Submitted by Caroline Falcao (caroline.rfalcao@ufpe.br) on 2017-06-06T17:10:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) 2012-Dissertacao-GustavoAlexandreSilva.pdf: 10928701 bytes, checksum: 44c2b4f22827eed6eae53c17ea822ea3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-06T17:10:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) 2012-Dissertacao-GustavoAlexandreSilva.pdf: 10928701 bytes, checksum: 44c2b4f22827eed6eae53c17ea822ea3 (MD5) Previous issue date: 2012 / O setor de agregados para a construção civil possui a parcela de insumos minerais mais consumidos e, consequentemente, os mais significativos em termos de quantidades produzidas no mundo. Apesar de serem abundantes e apresentarem baixo valor unitário, seu consumo é um importante indicador do perfil sócio-econômico de desenvolvimento de um país, estado ou região metropolitana. Este trabalho foi concebido no intuito de suprir a carência de informações e dados sobre o setor de agregados para construção civil na Região Metropolitana de Natal-RN (RMN), conforme sua geologia e os recursos minerais, modo de ocorrência, especificações dos materiais e dados econômicos. Formada por dez municípios, a RMN se apresenta como uma das regiões de maior dinamismo econômico-social do Estado. Em relação a sua urbanização, a diferença é visivel, uma vez que a população rural supera a população urbana em alguns municípios. Sua área abrange uma superfície de 2.807,54 km², isto corresponde a 5,3% do território estadual. Sua população, de acordo com o Censo Demográfico de 2010, atingiu 1.351.004 habitantes. Isso representa 42,6% da população do Rio Grande do Norte (3.168.133 habitantes), compreendendo uma taxa de crescimento no período 2000 – 2010 de 1,88% ao ano. O Produto Interno Bruto (PIB) da RMN teve um aumento consistente de 2003-2008. No entanto, sua constribuição para o PIB do Estado, cai em média 0,63% ao ano devido processo de interiorização do desenvolvimento que o Rio Grande do Norte vem passando nos últimos anos. Na abordagem da geologia optou-se pela discussão dos registros geológicos em termos de unidades pré-quaternárias (anteriores a 2 milhões de anos) e unidades quaternárias. As rochas britadas e os sedimentos como areias e cascalhos são os materiais naturais utilizados como agregados na construção civil. Enquanto os sedimentos são usados, geralmente, como encontrados na natureza, as rochas podem passar por processos de britagem e moagem para atingir as especificações granulométricas. Na data da consulta havia registrados no DNPM destinados a produção de areia e brita 57 processos e dentre os 10 municípios da RMN os que apresentaram maiores quantidades de processos minerários foram: São Gonçalo do Amarante (28%), Ceará - Mirim (19%) e Monte Alegre (19%). O método de lavra de areia comumente utilizado na RMN é o de dragagem em leito de rio ou cava submersa, já que cerca de 85% da produção são proveninetes de áreas localizadas nos leitos dos rios. Os 15% restantes vêm dos terraços denominados de depósitos eólicos, riachos de menor porte. No caso da explotação de Brita o método de lavra é a céu aberto. O consumo de brita da Grande Natal é suprido pela produção de unidades pertencentes a três grupos empresariais. A produção de brita para a Grande Natal, foi estimada em 1.570.140 m3 /ano ou 2.590.731 t/ano, enquanto que a ociosidade média das instalações de beneficiamento das unidades produtoras está próxima de 50%. Em 2011 a produção anual de areia para construção civil foi de 1.967.159 m³ ou 2.950.738 t. Os Preços médios de brita, pesquisados, variaram desde R$ 30,00/t (ROM) até R$ 58,00/t (nas casas de materiais de construção), já os de areia foi de R$ 7,00 /t (ROM) até R$ 20,00/t (no varejo). As reservas estimadas (medidas e indicadas) de agregados, considerando a produção consumida atualmente na RMN, são suficientes para atender a demanda projetada para os proximos 15 anos isto sem levar em conta as reservas inferidas que podem aumentar substancialmente este tempo. / The most widely used inputs in the construction aggregates sector in the world are the mineral. Despite their abundance and low unit value, their use is an important indicator of the socioeconomic profile of a country, state or metropolitan region. This paper aimed to provide information and data, which are scarce, on the construction aggregates segment in the Metropolitan Region of Natal – RN (RMN), considering its geology, mineral resources, mode of occurrence, material specifications and economic data. Formed by ten cities, the RMN is the State region with the greatest economic and social dynamics. Regarding its urbanization, the rural population exceeds the urban population in some cities. The RMN covers an area of 2.807,54 km², accounting for 5.3% of the state territory. According to Brazilian Census 2010, its population reached 1,351,004 inhabitants, which corresponds to 42.6% of the population of Rio Grande do Norte (3,168,133 inhabitants), and a growth rate in the 2000 – 2010 period of 1.88% per year. The Gross Domestic Product (GDP) of the RMN has increased consistently from 2003-2008. However, its contribution to the state GDP falls 0.63% on average per year