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Artigo submetido ao Curso de Engenharia Civil da UNESC como requisito parcial para obtenção do Título de Engenheiro Civil

ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS ARGILOSO COM RESIDUOS DE RETIFICAÇÃO CERÂMICA E CAL PARA UTILIZAÇÃO EM PAVIMENTOS Winie Canto Antonio (1), Pedro Arns (2), Ingrid Milena Reyes Martinez Belchior (3); UNESC – Universidade do Extremo Sul Catarinense (1) [email protected], (2) [email protected], (3) [email protected]

RESUMO Todos os dias novas tecnologias são descobertas e estudadas no mundo, o mesmo acontece na engenharia, e consequentemente na pavimentação, onde ocorrem diariamente a exploração de jazidas e reservas minerais em busca de produtos que possam satisfazer as necessidades das construções. Os resíduos gerados nas industrias cerâmicas podem ser uma saída viável a sustentabilidade, com a reutilização dos mesmos na pavimentação, gerando lucro as empresas e também a diminuição do descarte destes produtos em aterros. O presente trabalho tem por finalidade estudar a viabilidade de estabilização de um solo de formação palermo com adição de cal e resíduo de retificação cerâmica (RRC), determinados a partir de estudos de caracterização mecânica por meio de ensaios de compactação na energia Proctor Normal e Índice de Suporte Califórnia (ISC). Para efeito deste estudo foram feitas misturas com 10%, 20%, 30%, 40% e 50% de resíduo com 1% de cal e subsequentemente, com os resultados destes primeiros, misturas com 40% e 50% de resíduo e 5% de cal e também a caracterização de solo/cal para comparativo dos efeitos na ausência do RRC. Analisando os resultados pode-se comparar os aspectos do solo em condição natural, que muito se assemelham na adição de resíduo. Quando o resíduo e cal foram adicionados não obtivemos mudanças muito expressivas no comportamento, sem ações extraordinárias, mesmo em termos de expansão, que quando necessário, foi ajustada com o aditivo cal, sendo assim considerado em certas proporções uma mistura ideal para uso em camadas de pavimentos, excepcionalmente em sub-bases, subleitos e reforço de subleitos.

Palavras-chave:

Estabilização.

Solos.

Resíduo

de

Retificação

Cerâmica.

Pavimentação.

1. INTRODUÇÃO O descarte de resíduos sólidos é um problema de grande relevância para a indústria cerâmica. De acordo com Jacoby e Pelisser (2015), estima-se que a indústria cerâmica do sul do Estado de Santa Catarina gera 1.000 toneladas por semana de

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resíduos sólidos. O mercado nacional de revestimentos cerâmicos é constituído por 93 empresas instaladas em 18 estados, tendo sua maior concentração nas regiões Sudeste e Sul. No estado Catarinense, a cidade de Criciúma é destaque no ramo cerâmico, temos aqui as maiores empresas cerâmicas do Brasil, que por sua vez, devem se adequar as leis do descarte correto de resíduos (DALFRÉ, 2012). Novos usos podem ser dados aos resíduos de retificação cerâmica (RRC), que geram elevadas quantidades de lama residual, e requerem disposição em aterros controlados (RAMOS, 2017). Dentre desses usos, este estudo propõe a utilização do resíduo de retificação cerâmica (RRC), como material geotécnico, para estabilização de solos destinados a subcamadas de pavimentos, pois o Brasil encontra dificuldades no desenvolvimento de infraestrutura de rodovias devido à escassez de materiais de boa qualidade geotécnica. Segundo a Pesquisa da Confederação Nacional do Transporte (CNT) de Rodovias (2016), estima-se que, em média, apenas 12,3% das rodovias brasileiras sejam pavimentadas, deixando explícito que a expansão da infraestrutura não acompanha o aumento do fluxo de veículos. Novos materiais geotécnicos derivados de diferentes resíduos industriais, como é o caso do RRC, podem precisar de adições de materiais cimentantes (como cal ou cimento), que os auxiliem para atingir as propriedades mecânicas necessárias para serem usados como materiais geotécnicos. Silva (2010) diz que a cal tem se mostrado bastante eficaz, ecológica e economicamente, na medida em que permite o aproveitamento dos solos existentes no local de implementação da obra, sem precisar substitui-lo, evitando despesas adicionais e impactos ambientais. Para a estabilização de solos, a cal mostra demasiada utilidade, principalmente por sua granulometria fina, que influencia na velocidade de hidratação, deixando a mistura mais homogênea. Estes fatores fazem com que, na estabilização com aditivos, a cal venha a ser um importante fator na mistura, conferindo mais estabilidade e resistência na implantação. Devido a estas características, a cal pode ser adicionada em misturas de solo estabilizado, como neste com RRC, a fim de atingir as propriedades mecânicas mínimas exigidas para materiais de subcamadas de pavimentos. Desta maneira, o presente estudo visa avaliar a possibilidade de estabilizar um solo argiloso de má qualidade com a inserção de resíduos de retificação cerâmica (RRC) e cal, como produto cimentante. Através de testes mecânicos e de caracterização, serão analisadas as características de resistência e deformação do novo material, solo, obtido com adição por misturas de RRC/solo/cal. UNESC- Universidade do Extremo Sul Catarinense – 2018/02

