cristian chacón quispe comportamento de um solo argiloso ... graduação alexander, elvis, luis...
Post on 10-Dec-2018
232 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Cristian Chacón Quispe
Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático
Dissertação de Mestrado
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio.
Orientadora: Michéle Dal Toé Casagrande
Rio de Janeiro Março de 2013
Cristian Chacón Quispe
Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.
Profª. Michéle Dal Toé Casagrande Orientador
Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
Prof. Celso Romanel Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
Profª. Karla Salvagni Heineck Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Profª. Maria Esther Soares Marques Instituto Militar de Engenharia
Prof. José Eugenio Leal Coordenador Setorial do Centro
Técnico Científico – PUC-Rio
Rio de Janeiro, 22 de Março de 2013
Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total
ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do
autor e da orientadora.
Cristian Chacón Quispe
Graduou-se em Engenharia Civil pela Universidade
Nacional de Engenharia do Perú (Lima–Peru) em 2009.
Trabalhou em projetos e obras geotécnicas no Peru no
período 2007–2010. Ingressou no mestrado na Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro em 2011,
desenvolvendo Dissertação na linha de pesquisa de
Geotecnia Experimental aplicada a solos reforçados.
Ficha Catalográfica
Quispe, Cristian Chacón Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático / Cristian Chacón Quispe ; orientadora Michéle Dal Toé Casagrande – 2013. 150 f. il. (color.) ; 30 cm
Dissertação (mestrado) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, 2013.
Inclui bibliografia
1. Engenharia civil – Teses. 2. Cinzas de resíduo sólido
urbano. 3. Estabilização de solos. 4. Cinza volante. 5. Cinza de fundo. 6. Ensaios triaxiais. I. Casagrande, Michéle Dal Taé I. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. III. Título.
CDD: 624
Dedico esta Dissertação ao meu pai
Darío L. Chacón Iporre que está no céu,
minha mãe Marcelina M. Quispe Loayza
e meu irmão Edwin F. Ccente Quispe .
Agradecimentos
A Deus, por ser sempre meu guia em tudo o que eu faço.
Ao meu pai, Dario L. Chacón Iporre, que agora está no céu, mas sempre acreditou
em mim, em minha capacidade e confiou em mim, sendo seu último filho, para
cumprir a promessa de ter ingressado a melhor universidade do Perú, a UNI, e
agora acabar um passo mais e ser um futuro mestre numa das melhores
universidades do Brasil, PUC-Rio.
A minha mãe, Marcelina M. Quispe Loayza, por ser o melhor exemplo que eu
tenho na vida, exemplo de esforço e perseverança para conseguir qualquer
objetivo proposto.
A meu irmão, Edwin Fernando Ccente Quispe, por ser mais que um irmão, um
exemplo de vida e com que vou ficar agradecido a minha vida toda.
A minha namorada, Leydi Del Rocio Silva Callpa, pela compreensão, carinho e
amor em todo momento.
A Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro – PUC-Rio, e ao Programa
de Pós-Graduação em Engenharia Civil, pela oportunidade de estudar nesta
prestigiosa instituição.
A minha orientadora, Professora Michéle Dal Toé Casagrande, com quem sempre
me senti à vontade. Obrigado por ter me aceitado como seu orientado, foi a
melhor escolha que eu fiz no ano passado depois de não poder trabalhar com o
professor Sayão por seu problema de saúde. Obrigado por me ajudar em todo
momento desta pesquisa e por ser mais que uma orientadora, ser uma amiga com
quem espero contar a vida toda.
A meus amigos do Peru Jhon, Hans, Diego, Joao, Marco, Abraham, Luis, Hugo,
Alfonso por suas mensagens de apoio e me cumprimentar com muito afeto cada
vez que voltei para Peru nestes dois anos.
A todos meus amigos da PUC-Rio, começando por meus amigos da sala 607D,
Frank, Nilthson, Phillip, Julio, Fredy, Juliana, Rafael e aos meus amigos da Pós-
graduação Alexander, Elvis, Luis Fernando, Eliot Jorge, Gary, Lidia, Manuella,
Ingrid, Alena, João e mais pelos momentos de conversa e amizade que vai ficar
para a vida toda.
Aos professores da Engenharia Civil da PUC-Rio pelas aulas ditadas e os
conhecimentos transmitidos durante estes dois anos de mestrado.
A Usina Verde S.A. na pessoa do Eng. Jorge Pesce, pelo fornecimento das cinzas
utilizadas neste estudo.
A pessoal de Iniciação Científica, Phillipe, Tatiana, Paula e Marina, pela ajuda e
realização de parte dos ensaios de caracterização desta dissertação.
A Monica Moncada pela ajuda, auxílio e disposição fornecida no Laboratório de
Geotecnia e Meio Ambiente. Aos técnicos do laboratório Amaury, meu grande
amigo, e Josué pelo apoio para realizar os ensaios.