due to the recent process of internal development in Rio Grande do Norte. Concerning the geological approach, we decided to focus on the pre-quaternary (< 2 million years ago) and quaternary geologic periods. The crushed rocks and sediments such as sand and gravel are natural materials used as aggregates in construction. As the sediments are used generally in their natural condition, the rocks may undergo crushing and grinding process to achieve the required specifications. On the date of the consultation there were 57 processes recorded at the DNPM for the production of sand and gravel. São Gonçalo do Amarante (28%), Ceará - Mirim (19%) and Monte Alegre (19%) were the RMN cities with the highest number of mineral processing activities. The sand mining method commonly used in the RMN concerns river bed dredging or digging trial pits, since 85% of the production comes from fields located in riverbeds. The remaining 15% come from terraces known as aeolian deposits, small streams. Regarding the exploitation of gravel, the open pit mining method is used. The consumption of gravel in the Grande Natal region is supplied by production units belonging to three business groups. The production of gravel in the Grande Natal region was estimated in 1,570,140 m3 /year or 2,590,731 t/year, while the average idleness of the processing facilities of the production units close to 50%. In 2011 the annual building and construction sand was 1,967,159 m³ or 2,950,738 t. The average prices of gravel found ranged from R$ 30,00/t (ROM) to R$ 58,00/t (in construction material shops). The average prices of sand, in turn, ranged from R$ 7,00 /t (ROM) to R$ 20,00/t (in retail stores). Given the current production rates of aggregates in the RMN, the estimated reserves (measured and indicated) are sufficient to meet the demand forecast for the next 15 years, without taking into consideration the inferred reserves that can substantially increase this period.

As the most important materials in civil engineering, bituminous and cementitious materials have been used widely in pavements and constructions for many years. Accurate determination of adhesion is important to the bonding properties of bituminous and cementitious materials. In this work, we presented a novel approach to measure the adhesion between binders and aggregate mineral particles at microscopic scale. Particle probe scanning force microscopes (SFM) were used to study the adhesion between mineral microspheres representing the primary aggregate constituents (Al2O3, SiO2 and CaCO3) and various control (PG 64-22 and PG 58-22) and modified binders. Results showed that these modified SFM probes could effectively measure the adhesion between binders and aggregate minerals. Consistent adhesion measurements were obtained between different asphalt binders and aggregate mineral particles. Statistical analyses were performed to evaluate effects of different factors on the aggregate-modified binder adhesion, including aggregate constituents, binder types, modifier types and cantilever properties. Due to the stronger polarity of alumina particles, stronger interactions occur within alumina-binder pairs than within silica- and calcium carbonate-binder pairs. Meanwhile, morphologies of different modified binders clearly demonstrated microstructural variations in these binders. The adhesion between steel and different cement hydrated products was measured using particle probe SFM. Adhesive forces are collected between steel microspheres and new (four-week old) and old (six-month old) cement in air and saturated lime water. Mixed Gaussian models were applied to predict phase distributions in the cement paste, i.e., low density C-S-H, high density C-S-H, CH, other hydrated products and the unreacted components. For new cement in saturated lime water, adhesive forces between steel and low density C-S-H, high density C-S-H and other hydrated products are intermediate among all groups selected. The adhesive forces between steel and calcium hydroxide are smallest, whereas the adhesive forces between steel and the unreacted phases are largest. For the six-month old cement, the interweaving of calcium carbonate crystals and C-S-H during the carbonation produces greater adhesive forces to steel, consistent with the adhesive forces between steel and the control calcium carbonate specimen. CH turned into calcium carbonate by reacting with carbon dioxide in air. An increase in adhesive forces was found between steel and calcium carbonate in the old cement than those between steel and CH in the new cement. Particle probe SFM is able to measure the adhesion in bimaterials. For bituminous materials, this methodology provides opportunities to evaluate the effects of different processing methods and to generate quantitative information for the development of multi- scale asphalt mixture cracking models. For cementitious materials, these studies opened new avenues to study the interactions between steel and cement at microscale under a variety of environmental conditions and can be formulated as crack initiation and propagation criteria incorporated in multiscale models for reinforced concrete structures.

