-
Pedregulho (d > 2,0 mm) - %
2,0
4,0
6,0
Areia (0,06 < d < 2,0 mm) - %
28,0
52,0
59,0
Silte (0,002< d < 0,06 mm) - %
14,5
15,0
29,0
Argila (d < 0,002 mm) - %
55,5
9,0
6,0
Nota-se predominância de grãos maiores nas amostras de SRMF que apresentaram características
granulométricas arenosas. Em contrapartida, a amostra de solo apresentou características argilosas. O limite
de liquidez (LL) do solo e índice de plasticidade (IP) - tendo como referência CRATerre (DOAT, 1979) reiteram
que o solo analisado é classificado como argiloso. O LL do SRMF-BL indica características arenosas. Ambas
as amostras de sedimento não apresentaram plasticidade suficiente. Isso sugere que a adição deste material
ao solo poderia reduzir os valores de LL e de LP.
Para analisar a compatibilidade entre o SRMF e o solo para taipa de pilão, realizou-se o ensaio de
compactação (ABNT, 2016). Para tal, utilizou-se dez misturas nos teores de 40%, 60%, 70%, 80% e 90%
com ambas as amostras, BL e RD, além de amostra com 100% solo. Para execução do ensaio utilizou-se
um cilindro de Proctor pequeno (volume: 969,42 cm³; massa: 2396,50 g) para compactação, seguindo as
diretrizes da norma que especifica três camadas com 26 golpes por camada para a energia normal de
compactação. O cilindro de Proctor pequeno (vol. 969,42 cm³; massa: 2396,50 g) foi utilizado na
compactação. O número de camadas (três) e golpes por camada (26) seguiu a indicação da norma para
características para a energia normal de compactação.

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Para o ensaio de resistência à compressão, utilizou-se apenas a mistura com 90% de SRMF. Para verificar
o efeito da cal como estabilizante, moldaram-se seis misturas (Tabela 2). Os teores de cal utilizados nas
misturas (com e sem SRMF) foram aferidos por meio do ensaio de pH. Ciancio, Beckett e Carraro (2013)
correlacionaram o teor ótimo de cal (saturação de cal na água do poro - valor de pH em 12,45) com uma
máxima resistência à compressão para misturas de solo estabilizados com cal. O pH das amostras foi
analisado com pHmetro de bancada digital, marca SevenEasy Mettler Toledo. Cada mistura analisada foi
preparada adicionando-se 30g de água destilada a 50g de material sólido. A mistura foi homogeneizada por
dois minutos e o pH foi medido com eletrodo. Realizaram-se duas medições para cada amostra e duas
amostras para cada proporção. O pHmetro foi calibrado utilizando soluções-padrão de pH 4, 7 e 10.
Figura 1. Medição do pH das misturas solo-SRMF
Tabela 2. Misturas e quantidade de cal utilizadas
Mistura
Solo (%)
SRMF (%)
Cal (%)
Água (%)
SRMF-0
100
0
0,00
25,69
SRMF-BL-90
10
90
0,00
12,39
SRMF-RD-90
10
90
0,00
12,06
SRMF-0-C
100
0
2,00
25,69
SRMF-BL-90-C
10
90
0,50
12,39
SRMF-RD-90-C
10
90
0,50
12,06
As misturas foram moldadas em formas cilíndricas com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, adaptados da
NBR 12024 (ABNT, 2012), em uma proporção de 1:2 (diâmetro/altura). Utilizou-se cinco camadas com 27
golpes por camada, conforme indicado na norma para a energia modificada de compactação, entretanto a
utilização do soquete pequeno foi uma adaptação a norma. O teor de água foi ajustado de acordo com os
valores estabelecidos no ensaio de compactação, com uma redução de 15% de água em relação aos valores
obtidos. Essa adaptação foi feita devido a problemas de moldagem observados nas amostras com umidade
ótima, causados pelo excesso de água (Figura 2).
Figura 2. Corpos de prova com desagregação e aderência de material na forma.
Os indícios de excesso de água incluíram a aderência excessiva da mistura nos equipamentos,
desagregação do material durante o desmolde e presença excessiva de mofo nas amostras. Essa adaptação
já foi adotada por outros pesquisadores (ROCHA, CONSOLI e JOHANN, 2014; MEEK, BECKETT E
ELCHALAKANI, 2021).
Os corpos de prova foram desmoldados após sete dias, pesados e, em seguida, embalados em plástico filme
por 14 dias. Após esse período, foram desembalados e permaneceram mais 10 dias sem o plástico, quando
foram rompidos aos 31 dias de idade.

