Estabilização de solos com cinza de caldeira a coque

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MINISTÉRIO DA DEFESA 
EXERCÍTO BRASILEIRO 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA 
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA 
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES 
 
 
 
 
 
 
VIRLENE LEITE SILVEIRA 
 
 
 
 
 
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM CINZA DE CALDEIRA A COQUE 
PARA CAMADAS DE PAVIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro 
2015 
 
1 
 
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA 
 
 
 
VIRLENE LEITE SILVEIRA 
 
 
 
 
 
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM CINZA DE CALDEIRA A COQUE 
PARA CAMADAS DE PAVIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em 
Engenharia de Transportes do Instituto Militar de Engenharia, 
como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em 
Ciências em Engenharia de Transportes. 
 
Orientadores: Prof. Antônio Carlos Rodrigues Guimarães –D.Sc. 
 Prof. Luiz Antônio Vieira Carneiro – D.Sc. 
 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro 
2015 
 
2 
 
c2015 
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA 
Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha 
Rio de Janeiro – RJ CEP: 22290-270 
 
 
Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo em 
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para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem finalidade comercial e que 
seja feita a referência bibliográfica completa. 
 
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e do(s) 
orientador(es). 
 
 
 
 
 
625.04 Silveira, Virlene Leite 
 
S587e Estabilização de solos com cinza de caldeira a coque para camadas 
de pavimentos / Virlene Leite Silveira, orientada por Antonio Carlos 
Rodrigues Guimarães, e Luiz Antônio Vieira Carneiro. – Rio de 
Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2015. 
 
189 p.: il. 
 
 Dissertação (mestrado). – Instituto Militar de Engenharia. – Rio de 
Janeiro, 2015. 
 
 1. Curso de Engenharia de Transportes – teses e dissertações. 
2. Pavimentação. 3. Mecânica dos solos. I. Guimarães, Antonio Carlos 
Rodrigues. II. Carneiro, Luiz Antonio Vieira. III. Título. IV. Instituto 
Militar de Engenharia. 
 
3 
 
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA 
 
 
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM CINZA DE CALDEIRA A COQUE 
PARA CAMADAS DE PAVIMENTOS 
 
 
VIRLENE LEITE SILVEIRA 
 
 Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia de 
Transportes do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do 
título de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes. 
 
 Orientadores: Prof. Antônio Carlos Rodrigues Guimarães – D.Sc. 
 Prof. Luiz Antônio Vieira Carneiro – D.Sc. 
 
 
 
Aprovada em 19 de junho de 2015 pela seguinte Banca Examinadora: 
 
 
 
Maj. Antônio Carlos Rodrigues Guimarães – D.Sc. do IME – Presidente 
 
 
 
TC Luiz Antônio Vieira Carneiro – D.Sc. do IME 
 
 
 
Francisco Thiago Sacramento Aragão, Ph.D., COPPE-UFRJ 
 
 
Michéle Dal Toé Casagrande, D. Sc., PUC-RJ 
 
 
 
Maria Esther Soares Marques, D. Sc., IME 
 
 
Rio de Janeiro 
2015 
 
 
4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho primeiramente а Deus, por ser 
essencial em minha vida, meu guia e socorro sempre 
presente na hora da angústia, aos meus pais e minhas 
irmãs. 
 
 
5 
 
AGRADECIMENTOS 
 
No decorrer deste trabalho foram muitas as pessoas que apoiaram, incentivaram e 
colaboraram na sua realização, ajudando a compor cada linha desta dissertação. Expresso aqui 
os meus mais sinceros agradecimentos. 
Agradeço primeiramente a Deus, que não me deixou desistir, me deu forças quando veio 
o desânimo, me fez feliz quando a saudade e a angústia tomavam conta de mim, por me 
abençoar com a graça de poder conviver com pessoas tão maravilhosas. Obrigada meu Deus! 
O Senhor é fiel e sei que nada me faltará! 
À minha família, aliás a melhor família do mundo! Obrigada aos meus pais pelo apoio 
imensurável, pelos conselhos, compreensão, pelo amor sem medidas que têm por mim e que 
com certeza é recíproco. 
Às minhas irmãs que tanto amo, obrigada pelo apoio e pela admiração que eu nem sei se 
mereço... Sem esquecer da minha dindinha, sempre me apoiando e incentivando. Vocês foram 
muito importantes nessa jornada! Vocês são parte de mim e sem vocês eu não sou nada. Eu 
amo muito vocês! 
À Kiss e à Clau, amigas desde o início do curso, com quem dividi meus problemas, 
alegrias, conquistas e derrotas. Obrigada pelas pizzas, pelas confidências, conversas noite 
adentro, pelos passeios no shopping, por TUDO! Sem vocês seria muito mais difícil. 
Ao meu orientador, Major Guimarães, pelos conhecimentos transmitidos, pelo incentivo 
para completar o mestrado, pela orientação na realização deste trabalho, pelas brigas e 
discussões que me levaram a crescer pessoalmente e profissionalmente. E principalmente, 
pela compreensão quanto às minhas falhas, pela paciência e por não desistir de mim, mesmo 
quando eu não merecia mais sua confiança. 
Ao meu co-orientador, TC Carneiro, por todas as vezes que precisei e ele sempre esteve a 
disposição, sempre atencioso e muito paciente. 
Aos colegas do Programa de Pós Graduação em Engenharia de Transportes, com quem 
dividi as ansiedades, angústias e principalmente as alegrias que surgiram ao longo do 
mestrado e que transmitiram suas experiências, tornando o curso mais descontraído. Gostaria 
de destacar os meus colegas de classe: Babi, Carolaine, Tássia, Therezinha, Daniel Schmitz e 
Daniel Galhardo, os alunos militares, sempre atenciosos e dispostos a compartilhar seus 
conhecimentos: Cap Filipe, Cap Marcos Soares e Batista. Meu agradecimento especial a 
 
6 
 
minha amiga Flávia, por sua sinceridade, companheirismo, conselhos e ajuda nos momentos 
em que eu mais precisei. Vocês com certeza fizeram a diferença! 
Aos alunos novos da PGT, Iran, Luana, Freddy, Rodrigo. Obrigada pelo apoio constante 
na reta final deste trabalho e por se tornarem amigos que eu sei que posso contar sempre. 
À minha amiga Rossana por todas as noites de estudo no IME, pela ajuda constante, pelo 
companheirismo, pela força, pelas palavras amigas.... Obrigada minha amiga! 
Ao Major Aredes, pelos conselhos, por todas as vezes que eu enchi meu computador de 
vírus e ele sempre me salvava, pelo ar condicionado, por ser meu quase co-orientador! Você é 
the best! 
Aos meus amigos distantes, principalmente a Vanessinha (bff), que sempre me apoia em 
tudo, mesmo quando estou totalmente errada. 
Aos técnicos do laboratório de ligantes do IME, Felipe e Fátima, sempre sorridentes, 
atenciosos, prestativos e de prontidão para contribuir com a realização dos ensaios e no 
auxilio. 
Aos funcionários do IME, em especial ao Joel, Raquel e Sargento Oazem, pelo apoio e 
compreensão. 
Aos profissionais da COPPE, Beto, Washington e Mariluce por me auxiliarem em 
momentos delicados desta pesquisa. 
Agradeço aos que, mesmo sem saber, me auxiliaram a superar os obstáculos e a 
amadurecer: intelectual e pessoalmente. Reitero o meu apreço e a minha eterna gratidão 
mesmo que sem citá-los. Ninguém vence sozinho... OBRIGADA A TODOS! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
 
“Foi o tempo que dedicastes à tua rosa que a fez tão importante”. 
ANTOINE DE SAINT-EXUPÉRY8 
 
SUMÁRIO 
 
SUMÁRIO ................................................................................................................................. 8 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES .................................................................................................. 11 
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ 15 
LISTA DE ABREVIATURAS .............................................................................................. 17 
 
RESUMO ................................................................................................................................ 18 
ABSTRACT ............................................................................................................................ 19 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 20 
1.1 Considerações Iniciais ............................................................................................. 20 
1.2 Objetivo ................................................................................................................... 22 
1.3 Objetivos específicos ............................................................................................... 22 
1.4 Justificativa e relevância .......................................................................................... 23 
1.5 Estrutura do trabalho ................................................................................................ 24 
 