O estado de São Paulo é o maior consumidor de agregados minerais do Brasil e está entre os maiores produtores destes bens minerais com uma produção voltada principalmente para construção civil, indústria e agricultura. Tendo-se em vista a relevância da mineração, o presente trabalho tem como objetivo caracterizar como a mineração de pequeno porte de areia e brita tem participado no planejamento urbano em regiões metropolitanas, utilizando como exemplo quatro regiões metropolitanas no estado de São Paulo e o Plano de Desenvolvimento Urbano Integrado (PDUI) de cada uma delas. Neste trabalho foi desenvolvido uma metodologia de análise a partir da consulta a fontes de dados primários e secundários. Os dados primários são do setor mineral do estado de São Paulo que engloba a micro, pequena e média mineração, de 2010 a 2014. Os dados secundários foram obtidos a partir de estudos referentes ao mercado produtor e consumidor das substâncias minerais escolhidas para esta pesquisa. Foi realizado também uma análise de como é a gestão de agregados e políticas públicas na Província de Ontário no Canadá. Como o estudo foi focado no estado de São Paulo, cada um dos PDUIs foi analisado e o resultado é que há pouca interação com a setor mineral e que para a mineração no estado de São Paulo ser exemplo de responsabilidade ambiental, social, econômica é necessário transparência e informação sobre a atividade, além da integração dos atores relevantes. / The state of São Paulo is the largest consumer of mineral aggregates in Brazil and one of the largest producers of mineral goods with a production focused mainly on civil construction, agriculture and industry. Taking into account the relevance of mining, the present study aims to characterize how sand and gravel small-scale mining has been contributing to urban planning in metropolitan regions, taking as example, four metropolitan regions in the state of São Paulo and their Integrated Urban Development Plans (IUDP). In this work, an analysis methodology was developed based on the investigation of primary and secondary data sources. The primary data is from the mineral sector of the state of São Paulo, which covers micro, small and medium-mining from 2010 to 2014. Secondary data was obtained from studies concerning the producer and consumer market of the mineral substances chosen for this research. In addition, an analysis regarding aggregate management and public policies was conducted in the Province of Ontario in Canada. Since the study was focused on the state of São Paulo, each of the IUDPs was analyzed and the result is that there is little interaction with the mineral sector and that for mining in the state of São Paulo to be an example of environmental, social and economic responsibility, transparency and information on the activity is necessary, as well as the integration of the relevant actors.

