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4 Apresentação e discussão dos resultados
4.1 Ensaios de caracterização física 4.1.1 Solo argiloso 4.1.1.1 Densidade real dos grãos (Gs)
O valor da densidade real dos grãos para o solo argiloso foi obtido através
da média aritmética de quatro determinações, sendo 2,72.
A Tabela 4.1 apresenta a síntese de todos os trabalhos realizados com o
solo do Campo Experimental II. Nela se pode observar que os valores de Gs
obtidos para amostras retiradas a diferentes profundidades encontram-se na
mesma ordem de grandeza do valor obtido na presente pesquisa.
4.1.1.2 Análise granulométrica
Os resultados do ensaio de análise granulométrica do solo argiloso são
apresentados na Tabela 4.1, juntamente com os dados obtidos de pesquisas
anteriores com este mesmo solo. A curva granulométrica do solo argiloso é
apresentada na Figura 4.1.
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Tabela 4.1: Pesquisas realizadas com o solo do Campo Experimental da PUC-Rio.
Autor Prof. (m) Gs Ped.+areia
(%)
Silte
(%)
Argila
(%) LL LP IP SUCS
Sertã (1986)
1,00-1,45
2,00-2,45
3,00-3,45
2,75
2,73
2,74
26,25
28,13
45,63
73,75
71,87
54,37
71
75
72
35
49
45
36
26
27
MH
MH
MH
Marinho (1986) 3,60 2,75 35,00 3,00 62,00 65 38 27 MH
Lins (1991) 2,00-2,40
3,00-3,40
2,74
2,74
34,00
34,00
4,00
4,00
62,00
62,00
78
73
32
34
46
39
MH
MH
Daylac (1994) 3,00
6,00
2,77
2,76
24,00
31,00
5,00
6,00
71,00
63,00
70
82
30
43
40
39
MH
MH
Beneveli (2002) 1,50 2,76 33,00 9,00 59,00 56 31 25 CH
Soares (2005) 1,00 2,74 41,00 5,50 53,50 54 28 26 CH
Ramirez (2012)
e Meliande
(2014)
2,00 2,72 36,40 10,80 52,70 53 39 14 CH
Figura 4.1: Curva granulométrica do solo argiloso.
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4.1.1.3 Limites de Atterberg
Foram obtidos os valores de 53% e 39% para os limites de liquidez e
plasticidade, respectivamente, resultando em um índice de plasticidade de 14%.
De acordo com o Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS),
normatizado pela ASTM D 2487 (1983), o solo em estudo é classificado como
CH, correspondendo a uma argila arenosa de média plasticidade. Na Tabela 4.1,
constam os valores dos limites de Atterberg obtidos a outras profundidades.
4.1.2 Areia 4.1.2.1 Índices físicos
Este material caracteriza-se por uma areia média, limpa e de granulometria
uniforme. Durante a caracterização do material, não foi observada a presença de
matéria orgânica. A Tabela 4.2 apresenta os índices físicos deste solo.
Tabela 4.2: Índices físicos da areia.
Índices Físicos Areia
Densidade real dos grãos (Gs) 2,65
Coeficiente de uniformidade (Cu) 1,9
Coeficiente de curvatura (Cc) 1,0
Diâmetro efetivo (D10) 0,33 mm
Diâmetro médio (D50) 0,58 mm
Índice de vazios (emín) 0,51
Índice de vazios (emáx) 0,74
4.1.2.2 Análise granulométrica
Na Figura 4.2, é apresentada a curva granulométrica obtida para a areia.
Com base no sistema SUCS, as areias com menos de 5% de finos, apresentando
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Cu < 6 e 1 < Cc < 3, como o material em questão, são classificadas como SP.
Dessa maneira, trata-se de uma areia mal graduada.
Figura 4.2: Curva granulométrica da areia.
4.1.3 Cinza volante e misturas 4.1.3.1 Densidade real dos grãos
A Tabela 4.3 mostra o resumo dos resultados de densidade real dos grãos
de todos os materiais.
Tabela 4.3: Densidade real dos grãos das misturas. Material/Mistura Densidade real dos grãos
A 2,65 CV 2,147
A85/CV12/C3 2,620 A70/CV27/C3 2,583 A60/CV37/C3 2,490
A85/CV15 2,613 A70/CV30 2,459 A60/CV40 2,472
S 2,720 S85/CV12/C3 2,665 S70/CV27/C3 2,587
S85/CV15 2,651 S70/CV30 2,566
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As Figuras 4.3 e 4.4 mostram a variação da densidade real dos grãos com
relação aos teores de cinza utilizados para as misturas com os solos arenoso e
argiloso. Pode-se observar uma redução da densidade real dos grãos com o
aumento dos teores da cinza volante. Na presença do solo argiloso, essa redução é
mais significativa.
Figura 4.3: Variação da densidade real dos grãos com o teor de cinza de volante para a areia.
Figura 4.4: Variação da densidade real dos grãos com o teor de cinza de volante para o solo argiloso.
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Lopes (2011) encontrou o valor de densidade real dos grãos de 2,105 para
a cinza volante, oriunda da mesma usina termelétrica. De acordo com Ubaldo
(2005), o valor encontrado foi de 2,090 para a cinza volante. Já os resultados de
Mendonça (2004), também com a mesma cinza, porém coletada em outra época,
apontaram o valor de 2,092 para cinza volante. Ainda que os valores obtidos por
estes dois autores sejam bem parecidos, a ligeira diferença entre eles já demonstra
a influência da variabilidade da qualidade e das propriedades da cinza sobre os
resultados, devido a fatores como a composição química do carvão.
4.1.3.2 Análise granulométrica
A Figura 4.5 apresenta as curvas granulométricas da areia e da cinza
volante; a Figura 4.6 mostra as curvas das misturas com areia e 15%, 30% e 40%
de cinza volante.
As curvas do solo argiloso e da cinza volante estão presentes na Figura
4.7, e por fim, as curvas das misturas com solo argiloso e 15% e 30% de cinza
volante são apresentadas na Figura 4.8, para fins comparativos.
Figura 4.5: Curvas granulométricas da areia e da cinza volante.
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Figura 4.6: Curvas granulométricas da areia, da cinza volante e das suas misturas.
Figura 4.7: Curvas granulométricas do solo argiloso e da cinza volante.
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Figura 4.8: Curvas granulométricas do solo argiloso, da cinza volante e das suas misturas.
Através das figuras, pode-se observar que a cinza volante apresenta
elevado teor de finos em sua composição, o que corresponde à granulometria silte,
além de uma fração de areia de granulometria fina.
Quanto à granulometria das misturas com areia, pode-se dizer que ela se
torna intermediária às granulometrias dos materiais puros, e apresenta maior
presença de finos do que o solo puro, o que se deve à granulometria da própria
cinza. À medida que aumenta o teor de cinza nas misturas, a fração silte torna-se
mais evidente, com a subsequente redução do teor de areia média.
Da mesma forma, com relação à granulometria das misturas com solo
argiloso, também se observa que as misturas adquirem uma granulometria
intermediária às do solo puro e da cinza, sendo que na mistura com maior teor de
cinza (S70/CV30), a presença da fração silte é mais representativa, e o teor de
argila tende a reduzir-se.
Os resultados da análise granulométrica de todos os materiais são
apresentados na Tabela 4.4, em porcentual.
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Tabela 4.4: Resultados em percentual da análise granulométrica dos materiais.
Material/Mistura Argila
(%)
Silte
(%)
Areia Pedregulho
(%) Fina
(%)
Média
(%)
Grossa
(%)
A - - - 70 30 -
CV 5,69 82,17 10,82 1,32 0 0
A85/CV15 2,50 15,50 2,90 68 11,10 0
A70/CV30 3,80 30,50 10,30 46,30 9,10 0
A60/CV40 4,10 45,10 18,40 25,10 7,30 0
S 52,70 10,80 36,40
S85/CV15 47,3 24,1 11,3 10,7 6,1 0,5
S70/CV30 31,9 40,6 14,6 7,6 4,7 0,6
Na Tabela 4.5, são apresentados os resultados da distribuição
granulométrica da cinza volante obtidos pelos autores Ubaldo (2005) e Mendonça
(2004), onde se pode observar que foi mantida a mesma proporção de materiais,
embora com um menor teor de silte em relação ao obtido no presente trabalho,
devido a fatores como a composição química do carvão.