A CAPES pela oportunidade e financiamento desta pesquisa.
Resumo
Quispe, Cristian Chacón; Casagrande, Michéle Dal Toé. Comportamento
de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano
sob carregamento estático. Rio de Janeiro, 2013. 150 p. Dissertação de
Mestrado. Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade
Católica do Rio de Janeiro.
A gestão dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e seu consequente
reaproveitamento ou não é um problema existente no Brasil e no mundo. No
Brasil, a produção de energia mediante incineração de RSU ainda está na sua
etapa inicial, como por exemplo, com a implantação da Usina Verde no campus
da UFRJ, com a consequente produção de subprodutos, como as cinzas volante e
de fundo. Este estudo apresenta o comportamento de um solo coluvionar argiloso
estabilizado com cinzas de RSU sob carregamento estático, tendo como principal
objetivo avaliar a influência destas cinzas misturadas com o solo para possíveis
aplicações em obras geotécnicas. Para isso foram realizados ensaios de
caracterização física, química e mecânica, como ensaios de compactação Proctor
Normal e ensaios triaxiais consolidados isotropicamente drenados (CID), para o
solo puro e misturas solo-cinza. Foram avaliadas as influências do teor de cinzas
(20%, 30% e 40% de cinza volante e de cinza de fundo), bem como do tempo de
cura (30 e 60 dias). Os resultados mostram que todas as misturas solo-cinza
apresentam melhores parâmetros de resistência, em comparação do solo puro,
onde as misturas solo-cinza volante apresentaram melhores resultados quando
comparadas às misturas solo-cinza de fundo. A variação de teor de cinza
adicionado ao solo, sem cura, mostra que para maiores teores de cinza volante a
coesão diminui e ocorre o contrário com a cinza de fundo. Com relação ao tempo
de cura, na maioria dos casos houve melhora do comportamento das misturas
solo-cinza em comparação ao obtido sem cura. O teor de cinza (volante ou de
fundo), tempo de cura e a tensão de confinamento influenciam na deformação
volumétrica das misturas solo-cinza, apresentando menores deformações
volumétricas para maiores teores de cinza e maiores tempos de cura. As misturas
com 40% de cinza volante e 30% de cinza de fundo apresentaram as melhores
características de resistência e poderiam ser utilizadas como estabilizante no solo
estudado, cumprindo exigências geotécnicas e ambientais, além de rebaixar os
custos de obra e dar um destino mais nobre para as cinzas de RSU.
Palavras-chave
Cinzas de resíduo sólido urbano; estabilização de solos; cinza volante;
cinza de fundo; ensaios triaxiais.
Abstract
Quispe, Cristian Chacón; Casagrande, Michéle Dal Toé (Advisor).
Behavior of clayey soil stabilized with municipal solid waste ashes
under static load. Rio de Janeiro, 2013. 150 p. MSc. Dissertation –
Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio
de Janeiro.
Management of Municipal Solid Waste (MSW) and its subsequent reuse or
not is an existing problem in Brazil and the world. In Brazil, the production of
energy through incineration of MSW is still in its initial stage, for example, with
the implementation of “Usina Verde” on campus at UFRJ, with the consequent
production of byproducts, such as fly and bottom ashes. This study presents the
behavior of a colluvial clayey soil stabilized with ashes from MSW under static
load, with the main objective to evaluate the influence of these ashes mixed with
the soil for possible applications in geotechnical works. For this characterization
were performed physical, chemical and mechanical tests, as Proctor compaction
tests Normal isotropically consolidated and drained triaxial (CID) for the pure and
soil-ash mixtures. Were evaluated the influence of the ash content (20%, 30% and
40% fly ash and botton ash) and of curing time (30 and 60 days). The results show
that all mixtures soil-ash have better shear strength compared to the pure soil,
where the soil- fly ash mixtures showed better results compared to mixtures of
soil- bottom ash. The variation of the ash content added to the soil, without
curing, shows that higher levels of ash the cohesion decrease and the opposite
occurs with the bottom ash. Respect to the curing time, in most cases there was as
improvement of the behavior of mixtures soil-ash compared to that obtained
without curing. The ash content (fly or bottom), curing time and confinement
stress influence the volumetric deformation to soil-ash mixtures, showed lower
volumetric deformations to higher concentrations of ash and longer curing times.
The mixtures with 40% fly ash and 30% bottom ash, showed the best
characteristics of strength and could be used as stabilizer in the studied soil,
compliance requirements geotechnical and environmental, in addition to lower
labor costs and give a nobler destiny for the ashes of MSW.
Keywords
Municipal solid waste ashes; soil stabilization; fly ash; bottom ash; triaxial
tests.