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Avaliar, através de ensaios mecânicos, a possibilidade de estabilizar o solo argiloso de formação Palermo com adições de resíduo de retificação cerâmica (RRC) e cal em diferentes dosagens, para uso em subcamadas de pavimentos flexíveis.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Para a consecução do objetivo geral, os seguintes objetivos específicos foram propostos: ● Determinar as características físicas do solo em sua condição natural; ● Determinar

as

características

físicas

de

diferentes

misturas

de

RRC/solo/cal; ● Determinar a umidade ótima de compactação e a densidade máxima seca da mistura de RRC/solo/cal; ● Determinar o Índice de Suporte Califórnia (ISC) para as misturas estudadas, no teor de umidade ótima e sua correspondente expansão. 3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 MATERIAIS

Os materiais que foram utilizados neste estudo são: solo de formação palermo, cal e resíduo de retificação cerâmica.

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Figura 1- Solo palermo

Figura 2- Cal

Figura 3- RRC

O solo argiloso de formação palermo foi retirado do Parque Científico e Tecnológico (IPARQUE), da Universidade do Extremo Sul Catarinense (UNESC). Segundo a Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) Palermo é “um solo formado por siltitos arenosos, siltitos e folhelhos sílticos.”. As características físicas do solo argiloso de formação Palermo são mostradas na tabela 01.

Tabela 01- Características físicas do solo natural Características

Resultados

Limite de liquidez

60%

Limite de plasticidade

37%

Índice de plasticidade

23%

Índice de grupo

18

TRB

A7-5

Foi utilizada cal do tipo virgem calcítica – Cal hidratada CH-III da marca Cerro Branco, composta por hidróxidos de cálcio e magnésio e tem suas indicações principais descritas na tabela 02, conforme NBR 7175:2003:

Tabela 02- Propriedades da Cal UNESC- Universidade do Extremo Sul Catarinense – 2018/02

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Propriedades químicas e físicas da cal hidratada Óxidos totais (base não volátil)

≥88%

Óxidos totais não hidratados

≤15% Fábrica

≤13%

CO2

Depósito ou na obra

≤15%

Retido em peneira #30 (0,600mm)

≤0,5%

Retido em peneira #200 (0,075mm)

≤15%

Retenção de água

≥70%

Incorporação de areia

≥2,2%

Estabilidade

Ausente de cavidades ou protuberâncias

Plasticidade

≥110%

Fonte: http://www.cerrobranco.com.br/wp-content/uploads/2016/03/FTP-201-Cal-Hidratada-CH-IIIv03.pdf

O resíduo de retificação cerâmica (RRC) foi cedido pela empresa Poligress, situada na cidade de Maracajá – SC. O RRC é produto de peças cerâmicas que depois de prontas e queimadas, passam entre rolos diamantados para garantir maior precisão nas suas dimensões. Desta forma o RRC está constituído por uma mistura de água, material cerâmico e esmalte, que geram uma pasta chamada “lodo de acabamento”. Segundo Carvalho (2013) o lodo de acabamento é desidratado e descartado direto em aterros classe II-a.

