Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 Caracterização Geotécnica de um Solo Residual de Granito Compactado com Incorporação de Resíduos Sólidos Franciély Espindola da Silva Universidade do Sul de Santa Catarina, Palhoça, Brasil, franciely.silva@unisul.br Daniela Cristina May Universidade do Sul de Santa Catarina, Palhoça, Brasil, daniela.may@outlook.com Cesar Schmidt Godoi, Ms. Tractebel Engineering / Universidade do Sul de Santa Catarina, Florianópolis/Palhoça, Brasil, cesargodoi@hotmail.com Fabio Krueger da Silva, Dr. Instituto Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, fabio.krueger@ifsc.edu.br RESUMO: O estudo apresenta a caracterização geotécnica de um solo residual de granito compactado da cidade de Anitápolis/SC, com incorporação de resíduo proveniente do processo de reciclagem do plástico. O objetivo do estudo é avaliar a influência da adição do resíduo nas características físicas e mecânicas de um determinado solo residual. Para tanto, foram realizados ensaios em laboratório, utilizando amostra deformada de solo coletada em um talude e incorporando diferentes porcentagens do resíduo. Foram realizados ensaios de caracterização física, e ensaios mecânicos, tais como compactação, ISC, compressão confinada, cisalhamento direto e permeabilidade. A análise dos resultados permitiu identificar as alterações provocadas pela incorporação do resíduo, em teores de 10% e 20%. Os resultados obtidos mostraram que a mistura com 10% de resíduo apresentou a melhoria nas características mecânicas em relação as demais misturas. PALAVRAS-CHAVE: Solo Residual de Granito Compactado, Reciclagem do Plástico, Ensaios em Laboratório. 1 INTRODUÇÃO O aumento da produção mundial de resíduos plásticos e a falta de programas de gestão adequados resultam em descartes inadequados prejudiciais ao meio ambiente e a saúde humana. Os plásticos são bens duradouros, devendo ser tratados como matéria prima pós-consumo e não como lixo. A política dos 3R’s, abordada durante a Conferência da Terra realizada no Rio de Janeiro em 1992, consiste em um conjunto de ações sugeridas para reduzir os impactos ambientais provocados pelos resíduos sólidos pós-consumo. Seus conceitos se baseiam nos atos de reduzir, reutilizar e reciclar o lixo produzido. Porém, quando esses conceitos não são aplicáveis, as opções de descarte se resumem à aterros sanitários ou lixões provocando impactos negativos no âmbito econômico e ambiental. A empresa Rextrin Reciclagem Ltda., localizada em Governador Celso Ramos/SC, trabalha com a reciclagem de resíduos sólidos. Dentre os resíduos reciclados na empresa, encontramos o polipropileno e o polietileno. Porém, de sua reciclagem resta um refugo que não possui aplicação no mercado e acaba sendo XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 encaminhado para aterros sanitários. Como consequência disso, a empresa enfrenta uma série de dificuldades. O armazenamento temporário do resíduo demanda espaço e local apropriado e seu transporte acarreta em custos adicionais à empresa. Como resposta à esta problemática foi realizado um estudo envolvendo a incorporação do resíduo em um solo residual com teores de 10% e 20% em relação ao peso. A proposta visa analisar o comportamento geotécnico das misturas solo + resíduo. Para esta pesquisa foram realizados ensaios de laboratório em amostras deformadas de um solo residual de granito, de matriz predominantemente granular, localizado no município de Anitápolis/SC. Ensaios de caracterização do solo, bem como ensaios mecânicos de compactação, CBR, compressão confinada, cisalhamento direto e permeabilidade foram abordados para uma análise mais completa do material de estudo. 2 MATERIAIS UTILIZADOS Inicialmente foi coletada uma amostra de solo, e posteriormente foi adicionado diferentes teores de um resíduo. 2.1 O Solo O solo residual de granito foi coletado na face de um talude localizado no município de Anitápolis/SC, conforme Figura 1: Figura 1. Local de coleta do solo. 2.2 O Resíduo O resíduo é proveniente do processo de reciclagem do plástico, e foi coletado na empresa Rextrin Reciclagem Ltda., localizada no município de Governador Celso Ramos/SC, conforme Figura 2: Figura 2. Resíduo gerado da reciclagem do plástico. 