Sumário
1 Introdução 25
1.1. Relevância e Justificativa da Pesquisa 25
1.2. Objetivos 27
1.3. Organização do Trabalho 27
2 Revisão Bibliográfica 29
2.1. Considerações Iniciais 29
2.2. Resíduo Sólido Urbano e seu impacto ao Meio Ambiente 30
2.3. Aproveitamento das Cinzas de RSU 34
2.4. Estabilização de solos 39
2.4.1. Solo-Cal 42
2.4.2. Solo-Cimento 46
2.4.3. Solo-Cinza de Carvão 48
2.5. Considerações Finais 52
3 Programa Experimental 54
3.1. Materiais 54
3.1.1. Solo 54
3.1.2. Cinza Volante e Cinza de Fundo 58
3.1.2.1. Produção das Cinzas de RSU 59
3.1.2.2. Processo de Incineração 61
3.1.3. Misturas Solo-Cinza 66
3.2. Quantidade e Cronograma de ensaios 66
3.2.1. Quantidade de ensaios 67
3.3. Métodos e Procedimentos de Ensaio 68
3.3.1. Ensaios de Caracterização Física 69
3.3.1.1. Densidade Real dos Grãos 69
3.3.1.2. Limites de Atterberg 69
3.3.1.3. Análise Granulométrica 70
3.3.2. Ensaios Químicos 70
3.3.2.1. Composição Química 70
3.3.2.2. Teor de Matéria Orgânica 71
3.3.2.3. Solubilização e Lixiviação 72
3.3.3. Ensaios de Caracterização Mecânica 73
3.3.3.1. Ensaios de Compactação Proctor Normal 73
3.3.3.2. Ensaios Triaxiais 74
3.3.3.3. Ensaios Triaxiais CID 74
3.3.3.3.1. Equipamento utilizado 74
3.3.3.3.2. Preparação dos corpos de prova 76
3.3.3.3.3. Procedimento de saturação dos corpos de prova 81
3.3.3.3.4. Adensamento e Cálculo do t100 81
3.3.3.3.5. Cálculo da velocidade de cisalhamento e etapa de
Cisalhamento 82
3.3.3.3.6. Análises de Resistência 84
4 Resultados e Análises 86
4.1. Ensaios de Caracterização Física 86
4.1.1. Densidade Real dos Grãos (Gs) 86
4.1.2. Limites de Atterberg 87
4.1.3. Análise Granulométrica 88
4.1.4. Classificação SUCS 90
4.2. Ensaios Químicos 92
4.2.1. Composição Química 92
4.2.2. Teor de Matéria Orgânica 96
4.2.3. Ensaio de Lixiviação 97
4.2.4. Ensaio de Solubilização 99
4.3. Ensaios de Caracterização Mecânica 101
4.3.1. Ensaios de Compactação Proctor Normal 101
4.3.2. Ensaios Triaxiais CID 103
4.3.2.1. Influência do tipo de cinza 105
4.3.2.1.1. Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento
comparando a influência do tipo de cinza 112
4.3.2.2. Influência do Teor de Cinza 116
4.3.2.2.1. Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento
comparando a influência do teor de cinza 121
4.3.2.3. Influência do Tempo de Cura 123
4.3.2.3.1. Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento
comparando a influência do tempo de cura 133
5 Considerações Finais 142
5.1. Conclusões 142
5.2. Sugestões para pesquisas futuras 145
Referências Bibliográficas 146
Lista de Figuras
Figura 2.1 – Destinação final de RSU em toneladas por dia. (ABRELPE,
2011) ................................................................................................. 32
Figura 2.2 – Geração de RSU em toneladas por ano. (ABRELPE, 2011) 32
Figura 2.3 – (a) Coleta de RSU em toneladas por ano. (b) Destinação final
do RSU (ABRELPE, 2011) ................................................................ 33
Figura 2.4 – Efeito do teor de cal sobre a resistência a compressão
simples para alguns solos tratados com cal e curados por 7 dias.