Tabela 4.5: Dados da distribuição granulométrica da cinza volante obtidos em estudos anteriores.
Areia Pedregulho
Tipo de cinza Argila
(%) Silte (%)
Fina (%)
Média (%)
Grossa (%) Fino (%)
Médio (%)
CV (Ubaldo, 2005) 8 60 29 3 - - - CV (Mendonça,
2004) 2 67 27 4 - - -
CV (Meliande, 2014)
5,69 82,17 10,82 1,32 - - -
4.1.3.3 Limites de Atterberg
Em virtude de a cinza volante apresentar uma granulometria com alto teor
de material granular, sendo isenta de características plásticas, não foi possível
determinar os limites de Atterberg dela, tampouco das misturas com areia.
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Ressalta-se que Ubaldo (2005) também a classificou como materiais não
plásticos.
4.1.3.4 Classificação SUCS
Primeiramente, convém dizer que não é muito apropriado utilizar esta
classificação para cinzas ou misturas, tendo em vista que elas fogem do espaço de
abrangência para o qual a classificação foi proposta, entretanto, para efeitos de
comparação, ela foi então aplicada para a cinza volante e as misturas utilizadas
nesta pesquisa.
Pelo fato de a cinza volante apresentar alto teor de silte, ela é classificada
de acordo com o Sistema SUCS como silte de baixa plasticidade (ML). Vale
destacar que Rohde et al (2006) encontrou esta mesma classificação para esta
cinza, que é a classificação típica das cinzas volantes de usinas termelétricas do
sul do Brasil.
Para as misturas com areia, a classificação enquadrou-se no grupo SM
(areia siltosa).
4.2 Ensaios de caracterização química e ambiental
4.2.1 Composição química
Duarte (2004 apud Soares, 2005) realizou análises químicas de capacidade
de troca catiônica (CTC) e de ataque sulfúrico do solo argiloso. A Tabela 4.6
apresenta os resultados da composição química do solo argiloso.
Sertã (1986) realizou a análise química total do solo argiloso, expressa em
porcentagem, na Tabela 4.7.
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Tabela 4.6: Análises químicas de capacidade de troca catiônica (CTC) e de ataque sulfúrico do solo argiloso (Duarte, 2004 apud Soares, 2005).
Complexo sortivo (meq/100g)
Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Al3+ H+ CTC
0,00 0,4 0,11 0,15 1,3 3,3 5,3
Ataque por H2SO4 (1:1) – NaOH (0,8%) g/kg pH (1:2,5)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 KI Kr Água KCl
170 204 103 11,1 1,49 1,13 4,3 4,0
Tabela 4.7: Análise química total do solo argiloso, expressa em porcentagem (Sertã, 1986).
SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 TiO2 K2O Na2O
55,4 22,0 <0,05 <0,10 11,0 1,30 0,11 0,01
Os resultados revelam uma grande quantidade de Al2O3 e Fe2O3 encontrada
no solo, indicando que este sofreu um processo de laterização. Já a pequena
quantidade de CaO, MgO, K2O e Na2O encontrada sugere tratar-se de um material
altamente intemperizado, devido à lixiviação intensa dos álcalis. A presença de
cátions trocáveis deste solo revela ser ele um material de baixa atividade. Por fim,
os valores de pH indicam que o solo é ácido.
Os resultados do ensaio de composição química da cinza volante foram
coletados de Lopes (2011), que utilizou em sua pesquisa o mesmo material,
oriundo da mesma usina termelétrica. Os ensaios de composição química das
misturas foram realizados no laboratório do Departamento de Engenharia
Química da PUC-Rio. Para as misturas contendo areia, somente foram realizados
ensaios químicos para as misturas com a presença de cal, com a finalidade de
avaliar a ocorrência de reações entre a cinza e a cal. Além disso, levando-se em
conta o baixo teor de cal utilizado (3%), supõe-se que a composição das misturas
sem cal será bem similar à das misturas com cal. A fim de analisar a influência da
cura sobre a composição química das misturas, também foram ensaiadas as
misturas submetidas a 30 dias de cura. A Tabela 4.8 mostra os resultados da
composição química da cinza volante e das misturas com areia, expressos em
termos dos elementos químicos. Com relação às misturas com solo argiloso,
foram ensaiadas as misturas com cal e sem cal. Os resultados obtidos para as
misturas com solo argiloso estão presentes na Tabela 4.9.
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Tabela 4.8: Elementos químicos presentes na cinza volante (Lopes, 2011) e nas misturas com areia.
Parâmetros
Material
CV A85CV12C3 A85CV12C3
(30d) A70CV27C3
A70CV27C3
(30d) A60CV37C3
A60CV37C3
(30d)
Silício 36,289 68,439 73,052 48,463 59,624 47,704 59,599
Alumínio 22,382 14,346 11,585 28,246 20,642 29,574 21,486
Ferro 16,680 2,444 2,208 4,744 3,812 5,432 4,378
Cálcio 5,684 9,284 8,216 9,219 7,862 7,947 6,546
Potássio 12,087 3,673 3,277 6,524 5,677 6,757 5,942
Titânio 3,515 0,679 0,572 1,295 1,055 1,462 1,117
Vanádio 0,297 0,104 0,124 0,203 0,158 0,142 0,119
Manganês 0,228 - - - 0,074 0,075 -
Zircônio 0,543 0,075 0,078 0,089 0,096 0,121 0,115
Enxofre 1,817 0,817 0,311 0,917 0,878 0,664 0,490
Estrôncio 0,127 - - 0,023 0,030 0,028 0,032
Zinco 0,252 0,051 0,102 0,045 0,057 0,060 0,076
Ítrio 0,100 - - 0,025 - 0,034 0,025
Rubídio - - - - 0,035 - -
Tabela 4.9: Elementos químicos presentes nas misturas com solo argiloso.
Parâmetros Material
S85CV15 S85CV12C3 S70CV30 S70CV27C3
Silício 42,929 41,825 45,059 42,856
Alumínio 35,729 34,363 34,852 33,697
Ferro 15,710 16,131 13,744 13,948
Cálcio 0,840 3,251 1,156 4,128
Potássio 2,164 1,535 2,911 2,814
Titânio 1,700 1,725 1,675 1,832
Vanádio 0,095 0,230 0,096 0,107
Manganês 0,083 0,087 0,084 -
Zircônio 0,113 0,108 0,103 0,152
Enxofre 0,600 0,639 0,286 0,276
Zinco 0,037 0,038 0,034 0,037
Sabe-se que os principais componentes da cinza são o silício, alumínio e
ferro. Analisando a Tabela 4.8, conclui-se que, nas misturas com areia, apenas foi
mantida a representatividade dos elementos silício e alumínio, sendo que as
concentrações de cálcio e potássio foram mais representativas do que os teores de
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ferro. Já nas misturas com solo argiloso, a representatividade de todos estes
elementos foi mantida, o que sugere que eles estejam presentes em grande
quantidade no solo utilizado, como consta na Tabela 4.9. Vale ressaltar que a
quantidade de cálcio presente na cinza volante significa que o teor de óxido de
cálcio presente está em torno de 2%, sendo, portanto inferior a 10%, ou seja,
insuficiente para a ocorrência de reações entre a cinza e o solo.
Quanto à análise das misturas submetidas ao processo de cura, foi apenas
observado um aumento das concentrações de silício, o que já indica a ocorrência
de reações pozolânicas da cinza, potencializadas pela adição de cal.
Vale ressaltar que Mendonça (2004) também realizou ensaios químicos
das cinzas volante e de fundo provenientes da mesma usina termelétrica, sendo os
resultados apresentados na Tabela 4.10, onde se pode notar uma concentração de
ferro menor e um teor de silício maior do que os resultados obtidos por Lopes
(2011).
Tabela 4.10: Composição química das cinzas volante e de fundo (Mendonça, 2004 apud Ubaldo, 2005).