3 METODOLOGIA Com o objetivo de estudar o comportamento físico e mecânico do solo foi realizadas a coleta de amostra de solo, com armazenamento em laboratório, preparação da amostra por secagem prévia e posterior destorroamento. O resíduo foi coletado junto à empresa Rextrin sendo armazenado em laboratório. A partir dessas amostras foram realizados ensaios físicos e mecânicos nas misturas 1 e 2. Na Tabela 1 estão representadas as misturas ensaiadas nesta pesquisa. Tabela 1. Misturas utilizadas. Misturas %Solo %Resíduo Solo Natural 100 0 Mistura 1 90 10 Mistura 2 80 20 Foram realizados ensaios de análise granulométrica, massa específica, limites de liquidez e plasticidade; e os ensaios mecânicos de compactação, CBR, compressão confinada, XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 cisalhamento direto; e permeabilidade. 4 RESULTADOS E INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS Na sequência estão apresentados os resultados obtidos nos ensaios de caracterização física e mecânica do solo e das misturas 1 e 2, bem como a interpretação dos resultados. 4.1 Caracterização Física Através dos ensaios de caracterização física foi obtida a curva granulométrica (Figura 3) do solo natural, apresentando 0,17% de pedregulho, 53,57% de areia, 31,85% de silte e 14,40% de argila. Figura 3. Curva granulométrica do solo natural. No ensaio de massa específica dos sólidos obteve-se o valor de 2,65 g/cm3. O solo apresentou um coeficiente de uniformidade igual a 29,40 (desuniforme) e um coeficiente de curvatura igual a 0,75 (mal graduado). Os ensaios para determinação dos limites de Atterberg do solo apresentaram valores de 34,12% e 22,85% para limite de liquidez e plasticidade, respectivamente. Uma vez conhecidos os limites de consistência do solo, outros índices podem ser definidos, como os índices de plasticidade e atividade. Com isso, sabe-se que o solo apresenta plasticidade média com IP de 11,27%. E índice de atividade da argila medianamente ativo, com IA de 0,78. Através do método de classificação SUCS, é possível verificar que o solo apresenta caráter de uma areia siltosa, classificado como SM. Na classificação HRB o solo natural foi classificado como um A-6, apresentando características de um solo argiloso de comportamento fraco a pobre se fosse utilizado como subleito de uma rodovia. O índice de grupo calculado foi de 2,98. 4.2 Compactação Este ensaio foi realizado na energia normal de compactação, moldado em três camadas de 26 golpes com auxílio de um soquete de 2,5 kg em uma altura de quedade 30 cm. O ensaio foi realizado com secagem prévia do material até uma umidade de 5% abaixo da umidade ótima. Foram realizados cinco pontos de compactação com reuso do material de ensaio. A Figura 4 apresenta as curvas de compactação, bem como os resultados dos ensaios. Figura 4. Curvas de compactação. A Figura 5 apresenta uma correlação entre o peso específico seco máximo obtido no ensaio de compactação com a porcentagem de solo na mistura, permitindo avaliar seu XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 comportamento a medida que se incorpora resíduo na matriz. Figura 5. Correlação entre o peso específico aparente seco máximo.e a porcentagem de solo na mistura. Observa-se na Figura 5 uma relação próxima da linearidade para o peso específico seco máximo em função da porcentagem de solo na mistura. Ou seja, quanto maior a porcentagem de solo na mistura, menor peso específico seco máximo. Esse fato se justifica devido ao peso específico do resíduo ser inferior ao do solo. Outra constatação é em relação à, nesse caso, a equação exponencial se adaptar melhor aos resultados. Isso pode ser justificado pelo maior valor de R2, e devido ao peso específico seco máximo ser mais coerente, quando a porcentagem de solo na mistura for igual a zero. 4.3 Expansão Entende-se por expansão de um solo o seu aumento de volume quando submetido a imersão na água. Esse fenômeno está associado praticamente a solos com elevadas frações de silte e argila. Na