(Inglês & Metcalf,1972) ..................................................................... 44
Figura 2.5 – Efeito do tempo de cura sobre a resistência a compressão
simples para alguns solos estabilizados com cal. (Inglês & Metcalf,
1972) ................................................................................................. 45
Figura 3.1 - Localização do Campo Experimental II PUC-Rio (Soares
2005). ................................................................................................ 55
Figura 3.2 – Argila utilizada - solo coluvionar. .......................................... 56
Figura 3.3 - Descrição morfológica do perfil do Campo Experimental II da
PUC-Rio (Dylac, 1994) ...................................................................... 57
Figura 3.4 – Cinza Volante de RSU ......................................................... 59
Figura 3.5 – Cinza de Fundo de RSU ...................................................... 59
Figura 3.6 – Composição do RSU da COMLURB e da Usina Verde
(FONTES, 2008) ............................................................................... 60
Figura 3.7 – Segregação de materiais para reciclagem na Usina Verde
(USINA VERDE, 2009)...................................................................... 63
Figura 3.8 – Processo de geração de energia elétrica na Usina Verde
(USINA VERDE, 2009)...................................................................... 64
Figura 3.9 – Etapas do processo de incineração de RSU na Usina Verde
S/A (Fontes, 2008) ............................................................................ 65
Figura 3.10 – Equipamento de EDX do LABEST da COPPE/UFRJ
(Vizcarra, 2010) ................................................................................. 71
Figura 3.11 – Mufla de 440 °C usada para as misturas solo-cinza do
laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. .................. 72
Figura 3.12 -(a) Caixa leitora de dados; (b) Medidor de Variação de
Volume tipo Imperial College; (c) Painel de controle das Pressões; (d)
Aplicação de Pressão confinante; (e) Cilindro de Acrílico; (f) Corpo-
de-prova; (g) Válvulas da câmara Triaxial; (h) Controle para início do
cisalhamento ..................................................................................... 75
Figura 3.13 – (a) Software CatmanEasy na etapa de cisalhamento, (b)
Sistema de aquisição de dados (Ramirez; 2012). ............................. 76
Figura 3.14 - Corpo cilíndrico compactado ............................................... 76
Figura 3.15 – (a) Corpo de prova após moldagem; (b) Corpo de prova
após aplainadas a base e a topo ...................................................... 77
Figura 3.16 – Capsulas com mistura de solo-cinza tirados do moldagem 77
Figura 3.17 – Teste de membrana ........................................................... 78
Figura 3.18 – (a) Pesagem do corpo-de-prova para montar na prensa
triaxial; (b) Verificação da prensa antes do ensaio ............................ 78
Figura 3.19 – Colocação do papel filtro. ................................................... 79
Figura 3.20 – (a) Colocação do corpo-de-prova no equipamento triaxial;
(b) Colocação da membrana com ajuda do molde de aço. ............... 79
Figura 3.21 – Colocação do papel filtro e a pedra porosa no topo do
corpo-de-prova .................................................................................. 80
Figura 3.22 – (a) Fixação da membrana ao corpo de prova com os o-rings;
(b) Preenchimento da câmara triaxial com água; (c) Colocação da
conexão de pressão confinante. ....................................................... 80
Figura 3.23 – Diferentes critérios para definição de ruptura. (Head, 1986
apud Dias, 2007) ............................................................................... 84
Figura 4.1 – Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e cinza de
fundo. ................................................................................................ 88
Figura 4.2 – Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e misturas
com 20%, 30% e 40% de teor de cinza volante. ............................... 89
Figura 4.3 – Distribuição granulométrica do solo, cinza de fundo e
misturas com 20%, 30% e 40% de teor de cinza de fundo. .............. 89
Figura 4.4 - Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas
solo-cinza volante. .......................................................................... 101
Figura 4.5 - Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas
solo-cinza de fundo. ........................................................................ 102
Figura 4.6 - Curvas tensão e deformação volumétrica versus deformação
axial para o solo puro (S100), ensaios de compressão triaxial.
(Ramirez, 2012) .............................................................................. 104
Figura 4.7 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 e SP80CF20 em
ensaios de compressão triaxial. ...................................................... 106
Figura 4.8 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 e SP70CF30 em
ensaios de compressão triaxial. ...................................................... 108
Figura 4.9 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 e SP60CF40 em
ensaios de compressão triaxial. ...................................................... 111
Figura 4.10 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP80CV20 e SP80CF20. ................................................................ 113
Figura 4.11 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP70CV30 e SP70CF30. ................................................................ 113
Figura 4.12 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP60CV40 e SP60CF40. ................................................................ 114
Figura 4.13 – Corpos de prova de SP80CV20; (a) Amostra cisalhada a 50
kPa; (b) Amostra cisalhada a 400 kPa ............................................ 115
Figura 4.14 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CV20, SP70CV30 e
SP60CV40 em ensaios de compressão triaxial. ............................. 116
Figura 4.15 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CF20, SP70CF30 e
SP60CF40 em ensaios de compressão triaxial. .............................. 119
Figura 4.16 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40. ............................................ 121
Figura 4.17 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40. ............................................. 122
Figura 4.18 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 sem tempo de cura
e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. ................. 124
Figura 4.19 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 sem tempo de cura
e com 30 dias em ensaios de compressão triaxial. ......................... 126
Figura 4.20 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 sem tempo de cura
e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. ................. 127
Figura 4.21 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CF20 sem tempo de cura
e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. ................. 129
Figura 4.22 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP70CF30 sem tempo de cura
e com 30 dias em ensaios de compressão triaxial. ......................... 131
Figura 4.23 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP60CF40 sem tempo de cura
e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. ................. 132
Figura 4.24 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP80CV20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. ....................... 134
Figura 4.25 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP70CV30 sem tempo de cura e com 30 dias. ............................... 134
Figura 4.26 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura
SP60CV40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. ....................... 135
Figura 4.27 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura
SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. ....................... 136
Figura 4.28 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura
SP70CF30 sem tempo de cura e com 30 dias. ............................... 137
Figura 4.29 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura
SP60CF40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. ....................... 138
Figura 4.30 – Variação da coesão para diferentes misturas solo-cinza e
tempo de cura. ................................................................................ 140
Figura 4.31 – Variação do ângulo de atrito para diferentes misturas solo-
cinza e tempo de cura. .................................................................... 140
Figura 4.32 – Corpos de prova de SP60CV40 T60d - (a) Amostra
cisalhada a 50 kPa; (b) Amostra cisalhada a 200 kPa; (c) Amostra
cisalhada a 400 kPa. ....................................................................... 141
Figura 4.33 – Corpos de prova de SP70CF30 sem tempo de cura - (a)
Amostra cisalhada a 50 kPa; (b) Amostra cisalhada a 200 kPa; (c)
Amostra cisalhada a 400 kPa. ......................................................... 141
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 – Municípios Pesquisados por Regiões. (ABRELPE, 2011) ... 31
Tabela 2.2 – Quantidade de RSU Coletada por regiões e Brasil.