Composição química
Símbolos Mendonça (2004)
Cinza de
fundo
Cinza
volante
SiO2 57,90 57,10
Al2O3 27,30 28,70
Fe2O3 5,50 4,40
CaO 1,40 2,00
K2O 2,50 2,60
MgO 0,64 0,72
TiO2 1,10 1,30
ZrO2 0,12 0,13
S <200ppm 0,40
PbO - <200ppm
Cl- 1,70 0,09
SO3 <200ppm 1,00
ppm – partes por milhão.
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Chies et al (2003 apud Ubaldo, 2005) realizou análises químicas das cinzas
de carvão mineral de outras usinas termelétricas no território brasileiro. A Tabela
4.11 mostra os resultados, dos quais se pode perceber uma pequena variabilidade
entre as concentrações dos principais elementos químicos, devido a fatores já
ditos anteriormente, como variações na composição química do carvão mineral
utilizado, originado de diferentes ou até da mesma jazida; diferenças entre os
sistemas de queima do carvão, dentre outras.
Tabela 4.11: Composição química da cinza volante de diversas usinas termelétricas (Chies et al, 2003 apud Ubaldo, 2005).
Composição química da cinza volante (%)
Componentes Copesul Tubarão Charqueadas Candiota
SiO2 66,40 56,50 62,20 65,70
Al2O3 18,20 28,00 26,00 24,30
Fe2O3 6,50 6,40 2,90 4,60
TiO2 0,80 1,31 1,10 0,69
CaO 2,15 0,92 1,26 0,37
MgO 0,88 0,45 0,35 0,46
K2O 1,41 2,50 1,41 1,12
Na2O 0,34 0,23 0,18 0,10
C 0,14 0,21 1,09 0,05
S 0,09 <0,05 <0,05 <0,05
4.2.2 Teor de matéria orgânica
A determinação do teor de matéria orgânica do solo argiloso foi feita por
Quispe (2013) através da técnica de oxidação com dicromato de potássio em meio
sulfúrico, no Laboratório de Geotecnia/Química de Solos da COPPE/UFRJ.
Obteve-se um valor de 0,85%.
Ubaldo (2005) verificou um teor de matéria orgânica na cinza volante de
1,03%, o que é um fator positivo, uma vez que a presença de matéria orgânica
tende a retardar ou até mesmo inibir a ocorrência das reações pozolânicas.
93
4.2.3 Ensaio de lixiviação
O ensaio de lixiviação da cinza volante foi realizado pelo laboratório
TASQA Serviços Analíticos Ltda., e seus resultados são coletados da pesquisa de
Lopes (2011), sendo apresentados nas Tabelas 4.12 e 4.13.
Tabela 4.12: Tabela: Resultados analíticos dos ensaios de lixiviação – parâmetros orgânicos (TASQA, 2010 apud Lopes, 2011).
Parâmetros orgânicos Parâmetros Limite de
quantificação (LQ) (mg/L)
Cinza volante (mg/L)
VMP NBR 10005:2004 Lixiviado
(mg/L) Aldrin e Dieldrin 0,001 <LQ 0,003
Benzeno 0,004 <LQ 0,5 Benzo(a)pireno 0,002 <LQ 0,07
Clordano (isômeros) 0,001 <LQ 0,02 Cloreto de vinila 0,4 <LQ 0,5
Clorobenzeno 0,01 <LQ 100 Clorofórmio 0,004 <LQ 6
m-cresol 0,01 <LQ 200 o-cresol 0,01 <LQ 200 p-cresol 0,01 <LQ 200
Cresol total 0,01 <LQ 200 2,4-D 0,01 <LQ 3
DDT (p,p-DDT+p,p-DDE+p,p-DDD)
0,001 <LQ 0,2
1,4-diclorobenzeno 0,004 <LQ 7,5 1,2-dicloroetano 0,004 <LQ 1
1,1-dicloroetileno 0,004 <LQ 3 2,4-dinitrotolueno 0,01 <LQ 0,13
Endrin 0,001 <LQ 0,06 Heptacloro e seu
epóxido 0,001 <LQ 0,003
Hexaclorobenzeno 0,001 <LQ 0,1 Hexaclorobutadieno 0,004 <LQ 0,5
Hexacloroetano 0,01 <LQ 3 Lindano (g BHC) 0,001 <LQ 0,2
Metiletilcetona 0,5 <LQ 200 Metoxicloro 0,001 <LQ 2
Nitrobenzeno 0,01 <LQ 2 Pentaclorofenol 0,01 <LQ 0,9
Piridina 0,01 <LQ 5 2,4,5-T 0,002 <LQ 0,2
Tetracloreto de carbono 0,004 <LQ 0,2 Tetracloroetileno 0,004 <LQ 4
Toxafeno 0,002 <LQ 0,5 2,4,5-TP 0,01 <LQ 1
Tricloroetileno 0,004 <LQ 7 2,4,5-triclorofenol 0,01 <LQ 400 2,4,6-triclorofenol 0,01 <LQ 20
LQ – limite de quantificação.
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Tabela 4.13: Resultados analíticos dos ensaios de lixiviação – parâmetros inorgânicos (TASQA, 2010 apud Lopes, 2011).
Parâmetros inorgânicos Parâmetros Limite de
quantificação (LQ) (mg/L)
Cinza volante (mg/L)
VMP NBR 10005:2004 Lixiviado
(mg/L) Arsênio 0,04 <LQ* 1 Bário 0,005 0,21 70
Cádmio 0,003 <LQ 0,5 Chumbo 0,03 <LQ 1
Cromo total 0,002 <LQ 5 Fluoretos 0,05 0,1 150 Mercúrio 0,005 <LQ 0,1
Prata 0,003 <LQ 5 Selênio 0,05 <LQ 1
LQ – limite de quantificação.
Através da análise dos resultados, conclui-se que todos os parâmetros
analisados no ensaio de lixiviação apresentaram concentrações adequadas às
indicadas no Anexo F da norma NBR 10004 (2004).
4.2.4 Ensaio de solubilização
O ensaio de solubilização da cinza volante também foi realizado pelo
laboratório TASQA Serviços Analíticos Ltda., e seus resultados são coletados da
pesquisa de Lopes (2011), sendo apresentados nas Tabelas 4.14 e 4.15.
95
Tabela 4.14: Resultados analíticos dos ensaios de solubilização – parâmetros orgânicos (TASQA, 2010 apud Lopes, 2011).
Parâmetros orgânicos Parâmetros Limite de
quantificação (LQ) (mg/L)
Cinza volante (mg/L)
VMP NBR 10006:2004 Solubilizado
(mg/L) Aldrin e Eldrin 0,00002 <LQ 0,00003
Clordano (isômeros)
0,0002 0,21 0,0002
2,4-D 0,01 <LQ 0,03 DDT (isômeros) 0,001 <LQ 0,002
Endrin 0,0002 <LQ 0,0006 Fenóis totais 0,0025 0,028 0,01
Heptacloro e seu epóxido
0,00002 <LQ 0,00003
Hexaclorobenzeno 0,001 <LQ 0,001 Lindano (g BHC) 0,001 <LQ 0,002
Metoxocloro 0,001 <LQ 0,02 2,4,5-T 0,002 <LQ 0,002
2,4,5-TP 0,01 <LQ 0,03 Toxafeno 0,002 <LQ 0,005
LQ – limite de quantificação.
Tabela 4.15: Resultados analíticos dos ensaios de solubilização – parâmetros inorgânicos (TASQA, 2010 apud Lopes, 2011).
Parâmetros inorgânicos Parâmetros Limite de
quantificação (LQ) (mg/L)
Cinza volante (mg/L)
VMP NBR 10006:2004 Solubilizado
(mg/L) Alumínio 0,07 3,65 0,2 Arsênio 0,001 <LQ 0,01 Bário 0,005 0,17 0,7 Cádmio 0,003 <LQ 0,005 Chumbo 0,002 <LQ 0,01 Cianetos 0,005 0,011 0,07 Cloretos 2,00 5,97 250 Cobre 0,003 0,02 2 Cromo total 0,002 0,01 0,05 Ferro 0,002 <LQ 0,3 Fluoretos 0,05 2,52 1,5 Manganês 0,002 0,02 0,1 Mercúrio 0,0005 <LQ 0,001 Nitrato (como N) 0,1 0,1 10 Prata 0,003 <LQ 0,05 Selênio 0,002 <LQ 0,01 Sódio 0,05 36,3 200 Sulfato 1,00 163 250 Surfactantes 0,03 0,065 0,5 Zinco 0,006 0,2 5
LQ – limite de quantificação.