Tabela 2 estão apresentados os resultados obtidos, indicando expansão máxima de 0,4% para a Mistura 2. Tabela 2. Resultados obtidos no ensaio de expansão. Misturas Expansão (%) Solo Natural 0,65 Mistura 1 0,17 Mistura 2 0,40 Na Figura 6 está representado o índice de vazios em função da expansão do solo e misturas 1 e 2. Nota-se que o índice de vazios aumenta conforme a proporção de resíduo é adicionada. No caso da expansão, observa-se que ocorre uma redução na mistura 1 em relação ao solo, vindo após, um aumento da expansão. Todavia, os valores são melhores nas misturas, uma vez que o incremento de resíduo provoca menos expansão. Figura 6. Correlação entre a expansão e o índice de vazios. 4.4 CBR Após o ensaio de expansão se deu início ao ensaio de CBR. O corpo de prova foi retirado do tanque de imersão, e após 15 minutos em repouso, para escoamento da água foi colocado na prensa de CBR. Durante a realização do ensaio são realizadas leituras em diferentes pontos de penetração, mas para realização do ensaio apenas duas leituras são utilizadas: 2,54 e 5,08 mm. Os valores para este ensaio estão representados na Figura 7 e apresentados na Tabela 3. XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 Figura 7. Curvas de CBR. Tabela 3. Resultados obtidos no ensaio de CBR. Misturas CBR (%) Solo Natural 8,34 Mistura 1 10,69 Mistura 2 9,38 A Figura 8 correlaciona os valores de CBR e índice de vazios. Figura 8. Correlação entre o CBR e o índice de vazios. Verifica-se que apesar da parcela de índice de vazios ter aumentado, houve uma melhora na resistência à penetração. Constata-se uma melhora até o teor de 10% de resíduo, vindo após, uma perda de resistência. Na Figura 9 apresenta a correlação entre o valor de CBR com a porcentagem de solo na mistura. Figura 9. Correlação entre o CBR e a porcentagem de solo na mistura. Conclui-se que o aumento de resíduo na mistura faz com que a resistência à penetração aumente na faixa compreendida de 80% a 90% de solo. Entretanto, ambas as misturas apresentam uma melhora da resistência em relação ao solo natural. 4.5 Compressão Confinada Para verificação da deformabilidade foi realizado o ensaio de compressão confinada. O ensaio seguiu-se de 8 estágios de carga, sendo que os valores das amostras de solo natural e misturas 1 e 2 estão apresentados conforme Figura 10 e Tabela 4. Figura 10. Curvas do ensaio de compressão confinada. XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 Tabela 4. Resultados obtidos no ensaio de compressão confinada. Misturas cv médio cm2/s Cr Cc Solo Natural 2,32E-01 0,08 0,24 Mistura 1 2,51E-01 0,06 0,23 Mistura 2 3,60E-01 0,14 0,26 Os valores elevados de cv correspondem à natureza arenosa do material, indicando que a compressão destes solos ocorre em um período de tempo relativamente curto, com rápida dissipação de poro-pressões e que as deformações cisalhantes nestes solos devem ocorrer de forma drenada. Abaixo está representada a Figura 11, que correlaciona os coeficientes de compressibilidade e recompressibilidade com a porcentagem de solo na mistura. Observa-se que a mistura 1 tem um coeficiente de compressão e recompressão menor em relação ao solo e a mistura 2, sendo desta forma, menos compressível. Figura 11. Correlação entre o coeficiente compressão e recompressão e a porcentagem de solo na mistura 4.6 Cisalhamento Direto O ensaio de cisalhamento direto fornece valores de coesão e ângulo de atrito, obtidos através da interpretação da envoltória de Mohr-Coulomb, que são parâmetros essenciais para os cálculos de estabilidade de taludes, fundações e outras obras de engenharia. Na sequência estão apresentadas as envoltórias de Mohr-Coulomb obtido nos ensaios (Figura 12). Figura 12. Envoltórias de Mohr-Coulomb. Os valores de ângulo de atrito e coesão estão relacionados na Tabela 5 para o solo natural e misturas 1 e 2. Tabela 5. Resultados obtidos no ensaio de cisalhamento direto. Misturas c (kN/m2) ϕ (°) Solo Natural 8,34 29,60 Mistura 1 10,69 39,20 Mistura 2 9,38 35,50 Através dos ensaios de cisalhamento direto foram obtidos parâmetros de coesão e ângulo de atrito. Os valores para ângulo de