(ABRELPE, 2011) ............................................................................. 32
Tabela 2.3 - Uso potencial de cinza volante de RSU. (Ferreira et al, 2003)
.......................................................................................................... 34
Tabela 2.4 - Comparação de diferentes opções para a aplicação de cinza
volante de RSU. (Ferreira et al. 2003) .............................................. 36
Tabela 2.5 – Previsão da quantidade de cal em função do tipo de solo.
(Inglês & Metcalf, 1972) .................................................................... 43
Tabela 2.6 – Cimento requerido por volume para estabilização efetivo de
diferentes solos. (Michelli & Freitagi, 1959 apud Das, 2001) ............ 47
Tabela 3.1 - Análise mineralógica (Sertã, 1986) do coluvio (3,0 -3,5 m.) . 58
Tabela 3.2 - Siglas utilizadas para o solo, cinzas e as misturas............... 66
Tabela 3.3 – Quantidade de ensaios ........................................................ 68
Tabela 4.1 – Resultados do ensaio de densidade real dos grãos para o
solo, cinza volante e cinza de fundo. ................................................ 86
Tabela 4.2 – Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo
e misturas solo-cinza volante. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013) ........ 87
Tabela 4.3 – Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo
e misturas solo-cinza de fundo. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013) ...... 87
Tabela 4.4 – Resultados das análises granulométricas. .......................... 90
Tabela 4.5 – Índices para classificação SUCS. ........................................ 90
Tabela 4.6 - Caracterização Física do solo coluvionar do Campo
Experimental II da PUC-Rio (Ramirez, 2012 e Quispe, 2013) .......... 91
Tabela 4.7 – Análises químicas de capacidade de troca catiônica (CTC) e
de ataque sulfúrico (Duarte, 2004 apud Soares, 2005) ..................... 92
Tabela 4.8 – Análises químicas total em porcentagem em peso (Sertã,
1986) ................................................................................................. 92
Tabela 4.9 – Análises mineralógica (Sertã, 1986) .................................... 93
Tabela 4.10 – Composição química da cinza volante de RSU (Vizcarra,
2010) ................................................................................................. 94
Tabela 4.11 – Composição química da cinza de fundo de RSU (Vizcarra,
2010) ................................................................................................. 94
Tabela 4.12 – Composição química das misturas solo-cinza volante de
RSU................................................................................................... 95
Tabela 4.13 – Composição química das misturas solo-cinza de fundo de
RSU................................................................................................... 96
Tabela 4.14 – Teor de matéria orgânica do solo, cinza volante e cinza de
fundo. (Vizcarra, 2010 e Quispe, 2013) ............................................ 96
Tabela 4.15 – Teor de matéria orgânica das misturas solo-cinza. ........... 97
Tabela 4.16 – Resultados do ensaio de lixiviação – Parâmetros
Inorgânicos na Cinza Volante (Vizcarra, 2010). ................................ 98
Tabela 4.17 – Resultados do ensaio de lixiviação – Parâmetros
Inorgânicos na Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010). ............................. 98
Tabela 4.18 – Resultados do ensaio de solubilização – Parâmetros
Inorgânicos na Cinza Volante (Vizcarra, 2010). ................................ 99
Tabela 4.19 – Resultados do ensaio de solubilização – Parâmetros
Inorgânicos na Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010). ........................... 100
Tabela 4.20 – Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal
para o solo e misturas de solo-cinza volante. ................................. 101
Tabela 4.21 – Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal
para o solo e misturas de solo-cinza de fundo. ............................... 102
Tabela 4.22 – Resumo de coesão e ângulo de atrito para o SP e as