3.2 MÉTODOS

O solo utilizado foi caracterizado, em sua forma natural e com adições de RRC e cal. Após a classificação foram realizados os ensaios de compactação para determinar a umidade ótima e a densidade máxima de compactação. Conhecidos estes parâmetros, foram preparadas amostras para realizar o ensaio CBR e para determinar a expansão das misturas RRC/solo/cal. Na tabela 03 encontram-se resumidas as normas utilizadas no desenvolvimento do programa experimental. UNESC- Universidade do Extremo Sul Catarinense – 2018/02

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Tabela 03- Normas ABNT para realização dos ensaios Título da norma

Código da norma

Solo – Índice de Suporte Califórnia

NBR 9895/2016

Ensaio de compactação

NBR 7182/2016

As misturas que foram utilizadas neste estudo e suas respectivas nomenclaturas estão descritas na tabela 04.

Tabela 04- Nomenclatura e composição das misturas. Nomenclatura da mistura

RRC (%)

Solo (%)

Cal (%)

RRC10/S89/C1

10

89

1

RRC20/S79/C1

20

79

1

RRC30/S69/C1

30

69

1

RRC40/S59/C1

40

59

1

RRC50/S49/C1

50

49

1

S99/C1

0

99

1

RRC40/S55/C5

40

55

5

RRC50/S45/C5

50

45

5

S95/C5

0

95

5

S100

0

100

0

100

0

0

RRC100

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4.

RESULTADOS E ANÁLISES

A análise dos resultados obtidos com os ensaios deste trabalho, baseado nas diferentes dosagens de RRC/solo/cal, demonstra por diversas vezes o potencial positivo e a exequibilidade do uso do resíduo de retificação cerâmica como produto para pavimentação. Em todas as misturas de RRC/colo/cal na proporção de 1% de cal, verificou-se um aumento constante no ISC a medida que se adiciona resíduo, contudo em nenhuma delas, com exceção da amostra com 50% de RRC, a expansão ficou abaixo de 2%. Mesmo o solo em seu estado natural teve expansão acima de 2% com adição de 1% de cal. O solo natural, nos ensaios mecânicos, foi um dos que apresentou os piores resultados em relação a expansão e ISC. Contudo, quando acrescido de 5% de cal, que é uma das misturas mais comum no processo de estabilização com cal, segundo o Manual de Pavimentação, do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), e 40% e 50% de resíduo, obteve resultados expressivos tanto para ISC quanto para expansão. Pelos ensaios constantes na tabela 05, observou-se que a mistura RRC40/S55/C5 cujo resultado do ISC foi de 33,9% e com expansão de 0,36%, qualificando, assim, o material para uso em sub-bases, sendo esta a única mistura que atendeu aos parâmetros para tal uso. Já a mistura RRC50/S45/C5 cujo valor de ISC foi de 19,2% e expansão 0,46% serve como material de reforço de subleito ou mesmo subleito, de acordo com o estabelecido no Manual do DNIT.

Tabela 05- Resultados dos ensaios ISC e compactação Cal (%)

RRC (%)

Solo (%)

Densidade Máxima Seca (DMS) (g/cm3)

0

0 0 10 20 30 40 50 100

100 99 89 79 69 59 49 0

1,34 1,31 1,32 1,35 1,36 1,34 1,38 1,33

1

Umidade Ótima de compactação (%) 27,7 33,3 25,5 27,8 29,3 31,2 30,8 32,5

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ISC (%) 5,2 3,0 3,7 5,9 6,2 6,3 7,8 2,9

Expansão (%) 3,70 2,41 3,81 2,98 2,16 2,14 1,51 4,15

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5

0 40 50 100

95 55 45 0

1,32 1,36 1,34 1,33

33,2 29,1 32,7 32,5

9,1 33,9 19,2 2,9

0,50 0,36 0,46 4,15

Na tabela 06 encontram-se os valores de referência mínimos e máximos, de acordo com o Manual de Pavimentação (2006), de expansão e ISC para uso em camadas de pavimentos flexíveis.