O estado de São Paulo é o maior consumidor de agregados minerais do Brasil e está entre os maiores produtores destes bens minerais com uma produção voltada principalmente para construção civil, indústria e agricultura. Tendo-se em vista a relevância da mineração, o presente trabalho tem como objetivo caracterizar como a mineração de pequeno porte de areia e brita tem participado no planejamento urbano em regiões metropolitanas, utilizando como exemplo quatro regiões metropolitanas no estado de São Paulo e o Plano de Desenvolvimento Urbano Integrado (PDUI) de cada uma delas. Neste trabalho foi desenvolvido uma metodologia de análise a partir da consulta a fontes de dados primários e secundários. Os dados primários são do setor mineral do estado de São Paulo que engloba a micro, pequena e média mineração, de 2010 a 2014. Os dados secundários foram obtidos a partir de estudos referentes ao mercado produtor e consumidor das substâncias minerais escolhidas para esta pesquisa. Foi realizado também uma análise de como é a gestão de agregados e políticas públicas na Província de Ontário no Canadá. Como o estudo foi focado no estado de São Paulo, cada um dos PDUIs foi analisado e o resultado é que há pouca interação com a setor mineral e que para a mineração no estado de São Paulo ser exemplo de responsabilidade ambiental, social, econômica é necessário transparência e informação sobre a atividade, além da integração dos atores relevantes. / The state of São Paulo is the largest consumer of mineral aggregates in Brazil and one of the largest producers of mineral goods with a production focused mainly on civil construction, agriculture and industry. Taking into account the relevance of mining, the present study aims to characterize how sand and gravel small-scale mining has been contributing to urban planning in metropolitan regions, taking as example, four metropolitan regions in the state of São Paulo and their Integrated Urban Development Plans (IUDP). In this work, an analysis methodology was developed based on the investigation of primary and secondary data sources. The primary data is from the mineral sector of the state of São Paulo, which covers micro, small and medium-mining from 2010 to 2014. Secondary data was obtained from studies concerning the producer and consumer market of the mineral substances chosen for this research. In addition, an analysis regarding aggregate management and public policies was conducted in the Province of Ontario in Canada. Since the study was focused on the state of São Paulo, each of the IUDPs was analyzed and the result is that there is little interaction with the mineral sector and that for mining in the state of São Paulo to be an example of environmental, social and economic responsibility, transparency and information on the activity is necessary, as well as the integration of the relevant actors.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O Tratamento Superficial por PenetraÃÃo (TSP) à um revestimento de pequena espessura e custo reduzido, constituÃdo pelo espalhamento de ligante betuminoso e agregado mineral e a subseqÃente compactaÃÃo. O TSP pode ser empregado como revestimento principal e/ou em atividades de manutenÃÃo e conservaÃÃo de rodovias existentes, representando, aproximadamente, 63% da malha rodoviÃria pavimentada estadual do CearÃ. Apesar de sua grande utilizaÃÃo, atualmente nÃo existe um processo de dosagem em laboratÃrio para verificaÃÃo do seu desempenho e definiÃÃo das melhores taxas de agregados e ligantes. Na prÃtica, a dosagem do TSP obedece Ãs taxas recomendadas pelas normas e ordens de serviÃos, ou ao bom senso e experiÃncia dos engenheiros rodoviÃrios. A presente dissertaÃÃo buscou desenvolver um mÃtodo de dosagem em laboratÃrio e atravÃs dele investigar o desempenho do TSP para diferentes agregados minerais da RegiÃo Metropolitana de Fortaleza (RMF), para o caso do Tratamento Superficial Simples (TSS), Duplo (TSD) e Triplo (TST). Os revestimentos de TSP foram avaliados atravÃs do desgaste sofrido por mantas submetidas ao ensaio Wet Track Abrasion Test (WTAT) e placas de solo-brita submetidas aos ensaios acelerados com o uso de simulador de trÃfego de laboratÃrio. Os ligantes empregados nos tratamentos superficiais foram a emulsÃo RR-2C e a modificada por polÃmero RR2C-E. Os agregados minerais estudados foram provenientes de 2 pedreiras da RegiÃo Metropolitana de Fortaleza, alÃm do agregado siderÃrgico (AS) que à um resÃduo da produÃÃo do aÃo. Os resultados indicaram que as mantas apresentaram valores satisfatÃrios para os desgastes