misturas solo-cinza sem tempo de cura .......................................... 115
Tabela 4.23 – Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo argiloso
(SP) e as misturas solo-cinza sem tempo de cura. ......................... 123
Tabela 4.24 – Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo (SP) e as
misturas solo-cinza sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo
de cura. ........................................................................................... 138
Lista de Abreviaturas
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABRELPE Associação Brasileira de Empresas de
Limpeza Pública e Resíduos Especiais
CBR California Bearing Ratio
CD Adensado e drenado
CDR Combustível Derivado do Resíduo
CF Cinza de Fundo
CH Argila arenosa de média plasticidade
CID Consolidado Isotropicamente Drenado
COMLURB Companhia Municipal de Limpeza Urbana
CTC Capacidade de troca catiônica
CV Cinza Volante
EDX Espectrometría de fluorescêncía de Raios-X
EUA Estados Unidos da América
IP Indice de Plasticidade
LL límite de liquidez
LP Límite de Plasticidade
LVDT Linear Variable Differential Transformer
MMA Ministerio de Meio Ambiente
MVV Medidores de Variação Volumétrica
OL Argila orgânica de baixa plasticidade
RSU Resíduo Sólido Urbano
SM Areias siltosas
SP Solo Puro
SP-SC Areias mal graduadas com argila
SUCS Sistema Unificado de Classificação dos Solos
SW-SC Areia bem graduada com argila
Lista de Símbolos
ótm Teor de umidade ótimo de compactação
d máx Peso específico seco aparente máximo
d Massa específica seca
s Densidade real dos grãos
Teor de umidade
Gs
Massa específica do solo
Massa específica real dos grãos
e Índice de vazios
emáximo Índice de vazios máximo
emínimo Índice de vazios mínimo
Cu Coeficiente de uniformidade
Cc Coeficiente de curvatura
D10 Diâmetro efetivo
D50 Diâmetro médio
tf Tempo mínimo de ruptura
L Altura do corpo de prova
υ Coeficiente de Poisson
ν Velocidade de cisalhamento
‘
”
Relativo a tensões efetivas
Polegadas
a Deformação axial
v Deformação volumétrica
Tensão de cisalhamento
1, 3 Tensões principais, maior e menor
σ’c Tensão de confinamento efetiva
σd Tensão desviadora
Δσc Acréscimo de tensão confinante aplicado
Δu Excesso de poropressão gerado
φ’ Ângulo de atrito
c’ Coesão
p’ (σ’1 + σ’3)/2 (Tensão efetiva média normal)
q (σ’1 – σ’3) /2 (Tensão de Desvio)
E Módulo de Young
h Altura final do corpo de prova.
kPa Kilo Pascais
hi
%
mm
cm
°C
Altura inicial do corpo de prova.
Porcentagem
Milímetro
Centímetros
Graus centígrados
meq Miliequivalentes
t Tonelada
kg Kilogramas
H2O Água
SiO2 Sílica
Al2O3 Alumina
Fe2O3 Hematita
SO3 Anidro Sulfúrico
CaO Óxido de Cálcio
Cl Cloro
TiO2 Dióxido de Titânio
K2O Óxido de Potássio
P2O5 Pentóxido de Fósforo
ZnO Óxido de Zinco
Cr2O3 Óxido de Crômio (III)
MnO Óxido de Manganês (II)
SrO Óxido de Estrôncio
ZrO2 Óxido de Zircônio
CuO Óxido de Cobre (II)
PbO Óxido de Chumbo (II)
MgO Óxido de Magnésio
Na2O Óxido de Sódio
V2O5 Pentóxido de Vanádio
KI Iodeto de Potássio
KCl Cloreto de Potássio
H2SO4 Ácido sulfúrico
NaOH Hidróxido de sódio
CO2 Dióxido de Carbono
pH Medida da acidez ou basicidade
25
1 Introdução
1.1. Relevância e Justificativa da Pesquisa
A gestão dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e seu consequente
reaproveitamento ou não é um problema existente no Brasil e no mundo. A
disposição final das quantidades gigantescas de RSU gerado diariamente é um
problema que afeta a todos os setores da sociedade. Segundo a Associação
Brasileira das Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (ABRELPE,
2011), que trabalha em cerca de 400 municípios e representa quase 51% da
população urbana total do Brasil, no ano 2011 foram gerados quase 178 mil
toneladas de lixo domiciliar por dia, o que é ao ano quase 61,9 milhões de
toneladas de lixo. Foi 1,8% a mais que do ano 2010, onde o aumento de
população foi de 0,9%, metade do lixo a mais gerado no ano 2011, que aumenta a
cada ano. Dos 61,9 milhões de toneladas de lixo, 55,5 milhões de toneladas foram
resíduos sólidos e destes, 42% tiveram disposição em locais inadequados, como
lixões e aterros controlados. Ressalta-se que 10% de todo o lixo que é gerado
acaba tendo destino pior em terrenos baldios, córregos, lagos e outros.