96
Segundo as diretrizes do Anexo G da Norma NBR 10004 (2004), que
apresentam os valores máximos permitidos no ensaio de solubilização, a cinza
volante foi classificada como pertencente à Classe II A – Resíduo não inerte, já
que as concentrações de Alumínio, Fluoretos e Fenóis totais foram superiores a
estes valores.
Os resultados de Ubaldo (2005), que utilizou a mesma cinza em sua
pesquisa, também a enquadrou na Classe II A – Resíduo não inerte, pelo fato de a
mesma ter apresentado no ensaio de solubilização concentrações de Alumínio,
Cromo e Sulfatos acima das permitidas.
Apesar de a cinza volante ser classificada com um resíduo não inerte, isto
não inviabiliza a sua utilização como agente cimentante em misturas com o solo,
já que no ensaio de lixiviação, que representa a infiltração da água da chuva no
solo, todos os parâmetros analisados encontram-se dentro dos limites permitidos
pela norma. No entanto, Lopes (2011) sugeriu para estudos futuros a análise da
influência dos parâmetros que ultrapassam os limites da norma, para o solo e o
meio ambiente.
De acordo com a Resolução CONAMA 420 (2009), a concentração
máxima tolerável em reservatórios de água subterrânea para o alumínio é de
3500 µg/L, o que confirma o fato de que a concentração apresentada pela cinza
volante não causa dano à saúde humana.
4.3 Ensaios de caracterização mecânica 4.3.1 Solo argiloso 4.3.1.1 Ensaio de compactação
Os ensaios de compactação foram realizados para o solo puro, a cinza
volante e as misturas, com e sem a adição de cal, sob a energia Proctor normal. A
Tabela 4.16 apresenta um resumo dos valores de umidade ótima (wotm) e peso
específico seco máximo (γd máx) do solo, da cinza e das misturas. As curvas de
compactação das misturas sem e com a adição de cal estão dispostas nas Figuras
4.9 e 4.10.
97
Tabela 4.16: Resultados dos ensaios de compactação para as misturas com solo argiloso.
Material/Mistura wotm (%) γd máx(g/cm³)
S 26,3 1,55
S85/CV15 24 1,55
S70/CV30 23,5 1,5
S85/CV12/C3 24 1,55
S70/CV27/C3 25,5 1,49
CV 22,8 1,925
Figura 4.9: Curvas de compactação do solo puro e das misturas sem a adição de cal.
98
Figura 4.10: Curvas de compactação do solo puro e das misturas com a adição de cal.
Pode-se notar que ocorre uma redução do peso específico seco máximo
com o aumento do teor de cinza, tanto para as misturas sem cal, como para as
misturas com cal. Para as misturas com menores teores de cinza, o peso específico
é aproximadamente igual ao do solo puro, como pode ser visto na Figura 4.11.
Pode-se dizer que também ocorre uma redução da umidade ótima à medida que se
aumenta o teor de cinza, porém, na presença de cal, ela diminui com 12% de
cinza, mas volta a aumentar para um teor de 27% (Figura 4.12), o que explica
parte da queda de densidade.
99
Figura 4.11: Variação do peso específico seco com o teor de cinza volante.
Figura 4.12: Variação da umidade ótima com o teor de cinza volante.
A Figura 4.13 mostra a curva de compactação da cinza volante. Ubaldo
(2005), ao realizar a curva de compactação para a mesma cinza (Figura 4.14),
encontrou valores de 11,8 KN/m³ e 29% para o peso específico seco máximo e a
umidade, respectivamente. Estes valores foram um pouco diferentes dos
encontrados na presente pesquisa, o que pode ser justificado pelo grande intervalo
100
de tempo existente entre ambos e pelos fatores que podem influenciar nas
propriedades físico-químicas das cinzas.
Figura 4.13: Curva de compactação da cinza volante.
Figura 4.14: Curva de compactação da cinza volante do Complexo Jorge Lacerda (Ubaldo, 2005).
Com relação ao comportamento do solo argiloso, Ramírez (2012) afirma
que Beneveli (2002), em sua pesquisa, obteve o mesmo resultado para este
material, coletado entre os primeiros dois metros de profundidade do Campo
Experimental II da PUC-Rio. A Figura 4.15 mostra a curva de compactação
obtida por Beneveli.
101
Figura 4.15: Curva de compactação Proctor normal obtida por Beneveli (2002 apud
Ramirez, 2012).
4.3.1.2 Ensaio de cisalhamento
Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados para o solo puro, as
misturas com 15 e 30% de cinza volante, e as misturas com cal, sem cura. Os
corpos de prova foram moldados nas condições de umidade ótima e peso
específico seco máximo, determinadas nos ensaios de compactação. Os ensaios
foram realizados sob as tensões de 50, 200 e 300 kPa, a fim de se determinar seus
parâmetros de resistência ao cisalhamento (coesão e ângulo de atrito). Quanto ao
solo puro, foi observado no momento de finalização do ensaio que a tensão de
execução do ensaio foi de 160 kPa, ao invés de 200 kPa, devido a algum problema
gerado pelo equipamento. A Tabela 4.17 apresenta os dados específicos dos três
ensaios realizados para cada material.
102
Tabela 4.17: Dados específicos dos ensaios de cisalhamento direto para misturas com solo argiloso.
Material/ mistura
Massa aplicada
(kg)
Tensão vertical aplicada
(kPa)
Velocidade da
engrenagem (mm/min)
Duração do ensaio (horas)
Intervalo de leitura
(min)
S 7 50
0,0819 3 0,17 30 160 58 300
S85/CV15 7 50
0,098 2,54 0,17 39 200 60 300
S70/CV30 7 50
0,174 1,43 0,17 39 200 60 300
S85/CV12/C3 7 50
0,393 0,63 0,17 39 200 60 300
S70/CV27/C3 7 50
0,098 2,54 0,17 39 200 60 300
Devido ao fato de o ensaio de cisalhamento direto ser sempre drenado, não
havendo controle da drenagem, ele deve ser executado lentamente, no intuito de
impedir o estabelecimento de poropressões nos poros da amostra. Vale ressaltar
que a condição drenada implica na total dissipação de poropressões durante o
cisalhamento, sendo que ela ocorre rapidamente em solos arenosos, devido a sua
alta permeabilidade; e no caso dos solos argilosos, ocorre lentamente, a uma baixa
velocidade de deformação. Contudo, comparando com os dados da areia, mais à
frente, os valores de velocidade de cisalhamento obtidos para as misturas foram
bem parecidos.
Em um ensaio de cisalhamento direto, realizam-se leituras de 3 medidas:
deslocamento horizontal, deslocamento vertical e força cisalhante. A partir delas,
são então calculadas as tensões cisalhantes e plotados os gráficos de tensão
cisalhante vs deslocamento horizontal.
4.3.1.2.1 Comportamento tensão cisalhante vs deslocamento horizontal
A Figura 4.16 mostra as curvas tensão cisalhante vs deslocamento
horizontal para o solo puro, sob as tensões de 50, 160 e 300 kPa.
103
Figura 4.16: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para o solo puro.
As Figuras 4.17 a 4.20 mostram as curvas tensão cisalhante vs
deslocamento horizontal para as misturas S85/CV15, S70/CV30, S85/CV12/C3 e
S70/CV27/C3, respectivamente, submetidas às tensões de 50, 200 e 300 kPa.
Figura 4.17: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura S85/CV15.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Te
nsã
o c
isa
lha
nte
(K
Pa
)
Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
160 kPa
300 kPa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Te
nsã
o c
isa
lha
nte
(K
Pa
)
Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
200 kPa
300 kpa
S85/CV15
S
104
Figura 4.18: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura S70/CV30.
Figura 4.19: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura S85/CV12/C3.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Te
nsã
o c
isa
lha
nte
(K
Pa
)
Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
200 kPa
300 kPa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Te
nsã
o c
isa
lha
nte
(K
Pa
)
Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
200 kPa
300 kPa
S85/CV12/C3
S70/CV30
105
Figura 4.20: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura S70/CV27/C3.