2 REVISÃO DA LITERATURA ...................................................................................... 26 
2.1 Aproveitamento e utilização de resíduos industriais na pavimentação ................... 26 
2.2 Processo de origem e classificação das cinzas ........................................................ 29 
2.2.1 Cinza leve ou cinza volante ..................................................................................... 32 
2.2.1.1 Materiais pozolânicos .............................................................................................. 34 
2.2.2 Cinza pesada ............................................................................................................ 37 
2.2.3 Cinza grossa ou escória ........................................................................................... 38 
2.3 Utilização das cinzas na pavimentação – experiência nacional ............................... 39 
2.4 Utilização das cinzas na pavimentação – Experiência Internacional ...................... 43 
2.5 Estabilização de Solos ............................................................................................. 46 
2.5.1 Estabilização Mecânica ........................................................................................... 48 
2.5.1.1 Estabilização granulométrica e compactação .......................................................... 49 
2.5.2 Estabilização Físico-química ................................................................................... 50 
2.5.2.1 Solo-Cal ................................................................................................................... 51 
2.5.2.2 Solo - Cinza Volante - Cal ....................................................................................... 57 
2.6 Cinza e o Meio Ambiente ........................................................................................ 60 
2.7 Estrutura do Pavimento ............................................................................................ 64 
 
9 
 
 
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL ................................................................................. 67 
3.1 MATERIAIS ............................................................................................................ 69 
3.1.1 Cinza de Caldeira a Coque ...................................................................................... 69 
3.1.2 Coque ....................................................................................................................... 70 
3.1.3 Solo .......................................................................................................................... 72 
3.1.4 Cal ............................................................................................................................ 73 
3.2 METODOLOGIA DA PESQUISA ......................................................................... 74 
3.2.1 Caracterização dos materiais ................................................................................... 75 
3.2.1.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia 
Dispersiva (EDS) ...................................................................................................................... 75 
3.2.1.2 Difração de Raio-X .................................................................................................. 77 
3.2.1.3 Densidade Real dos Grãos ....................................................................................... 78 
3.2.1.4 Análise Granulométrica ........................................................................................... 79 
3.2.1.5 Limites de Atterberg ................................................................................................ 80 
3.2.1.6 MCT Expedito e tradicional .................................................................................... 80 
3.2.2 Determinação do teor solo-cinza e solo-cinza-cal ................................................... 83 
3.2.3 Ensaios Ambientais – Ensaio de Solubilização e Lixiviação .................................. 83 
3.2.4 Ensaios mecânicos ................................................................................................... 85 
3.2.4.1 Ensaio de Compactação ........................................................................................... 86 
3.2.4.2 Módulo de Resiliência – Ensaio Triaxial de Cargas Repetidas ............................... 88 
3.2.5 Dimensionamento do pavimento ............................................................................. 93 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................. 96 
4.1 Caracterização do Solo ............................................................................................ 96 
4.1.1 Análise granulométrica ............................................................................................ 96 
4.1.2 Limites de Atterberg ................................................................................................ 97 
4.1.3 Classificação MCT .................................................................................................. 99 
4.1.4 Densidade Real ...................................................................................................... 104 
4.1.5 MEV e EDS ........................................................................................................... 105 
4.2 Caracterização da cinza ......................................................................................... 106 
4.2.1 Granulometria ........................................................................................................ 106 
4.2.2 MEV E EDS .......................................................................................................... 108 
 
10 
 
4.2.3 Classificação da cinza de caldeira a coque ............................................................ 110 
4.2.4 Difração de raio-X ................................................................................................. 113 
4.2.5 Densidade Real ...................................................................................................... 114 
4.2.6 Limitesde Atterberg .............................................................................................. 114 
4.3 Determinação do teor solo-cinza e solo-cinza-cal ................................................. 115 
4.4 Análise das interações ambientais ......................................................................... 117 
4.5 Avaliações do comportamento mecânico .............................................................. 123 
4.5.1 Ensaio de compactação .......................................................................................... 124 
4.5.2 Ensaio triaxial de cargas repetidas – determinação do módulo de resiliência ....... 126 
4.5.3 Avaliação do comportamento resiliente ................................................................ 129 
4.5.4 Influência do tempo de cura .................................................................................. 133 
4.5.5 Influência do teor de cinza e de cal nas misturas ................................................... 135 
4.6 Dimensionamento do pavimento ........................................................................... 139 
 
5 CONCLUSÕES ............................................................................................................. 147 
5.1 Sugestões para Trabalhos futuros .......................................................................... 149 
 
ANEXO A .............................................................................................................................. 158 
ANEXO B .............................................................................................................................. 176 
 
11 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
FIG. 2.1 – Diagrama da sequência das principais reações físico-químicas que ocorrem na 
estabilização de um solo com cal (adaptado de Arman, 1988 apud Silva, 2010). ................... 53 
FIG. 2.2 – Estrutura de um Pavimento flexível (REIS, 2009) ................................................. 65 
FIG. 3.1 – Fluxograma das etapas do estudo experimental ..................................................... 68 
FIG. 3.2 – (a) Aspecto da cinza de caldeira a coque, (b) Apresentação do empacotamento e 
identificação das cinzas realizado no laboratório para evitar a ganho de umidade. ................. 69 
FIG. 3.3– Fluxograma do processo de geração do coque verde de petróleo ............................ 71 
FIG. 3.4 – Aspecto do solo estudado acondicionado em tambores no laboratório de solos do 
IME ........................................................................................................................................... 73 
FIG. 3.5 – Aspecto da jazida de solo utilizada neste estudo .................................................... 73 
FIG. 3.6 – Equipamento JEOL 5800LV. Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) do 
Laboratório de Materiais do IME. ............................................................................................ 77 
FIG. 3.7 – Duas amostras de cinza de caldeira a coque, sendo a da esquerda mais clara e a da 
direita de coloração mais escura. .............................................................................................. 78 
FIG. 3.8 – Picnômetro com amostra de solo (a) e picnômetro com amostra e água potável 
durante a realização do ensaio. ................................................................................................. 79 
FIG. 3.9 – Aspecto das porções de solo analisadas com diferentes teores de umidade. .......... 82 
FIG. 3.10 – Cápsulas imersas para a execução do ensaio. ....................................................... 82 
FIG. 3.11 – Classificação de Resíduos sólidos segundo a norma ABNT NBR 10004 (2004).
 .................................................................................................................................................. 84 
FIG. 3.12 - Mistura solo-cinza sendo preparada para o ensaio de compactação (a) e extração 
do corpo de prova após compactação (b). ................................................................................ 88 
FIG. 3.13 – Representação do equipamento triaxial de cargas repetidas (MEDINA e MOTTA, 
2005) ......................................................................................................................................... 89 
FIG. 3.14 – Processo de compactação dos corpos de prova utilizando o compactador 
mecânico ................................................................................................................................... 92 
FIG. 3.15 – Aspecto dos corpos de prova após moldagem e imediatamente antes da realização 
do ensaio de MR. ...................................................................................................................... 92 
FIG. 3.16 – Fluxograma de desenvolvimento do SisPav ......................................................... 95 
FIG. 4.1 – Gráfico do ensaio de granulometria por peneiramento e sedimentação ................. 97 
FIG. 4.2 – Limites de consistência e índice de plasticidade do solo. ....................................... 98 
 
12 
 
FIG. 4.3 - Aspecto das pastilhas imediatamente após o seu molde (a) e Pastilhas submetidas à 
pedra porosa para reabsorção de água. ................................................................................... 100 
FIG. 4.4 – Apresentação das curvas para cada teor de umidade de compactação versus o 
número de golpes de referência .............................................................................................. 101 
FIG. 4.5 – Determinação do coeficiente de compactação d’ ................................................. 102 
FIG. 4.6 – Corpos de prova imersos para saturação ............................................................... 102 
FIG. 4.7 – Determinação do índice de Perda de massa por imersão ...................................... 103 
FIG. 4.8 – Resultado da classificação MCT para a amostra de solo. .................................... 104 
FIG. 4.9 – Micrografia da amostra de solo obtida pelo ensaio de MEV com aumento de 100x 
(a), 500x (b), 1000x (c), 5000x (d). ........................................................................................ 105 
FIG. 4.10 – Gráfico da análise granulométrica da cinza de caldeira a coque ........................ 107 
FIG. 4.11 – Cinza de caldeira a coque lavada na peneira 200 e seca em estufa e cinza in 
natura. .................................................................................................................................... 108 
FIG. 4.12 – Imagem da amostra de cinza de caldeira a coque obtida pelo ensaio de MEV com 
aumento de 100x (a), 500x (b), 1000x (c), 5000x (d). ........................................................... 109 
FIG. 4.13 – Curva de Compactação do solo estudado ........................................................... 124 
FIG. 4.14 – Curvas de Compactação das misturas solo-cinza ............................................... 125 
FIG. 4.15 – Variação dos valores médios de MR das misturas solo-cinza e do solo puro vs. 
Tempo de cura ........................................................................................................................ 134 
FIG. 4.16 – Variação dos valores médios de MR das misturas solo-cinza-cal vs. Tempo de 
cura ......................................................................................................................................... 134 
FIG. 4.17 – Variação do Módulo Resiliente vs. Tensão desviadora para as Misturas solo-cinza 
e para o solo puro com 24 horas de cura ................................................................................ 136 
FIG. 4.18 - Variação do Módulo Resiliente vs. Tensão desviadora para as Misturas solo-cinza 
e para o solo purocom 75 dias de cura .................................................................................. 136 
FIG. 4.19 – Variação do Módulo Resiliente vs. Tensão desvio para as Misturas solo-cinza-cal 
e para o solo puro com 0h de cura .......................................................................................... 138 
FIG. 4.20 - Variação do Módulo Resiliente vs. Tensão desvio para as Misturas solo-cinza-cal 
e para o solo puro com 75 dias de cura .................................................................................. 138 
FIG. 4.21 – Estrutura do Pavimento adotada. ........................................................................ 140 
 