atrito foram 29,6°, 39,2° e 35,5° para o solo e misturas 1 e 2 respectivamente. A curva que correlaciona o ângulo de atrito com a porcentagem de solo na mistura está representada na Figura 13. Figura 13. Correlação entre o ângulo de atrito e a porcentagem de solo na mistura. XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 Observa-se que o ângulo de atrito aumenta gradativamente com a adição de resíduo na mistura, isto ocorre até um limite máximo, a partir do qual, diminui novamente. Ou seja, o resíduo auxilia na resistência ao cisalhamento, devido a transferência de esforços dos grãos do solo para as fibras. Quando os valores são correlacionados, constata-se que a mistura 1 apresenta o maior ângulo de atrito. Observa-se, ainda, que os maiores valores para ângulo de atrito se encontram na faixa de 80% a 90% de solo em relação ao resíduo na mistura. A Figura 14 apresentaa correlação entre os valores de ângulo de atrito obtidos no momento da ruptura com o índice de vazios de cada amostra ensaiada. Figura 14. Correlação entre o ângulo de atrito e o índice de vazios. Observa-se que a medida que se acrescenta resíduo, o material possui mais espaços vazios em seu interior, o que normalmente resultaria em uma perda na resistência. Porém, nesse caso, apesar do aumento no índice de vazios o solo aumentou a resistência, devido provavelmente à composição do resíduo, que absorve uma parcela de carga. A seguir, estão representadas as curvas que descrevem o comportamento do material enquanto resiste a força cisalhante (Figura 15), com isso é possível avaliar sua resistência após a ruptura. Figura 15. Curvas tensão cisalhante versus deformação horizontal do terceiro estágio de tensão normal. Acima temos as curvas do terceiro estágio de carregamento, onde é possível verificar um ponto de ruptura em 3,6% de deformação horizontal. A curva do solo apresenta um pico de ruptura, onde perde resistência à medida em que se aumenta a deformação horizontal. Para a mistura 1 nota-se que após o ponto de ruptura há um comportamento constante na resistência. Já a mistura 2 continua resistindo ao esforço mesmo após a ruptura. As misturas apresentam- se, em geral, crescentes com os deslocamentos horizontais, tendendo a atingir valores constantes com o aumento dos deslocamentos. Observa-se que, em relação aos resultados obtidos, que as misturas 1 e 2 não apresentaram queda na resistência ao longo das deformações, apresentando, em geral, rupturas plásticas, com mobilização crescente das tensões cisalhantes com os deslocamentos, tendendo a atingir valores constantes após certo nível de deslocamento. Verifica-se que a mistura 2 apresenta na curva tensão cisalhante (τ) versus deformação horizontal (dh), valores da tensão cisalhante sempre crescentes com os deslocamentos, nem sempre evidenciando o valor máximo alcançado com clareza. Sugere-se que a fibra presente no solo continua resistindo ao esforço cisalhante apesar de ocorrida a ruptura do material. 4.7 Permeabilidade O ensaio fornece o coeficiente de permeabilidade, que é uma propriedade que indica a maior ou menor facilidade da água XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 percolar através do solo. Na Tabela 6 estão apresentados os valores para o coeficiente de permeabilidade do solo natural e misturas 1 e 2. Tabela 6. Resultados obtidos no ensaio de permeabilidade. Misturas k (cm/s) Solo Natural 2,84E-06 Mistura 1 1,10E-05 Mistura 2 1,28E-05 A Figura 16 representada a seguir, apresenta uma correlação entre o coeficiente de permeabilidade (k) em e o índice de vazios (e), do solo e misturas 1 e 2. Sabe-se que o índice de vazios se relaciona com a permeabilidade devido a porosidade. Ou seja, quanto maior a porosidade do solo maior o seu índice de vazios e consequentemente mais permeável (não se aplicando esta regra para as argilas). Essa analogia é válida para solos de mesma granulometria. Neste caso, o solo e as misturas indicam esse comportamento, onde a mistura 2 que possui o maior índice de vazios é mais permeável que a mistura 1 e o solo respectivamente. Figura 16. Correlação entre o coeficiente de permeabilidade e o índice de vazios. 