Tabela 06- Parâmetros de pavimentos Tipo

ISC

Expansão

Subleito

≥ 2%

≤ 2%

Reforço do Subleito

Maior que do subleito

≤ 1%

Sub-base

≥ 20%

≤ 1%

Base

≥ 80%

≤ 0,5%

Um gráfico com as densidades máximas secas versus a quantidade de resíduo de retificação cerâmica empregados com 1% de cal, compactados na energia Proctor Normal, demonstra a maior DMS encontrada na mistura RRC50/S49/C1 com 1,38 g/cm³ e a menor em S99/C1 com 1,31 g/cm³ que é uma das mistura sem resíduo, mostrando que a adição do RRC influenciou no aumento da DMS nas misturas; já a amostra contendo resíduo e com menor densidade máxima seca foi em RRC10/S89/C1, que também é mistura que menos teve percentagem de resíduo. O gráfico mostra um crescimento na DMS a partir do início do acréscimo de resíduo, mantendo-se constante ate a mistura com 30% de resíduo, então há uma queda com 40% de resíduo e logo após há novo incremento em 50% de resíduo seguido de um decréscimo da DMS na mistura com totalidade de resíduo. A médias de densidade máxima seca está em 1,34g/cm³. Vide gráfico 01.

Gráfico 01 – Densidades máximas secas em misturas com 1% em cal.

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Verificando os resultados de umidade ótima de compactação para amostras de solo com 1% de cal e diferentes porcentagens de RRC compactados na energia Proctor normal, percebe-se o aumento constante dos valores em porcentagem com um ponto fora da curva, sendo este com 50% da mistura composta por resíduo. As combinações com parte em resíduo, seguem uma média na umidade de 28,92%. A maior umidade está em S95/C1 com 33,3%. Gráfico 02 – Umidade ótima de compactação em misturas com 1% em cal.

. Os valores de ISC e expansão, nas amostras com 1% de cal, demonstram, vide gráfico, uma não padronização, tendo ápices em pontos distintos; o maior valor do índice de suporte Califórnia tem seu ápice na mistura com 50% de resíduo

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e menor valor com percentagem nula de resíduo, bem parecido em números com a composição totalmente concebida do resíduo de retificação cerâmica.

Gráfico 03- Índice de Suporte Califórnia (ISC) e Expansão para amostras de solo com 1% de cal e diferentes porcentagens de RRC. Compactação na energia Proctor Normal.

Encontra-se o pico de expansão, para misturas em 1% de cal, em RRC100, com seus 4,15% de expansão, porém em misturas com solo e cal , a mistura mais expansiva é com 10% de resíduo, que chega a expansão de 3,81%, após esta mistura as próximas tendem a diminuir sua expansão a medida que se aumenta a quantidade de resíduo. No gráfico 04, podemos ver as misturas com 40% e 50% de resíduo e 1% e 5% de cal, sendo mostradas de acordo com os limites mínimos ISC, para melhor visualizar quais se adequariam a cada tipo de camada de pavimento.

Gráfico 04- Índice de Suporte Califórnia (ISC) para amostras de solo com 1% e 5% de cal e diferentes porcentagens de RRC. Compactação na energia Proctor Normal.

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O gráfico mostra que a mistura RRC40/S55/C5 proveniente do grupo com 5% de cal pode ser empregadas tanto em subleito quanto em sub-bases se observados os valores de expansão e ISC, já a mistura RRC50/S45/C5 apenas não atingiu o valor desejado no ensaio ISC, excluindo-a para uso em sub-bases, porém pode ser utilizada como reforço de subleitos ou subleitos; já nas misturas com 1% de cal, uma delas estaria apta ao uso em reforços ou mesmo para subleitos, que seria a mistura RRC50/S49/C1, e as demais não atingem os valores esperados de expansão.

Gráfico 05- Expansão para amostras de solo com 1% e 5% de cal e diferentes porcentagens de RRC. Compactação na energia Proctor Normal.