FIG. B. 1 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente do Solo Puro com 24 
horas de cura. .......................................................................................................................... 176 
 
13 
 
FIG. B. 2 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente do Solo Puro com 7dias 
de cura. ................................................................................................................................... 176 
FIG. B. 3 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente do Solo Puro com 20 dias 
de cura. ................................................................................................................................... 177 
FIG. B. 4 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente do Solo Puro com 75 dias 
de cura. ................................................................................................................................... 177 
FIG. B. 5 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(10%) com 24 horas de cura. .................................................................................................. 178 
FIG. B. 6 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(10%) com 7dias de cura. ....................................................................................................... 178 
FIG. B. 7 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(10%) com 20 dias de cura. .................................................................................................... 179 
FIG. B. 8 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(10%) com 75 dias de cura. .................................................................................................... 179 
FIG. B. 9 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(15%) com 24 horas de cura. .................................................................................................. 180 
FIG. B. 10 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(15%) com 7dias de cura. ....................................................................................................... 180 
FIG. B. 11 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(15%) com 20 dias de cura. .................................................................................................... 181 
FIG. B. 12 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(15%) com 75 dias de cura. .................................................................................................... 181 
FIG. B. 13 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(20%) com 24 horas e 0 hora de cura. .................................................................................... 182 
FIG. B. 14 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(20%) com 7dias 12 dias de cura. .......................................................................................... 182 
FIG. B. 15 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(20%) com 20 dias de cura. .................................................................................................... 183 
FIG. B. 16 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza 
(20%) com 75 dias de cura. .................................................................................................... 183 
FIG. B. 17 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza-
cal (08% cinza e 02% cal) com 0 hora de cura. ..................................................................... 184 
FIG. B. 18 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza-
cal (08% cinza e 02% cal) com 12 dias de cura. .................................................................... 184 
FIG. B. 19 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza-
cal (08% cinza e 02% cal) com 75 dias de cura. .................................................................... 185 
FIG. B. 20 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza-
cal (13% cinza e 02% cal) com 0hora de cura. ...................................................................... 185 
FIG. B. 21 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza-
cal (13% cinza e 02% cal) com 12 dias de cura. .................................................................... 186 
FIG. B. 22 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza-
cal (13% cinza e 02% cal) com 75 dias de cura. .................................................................... 186 
 
14 
 
FIG. B. 23 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza-
cal (18% cinza e 02% cal) com 0hora de cura. ...................................................................... 187 
FIG. B. 24 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza-
cal (18% cinza e 02% cal) com 12dias de cura. ..................................................................... 187 
FIG. B. 25 – Gráfico 3D do Modelo Composto do Módulo Resiliente de misturas solo-cinza-
cal (18% cinza e 02% cal) com 75dias de cura. ..................................................................... 188 
 
 
15 
 
LISTA DE TABELAS 
TAB. 2.1 – Características da cinza volante e pesada, utilização e vantagens. ....................... 32 
TAB. 2.2 – Requisitos químicos para classificação da cinza volante. ..................................... 35 
TAB. 2.3 – Exigências Físicas dos materiais pozolânicos. ...................................................... 36 
TAB. 2.4 – Locais onde foram aplicadas cinzas na pavimentação (FARIAS, 2005) .............. 45 
TAB. 3.1 – Características físico-químicas do calcário utilizado para controle do processo. . 70 
TAB. 3.2 – Características físico-químicas do Coque. ............................................................ 72 
TAB. 3.3 – Propriedades Físico-Químicas da cal .................................................................... 74 
TAB. 3.4 – Relação dos ensaios realizados com a cinza volante e o solo. .............................. 75 
TAB. 3.5 – Níveis de tensões aplicadas para o condicionamento do corpo de prova no ensaio 
de Módulo de Resiliência ......................................................................................................... 90 
TAB. 3.6 – Níveis de tensões aplicados no ensaio de MR ....................................................... 91 
TAB. 4.1 – Terminologia do SUCS. ........................................................................................ 98 
TAB. 4.2 – Resultados do ensaio MCT pelo método das pastilhas ....................................... 100 
TAB. 4.3 – Resultado do ensaio de EDS. ............................................................................. 106 
TAB. 4.4 – Composição química da cinza volante por meiodo EDS. .................................. 110 
TAB. 4.5 – Requisitos químicos para classificação da cinza volante. ................................... 112 
TAB. 4.6 – Valores de densidade real dos grãos de cinzas volantes dispostos na literatura. 114 
TAB. 4.7 – Análise do Comportamento das misturas solo-cinza de caldeira a coque. .......... 115 
TAB. 4.8 – Classificação das misturas solo-cinza-cal. .......................................................... 116 
TAB. 4.9 - Resultados da inflamabilidade, corrosividade, reatividade e da cinza ................. 118 
TAB. 4.10 – Resultados dos ensaios de lixiviação – Análise dos compostos orgânicos voláteis 
(Continua). .............................................................................................................................. 118 
TAB. 4.11 – Resultados dos ensaios de lixiviação – Análise dos compostos orgânicos voláteis 
(Continuação). ........................................................................................................................ 119 
TAB. 4.12 – Resultados dos ensaios de lixiviação – Análise de trihalometanos e metais 
pesados. .................................................................................................................................. 119 
TAB. 4.13 – Resultados dos ensaios de lixiviação – Análise de Herbicidas. ........................ 119 
TAB. 4.14 – Resultados dos ensaios de lixiviação – Análise de Pesticidas Organoclorados.120 
TAB. 4.15 – Resultados dos ensaios de lixiviação – Outros parâmetros orgânicos compostos 
semi-voláteis (Continua). ....................................................................................................... 120 
TAB. 4.16 – Resultados dos ensaios de lixiviação – Outros parâmetros orgânicos compostos 
semi-voláteis (Continuação). .................................................................................................. 121 
 
16 
 
TAB. 4.17 – Resultados dos ensaios de Solubilização – Análise de Herbicidas (Continua). 121 
TAB. 4.18 – Resultados dos ensaios de Solubilização – Análise de Herbicidas (Continuação).
 ................................................................................................................................................ 122 
TAB. 4.19 – Resultados dos ensaios de Solubilização – Análise de Herbicidas. .................. 122 
TAB. 4.20 – Resultados dos ensaios de Solubilização – Análise de Pesticidas Organoclorados 
(Continua). .............................................................................................................................. 122 
TAB. 4.21 – Resultados dos ensaios de Solubilização – Análise de Pesticidas Organoclorados 
(Continuação). ........................................................................................................................ 123 
TAB. 4.22 – Resultados dos Ensaios de Compactação dos materiais deste estudo ............... 125 
TAB. 4.23 – Composição e Teores das Misturas estudadas nesta pesquisa. ......................... 127 
TAB. 4.24 – Datas e tempos de cura dos corpos-de-prova dos ensaios (Continua). ............. 128 
TAB. 4.25 – Datas e tempos de cura dos corpos-de-prova dos ensaios (Continuação). ........ 128 
TAB. 4.26 – Valores dos coeficientes do Modelo Composto pelo programa STATISTICA 
para os módulos de resiliência do solo puro .......................................................................... 130 
TAB. 4.27 – Valores dos coeficientes do Modelo Composto pelo programa STATISTICA 
para os módulos de resiliência das misturas solo-cinza. ........................................................ 130 
TAB. 4.28 – Valores dos coeficientes do Modelo Composto pelo programa STATISTICA 
para os módulos de resiliência das misturas solo-cinza-cal (Continua). ................................ 131 
TAB. 4.29 – Valores dos coeficientes do Modelo Composto pelo programa STATISTICA 
para os módulos de resiliência das misturas solo-cinza-cal (Continuação). .......................... 131 
TAB. 4.30 – Espessura mínima de Revestimento Betuminoso .............................................. 140 
TAB. 4.31 – Coeficientes do Modelo Composto utilizados no SisPav para representar os 
materiais do presente estudo. ................................................................................................. 141 
TAB. 4.32 – Vida útil do pavimento em função do tráfego ................................................... 142 
TAB. 4.33 – Espessura da camada de base em função do período de projeto para o solo e as 
misturas estudadas .................................................................................................................. 143 
TAB. 4.34 – Espessura da camada de base em função do período de projeto para as misturas 
solo-cinza-cal estudadas. ........................................................................................................ 145 
 