4.3.1.2.2 Influência do teor de cinza
O comportamento da tensão cisalhante versus deslocamento horizontal
para o solo argiloso e as misturas com 15% e 30% de cinza volante (S85/CV15 e
S70/CV30) são apresentados e comparados na Figura 4.21.
Pode-se notar que para a tensão normal de 50 kPa, ambas as misturas
apresentaram um comportamento melhor do que o solo argiloso. Observa-se
claramente a ruptura da mistura S70/CV30, a 5 mm de deslocamento horizontal,
devido à formação de pico, seguida por uma queda na curva; o que não ocorre
com o solo puro, tampouco com a mistura com 15% de cinza. Neste caso, o
critério utilizado para determinação dos pontos de ruptura foi a observação de
uma constância nos valores de tensão cisalhante após um determinado tempo, não
só no gráfico, como também na planilha com os resultados dos ensaios. Para
deslocamentos inferiores a 6,6 mm, a mistura S70/CV30 apresenta um
comportamento melhor do que o solo puro e a mistura com 15% de cinza,
contudo, a 6,6 mm, as resistências das misturas se igualam e a mistura com 15%
passa a apresentar uma resistência maior quando submetida a este nível de tensão,
mantendo-se constante.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Te
nsã
o c
isa
lha
nte
(K
Pa
)
Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
200 kPa
300 kPa
S70/CV27/C3
106
Para a tensão normal de 160 kPa, até um deslocamento horizontal de 2,8
mm, o solo apresenta uma resistência maior do que as misturas, ensaiadas a 200
kPa, sendo que ambas revelam um comportamento similar, se encontrando neste
ponto. No entanto, para deslocamentos superiores, tanto para 15% de cinza, como
para 30%, as resistências obtidas são maiores do que a do solo puro, com destaque
para a mistura S85/CV15, que apresenta um comportamento melhor.
Para a tensão normal de 300 kPa, o solo puro e a mistura com 15% de
cinza apresentam resistências maiores que a mistura S70/CV30, sendo que o
comportamento do solo puro é ligeiramente melhor do que a mistura S85/CV15.
A 2 mm de deslocamento, suas resistências se igualam, quando então a mistura
S85/CV15passa a apresenta resistências maiores do que o solo puro, mantendo
certa constância com o acréscimo de deslocamento. A mistura contendo 30% de
cinza mantém um comportamento inferior aos demais materiais até alcançar um
deslocamento de 11,2 mm, quando passa a interceptar a curva do solo puro e a
tornar-se um pouco maior do que ele.
Desse modo, comparando as duas misturas, convém dizer que, de forma
geral, para deslocamentos superiores a 6 mm, aproximadamente, a mistura com
15% de cinza volante foi a que apresentou um melhor comportamento, tanto para
baixas como para altas tensões normais, o que pode ser atribuído à existência de
uma maior coesão entre as partículas desta mistura. Para tensões maiores, foi
observada uma tendência de as curvas de ambas as misturas interceptarem e
ultrapassarem os valores do solo puro, não só para baixos como também para altos
deslocamentos horizontais.
107
Figura 4.21: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal do solo argiloso e misturas S70/CV30 e S85/CV15.
O comportamento da tensão cisalhante versus deslocamento horizontal
para o solo argiloso e as misturas com 3% de cal em substituição ao peso seco da
cinza volante (S85/CV12/C3 e S70/CV27/C3) são apresentados e comparados na
Figura 4.22.
Para a tensão normal de 50 kPa, o solo puro mantém um comportamento
ligeiramente melhor do que as misturas até um deslocamento de 2,4 mm. Para
deslocamentos superiores, a mistura S85/CV12/C3 atinge resistências maiores do
que o solo e a mistura com 27% de cinza. Pode-se observar a ausência de um pico
de ruptura bem definido.
Para a tensão normal de 160 kPa, o solo puro apresenta um
comportamento melhor do que a mistura com 27% de cinza (ensaiada a 200 kPa)
até um deslocamento de 4,4 mm, quando esta torna a ultrapassar o solo puro. Com
relação à mistura com 12% de cinza, também ensaiada a 200 kPa, o solo puro
apresenta resistências maiores até um deslocamento de 1,6 mm. Após este valor, a
mistura apresenta um ganho representativo de resistência, se destacando do solo
puro e da mistura S70/CV27/C3. Para deslocamentos baixos e elevados, a mistura
com 12% de cinza se apresenta melhor do que a mistura com 27% de cinza.
Para a tensão normal de 300 kPa, também se pode observar que o solo
puro apresenta um comportamento melhor do que a mistura com 12% de cinza até
3,2 mm de deslocamento horizontal, quando então esta torna a apresentar um
108
ganho considerável de resistência, mantendo-se acima do solo puro e da mistura
com 27% de cinza. Quanto à mistura S70/CV27/C3, ela mantém-se inferior à
mistura com 12% de cinza e ao solo puro até 4,4 mm de deslocamento, contudo, a
partir deste ponto, ela passa a apresentar um comportamento melhor do que o solo
puro, mantendo-se inferior à mistura S85/CV12/C3.
Dessa forma, pode-se dizer que, a baixos deslocamentos horizontais, o
comportamento do solo puro é melhor do que o das duas misturas para todas as
tensões normais aplicadas. De modo geral, para um deslocamento horizontal
acima de aproximadamente 3 mm, a mistura com 12% de cinza é a que apresenta
melhor comportamento, para baixas e altas tensões normais, o que também pode
ser explicado por uma coesão mais significativa existente entre as partículas desta
mistura. Além disso, para todas as tensões, foi observada uma tendência de as
curvas de ambas as misturas interceptarem e ultrapassarem os valores do solo
puro, não só para baixos como também para médios deslocamentos horizontais.
Figura 4.22: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal das amostras S e misturas S85/CV12/C3 e S70/CV27/C3.
Conforme exposto anteriormente, com exceção da mistura S70/CV30, as
curvas tensão cisalhante vs deslocamento horizontal das demais misturas não
apresentaram picos de ruptura bem definidos. Dessa forma, para este caso os
109
pontos de ruptura de cada curva foram determinados com base na observação de
uma constância dos valores de tensão cisalhante máxima após um determinado
tempo. Esta constância foi observada em torno de 12 mm de deslocamento, não só
para estas misturas como também para o solo puro, de onde foram extraídos os
valores das tensões normal e cisalhante. A Tabela 4.18 apresenta os dados das
tensões normal e cisalhante dos materiais.
Tabela 4.18: Dados de tensão normal e cisalhante no deslocamento dos materiais. Mistura σ (kPa) τmáx (kPa)
S
56,9 43,6
183,8 106,3
340 166,4
S85/CV15
51,2 68,8
205,6 143,3
307 173,8
S70/CV30
47,7 62,3
193,5 129,5
304 166,7
S85/CV12/C3
51,3 64,8
230,1 167,5
307 199
S70/CV27/C3
49,4 32
205,6 119,2
298 168,2
Segundo o critério de ruptura Mohr-Coulomb, ao se plotar os pares de
dados tensão cisalhante e tensão normal em um gráfico, obtém-se os parâmetros
de resistência desejados: coesão (c) e ângulo de atrito (ø). Com o objetivo de
avaliar a influência do teor de cinza nas misturas, as Figuras 4.23 e 4.24
apresentam as envoltórias de ruptura das misturas variando os teores de cinza, na
ausência e na presença de cal.
110
Figura 4.23: Envoltórias de ruptura do solo puro e das misturas S85/CV15 e S70/CV30.
Figura 4.24: Envoltórias de ruptura do solo puro e das misturas S85/CV12/C3 e S70/CV27/C3.
Comparando as misturas com 15% e 30% de cinza, pode-se observar que
ambas possuem um comportamento melhor do que o solo puro, com destaque
para a mistura S85/CV15, que apresenta um ganho considerável na coesão, devido
111
às características cimentantes conferidas pela cinza. Sendo assim, pode-se
concluir que, para efeitos de ganho de resistência e estabilidade, não é necessário
adicionar grandes quantidades de cinza ao solo. Com relação ao ângulo de atrito,
foi observada uma redução do mesmo com o aumento do teor de cinza. Atkinson
(1993 apud Benedetti, 2011) explica que isto se deve ao fato de, no caso de solos
ou sedimentos com granulometria fina, o ângulo de atrito diminuir com o aumento
da plasticidade, sendo, portanto, a cinza um material que contribui para o aumento
da plasticidade do solo.