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS A influência do resíduo ao solo proporciona o desenvolvimento de um novo material geotécnico com características próprias, observado pela melhoria das propriedades mecânicas do novo material. Para este estudo foram obtidas as conclusões principais: a) O solo apresentou predominância arenosa. Quanto aos parâmetros de graduação, o solo apresentou comportamento desuniforme e indicou comportamento mal graduado. b) Verificou-se que o peso específico seco máximo diminui à medida que a porcentagem de resíduo aumenta, indicando uma menor sobrecarga à estrutura subjacente, no caso de ser utilizado como aterro sobre solos moles. c) Neste estudo as fibras presentes no resíduo melhoraram a resistência ao cisalhamento do solo, atuando como elementos que provocam uma especie de enfilagem dos grãos. Esta adição faz com que a fibra atue como um elemento de reforço, provocando um melhor entrosamento entre as particulas. Verificou- se que o melhor desempenho foi obtido pela mistura 1. A mistura 2 apresentou a maior compressibilidade. Outro parâmetro obtido foi o coeficiente de adensamento (cv), os valores elevados de cv correspondem à natureza arenosa do material, e indicam que a compressão ocorre em um curto período de tempo. d) O acréscimo de resíduo na mistura aumentou a porosidade, e com isso, aumentou a velocidade de percolação da água no solo. O solo e misturas 1 e 2 se enquadram no comportamento para areias finas e argilosas. Devido as características do resíduo, o emprego desse material torna- se interessante em aplicações como material drenante, aterros leves e reforço de solos. e) Conclui-se que o acréscimo de resíduo diminui a expansão. Os valores baixos de expansão podem ser explicados pelo solo utilizado, pois solos residuais com níveis de laterização apresentam esse comportamento. XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 AGRADECIMENTOS Agradecemos aos nossos pais, professores, amigos, colegas, e aos profissionais que contribuíram para a realização deste estudo. REFERÊNCIAS Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6457: Amostras de solo: Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, 2016. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6459: Solo: Determinação do limite de liquidez: método de ensaio. Rio de Janeiro, 2016. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6508: Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm: Determinação da massa específica dos grãos. Rio de Janeiro, 1984. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7180: Solo: Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 2016. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7181: Análise Granulométrica. Rio de Janeiro, 2016. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7182: Solo: Ensaio de compactação. Rio de Janeiro, 2016. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 9895: Solo: Índice de suporte Califórnia: método de ensaio. Rio de Janeiro, 1987. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12007: Solo: Ensaio de adensamento unidimensional. Rio de Janeiro, 1990. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14545: Solo: Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga variável. Rio de Janeiro, 2000. ASTM - American Society for Testing and Materials. D3080: Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions. PA, USA, 2011. Casagrande, M.D.T. Estudo do comportamento de um solo reforçado com fibras de polipropileno visando o uso como base de fundações superficiais. 2001, 95p. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2001.Cruz, Paulo Teixeira da. Propriedades de Engenharia de Solos Residuais Compactados da Região Centro – Sul do Brasil. São Paulo. 1967. May, Daniela; Silva, Franciély Espindola. Caracterização Geotécnica de um Solo Residual de Granito Compactado com Incorporação de Resíduos Sólidos. TCC – UNISUL. Palhoça. 2016. Vargas, M. Characterization, Identification and Classification of Tropical Soils. Proc. Second International Conference on Geomechanics in Tropicals Soils. Singapore. 1988.
Compartilhar