Visando este problema o estado brasileiro promulgou a nova Lei de
Resíduos Sólidos (Lei N° 12.305, de 2 de Agosto de 2010) onde previa que desde
Agosto de 2012, todos os municípios deveriam fazer a entrega de seus planos de
gestão de resíduos. Os municípios que perderam o prazo não teriam direito a
receber recursos federais e renovar novos contratos com a esfera federal para o
setor. Segundo o Ministério de Meio Ambiente (MMA), só 10% das cidades
brasileiras concluíram e entregaram esses planos e as novas administrações
eleitas, em Outubro de 2012, deverão fazer a entrega desses planos no ano que
assumirão seu cargo, em 2013.
Com o aumento da produção anual de RSU, as preocupações ambientais
com os métodos de deposição tradicionais, falta de espaço para instalação de
26
aterros sanitários e as novas disposições legais propostas pelo governo brasileiro,
são incentivadas novas alternativas de gestão dos RSU, tais como incineração.
A incineração é um componente importante da gestão integral de RSU em
vários países. O processo de incineração com geração de energia transforma
materiais orgânicos em CO2 e H2O, mas gera resíduos orgânicos, a partir de
metais ferrosos e não ferrosos. Estes resíduos são classificados como cinza de
fundo e cinza volante, o primeiro é o subproduto do processo de combustão,
enquanto as cinzas volantes são os resíduos provenientes da câmara de combustão
e são recolhidos a partir do reator e filtros.
No Brasil, a produção de energia mediante incineração de RSU ainda está
na sua etapa inicial, como por exemplo, com a implantação da Usina Verde no
campus da UFRJ, com a consequente produção de subprodutos, como as cinzas
(volante e de fundo) que, para cada tonelada de RSU que entra no forno, se obtém
120 kg de cinza, que atualmente são dispostas no Aterro Metropolitano Jardim
Gramacho, no Município de Rio de Janeiro, e ocupa só 12% do peso que ocuparia
o RSU sem ser tratado.
Com a presente pesquisa procura-se conhecer a viabilidade do emprego das
cinzas obtidas pela incineração de RSU como material estabilizante em obras de
terra submetidas a esforços estáticos, através de ensaios experimentais de
laboratório. A utilização das cinzas de RSU como material estabilizante pode
potencializar a diminuição da exploração de recursos naturais, contribuir com a
minimização de passivos ambientais, agregar valor ao resíduo e evitar problemas
ambientais, eliminando problemas atuais de disposição de resíduos em lixões e
aterros sanitários.
A técnica de inserção de materiais alternativos em obras geotécnicas auxilia
na diminuição dos custos das obras, incentivando o investimento neste tipo de
infraestrutura e atendendo parcelas da sociedade que são menos favorecidas.
Para que sejam concebidos novos materiais é relevante que se conheçam as
propriedades mecânicas, físicas e químicas dos materiais de constituição e suas
possíveis misturas. Esta dissertação faz parte de uma linha de pesquisa que aporta
os primeiros conhecimentos, no Brasil, sobre o comportamento de solos
estabilizados com cinzas de RSU, sendo que ao verificar que as cinzas de RSU
podem ser utilizadas para potencializar sua utilização em projetos de obras
geotécnicas (camadas de aterros sanitários, aterros sobre solos moles,
27
estabilização de taludes e aterros temporários) se estaria contribuindo na melhora
do equilíbrio entre o meio ambiente e sociedade, além de dar um fim mais nobre
às cinzas de RSU.
1.2. Objetivos
O objetivo principal desta pesquisa é avaliar a influência das cinzas de RSU,
provenientes da Usina Verde S.A., como material estabilizante em uma amostra
de um solo coluvionar argiloso, para possíveis aplicações em obras geotécnicas.
Este objetivo será alcançado através da avaliação do comportamento físico,
químico e mecânico do solo e das misturas solo-cinza, estabelecendo parâmetros
de comportamento que possam medir a influência da adição da cinza de RSU no
solo.
De acordo com o objetivo principal descrito, foram estabelecidos os
seguintes objetivos específicos:
Realizar ensaios de caracterização física e química do solo, das
cinzas de RSU e misturas solo-cinza, através de ensaios de
laboratório normatizados;
Avaliar o comportamento mecânico do solo puro e das misturas com
diversos teores de cinza volante e cinza de fundo, através de ensaios
de compactação e ensaios triaxiais consolidados isotropicamente
drenados (CID), a fim de se obter os parâmetros de resistência ao
cisalhamento;
Analisar as influências do tipo e teores de cinzas adicionadas ao solo
e do tempo de cura nas misturas solo-cinza.
1.3. Organização do Trabalho
Este trabalho está dividido em cinco capítulos, iniciando com este capítulo
introdutório (Capítulo 1), seguido do Capítulo 2, onde é apresentada uma revisão
da literatura existente sobre as cinzas de RSU, o impacto ambiental dos RSU,
aproveitamento das cinzas de RSU em projetos geotécnicos e estabilização de
28
solos com este tipo de cinza e outros tipos de estabilizadores como cimento, cal e
cinzas de carvão.