Quanto às misturas com cal, pode-se dizer que a mistura S85/CV12/C3
obteve melhores parâmetros de resistência, mesmo com teor de cinza inferior ao
da mistura S70/CV30/C3, o que possivelmente sinaliza para um “teor ótimo” de
cinza volante para o solo estudado. Estudos futuros podem pesquisar mais teores
para “acertar” melhor o alvo, talvez em torno de 12% de cinza em peso.
4.3.1.2.3 Influência da adição de cal
O objetivo da adição de cal às misturas consiste em potencializar a
ocorrência de reações cimentantes com os minerais argílicos do solo e com a cinza
volante, melhorando os parâmetros de resistência do solo. Nas Figuras 4.25 e 4.26
são apresentados os gráficos comparativos das misturas com e sem cal, para os
mesmos teores de solo e cinza, a fim de verificar os efeitos da adição de cal ao
solo.
112
Figura 4.25: Influência da cal nas misturas S85/CV12/C3 e S85/CV15.
Figura 4.26: Influência da cal nas misturas S70/CV27/C3 e S70/CV30.
Analisando as misturas S85/CV15 e S85/CV12/C3, pode-se dizer que,
apesar de a mistura S85/CV15 apresentar maior ganho de coesão, a mistura com
cal apresenta, de modo geral, um comportamento melhor. Não se pode dizer o
mesmo para a mistura S70/CV30, o que pode ter ocorrido devido ao baixo teor de
cal adicionado à mistura, dificultando a ocorrência das reações.
113
A Tabela 4.19 apresenta os resultados obtidos para os parâmetros de
resistência do solo puro e das misturas.
Tabela 4.19: Parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo argiloso e das misturas.
Parâmetros S S85/CV15 S70/CV30 S85/CV12/C3 S70/CV27/C3
c (kPa) 21,8 50,3 44,9 39,1 5,4
ø(graus) 23,4 22,6 22,3 28 28,7
4.3.2 Areia
4.3.2.1
Ensaio de cisalhamento direto
Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados para a areia, as
misturas com 15%, 30% e 40% de cinza volante; e para as misturas com 3% de
cal, em substituição ao peso seco das cinzas, sendo que estas últimas foram
submetidas a períodos de cura de 0, 30, 100, 125 e 140 dias. O material foi
compactado diretamente na caixa de cisalhamento, uma vez que a areia é um
material não coesivo, não sendo possível moldá-lo fora do equipamento. Para
cada mistura, foram realizados ensaios sob as tensões de 50, 150 e 300 kPa, a fim
de se determinar seus parâmetros de resistência ao cisalhamento. A Tabela 4.20
apresenta os dados específicos dos três ensaios realizados para cada material.
114
Tabela 4.20: Dados específicos dos ensaios de cisalhamento direto para misturas com areia.
Material/ mistura
Massa aplicada
(kg)
Tensão vertical aplicada
(kPa)
Velocidade da
engrenagem (mm/min)
Duração do ensaio (horas)
Intervalo de leitura
(min)
A 7 50
0,393 0,63 0,17 28 150 60 300
A85/CV15 7 50
0,098 2,54 0,17 28 150 60 300
A70/CV30 7 50
0,393 0,63 0,17 28 150 60 300
A60/CV40 7 50
0,393 0,63 0,17 28 150 60 300
A85/CV12/C3 7 50
0,174 1,42 0,17 28 150 60 300
A70/CV27/C3 7 50
0,393 0,63 0,17 28 150 60 300
A60/CV37/C3 7 50
0,121 2,06 0,17 28 150 60 300
4.3.2.1.1 Comportamento tensão cisalhante vs deslocamento horizontal
A Figura 4.27 mostra as curvas tensão cisalhante vs deslocamento
horizontal para a areia, obtidas para as tensões de 50, 150 e 300 kPa.
115
Figura 4.27: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a areia.
As Figuras 4.28 a 4.30 mostram as curvas tensão cisalhante vs
deslocamento horizontal para as misturas A85/CV15, A70/CV30 e A60/CV40
respectivamente, submetidas às tensões de 50, 150 e 300 kPa.
Figura 4.28: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A85/CV15.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Te
nsã
o c
isa
lha
nte
(K
Pa
)
Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Te
nsã
o c
isa
lha
nte
(K
Pa
)
Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
A85/CV15
A
116
Figura 4.29: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A70/CV30.
Figura 4.30: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A60/CV40.
As Figuras 4.31 e 4.32 mostram as curvas tensão cisalhante vs
deslocamento horizontal para a mistura A85/CV12/C3, a 0 e 30 dias de cura,
respectivamente, submetida às tensões de 50, 150 e 300 kPa.
0
20
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
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Pa
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
A70/CV30
A60/CV40
117
Figura 4.31: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A85/CV12/C3 a 0 dias de cura.
Figura 4.32: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A85/CV12/C3 a 30 dias de cura.
As Figuras 4.33 a 4.37 mostram as curvas tensão cisalhante vs
deslocamento horizontal para a mistura A70/CV27/C3, a 0, 30, 100, 125 e 140
dias de cura, respectivamente, submetida às tensões de 50, 150 e 300 kPa.
0
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
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)
Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
A85/CV12/C3-
0d
A85/CV12/C3-
30d
118
Figura 4.33: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A70/CV27/C3 a 0 dias de cura.
Figura 4.34: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A70/CV27/C3 a 30 dias de cura.
0
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
A70/CV27/C3-
0d
A70/CV27/C3-
30d
119
Figura 4.35: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A70/CV27/C3 a 100 dias de cura.
Figura 4.36: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A70/CV27/C3 a 125 dias de cura.
0
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
A70/CV27/C3-
100d
A70/CV27/C3-
125d
120
Figura 4.37: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A70/CV27/C3 a 140 dias de cura.
As Figuras 4.38 a 4.42 mostram as curvas tensão cisalhante vs
deslocamento horizontal para a mistura A60/CV37/C3, a 0, 30, 100, 125 e 140
dias de cura, respectivamente, submetida às tensões de 50, 150 e 300 kPa.
Figura 4.38: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A60/CV37/C3 a 0 dias de cura.
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
A70/CV27/C3-
140d
A60/CV37/C3-
0d
121
Figura 4.39: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A60/CV37/C3 a 30 dias de cura.
Figura 4.40: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A60/CV37/C3 a 100 dias de cura.
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
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)
Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
A60/CV37/C3-
30d
A60/CV37/C3-
100d
122
Figura 4.41: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A60/CV37/C3 a 125 dias de cura.
Figura 4.42: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A60/CV37/C3 a 140 dias de cura.
4.3.2.1.2 Influência do teor de cinza
O comportamento da tensão cisalhante versus deslocamento horizontal
para a areia e as misturas com 15%, 30% e 40% de cinza volante são apresentados
e comparados na Figura 4.43.
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Deslocamento horizontal (mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
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Deslocamento horizontal(mm)
50 kPa
150 kPa
300 kPa
A60/CV37/C3-
125d
A60/CV37/C3-
140d
123
Figura 4.43: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal da areia e das misturas com cinza.
Analisando as misturas areia-cinza, pode-se dizer que qualquer melhora no
seu comportamento mecânico deve-se apenas à cinza, visto que a areia é
considerada material inerte.
Para baixas tensões, o comportamento das misturas manteve-se semelhante
ao comportamento da areia. Já para tensões elevadas, a mistura com 15% de cinza
apresentou melhores resistências quando comparada às outras misturas e à areia.
Para a tensão de 150 kPa, verificou-se, para elevados deslocamentos, que a areia
apresentou-se melhor em relação às misturas.
O comportamento da tensão cisalhante versus deslocamento horizontal
para a areia e as misturas A85/CV12/C3, A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 a 0 dias
de cura, são apresentados e comparados na Figura 4.44.
124
Figura 4.44: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal da areia e misturas A85/CV12/C3, A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 a 0 dias.