 
 
17 
 
LISTA DE ABREVIATURAS 
 
 
DAER Departamento autônomo de Estradas e Rodagem do Rio Grande do Sul 
RCD Resíduo de Construção e Demolição 
CCR Concreto Compactado com rolo 
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura 
MCT Miniatura Compactada Tropical 
EDS Espectrospia de Energia Dispersiva 
DNER Departamento Nacional de Estradas e Rodagem 
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes 
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas 
ASTM American Society for Testing and Materials 
CSH Silicato Hidratado de Cálcio 
CAH Aluminato Hidratado de Cálcio 
ISC ou CBR Índice de Suporte Califórnia 
RSU Resíduos Sólidos Urbanos 
IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias 
LVDT Linear variable differential transformer 
HRB Highway Research Board 
MEAS Massa Específica Aparente Seca 
 
18 
 
 
RESUMO 
 
No presente trabalho são apresentados resultados de estudos para avaliação do 
comportamento físico e mecânico de misturas de solo e cinza de caldeira a coque, com e sem 
adição de cal, através de ensaios geotécnicos para caracterização e de ensaios para avaliação 
de bases e sub-bases de pavimentos, em especial o ensaio de módulo resiliente. A ideia 
principal é a possibilidade de utilização da cinza de caldeira a coque – um resíduo da indústria 
siderúrgica de Níquel da região de Niquelândia/GO – como estabilizante de um solo argiloso 
laterítico bastante comum naquela região do país. Para realização dos ensaios, foram 
preparados corpos de prova contendo teores 10%, 15% e 20% de cinza em substituição ao 
peso seco do solo, de forma a avaliar a ação pozolanica da cinza de caldeira a coque. Outros 
corpos de prova foram preparados com adição de cal. Sendo a composição destes formada por 
8%, 13% e 18% de cinza de caldeira a coque e todos com 2% de cal. No total, foram 
ensaiados 14 corpos de prova, sendo 2 para cada mistura analisada e 2 para o solo utilizado 
neste estudo. São apresentados resultados de caracterização física e mecânica dos materiais 
estudados e das misturas preparadas. Apresenta-se uma discussão a respeito da classificação 
da cinza utilizada, do processo de sua obtenção e do teor ideal da cal e da cinza a ser 
adicionada nas misturas. Com base nos resultados apresentados, constata-se que a adição de 
cinza ao solo ocasiona uma melhora no comportamento mecânico do material, no entanto foi 
possível observar que com a adição da cal essa ação é potencializada, confirmando que a 
adição deste produto é importante para intensificar o desenvolvimento de reações pozolânicas, 
tais que aumentem a rigidez da mistura. Por fim, apresenta-se uma simulação numérica do 
comportamento estrutural de um pavimento hipotético, utilizando o programa SisPav, de 
forma a se verificar variadas situações do possível emprego das misturaselaboradas como 
camadas de base de um pavimento. Conclui-se que a cinza volante é um resíduo que tem 
elevado potencial para uso em pavimentação asfáltica na condição de estabilização de solos 
em todos os teores. No entanto, dentre os teores do resíduo estudado, o que apresentou melhor 
comportamento mecânico juntamente com o solo estudado, foi o de 18% de cinza de caldeira 
a coque em substituição ao peso seco do solo e 2% em substituição ao peso seco da cinza. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
ABSTRACT 
In the present work are presented results of studies to evaluate the physical and mechanical 
behavior of soil mixtures and Coke boiler ash, with and without addition of lime, through 
geotechnical for characterization and evaluation of test bases and sub-bases, particularly 
resilient module test. The main idea is the possibility of using coke boiler ash-a residue of 
nickel steel industry in the region of Niquelândia/GO-as a stabilizer of a laterite clay soil 
common in that region of the country. For carrying out the tests, specimens were prepared 
containing 10% levels, 15% and 20% gray to replace the dry weight of the soil, in order to 
assess the action pozolanica Coke boiler ash. Other specimens were prepared with addition of 
lime being the composition of these formed by 8%, 13% and 18% gray of Coke boiler and all 
with 2% lime. In total, 14 specimens were tested, and 2 for each mixture analysed, and 2 to 
the soil used in this study. Results are presented of physical and mechanical characterization 
of the materials studied and prepared mixtures. A discussion about the classification of gray 
used, the process of obtaining and ideal content of lime and ash to be added in the mixtures. 
Based on the results presented, noted that the addition of ash to the ground brings about an 
improvement in the mechanical behavior of material, however it was possible to observe that 
with the addition of cal this action is increased, confirming that the addition of this product it 
is important to intensify the development of pozolânicas reactions, such that increase the 
rigidity of the mixture. Finally, a numerical simulation of structural behavior of a hypothetical 
floor, using the SisPav program, in order to check various situations possible employment of 
mixtures designed as base layers of a pavement. It is concluded that the grey wheel is a 
residue that has high potential for use in asphalt pavement on condition of soil stabilization on 
all levels. However, among the residue levels studied, which presented better mechanical 
behavior along with the soil studied, was 18% gray of Coke boiler in substitution to the dry 
weight of the soil and 2% replacing the dry weight of the ash. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 
 
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS 
 
Com o forte crescimento industrial das últimas décadas e consequentemente maior 
preocupação com a preservação ambiental, o governo e a sociedade vêm impondo medidas no 
sentido de compatibilizar o crescimento industrial e o meio ambiente. Nestas circunstâncias, 
além da criação de legislações mais rigorosas, maior fiscalização, surgimento de organizações 
em prol do meio ambiente, inclui-se também como uma alternativa economicamente viável e 
sustentável, o aproveitamento do rejeito de uma indústria como o insumo para outra. 
Segundo FARIAS (2005), a demanda por materiais de infraestrutura viária é enorme e se 
restringe muitas vezes às jazidas de materiais primários, trazendo a preocupação com a 
possibilidade do esgotamento dos recursos naturais e com os efeitos que a extração desses 
materiais pode causar ao meio ambiente. Sendo assim, pode-se dizer que a oferta de materiais 
de infraestrutura associados à demanda de jazidas de materiais primários, gera modificações 
nas avaliações de viabilidade econômica de materiais ditos “residuais” ou “alternativos”. 
Sabe-se que a maioria das obras em engenharia é sustentada por solo, e este muitas vezes 
não apresenta os requisitos necessários para tal. Os solos em seu estado natural podem não 
apresentar resistência para suportar os carregamentos impostos, porém esta propriedade pode 
ser melhorada com adição de um agente cimentante como a cal e o cimento Portland, que já 
são consagrados na construção civil, bem como os diversos tipos de cinza que vêm 
despontando interesse no meio acadêmico por suas propriedades e apresentando resultados 
satisfatórios, devido à sua ação pozolânica. 
Em se tratando de cinzas, estas se encontram no grupo de rejeitos industriais gerados em 
grande volume anualmente e são muitas vezes descartadas de forma inadequada no meio 
ambiente, sem nenhum critério técnico. Outras vezes, demandam de custos elevados relativos 
à estocagem e à destinação final, fato que para uma indústria é um problema, pois passa a ter 
que se preocupar com a adoção de práticas de disposição em áreas adequadas e medidas de 
proteção necessárias. 
A reutilização de diversos tipos de cinzas já desperta grande interesse em alguns ramos 
da indústria e diversas pesquisas direcionadas ao seu aproveitamento tornaram possível seu 
 