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Nenhuma das misturas pesquisadas e ensaiadas, obtiveram valores para que se enquadrassem a estabilização do solo como material de base.

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5. CONCLUSÕES

A partir da análise e discussão dos resultados dos ensaios experimentais (índice de suporte Califórnia e compactação) e das variáveis encontradas a partir de cada mistura, com 1% e 5% de cal, como as mudanças na relação RRC/solo/cal, conclui-se que:  O solo natural e as misturas com 1% de cal, com exceção de RRC50/S49/C1, não resultaram em valores que enquadrassem o solo estabilizado nem como subleito.  A mistura RRC50/S49/C1, foi a única no grupo 1% de cal, cujos resultados permitiriam seu uso como subleito.  No subgrupo com 5% de cal, podemos classificar a mistura RRC40/S55/C5 como apta para uso em sub-bases.  A mistura RRC50/S45/C5 confere as condições de expansão e ISC necessárias para uso em subleitos e reforço de subleito na pavimentação  Após a adição de cal, os índices de expansão das misturas tenderam a diminuir, melhorando-as, como esperado.  Os ensaios de compactação, em mesclas com 1% de cal, apontaram, como esperado, um aumento regular nos rols de umidade ótima de compactação e densidade máxima seca nas porções de acordo com o aumento da porcentagem de resíduos; ocorre uma evasiva destes pontos na amostra RRC40/S59/C1, que pode ser atrelada a erro nos ensaios, ou mesmo divergência natural no ponto.  O aumento dos valores de ISC tiveram, em misturas com 5% de cal, seu aumento efetivamente eficaz ate a adição de% de resíduo de retificação cerâmica, após essa porcentagem os valores decaíram. O aproveitamento dos resíduos se mostrou bastante eficaz, podendo ter sua destinação diferente da qual costuma ter, em aterros sanitários, com altos valores de serviço, sendo assim destinada a usos sustentáveis, uma vez que com o uso do resíduo, além da sustentabilidade empregada no processo, diminui-se a exploração de novas jazidas em busca de matéria prima e consequentemente os custos para as empresas que assim o fizerem.

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Os efeitos decorrentes da avaliação destes ensaios podem ser comparados as características do solo natural, pois o resíduo em questão não tem função de aditivo e sim para ser substituto a alguma parte na totalidade do solo, para estabilização do mesmo; já a cal imprime característica de aditivo, que resultou na melhora da expansão que foi em partes prejudicada com a adição do resíduo, porém este não é o produto do estudo.

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6. REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRAS DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16097: Solo — Determinação do teor de umidade — Métodos expeditos de ensaio. Rio de Janeiro, 2012. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRAS DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6457: Amostras de solo - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, 2016. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRAS 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. Rio de Janeiro, 2016. BRANCO, Cerro. Ficha técnica de produto. Disponível . Acesso em: 16 jun. 2018.

em:

CNT. Brasil tem apenas 12,3% da malha rodoviária com pavimento. 2016. Disponível em: < http://www.cnt.org.br/Imprensa/noticia/brasil-tem-apenas-12-damalha-rodoviaria-com-pavimento>. Acesso em: 22 mar. 2018. DALFRÉ, Roberta Ribeiro. Gerenciamento de resíduos sólidos em indústria de cerâmica: estudo de caso. 2012. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA ESTRUTURA DE TRANSPORTES. Manual de Pavimentação. 3ª edição. Rio de Janeiro, 2006. JACOBY Pablo Cardoso; PELLISSER Fernando. Pozzolanic effect of porcelain polishing residue in Portland cement. Journal of Cleaner Production, v. 100, p84-88, 2015. POTTER, Reinaldo O. et al. Solos do Estado de Santa Catarina. Embrapa Solos – Boletim de Pesquisa de Desenvolvimento (INFOTECA-E), 2004. RAMOS, Giovani Antonio, et al. Cimento geopolimérico contendo resíduo do polimento de placas cerâmicas. 2017. SILVA, Mariana Fernandes da. Estudo comparativo de dois solos argilosos estabilizados com cal. 2010. Tese de Doutorado. Faculdade de Ciências de Tecnologia.

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