A análise da figura permite concluir que, em geral, o comportamento das
misturas com cal também se manteve semelhante ao comportamento da areia,
devido ao fato de a adição de cal ser de apenas 3%. A mistura A85/CV12/C3 foi a
que apresentou melhores resultados, coincidindo com o mesmo comportamento
apresentado pela mistura A85/CV15 a tensões mais elevadas.
Dessa forma, analisando as curvas tensão vs deslocamento horizontal das
misturas solo-cinza e solo-cinza-cal a 0 dias de cura, além das misturas a outros
períodos de cura, separadamente, constatou-se que elas não apresentaram pontos
de ruptura bem definidos, assim, estes também foram determinados com base na
observação de uma constância dos valores de tensão cisalhante máxima após um
determinado tempo. Assim como nas misturas com solo argiloso, esta constância
também foi observada em torno de 12 mm de deslocamento para as misturas com
areia. No entanto, com relação à areia pura, considerou-se um deslocamento
correspondente a 14 mm. A Tabela 4.21 apresenta os dados das tensões normal e
cisalhante no ponto correspondente ao deslocamento de 12 mm para as misturas; e
no ponto referente ao deslocamento de 14 mm para a areia.
125
Tabela 4.21: Dados de tensão normal e cisalhante no deslocamento de 12 mm para as misturas, e no deslocamento de 14 mm para a areia.
Mistura σ (kPa) τmáx (kPa)
A
58,7 37,1
174,7 98,1
351,3 214
A85/CV15
57,3 35,2
170,7 96,6
343,5 189,6
A70/CV30
57,3 36,1
170,7 85,8
343,4 191,3
A60/CV40
57,4 31,5
170,7 81
343,5 198,1
A85/CV12/C3-0 d
57,3 34,6
170,7 101,6
343,4 195
A85/CV12/C3-30 d
57,3 36,4
170,7 100
343,4 186
A70/CV27/C3-0 d
57,3 18
170,7 83,6
343,5 194,6
A70/CV27/C3-30 d
57,3 39
170,7 87,6
343,6 171
A70/CV27/C3-100 d
57,3 36,4
170,7 92,8
343,6 186,5
A70/CV27/C3-125 d
57,3 47,1
170,7 113
343,4 197,3
A70/CV27/C3-140 d
57,4 39
170,7 105,3
351,3 219
A60/CV37/C3-0 d
57,3 30,2
170,7 82,1
343,4 179,3
A60/CV37/C3-30 d
57,3 41,5
170,7 100,5
343,5 214,3
A60/CV37/C3-100 d
57,3 32,9
170,7 86,6
343,6 163,2
A60/CV37/C3-125 d
57,3 32,5
170,7 97,8
343,4 207,5
A60/CV37/C3-140 d
57,3 35
170,7 100,7
343,4 192,1
126
Com o objetivo de avaliar a influência do teor de cinza nas misturas, as
Figuras 4.45 a 4.49 apresentam as envoltórias de ruptura das misturas solo-cinza-
cal, nos mesmos tempos de cura.
Figura 4.45: Influência do teor de cinza volante nas misturas A85/CV12/C3, A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 no tempo de cura de 0 dias.
Figura 4.46: Influência do teor de cinza volante nas misturas A85/CV12/C3, A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 no tempo de cura de 30 dias.
127
Figura 4.47: Influência do teor de cinza volante nas misturas A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 no tempo de cura de 100 dias.
Figura 4.48: Influência do teor de cinza volante nas misturas A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 no tempo de cura de 125 dias.
128
Figura 4.49: Influência do teor de cinza volante nas misturas A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 no tempo de cura de 140 dias.
A 0 dias de cura, o comportamento da areia foi melhor do que o das
misturas, na medida em que se acredita que não houve tempo suficiente para a
estabilização química. Já a 30 dias de cura, a mistura com 37% de cinza apresenta
um resultado ligeiramente melhor do que a areia. A 100 dias de cura, quando era
esperado um incremento das reações pozolânicas, provocando melhora dos
parâmetros de resistência; a areia apresenta-se melhor do que as misturas. A 125
dias, a areia e a mistura com 37% de cinza apresentaram resultados semelhantes, e
a mistura A70/CV27/C3 passa a apresentar um comportamento melhor, que
permanece a 140 dias de cura. Dessa forma, pode-se observar que a mistura com
27% de cinza foi a que apresentou, no âmbito geral, melhores resultados,
entretanto, não foi observado um padrão nos resultados obtidos, uma vez que os
mesmos oscilaram de acordo com o período de cura, ao invés de melhorarem à
medida que a cura progredia.
Vale destacar que o objetivo do uso da areia nas misturas foi verificar a
ocorrência de reações entre a cinza e a cal, uma vez que ela, a princípio, seria um
material inerte. No entanto, diante dos resultados obtidos, e levando-se em conta
que a areia utilizada é proveniente de região de praia, contendo sal em sua
composição, possivelmente podem ter ocorrido reações deste sal com a cinza
129
volante e a cal, o que pode ter inibido a ocorrência das reações pozolânicas, não
resultando em melhoras significativas no comportamento das misturas.
Além disso, outro fator que pode ter influenciado negativamente na
ocorrência das reações pode ter sido a “quebra” dos grumos que se formaram nas
misturas ao longo do processo de cura, sendo estes grumos um indicativo de uma
maior “adesão” entre as partículas. Tal “quebra” foi feita ao colocar o material na
caixa de cisalhamento, com o objetivo de compactá-lo melhor, ajustando-o para a
execução do ensaio.
Na Figura 4.50, constam os gráficos com o comportamento das misturas
sem cal, o que proporciona a análise individual do papel das cinzas.
Figura 4.50: Influência do teor de cinza volante nas misturas A85/CV15, A70/CV30 e A60/CV40.
Nas misturas somente com cinza volante, sem adição de cal, a relação da
tensão cisalhante com a tensão normal mostrou-se semelhante para todas as
porcentagens de cinza utilizadas, o que é explicado pela similaridade existente
entre as curvas granulométricas dessas misturas. Este fato confirma que, ao se
adicionar somente cinza volante a este tipo de solo, não foi possível conferir a ele
alguma estabilização, e como os resultados foram inferiores à areia, não vale a
pena o uso deste material em substituição aos materiais convencionais.
130
4.3.2.1.3 Influência da adição de cal
As Figuras 4.51 a 4.53 apresentam os gráficos comparativos das misturas
com e sem cal, para os mesmos teores de solo e cinza, no intuito de verificar os
efeitos da adição de cal às misturas.
Figura 4.51: Influência da cal nas misturas A85/CV12/C3 e A85/CV15 a 0 dias de cura.
Figura 4.52: Influência da cal nas misturas A70/CV27/C3 e A70/CV30 a 0 dias de cura.
131
Figura 4.53: Influência da cal nas misturas A60/CV37/C3 e A60/CV40 a 0 dias de cura.
Comparando as misturas sem cal e com cal a 0 dias de cura, verificou-se
que as misturas com 12% e 15% de cinza apresentaram um ligeiro ganho de
coesão, contudo, devido à redução do ângulo de atrito, todas foram inferiores à
areia. Já com relação às misturas A70/CV30 e A70/CV27/C3, ambas
apresentaram comportamento semelhante, também inferior à areia, assim como as
misturas com 37% e 40% de cinza, que se mostraram piores do que a areia, o que
indica que, sem cura, não é recomendável o emprego destes materiais em
aplicações geotécnicas.
4.3.2.1.4 Influência do tempo de cura
A Figura 4.54 mostra a influência do tempo de cura sobre o
comportamento tensão cisalhante vs deslocamento horizontal da mistura
A85/CV12/C3, submetida a 0 e 30 dias de cura.
132
Figura 4.54: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal da mistura A85/CV12/C3 a diferentes períodos de cura.
Para tensões baixas, o comportamento da mistura A85/CV12/C3 a 0 e 30
dias manteve-se bem similar à da areia. Já a tensões intermediárias, houve a
tendência de, a 0 e 30 dias de cura, esta mistura possuir resultados melhores do
que a areia, mas a altas deformações, interceptá-lo. Comparando entre si, a 0 dias
de cura, o comportamento obtido foi melhor do que a 30 dias.
Para tensões de 300 kPa, foi observada esta mesma tendência para a
mistura a 0 dias de cura, que se apresentou superior à areia, ao contrário da
mistura a 30 dias, que foi inferior à areia.