21 
 
emprego na construção civil, sobretudo da cinza leve na fabricação do cimento Portland 
pozolânico. Esse episódio iniciou-se em meados dos anos 30, quando as cinzas começaram a 
estar disponíveis em quantidades significativas, ocupando um grande espaço em indústrias e 
demandando de infraestrutura especializada em restrição às legislações ambientais 
(LEANDRO e FABBRI, 2001; NETTO, 2006). 
O uso das cinzas na construção civil já tem apresentado avanços significativos 
principalmente se tratando de pavimentação. Pesquisas realizadas desde a década de 70, 
conduzidas no Brasil, primeiramente por PINTO (1971), NARDI (1975) e MARCON (1977) 
apresentaram avanços significativos e boas perspectivas no emprego de cinzas em 
pavimentação na estabilização de solos. 
Cabe ressaltar que também no exterior estudos comprovaram que o solo estabilizado com 
cinzas é normalmente mais resistente e fornecem uma plataforma de trabalho estável para 
suporte estrutural e mobilização de equipamentos e materiais (BIN-SHAFIQUE et al., (2004) 
apud EDIL (2005)). 
A cinza de caldeira a coque, objeto deste estudo e também tratada como cinza volante, é 
oriunda do processo de geração de vapor em caldeira por uma indústria siderúrgica de 
beneficiamento de níquel, localizada no Estado de Goiás. De forma a se alinhar às estratégias 
de sustentabilidade quanto à geração e disposição de resíduos, este estudo visa contribuir para 
a possibilidade do reprocessamento deste resíduo, que atualmente é disposto em depósitos, 
para aplicação na pavimentação, especificamente em estabilização de camadas de base e sub-
base. 
Em linhas gerais, foi avaliado o comportamento mecânico e ambiental do solo, da cinza 
de caldeira a coque e de misturas solo-cinza, com e sem adição de cal, de modo a introduzir 
este resíduo como estabilizante de solo em camadas de base e sub-base de pavimentos. Além 
da possível melhora no comportamento mecânico dos solos para emprego em pavimentação, 
como já foi comprovado em diversos estudos que serão citados neste trabalho, soluciona-se o 
descarte do resíduo, uma vez que este demanda de infraestrutura e custos para empresa 
geradora, dando uma finalidade para grande quantidade do mesmo, além de poupar a 
exploração de mais recursos minerais. 
Dessa forma, como uma alternativa de gestão de resíduos, este estudo objetivou avaliar a 
possível utilização da cinza de caldeira a coque como elemento fundamental na estabilização 
de solos em camadas de pavimentos, especificamentepara base e sub-base. Buscando 
contribuir para diminuir os grandes volumes ocupados em pátios de resíduos, como uma 
 
22 
 
maneira de se mitigar o passivo ambiental e contribuir para o estudo de material alternativo na 
pavimentação. 
 
1.2 OBJETIVO 
 
O objetivo principal desse trabalho foi investigar a possibilidade do aproveitamento da 
cinza de caldeira a coque em misturas com um solo típico da região de Niquelândia (GO), 
mesma região onde o resíduo é gerado, através de experiências dispostas na literatura e de 
ensaios laboratoriais, visando sua aplicação na construção de bases e sub-bases de pavimento. 
 As misturas de solo-cinza foram testadas sem e com a adição de cal hidratada em 
diferentes teores e tempos de cura para a verificação do teor de cinza mais aplicável e da 
influência do tempo de cura no comportamento das misturas, por se tratar de um material 
pozolânico. 
 
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 
Dentre os objetivos específicos estão: 
 Realizar ensaios de caracterização física e química do solo e da cinza de caldeira a 
coque, por meio de ensaios laboratoriais normatizados; 
 Realizar ensaios de lixiviação e solubilização, buscando verificar a periculosidade do 
resíduo, fator determinante para o uso de resíduos em camadas de pavimentos; 
 Avaliar o comportamento mecânico do solo e das misturas estudadas através do ensaio 
de módulo resiliente; 
 Analisar a influência do teor de cinzas, da cal e tempo de cura, no comportamento do 
solo e das misturas estudadas; 
 Realizar a simulação numérica do comportamento estrutural (SisPav) de um 
pavimento tipo adequado à região de Niquelândia – GO; 
 Pela análise dos resultados obtidos, avaliar se há viabilidade técnica e ambiental de 
uma ou mais misturas estudadas, que possam ser aproveitadas na construção de base 
ou sub-base de pavimentos. 
 
 
 
23 
 
1.4 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA 
 
O tema proposto para este trabalho foi motivado pela busca de práticas sustentáveis, na 
redução de impactos ambientais e utilização de novos materiais para pavimentação e com 
objetivo de estabelecer um fim mais nobre a materiais antes descartados. 
No Brasil, a geração de cinzas é bastante elevada, cujo o peso estima-se em quatro 
milhões de toneladas por ano, e a tendência é que esse valor aumente devido ao 
desenvolvimento do setor industrial (SIQUEIRA, 2011). Atualmente grande parte desses 
resíduos é descartada em bacias de sedimentação e pátios de resíduos a céu aberto, 
demandando grandes áreas e infraestrutura para não ocasionar ou agravar diversos problemas 
de cunho ambiental. 
Os custos e riscos relacionados ao correto condicionamento de qualquer espécie de 
resíduo industrial são bastante elevados, além de não ser a melhor alternativa, visto que os 
resíduos sólidos industriais são impostos a diversas restrições ambientais. Além disso, a 
fixação de critérios de controle por parte das agências ambientais é crescente o que contribui 
para a implantação de conceitos e atitudes sustentáveis e do incentivo do reaproveitamento 
destes resíduos para outras finalidades. 
Segundo LOPES (2011), o reaproveitamento dos resíduos torna possível a diminuição do 
consumo de recursos naturais e da necessidade da disposição no meio ambiente, 
consequentemente obtendo benefícios econômicos e ambientais. E outros inúmeros benefícios 
citados por SIQUEIRA (2011), como diminuição significativa da necessidade de áreas 
destinadas a aterros, conservação de recursos naturais, segurança e limpeza do meio ambiente, 
impulsão ao desenvolvimento econômico e redução de custos. 
A cinza de cinza de caldeira a coque, assim denominada devido ao processo da sua 
geração ser realizado a partir da geração de vapor em caldeira através de uma mistura 
predominante de coque de petróleo, é derivada do beneficiamento do níquel, e centenas de 
toneladas da mesma, são simplesmente descartadas anualmente. 
Diante desse cenário, é responsabilidade de todos os atores envolvidos na atividade do 
beneficiamento do níquel programar ações que vão ao encontro das proposições dispostas nas 
legislações ambientais e ao que se refere sobre o desenvolvimento sustentável. Enfim, a 
utilização da cinza de caldeira a coque, caracterizada como um subproduto ou rejeito 
industrial, como matéria prima em camadas de base e sub-base de pavimento em substituição 
 
24 
 
a aos materiais virgens, pode representar não uma só viabilidade ambiental, como também 
econômica. 
 
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO 
 
Esta dissertação está estruturada em 5 capítulos e 2 anexos, assim distribuídos: 
 Capítulo 1 – Apresentação 
São descritos os aspectos gerais que nortearam os estudos, a justificativa, os objetivos 
geral e específico da pesquisa e como a pesquisa é apresentada e organizada. 
 Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica 
É apresentada uma revisão da literatura sobre os assuntos abordados no decorrer do 
trabalho como os tipos de cinzas, os seus usos na pavimentação considerando as experiências 
internacionais e nacionais, as interações entre o resíduo em estudo e o meio ambiente e os 
principais processos de estabilização de solos. 
 Capítulo 3 – Programa Experimental 
É feita a apresentação do procedimento experimental adotado na pesquisa, além do 
detalhamento e descrição dos materiais utilizados, métodos e ensaios adotados em acordo 
com as normas vigentes. 
 Capítulo 5 – Resultados Obtidos 
São mostrados os resultados laboratoriais dos ensaios realizados, divididos em quatro 
aspectos: 
a) Caracterização dos materiais 
b) Análise das interações ambientais da cinza de caldeira a coque 
c) Análise do comportamento mecânico dos materiais e das misturas estudadas 
d) Dimensionamento de um pavimento típico 
 Capítulo 6 – Conclusões e Recomendações 
Faz-se uma síntese dos resultados obtidos em relação ao objetivo da pesquisa. Destacam-
se os aspectos negativos e positivos da utilização de misturas solo/cinza de caldeira a coque 
na pavimentação. 
São sugeridas, considerando os resultados dos ensaios de laboratório realizados, as 
condições em que a utilização das misturas solo-cinza de caldeira a coque podem apresentar 
melhor resultado e quais os aspectos que ainda podem ser mais estudados visando a sua 
utilização. 
 
25 
 
Por fim, estão incluídas as Referencias Bibliográficas e os seguintes Anexos: 
ANEXO A – Relatórios dos ensaios de lixiviação e solubilização da cinza de caldeira a 
coque. 
ANEXO B – Gráficos de superfície tridimensional do Modelo Composto do Módulo 
Resiliente dos materiais estudados. 
 