sofridos e que, à luz do ensaio WTAT, nÃo houve melhoria no desempenho dos revestimentos que empregaram a emulsÃo modificada por polÃmero. As placas de TSD, submetidas ao simulador de trÃfego de laboratÃrio, apresentaram melhores resultados para o agregado 1 (gnaisse) com uso da emulsÃo modificada e o AS com emulsÃo convencional. Conclui-se que o mÃtodo desenvolvido para dosagem em laboratÃrio, aliado ao emprego dos ensaios acelerados, pode ser uma ferramenta para a determinaÃÃo das melhores taxas de agregados e ligantes, bem como para avaliar diferentes agregados e ligantes para uso em revestimentos do tipo TSP. / Asphalt Surface Treatment (AST) is a coating with small thickness and low cost, composed by spreading bituminous binder and mineral aggregate and subsequent compaction. AST can be utilized as the surface course of roads and/or in services of maintenance and conservation of highways, representing approximately 63% of Cearà stateâs paved road. Despite its high utilization, nowadays there is not a laboratory design process to verify the performance, and to determine the better aggregates and bituminous binder rates. In practice, the AST design process follows the recommended rates by technical standards or by the experience of engineers. This MSc Thesis developed a laboratory design method and investigated the performance of AST for different mineral aggregates of the Fortaleza Metropolitan Area, for the cases of Simple Surface Treatment (SST), Double Surface Treatment (DST) e Triple Surface Treatment (TST). The AST coatings were evaluated using the mass loss suffered by specimens submitted to the Wet Track Abrasion Test (WTAT) and plates of soil-gravel submitted to the laboratory traffic simulator. RR-2C emulsion and emulsion modified by polymer known as RR2C-E were used as asphalt binders. The mineral aggregates used were from two quarriy near Fortaleza. A third aggregate investigated was the steel slag, a waste of steel production. The results showed that the plaids presented satisfactory mass loss. Through the WTAT no improvement was noticed in the performance of the coatings that utilized RR2C-E. The DST samples, submitted to the laboratory traffic simulator, presented better results for the aggregate 1 (gneiss) using the RR2C-E and the steel slag with conventional emulsion. It was concluded that the method developed for laboratory design, combined with the use of the laboratory traffic simulator, can be a tool to determinate the best aggregates and bituminous binder rates, as well as to evaluate different aggregates and bituminous binders to use in AST coatings.

O desempenho dos pavimentos de concreto asfáltico depende das propriedades e proporções relativas dos seus principais componentes, ou seja, dos agregados minerais, do cimento asfáltico e do volume de vazios. O desempenho das misturas asfálticas de graduação densa é predominantemente influenciado pelas características de forma, angularidade e textura superficial dos agregados finos, que condicionam a estabilidade das misturas. O ensaio de Angularidade do Agregado Fino (FAA), adotado pelo Superpave para avaliar e quantificar a forma, a angularidade e a textura superficial das partículas, tem levantado muitas dúvidas quanto à sua adequabilidade. O objetivo deste trabalho é verificar se o ensaio FAA é capaz de classificar os agregados finos, identificando materiais com melhores condições para utilização em misturas asfálticas. Para tanto, são realizados, além de ensaios de angularidade do agregado fino, análise visual da forma, angularidade e textura superficial, ensaios de cisalhamento direto em amostras de agregado fino e ensaios Marshall em amostras de misturas asfálticas produzidas com diferentes agregados finos. Os resultados obtidos nas análises visuais indicam que o ensaio FAA não é capaz de separar os efeitos de angularidade e de forma das partículas. Os resultados dos ensaios de cisalhamento direto demonstram que um agregado fino com maior FAA não apresenta, necessariamente, uma maior resistência ao cisalhamento. Os resultados do ensaio Marshall também não demonstram correlação da estabilidade com os valores de FAA. Todos os resultados obtidos revelam que o ensaio FAA não é capaz de classificar adequadamente os agregados finos e, desta forma, não é capaz de identificar agregados que proporcionam misturas asfálticas com melhor desempenho / The performance of hot-mix asphalt (HMA) pavements depends on the properties and proportions of the major components, i.e., mineral aggregates, asphalt cement and air voids. The performance of