A Figura 4.55 mostra a influência do tempo de cura sobre o
comportamento tensão cisalhante vs deslocamento horizontal da mistura
A70/CV27/C3, submetida a 0, 30, 100, 125 e 140 dias de cura.
133
Figura 4.55: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal da mistura A70/CV27/C3 a diferentes períodos de cura.
Para tensões da ordem de 50 kPa, os resultados de todas as misturas foram
superiores à areia, com exceção da mistura a 0 dias de cura. Destacou-se a mistura
submetida a 125 dias de cura.
Para tensões intermediárias, a 125 e 140 dias de cura, o comportamento
desta mistura é melhor do que o da areia, sendo que a de 125 dias foi a que
apresentou maior resistência.
Já a tensões elevadas, também a 125 e 140 dias, o comportamento da
mistura é bem semelhante, no entanto, para deslocamentos elevados, a de 125 dias
se aproxima da areia e a de 140 dias se destaca.
A Figura 4.56 mostra a influência do tempo de cura sobre o
comportamento tensão cisalhante vs deslocamento horizontal da mistura
A60/CV37/C3, submetida a 0, 30, 100, 125 e 140 dias de cura.
134
Figura 4.56: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal da mistura A60/CV37/C3 a diferentes períodos de cura.
Para tensões de 50 kPa, a 30 e 140 dias, a mistura obtém melhores
resultados, comportando-se melhor do que a areia; já para tensões de 150 kPa, a
30, 125 e 140 dias, também se obtém um comportamento melhor do que a areia,
com uma tendência de, a altas deformações, as curvas interceptarem a areia. Para
tensões de 300 kPa, a mistura, quando submetida a estes mesmos períodos de
cura, também se comporta melhor do que a areia.
Com o objetivo de avaliar a influência do período de cura nas misturas, as
Figuras 4.57 a 4.59 apresentam as envoltórias de ruptura nos diferentes tempos de
cura, para cada mistura.
135
Figura 4.57: Variação da tensão cisalhante vs tensão normal para a mistura A85/CV12/C3 para os diferentes tempos de cura.
Figura 4.58: Variação da tensão cisalhante vs tensão normal para a mistura A70/CV27/C3 para os diferentes tempos de cura.
136
Figura 4.59: Variação da tensão cisalhante vs tensão normal para a mistura A60/CV37/C3 para os diferentes tempos de cura.
No caso da mistura A85/CV12/C3, o processo de cura provocou aumento
da coesão, contudo, houve uma redução do ângulo de atrito em relação à areia,
fazendo com que esta mantivesse um comportamento melhor.
Com relação à mistura com 27% de cinza, o gráfico mostra que há um
ganho de coesão ao longo do processo de cura, não sendo este, contudo,
proporcional aos dias de cura, quando se esperava que, quanto maior a cura, maior
fosse a ocorrência de reações pozolânicas e, consequentemente, melhores os
parâmetros de resistência. Esta falta de padrão nos resultados, já mencionada
anteriormente, pode ter ocorrido pela quebra dos grumos que se formaram ao
longo do processo de cura, ou pelo fato de a areia, por ser oriunda de região de
praia, possuir sal em sua composição química que pode ter reagido com os
componentes da cinza e da cal, inibindo o desempenho das reações pozolânicas.
Embora tenha havido este ganho de coesão, da mesma forma que na
mistura anterior, ocorre uma diminuição do ângulo de atrito em relação à areia
para períodos de cura distintos, exceto para a cura de 140 dias, que proporciona a
esta mistura um aumento de ambos os parâmetros de resistência, ainda que estes
permaneçam bem próximos aos da areia. Assim, pode-se dizer que o uso de
137
misturas com 27% de cinza é aplicável em obras geotécnicas quando as mesmas
são submetidas a elevados períodos de cura.
Já para a mistura A60/CV37/C3, quando submetida a 125 dias de cura,
exibe um comportamento semelhante à areia; para outros períodos de cura, exibe
um ganho de coesão acompanhado de uma redução do ângulo de atrito, o que não
acontece para a cura de 30 dias, que provocou um ligeiro aumento de ambos os
parâmetros de resistência.
A Tabela 4.22 apresenta a síntese dos resultados obtidos para a areia e as
misturas.
Tabela 4.22: Parâmetros de resistência ao cisalhamento da areia e das misturas.
Material/Parâmetros c (kPa) ø (graus)
A 0 30,9
A85/CV15 4,3 28,3
A70/CV30 0 28,7
A60/CV40 0 29,1
A85/CV12/C3-0 d 3,8 29,2
A85/CV12/C3-30 d 8,2 27,5
A70/CV27/C3-0 d 0 28,6
A70/CV27/C3-30 d 10,9 24,8
A70/CV27/C3-100 d 5,1 27,7
A70/CV27/C3-125 d 19,7 27,6
A70/CV27/C3-140 d 2,5 31,5
A60/CV37/C3-0 d 0 27,2
A60/CV37/C3-30 d 2,8 31,3
A60/CV37/C3-100 d 7,6 24,4
A60/CV37/C3-125 d 0 30,8
A60/CV37/C3-140 d 5 28,7
4.4 Considerações sobre os resultados
A disparidade existente entre os resultados obtidos em amostras com solo
argiloso e areia permitiu confirmar o fato de o tratamento com a adição de cal ser
eficiente em solos argilosos, uma vez que o melhoramento das propriedades
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mecânicas do material está intimamente relacionado às reações que se
desenvolvem entre a cal e os minerais argílicos.
No entanto, na ausência de cal, as misturas de solo argiloso com cinza
também apresentaram um ganho significativo de resistência, refletida no ganho de
coesão, o que se explica pelas características cimentantes conferidas pela cinza.
Desse modo, a função da cal foi potencializar estas reações, melhorando os
parâmetros de resistência.
Vale ressaltar, contudo, que este incremento nas reações não foi observado
na mistura com maior teor de cinza (30%), o que pode ter ocorrido em função do
baixo teor de cal adicionado à mistura, havendo pouca quantidade de cal para
grande quantidade de cinza, dificultando, assim, a ocorrência das reações.
É importante destacar também que, comparando as misturas sem cal e com
cal, a resistência aumentou com o aumento da massa específica aparente seca
dessas misturas, o que também ocorreu no trabalho de Rosa (2009), que utilizou a
mesma cinza da presente pesquisa.
Com relação aos resultados obtidos com a areia, pode-se dizer que os
mesmos não foram tão satisfatórios como se esperava. A princípio, solos mal
graduados e desprovidos de finos, como a areia utilizada nesta pesquisa, não são
indicados para processos de estabilização de solos, uma vez que o maior volume
de vazios das partículas e o menor número de contatos entre elas tendem a
dificultar o processo de cimentação, como afirma Nardi (1975).
Dessa forma, o emprego da cinza volante nas misturas com areia foi
justamente substituir a fração fina do solo, auxiliando nas reações com a cal.
Contudo, como dito anteriormente, estas reações podem ter sido inibidas em
função da quebra dos grumos formados ao longo do processo de cura e de
possíveis reações do sal da areia com a cinza e a cal.
Devido à falta de padrão observada nos resultados obtidos com a cura, foi
difícil determinar um teor ótimo de cinza a ser utilizado. Ainda que tenha ocorrido
ganho de coesão das misturas a determinados dias de cura, este ganho veio
acompanhado de uma redução no ângulo de atrito, fazendo com que a areia
obtivesse um comportamento melhor. No entanto, o teor de 27%, sob a cura de
140 dias, proporcionou ao solo um aumento de ambos os parâmetros de
resistência, o que sinaliza que, para a ocorrência das reações pozolânicas para este
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tipo de material, é necessário tempo, podendo a resistência aumentar mesmo após
alguns anos.
Ao contrário do que foi observado, Rosa (2009) verificou um aumento
proporcional da resistência à compressão simples com o aumento do teor da cinza
volante. Para as misturas com teores mais elevados de cinza, a autora constatou
que o tempo de cura das misturas exerceu forte influência sobre a resistência dos
materiais, que aumentou com o aumento do tempo de cura, independentemente da
quantidade de cal e da massa específica aparente seca utilizada.