26 
 
2 REVISÃO DA LITERATURA 
 
 
 
Atualmente uma preocupação constante do setor industrial em todo mundo se concentra 
no problema dos altos índices de geração de resíduos. A reciclagem ou o reuso dos rejeitos 
industriais tem se tornado um grande diferencial das grandes indústrias que estão cada vez 
mais empenhadas na busca de desenvolvimento de novas técnicas de aproveitamento desses 
materiais. 
Neste cenário, o capítulo visa apresentar uma abordagem dos aspectos característicos do 
subproduto industrial originado da queima de carvão ou do coque: as cinzas. Além de suas 
principais aplicações no Brasil e no mundo como matéria-prima para a construção civil, 
principalmente na pavimentação, abrangendo os seguintes tópicos: 
 Utilização de resíduos industriais em camadas de pavimentos; 
 Origem e classificação das cinzas e seu enquadramento nas normas vigentes; 
 Uso das cinzas em vários setores da construção civil, principalmente em 
pavimentação, no Brasil e no mundo; 
 Conceitos sobre estabilização de solos em suas diversas maneiras e sua atuação na 
construçãode pavimentos rodoviários; 
 Breve descrição sobre as camadas de pavimento; 
 Dimensionamento de pavimentos com enfoque mecanístico, através da simulação 
numérica do seu comportamento estrutural através do programa SisPav (FRANCO, 2007). 
 
2.1 APROVEITAMENTO E UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS NA 
PAVIMENTAÇÃO 
 
O forte desenvolvimento da indústria tem acarretado em uma geração de resíduos cada 
vez maior. Para o setor industrial a questão dos resíduos representa um grande problema, pois 
estes demandam de infraestrutura quanto à estocagem e destinação final, além da necessidade 
de cumprimento das legislações ambientais pertinentes, que são cada vez mais rigorosas. 
A resolução 357 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 2002) deixa 
claro: 
 
27 
 
“Estabeleceu-se que os geradores são os responsáveis pelo 
resíduo produzido e que o objetivo prioritário deve ser a 
não geração e, caso isto não seja possível, deve-se 
considerar a redução, reutilização, reciclagem e disposição 
final (nesta ordem). No caso da disposição final, os 
materiais devem ser encaminhados para locais 
denominados aterros de resíduos da construção civil ou 
áreas de destinação de resíduos, e serem depositados de 
modo que seja possível sua utilização ou reciclagem 
futura”. 
Sendo assim, tem se tornado cada vez mais comum o estudo e reaproveitamento dos 
diferentes tipos de resíduos industriais ou agregados reciclados, como uma alternativa de 
gestão dos resíduos e de redução de custos e consumo de recursos naturais não renováveis, 
principalmente na pavimentação de vias de baixo volume de tráfego (HOOD, 2006; 
HORTEGAL, FERREIRA e SANT’ANA; 2009; BAGATINI, 2011; entre outros). 
Neste âmbito, é notório que o setor da indústria e da construção civil é ao mesmo tempo 
uma dos maiores geradores de resíduo, como também um dos maiores usuários de 
subprodutos. Na construção civil, entre as possíveis desejáveis soluções para a questão do 
resíduo, encontra-se ampla possibilidade de sua valorização como matéria-prima em vários 
processos produtivos (SIQUEIRA, 2011; SUNDSTRON, 2012). 
Por outro lado, LOPES (2011) destaca os dados oficiais do governo que apontam o 
sistema logístico brasileiro de escoamento de produção, assim como a circulação de pessoas é 
fortemente dependente do modal rodoviário e mesmo sendo a principal, a malha rodoviária 
pavimentada ainda é pequena em relação à extensão do país. Estes fatos destacam a 
importância dos estudos dos materiais e das técnicas de pavimentação como forma de auxiliar 
a busca pela viabilidade da utilização de novos materiais e tecnologias. 
No entanto, há um crescente aumento dos critérios de controle por parte das agências 
ambientais com relação à exploração de novas jazidas e busca por matéria-prima, tornando a 
utilização de materiais residuais cada vez mais difundida em todo o mundo. De maneira geral, 
associa-se o fato da escassez de jazidas de materiais convencionais e a disponibilidade de 
grandes quantidades de resíduos ao redor do mundo e, tendo em vista as experiências 
internacionais atuais sobre a utilização de rejeitos na pavimentação, há a geração de grandes 
forças motivadoras dos estudos visando à utilização desses materiais (FARIAS, 2005; 
LOPES, 2011; BALBO, 2007). 
Para VIZCARRA (2010) e PEREIRA (2012), o emprego de resíduos na construção de 
pavimentos é uma técnica interessante, uma vez que obras de pavimentação consomem 
 
28 
 
grandes quantidades de material, porém o reaproveitamento dos materiais neste tipo de obra 
deve ser feito de forma que o desempenho esperado do pavimento não seja comprometido, 
visto que resíduos e subprodutos diferem substancialmente nos seus tipos e propriedades e, 
consequentemente, em suas aplicações em pavimentação. 
Da mesma maneira, UBALDO et al. (2010), afirmam que o pavimento não deve ser 
usado somente como local de descarte de resíduos, resolvendo apenas questões ambientais. 
Faz-se necessário mostrar quais as vantagens de se usar o resíduo sob o ponto de vista da 
melhoria da pavimentação e não somente a sua contribuição para a natureza. Uma vez que, 
assim como afirma VIZCARRA (2010), a experiência e conhecimento sobre a utilização dos 
resíduos variam de material para material, assim como de local para local. Logo, para 
recuperar esses materiais para uso potencial, engenheiros, pesquisadores, geradores e órgãos 
ambientais e de pavimentação têm que estar conscientes das propriedades do material a ser 
utilizado e às limitações associadas à sua aplicação. 
Segundo OLIVEIRA (2011), o aproveitamento de resíduos em pavimentação pode ser 
benéfico, tanto para a indústria geradora quanto para a indústria de construção civil, pois este 
aproveitamento também está associado às diversas motivações, tais como a redução dos 
custos com a extração e o transporte de agregados convencionais, impacto ambiental causado 
pela construção das bacias de disposição de resíduos e a preservação de jazidas de materiais 
naturais. Entre outras maneiras de reaproveitamento dos resíduos, a autora ressalta a aplicação 
em pavimentos como na fabricação do cimento Portland pozolânico, em bases estabilizadas e 
solos modificados para rodovias, pistas e edificações e ainda como fíler em misturas 
betuminosas. UBALDO et al. (2010) citam em seu trabalho alguns dos resíduos já 
empregados ou estudados em camadas de pavimentos: 
 Resíduo de construção e demolição (RCD); 
 Escória de aciaria; 
 Borracha de pneu inservível; 
 Cinzas de carvão mineral oriundas de termelétricas; 
 Cinzas de cascas de arroz; 
 Resíduo de rochas ornamentais; e 
 Resíduos de exploração e produção de petróleo (cascalho de perfuração, escória de 
cobre, borra oleosa, dentre outros). 
Dentre outros resíduos comumente estudados na engenharia de pavimentos destacam-
se a escória de alto-forno e de aciaria (ROHDE, 2002; CASTELO BRANCO, 2004; 
 
29 
 
RAPOSO, 2005 e PENA, 2007), cinza de fundo e volante (PINTO, 1971; NARDY, 1975; 
MARCON, 1977; FARIAS, 2005; LEANDRO, 2005; LOPES, 2011; CEZAR, 2011), de lodo 
de esgoto (PEREIRA, 2012; KELM, 2014) e de incineração de RSU (FERNANDES, 2004; 
MOTTA, 2005; HOOD, 2006 e LEITE, 2007; HORTEGAL, FERREIRA e SANT’ANA, 
2009; VIZCARRA, 2010), resíduos de mineração (SUNDSTRON, 2012). 
NUNES et al. (1996 apud FARIAS, 2005) avaliaram o emprego de resíduos em 
pavimentação. E, através de seus estudos, indicaram os principais benefícios da utilização 
desses materiais na pavimentação, que são listados a seguir: 
 Redução da demanda de materiais primários; 
 Redução dos custos energéticos relacionados com a extração e o transporte de 
agregados convencionais; 
 Redução dos custos ambientais associados com a recuperação dos passivos ambientais 
gerados pela exploração de jazidas de materiais convencionais; 
 Redução dos problemas ambientais e econômicos associados com a estocagem e 
disposição final dos resíduos; e 
 Prováveis benefícios comerciais advindos do uso de resíduos, visto que são 
financiados pelos processos que os geram, não são vendidos até o momento, pois os 
geradores têm custos associados à estocagem e a disposição final. 
De forma complementar, SIQUEIRA (2010) destaca a conservação de recursos naturais, 
um ambiente mais limpo e seguro, além da impulsão no desenvolvimento econômico e 
redução de custos. 
 