dense asphalt mixtures is influenced mainly by fine aggregate characteristics, such as shape, angularity and surface texture. The Fine Aggregate Angularity test (FAA), adopted by Superpave to evaluate and quantify the shape, angularity and surface texture of fine aggregate particles, has lead a lot of doubts regarding its suitability. The objective of this work is to verify if the FAA test is really able to classify fine aggregates and identify the good ones to be used in asphalt mixtures. Thus, FAA test, visual analysis of shape, angularity and surface texture, direct shear test with samples of fine aggregates and Marshall test with samples of asphalt mixtures produced with different fine aggregates are performed. The results obtained in the visual analyses indicate that the FAA test is not able to separate the effects of angularity from the effects of shape. The results of the direct shear test demonstrate that a fine aggregate with a higher FAA doesn't present, necessarily, a larger shear strength. The values of the Marshall test doesn't demonstrate correlation between Marshall stability and FAA values. All the results show that the FAA test is not able to classify fine aggregates appropriately and, therefore, is unable to identify aggregates that provide mixtures with better performance

O desempenho dos pavimentos de concreto asfáltico depende das propriedades e proporções relativas dos seus principais componentes, ou seja, dos agregados minerais, do cimento asfáltico e do volume de vazios. O desempenho das misturas asfálticas de graduação densa é predominantemente influenciado pelas características de forma, angularidade e textura superficial dos agregados finos, que condicionam a estabilidade das misturas. O ensaio de Angularidade do Agregado Fino (FAA), adotado pelo Superpave para avaliar e quantificar a forma, a angularidade e a textura superficial das partículas, tem levantado muitas dúvidas quanto à sua adequabilidade. O objetivo deste trabalho é verificar se o ensaio FAA é capaz de classificar os agregados finos, identificando materiais com melhores condições para utilização em misturas asfálticas. Para tanto, são realizados, além de ensaios de angularidade do agregado fino, análise visual da forma, angularidade e textura superficial, ensaios de cisalhamento direto em amostras de agregado fino e ensaios Marshall em amostras de misturas asfálticas produzidas com diferentes agregados finos. Os resultados obtidos nas análises visuais indicam que o ensaio FAA não é capaz de separar os efeitos de angularidade e de forma das partículas. Os resultados dos ensaios de cisalhamento direto demonstram que um agregado fino com maior FAA não apresenta, necessariamente, uma maior resistência ao cisalhamento. Os resultados do ensaio Marshall também não demonstram correlação da estabilidade com os valores de FAA. Todos os resultados obtidos revelam que o ensaio FAA não é capaz de classificar adequadamente os agregados finos e, desta forma, não é capaz de identificar agregados que proporcionam misturas asfálticas com melhor desempenho / The performance of hot-mix asphalt (HMA) pavements depends on the properties and proportions of the major components, i.e., mineral aggregates, asphalt cement and air voids. The performance of dense asphalt mixtures is influenced mainly by fine aggregate characteristics, such as shape, angularity and surface texture. The Fine Aggregate Angularity test (FAA), adopted by Superpave to evaluate and quantify the shape, angularity and surface texture of fine aggregate particles, has lead a lot of doubts regarding its suitability. The objective of this work is to verify if the FAA test is really able to classify fine aggregates and identify the good ones to be used in asphalt mixtures. Thus, FAA test, visual analysis of shape, angularity and surface texture, direct shear test with samples of fine aggregates and Marshall test with samples of asphalt mixtures produced with different fine aggregates are performed. The results obtained in the visual analyses indicate that the FAA test is not able to separate the effects of angularity from the effects of shape. The results of the direct shear test demonstrate that a fine aggregate with a higher FAA doesn't present, necessarily, a larger shear strength. The values of the Marshall test doesn't demonstrate correlation between Marshall stability and FAA values. All the results show that the FAA test is not able to classify fine aggregates appropriately and, therefore, is unable to identify aggregates that provide mixtures with better performance