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2 RESULTADOS E DISCUSSÕES
A análise da relação entre o teor de resíduo adicionado, teor de umidade e massa específica aparente seca
revela que a incorporação de SRMF ao solo diminuiu a umidade necessária e aproximou o índice de
compactação para os níveis ideais da técnica da taipa de pilão. Esse fato está associado a um melhor
empacotamento das partículas, influenciados pela maior variedade de diâmetro de grãos, ocasionando
menor volume de vazios. A massa específica aparente seca atingiu valores sugeridos pela norma (1,75g/cm²)
somente em misturas com elevados valores de incorporação de SRMF: 70, 80 e 90% BL e 90% RD. À vista
disso, optou-se por realizar o ensaio de resistência à compressão das misturas com 90% de SRMF (Figura
3).
Figura 3. Relação entre o teor de SRMF BL (acima) RD (abaixo), o teor de umidade ótima e a massa específica aparente seca.
Na Figura 4 estão apresentados os resultados do ensaio de pH. A adição de 2% de cal à mistura com 100%
solo e a adição de 0,50% de cal às misturas com 90% de SRMF resultou em valores de pH próximos de
12,45 (CIANCIO, BECKETT e CARRARO, 2013). Foi necessário quatro vezes menos cal para saturar a água
do poro nas misturas com o SRMF. Assim, estes foram os valores estabelecidos para a adição de cal nas
amostras preparadas para o ensaio de resistência à compressão.
Os valores de pH nas misturas sem adição de cal indicam caráter ácido (pH abaixo de 7,0), principalmente
o solo, que registrou um pH de 4,77. O valor encontrado para o solo condiz com os solos tropicais lateríticos
do Cerrado (pH entre 4,0 e 5,5) (ROSOLEN et al., 2012). Ambientes ácidos favorecem a corrosão de reforços
de aço (HELENE, 1986). Por tanto, a adição mínima de cal é interessante para elevar o pH do solo e criar
um ambiente alcalino favorável para aumento da resistência e prevenir a corrosão. Além disso, substituir o
cimento pela cal pode reduzir significativamente o consumo de energia (KANG; KWON; MOON, 2019).

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Figura 4. Relação entre a variação do pH por adição de cal nas misturas analisadas
Fonte: Autoria própria
Os resultados do ensaio de resistência à compressão aos 31 dias estão apresentados na Tabela 3. Os
valores de resistência à compressão não confinada sugerem que as amostras BL e RD podem ser eficazes
como estabilizantes para solos argilosos na técnica da taipa de pilão. Valores de resistência à compressão
entre 1 e 2 MPa são considerados adequados para essa técnica (WALKER; AUSTRÁLIA, 2002; ABNT, 2022;
SADCSTAN, 2014; ARRIGONI et al., 2017). Entretanto, todas as amostras obtiveram os valores mínimos de
resistência à compressão presente na norma brasileira de taipa de pilão, 1,3 MPa (ABNT, 2022).
Tabela 3: Valores de resistência à compressão aos 31 dias
Amostra
Resistência à compressão (MPa)
Coeficiente de variação (%)
SRMF-0
1,45
9,33
SRMF-BL-90
1,66
10,34
SRMF-RD-90
1,30
6,07
SRMF-0-C
1,22
6,87
SRMF-BL-90-C
1,30
4,60
SRMF-RD-90-C
0,69
12,23
Apesar de os teores de cal terem sido obtidos das misturas com pH 12,45, não foi possível obter uma
correlação entre o a máxima resistência à compressão e solução saturada com a cal. Todas as misturas com
cal tiveram seus valores diminuídos em relação à mistura sem cal, com o maior decréscimo observado para
a amostra com cal e 90% de SRMF-RD (-47%). Esse fator pode estar relacionado ao tipo de cura adotado,
ou à redução da densidade seca causada pelos estabilizantes químicos (SIDDIQUA E BARRETO, 2018). A
redução da adição de água baseada no teor ótimo pode ter influenciado os corpos de prova na qual houve a
adição de cal, visto que a cal exige uma quantidade mínima de água para que haver troca catiônica
(CIANCIO, BECKETT, CARRARO, 2014).
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Após análise, foi possível aferir que o SRMF pode ser utilizado em misturas com solos argilosos para a taipa
de pilão. O SRMF possui características arenosas e ao ser incorporado ao solo forneceu uma maior
variedade granulométrica que preencheu os vazios e elevou os valores de massa específica aparente seca
das misturas. Os valores de resistência à compressão encontrados atendem a norma brasileira. Estudos
mais aprofundados são necessários para compreender a relação entre o SRMF e a cal, como a realização
de cura úmida ou cura térmica.
5 AGRADECIMENTOS
Os autores gostariam de agradecer à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais –
FAPEMIG pelo financiamento desta pesquisa (Projeto APQ05495-18).

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REFERÊNCIAS
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