2.2 PROCESSO DE ORIGEM E CLASSIFICAÇÃO DAS CINZAS 
 
No caso das cinzas de carvão, o processo de formação das cinzas se dá pela combustão 
direta do carvão, matéria-prima sólida, constituída por duas frações intimamente misturadas: 
uma orgânica (material volátil mais carbono fixo) e uma mineral (argilas, quartzo, piritas, 
carbonatos, etc.).A ação do calor faz com que a fração orgânica gere voláteis e coque, 
enquanto a mineral se transforma em cinza com mineralogia modificada, tendo em vista a 
perda de água das argilas, a decomposição dos carbonatos, a oxidação dos sulfetos, etc. 
(ROHDE et al., 2006). 
 
30 
 
De maneira geral, NARDI (1975) afirma que as cinzas são constituídas de componentes 
não combustíveis do carvão e partículas não queimadas devido à combustão incompleta do 
carvão pulverizado. 
A combustão do carvão pulverizado, segundo SILVA et al. (1999), se dá em altas 
temperaturas, entre 1200ºC e 1600ºC, em um ambiente gasoso oxidante, sendo o tempo de 
permanência das partículas em chama oxidante em média de 2 segundos, condição suficiente 
para a fusão total ou parcial da matéria mineral. As diferentes zonas de temperaturas no 
interior das caldeiras fazem com que as partículas de carvão pulverizado apresentem, após a 
queima, características diferentes, resultando em frações de cinzas com características físicas, 
químicas, mineralógicas e microestruturais distintas, sendo possível classificar as cinzas em 
dois tipos distintos: leves ou volantes (secas) e pesadas (úmidas) (NARDI, 1975). 
As propriedades físico-químicas das cinzas de carvão são influenciadas por diversos 
fatores, tais como: composição do carvão; grau de beneficiamento e moagem do carvão; tipo, 
projeto e operação da caldeira; sistema de extração e manuseio das cinzas e transformações 
que ocorrem conforme a temperatura de queima (LOPES, 2011; MALLMANN, 1996; 
LEANDRO, 2005). Conforme GOETHE (1990 apud Lopes, 2011), devido fatores 
apresentados, as cinzas vão mostrar variação na sua composição e propriedades físico-
químicas, não só de usina para usina, mas de caldeira para caldeira na mesma usina e até 
numa mesma caldeira em tempos diferentes. 
BLISSETT & ROWSON (2012) explicam que as cinzas são geradas a partir de vários 
constituintes orgânicos e inorgânicos provenientes da alimentação de carvão. Devido à escala 
de uma variedade de componentes, elas constituem um dos materiais antropogênicos mais 
complexos que podem ser caracterizados. Segundo os mesmos, cerca de 316 minerais 
individuais e 188 grupos de minerais têm sido identificados em diferentes cinzas analisadas. 
Para simplificar um pouco o estudo deste resíduo, ele é dividido em grupos. De acordo 
com NARDI (1975) e NARDI (1998), o resíduo finamente divido resultante da combustão e 
arrastado pelos gases de exaustão é denominado cinza volante ou de “fly ash” pelos norte-
americanos ou “Pulverized Fuel Ash” pelos ingleses e representa 80% do material não 
queimado. Segundo VASCONCELLOS et al. (2004) e SILVA et al. (1999), esse material é 
leve o bastante para ser arrastado com os gases de combustão e é coletado por equipamentos 
de retenção como precipitadores eletrostáticos. 
Os 20% restantes são cinzas pesadas, podendo também serem chamadas de cinza de 
fundo ou “bottom ash”, material que se aglomera, caindo no fundo da câmara de combustão 
 
31 
 
por ser denso o suficiente para não ser emitido para atmosfera e posteriormente submergido 
em água onde é resfriado, umedecido e posteriormente submetido ao arraste hidráulico 
(NARDI, 1975; VASCONCELLOS et al., 2004; SILVA et al., 1999). 
SIQUEIRA (2010) explica que a separação entre a cinza leve e a cinza pesada ocorre em 
função das características de queima, que levam a maior parte das cinzas produzidas 
acompanharem os gases de combustão. Em função disso são chamadas de cinzas leves, 
enquanto as cinzas pesadas ou de fundo permanecem na caldeira sendo recolhidas 
periodicamente através de processos secos (levam à formação da cinza pesada) ou úmidos 
(levam à formação da escória ou cinza grossa). 
De forma complementar ROHDE et al. (2006) e SIQUEIRA (2010) classificam as cinzas 
conforme o processo de gaseificação ou queima do carvão, em três tipos sucintamente 
apresentados a seguir: 
 Cinza Leve ou Cinza Volante (fly ash): São constituídas de partículas extremamente 
finas (100% menor que 0,15mm), leves e que são arrastadas pelos gases de combustão 
de fornalhas ou gases gerados em gaseificadores industriais. Grande parcela dessas 
partículas é retida por sistema de captação – filtros de tecido, ciclones, precipitadores 
eletrostáticos, etc. As grandes unidades produtoras deste tipo de cinzas são as usinas 
termelétricas e centrais de vapor. 
 Cinza de Fundo ou Cinza Pesada ou Cinza Úmida (bottom ash): São as cinzas 
originadas nos processos de combustão do carvão em forma pulverizada e da queima 
ou gaseificação do carvão em leito fluidizado, contendo geralmente teores de carbono 
não queimado de 5 a 10%. São mais pesadas e de granulometria mais grossa, que 
caem para o fundo das fornalhas e gaseificadores, de onde são retiradas por fluxo de 
água, principalmente nas grandes caldeiras de usinas térmicas e centrais de vapor; 
 Escória ou Cinza Grossa (slag ou boiler slag): São as cinzas originadas no processo de 
combustão ou gaseificação do carvão em grelhas fixas e móveis. Apresentam-se, 
frequentemente, com granulometria grosseira e blocos sinterizados, com consideráveis 
teores de carbono não queimado (10-20%). São retiradas pelo fundo das fornalhas, 
após resfriamento com água; 
Muitos autores não distinguem a cinza pesada ou de fundo da cinza grossa ou escória, 
considerando no processo de combustão a geração apenas da cinza leve e pesada, onde nesta 
ultima incluem-se também as cinzas grossas ou escórias. 
 
32 
 
Cabe ressaltar que o Brasil não possui uma legislação específica para a classificação das 
cinzas. Portanto, estas são classificadas somente como resíduos sólidos e sua utilização requer 
a adequação das normas pertinentes e aprovação dos órgãos ambientais. 
Quanto à composição das cinzas, os elementos que se encontram com maior abundância e 
que se denominam “componentes maiores” são: sílica (SiO2), alumina (Al2O3), óxido de ferro 
(Fe2O3), óxido de cálcio (CaO) e carbono (C) Porém, existem outros elementos denominados 
de “elementos-traços”, como por exemplo, zinco, cobre, cromo, chumbo, mercúrio, fósforo, 
etc., que são responsáveis pelo potencial tóxico da cinza (MALLMANN, 1996). 
POZZOBON (1999) apud LOPES (2011) apresenta de forma resumida as principais 
características, utilização e vantagens da cinza leve e cinza pesada (ver TAB. 2.1). As 
diversas utilizações das cinzas serão apresentadas de maneira mais completa mais à frente, 
ainda neste capítulo. 
 
TAB. 2.1 – Características da cinza volante e pesada, utilização e vantagens. 
RESÍDUO CARACTERÍSTICAS UTILIZAÇÃO VANTAGENS 
Cinza de 
Fundo 
Subproduto da 
combustão do carvão: 
partículas com tamanho 
de 0,09 mm a 20 mm; 
forma angular; muito 
porosa 
 Cimento 
 Agregado 
leve 
 Sub-base 
 Economia de energia 
 Aumento da capacidade de 
produção para gasto de 
capital relativamente mais 
baixo 
Cinza 
Volante 
Subproduto da 
combustão do carvão, 
partículas menores 
carregadas pelos gases 
de combustão para 
chaminés. 
 Cimento 
 Concreto 
 Agregado 
leve 
 Sub-base 
 Fíler de 
asfalto 
 Tijolo 
 Economia de energia 
 Aumento da capacidade de 
produção para gasto de capital 
relativamente mais baixo 
 Textura fina 
 Baixa massa específica 
 Facilidade de combinação 
com a cal livre (propriedade 
pozolânica) 
Fonte: POZZOBON (1999) apud LOPES (2011) 
2.2.1 CINZA LEVE OU CINZA VOLANTE 
A cinza leve ou cinza volante (fly ash) representa um material de granulometria fina 
(100% menor que 0,15mm), não plástico e com propriedades pozolânicas, resultantes da 
 
33 
 
combustão do carvão pulverizado ou moído, que são arrastadaspelos gases de combustão e 
coletadas através do fluxo de gases provenientes da combustão de carvão nas caldeiras pelos 
equipamentos de retenção de material particulado (NARDI, 1975; LEANDRO, 2005). 
Apresentam-se em pequena quantidade, como esferas ocas, denominadas cenosferas, quando 
estão vazias e plerosferas, quando preenchidas com muitas esferas pequenas. Grande parcela 
dessas partículas é retida por sistema de captação – filtros de tecido, ciclones, precipitadores 
eletrostáticos, etc (ROHDE et al., 2006; CESAR, 2011). 
De acordo com AHMARUZZAMAN (2010) e LEANDRO (2005), esse tipo de cinza se 
apresenta geralmente na cor cinza, abrasiva, principalmente alcalina e refratária na natureza e 
são materiais que se encontram na categoria de materiais pozolânicos e/ou cimentícios. 
Segundo ROHDE et al. (2006) e SIQUEIRA (2010), os principais constituintes das cinzas são 
os cristais de sílica SiO2, alumina Al2O3, óxido de ferro Fe2O3, cal CaO, além de outros 
componentes em menores quantidades menores como MgO, Na2O, K2O, SO3, MnO e TiO2, 
bem como partículas de carbono não consumidas durante a combustão 
Quanto à natureza das cinzas volantes, DIAS (2011) afirma que estas são constituídas de 
fração ativa (fase vítrea), podendo ser de natureza silicosa ou sílico-aluminosa e de fração 
inerte que são de natureza cristalina, representada por cristais de mulita, quartzo, hematita, 
magnetita, ilita, entre outras. 
Quanto à utilização desse material, LEANDRO (2005) afirma que o seu uso mais comum 
no Brasil é na fabricação de cimentos Portland pozolânicos e na confecção de concretos, 
porém, a cinza volante, por ser um material finamente dividido e apresentar boa atividade 
pozolânica, é empregada em vários ramos da construção civil em todo mundo, como em 
construção de barragens e aterros rodoviários, estabilização de solos, fabricação de tijolos, 
telhas, artefatos de cimento (blocos estruturais, blocos de vedação e blocos para 
pavimentação), como em aditivo em concretos, além de também poder ser utilizada como 
fertilizante. 
Segundo CHERIAF et al. (1999) apud MARGON (2002), a utilização potencial da cinza 
volante é principalmente controlada pela sua composição química, embora a pequena 
ggranulometria das partículas também seja uma importante consideração. 
BIN-SHAFIQUE (2005) afirma que as cinzas volantes possuem características de 
cimentação que permitem sua utilização para a estabilização de solos, sem utilização de 
ativadores para melhorar suas propriedades mecânicas, como em solos moles para aplicação 
em bases e sub-bases, contribuindo para se ter uma plataforma de trabalho estável favorável 
 
34 
 
para construção de rodovias. As cinzas volantes são capazes de desenvolver reações 
pozolânicas e possuem características para estabilização de solos, pois apresentam em sua 
composição os principais elementos responsáveis pela atividade pozolânica como Si2O, 
Al2O3, Fe2O, CaO, MgO, SO3, Na2O e K2O (ROHDE et al., 2006) 
AHMARUZZAMAN (2010), em seu trabalho, destacou que além das propriedades 
pozolânicas e cimentíceas das cinzas que a torna útil para a fabricação de cimento, materiais 
de construção de concreto, a mesma também contém diversos outros elementos essenciais, 
incluindo ambos os macronutrientes P, K, Ca, Mg e micronutrientes Zn, Fe, Cu, Mn, B e Mo 
para o crescimento das plantas, podendo ser utilizada com condicionante ou fertilizante de 
solo. Devido as cinzas volantes apresentares composição química elevada de sílica (60- 65%), 
alumina (25-30%), a magnetita, Fe2O3 (6-15%), sua utilização pode ser feira para a síntese de 
zeólitas, alumínio e sílica precipitada. 
Outra possibilidade interessante para as cinzas volantes é sua utilização como um 
adsorvente de baixo custo para gás e tratamento de água, devido às suas características físico-
químicas, tais como a densidade, o tamanho das partículas, porosidade, capacidade de 
retenção de água, e a área de superfície, torna-a adequada para tal. Várias investigações são 
relatadas na literatura sobre a utilização de cinzas volantes para a adsorção dos poluentes e os 
resultados são encorajadores para a remoção de metais pesados e de compostos orgânicos a 
partir de águas residuais industriais (AHMARUZZAMAN, 2010; SIQUEIRA, 2010). 
 
2.2.1.1 MATERIAIS POZOLÂNICOS 
 
A cinza volante se enquadra segundo a ABNT NBR 12653 (1992) e ASTM C618 (2003) 
entre os materiais denominados pozolânicos. A ABNT NBR 12653 (1992) fixa as condições 
exigíveis para materiais pozolânicos para uso como adição onde são desejadas ações 
aglomerantes, além de outras propriedades normalmente atribuídas às adições minerais 
finamente divididas. 
A norma da American Society for Testing Materials (ASTM) através da ASTM C618 
(2003), classifica as cinzas volantes de acordo com sua composição para sua utilização em 
concreto ou cimento, onde sua ação pozolânica também é desejada. 
A ABNT NBR 12653 (1992) define os materiais pozolânicos da seguinte maneira: 
“Materiais silicosos ou silicoaluminosos que, por si sós, possuem pouca ou nenhuma 
atividade aglomerante, mas que, quando finamente divididos e na presença da água, reagem 
 
35 
 
com o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente, para formar compostos com propriedades 
aglomerantes”. 
Segundo a mesma norma as pozolanas podem ser naturais ou artificiais, onde: 
 Pozolanas naturais – Materiais de origem vulcânica, geralmente de 
caráter petrográfico ácido (65% de SiO2) ou de origem sedimentar com atividade 
pozolânica; 
 Pozolanas artificiais – Materiais resultantes dos processos industriais ou proveniente 
de tratamento térmico com atividade pozolânica, dividindo-se: 
 Argilas calcinadas – Materiais provenientes de calcinação de certas argilas 
submetidas a temperaturas, em geral, entre 500°C e 900°C, de modo a garantir a 
sua reatividade com hidróxido de cálcio. 
 Cinzas volantes – Materiais finamente divididos que resultam da combustão de 
carvão mineral pulverizado ou granulado com atividade pozolânica, e 
 Outros materiais – Materiais não tradicionais, tais como: escórias siderúrgicas 
ácidas, cinzas de materiais vegetais, rejeitos de carvão mineral. 
A principal propriedade de uma pozolana é a sua capacidade de reagir e se combinar com 
o hidróxido de cálcio, formando compostos estáveis de poder aglomerante, tais como silicatos 
e aluminatos de cálcio hidratados (SILVA, 2011). 
Em se tratando de normatização, tanto a ASTM C618 (2003) quanto a ABNT NBR 
12653 (1992), classificam o material pozolânico de acordo com alguns requisitos químicos e 
físicos. Estes requisitos se assemelham nas duas normas, estas que por sua vez se diferem 
somente na nomenclatura das classes de materiais pozolânicos, uma vez que a ASTM C618 
(2003) classifica o material em classe N, F e C, enquanto a ABNT NBR 12653 (1992) 
classifica em classe N, C e E, como mostrado nas TAB. 2.2 e 2.3. 
TAB. 2.2 – Requisitos químicos para classificação da cinza volante. 
Propriedades 
Classe de material pozolânico 
ASTM C618 (2003) e ABNT NBR 12653 (1992) 
N/N F/C C/E 
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % min 70 70 50,0 
SO3, % máx. 4,0 5,0 5,0 
Teor de Umidade, % máx. 3,0 3,0 3,0 
Perda ao fogo, % máx. 10 6,0 6,0 
Álcalis disponíveis em NA2O, % máx. 1,5 1,5 1,5 
 
36 
 
TAB. 2.3 – Exigências Físicas dos materiais pozolânicos. 
Propriedades 
Classes de material pozolânico 
F/C N/N C/E 
Material retido na peneira 45 µm, % máx. 34 34 34 
Índice de atividade pozolânica: 
 Com cimento aos 28 dias, em relação 
ao controle, % mín. 
3 4 5 
 Com cal aos 7 dias, em MPa. 6 6 6 
 Água requerida, % máx. 115 110 110 
 
As cinzas volantes, de acordo com ambas as classificações, contendo