No Capítulo 3 é descrito detalhadamente o programa experimental seguido
neste trabalho. Descrevem-se também os materiais utilizados, os equipamentos, os
métodos de ensaios e as quantidades e cronograma de ensaios.
O Capítulo 4 apresenta os resultados dos ensaios de caracterização física,
química e mecânica realizados. Estes resultados são analisados com o fim de
procurar uma tendência de comportamento das misturas solo-cinza e compará-lo
com o solo.
Finalmente no Capítulo 5 são apresentadas as considerações finais baseadas
no conhecimento obtido da realização deste trabalho e da análise dos resultados
seguido das sugestões para futuras pesquisas.
29
2 Revisão Bibliográfica
2.1. Considerações Iniciais
O uso de resíduos constitui uma área de estudo em expansão, em diferentes
lugares do mundo, principalmente devido às perspectivas de racionalização e
conformidade ambiental que o tema envolve.
Neste contexto é importante destacar diversos tipos de cinzas como, as
cinzas obtidas de queima de carvão, queima de resíduos sólidos urbanos ou outros
tipos de resíduos, cinzas de bagaço de cana de açúcar, etc, que podem ser usados
como material de reforço para o solo pela apresentação de características
pozolânicas na sua estrutura de composição, além de promover mecanismos de
melhora e otimização de desempenho de solos em qualquer tipo de aplicação
(obras rodoviárias, elementos de fundações, camadas de aterros sanitários, etc).
Um caso histórico é apresentado por Cerati (1979, apud Rosa, 2009) onde
pode-se destacar o emprego de solo vulcânico para tornar mais resistentes à água
as argamassas de cal destinadas ao revestimento de cisternas, na ilha de Santorin,
já no século VII a. C. Ainda segundo este autor, pode-se observar que 1936 é a
data considerada como marco para a utilização de cinzas volantes provenientes de
termoelétricas como agente cimentante no concreto, nos EUA.
Cinzas provenientes de incineração de resíduo sólido urbano têm sido
estudadas para usos como agentes estabilizantes de solos e em camadas de
cobertura de rejeitos (Lee et al. 1996 apud Rosa, 2009). Misturas contendo esse
material vêm se constituindo em alternativas viáveis para essas aplicações, uma
vez que suas características físicas, químicas e mecânicas são bastante
semelhantes aos das cinzas volantes, por exemplo, a incineração de resíduos
sólidos, no Havai, EUA, tem sido realizada com propósitos de geração de energia,
esse procedimento visa, principalmente, reduzir o volume total dos resíduos
sólidos urbanos.
30
É importante o conhecimento de diferentes tipos de usos e novas técnicas da
engenharia para reaproveitar as cinzas obtidas da queima de resíduo sólido
urbano, para contribuir com novas soluções aos problemas da engenharia, com
menor custo e preservando o meio ambiente ao mesmo tempo.
2.2. Resíduo Sólido Urbano e seu impacto ao Meio Ambiente
O resíduo sólido urbano (RSU), vulgarmente denominado por lixo urbano, é
resultante da atividade doméstica e comercial da população. A sua composição
varia, dependendo da situação sócio-econômica e das condições e hábitos de vida
de cada um. Esses resíduos podem ser classificados das seguintes maneiras:
matéria orgânica, papel e papelão, plásticos, vidro, metais e outros (roupas, óleos
de cozinha e óleos de motor, resíduos eletrônicos).
Existem também alguns tipos de resíduos diferentes dos comumente
encontrados e que são denominados tóxicos. Estes necessitam de um destino
especial para que não contaminem o ambiente e os seres que nele habitam, como
aerossóis vazios, pilhas, baterias, lâmpadas fluorescentes, restos de medicamentos
e outros.
Segundo a nova Lei de Resíduos Sólidos (Lei N° 12.305, de 2 de Agosto de
2010), o lixo deixa de ser lixo para virar resíduos sólidos ou rejeitos. O resíduo
sólido é um material valioso para ser usado novamente na cadeia produtiva, ser
reaproveitado, reciclado e não mais descartado e o rejeito é o resíduo sólido
também, mas depois de esgotadas todas as possibilidades de tratamento e
recuperação por processo tecnológico disponível e economicamente viável.
Então, existe uma responsabilidade compartilhada com o setor público e
privado, sociedade civil, cidadãos e catadores de material reciclável para que
façam parte de um mesmo objetivo que é a redução ou reaproveitamento dos
resíduos sólidos urbanos; dependerá muito da união de todos para o sucesso ou
fracasso da lei.
A lei prevê desde Agosto do ano 2012 a entrega, por todos os municípios do
país, de seus planos de gestão de resíduos. Segundo o Ministério do Meio
Ambiente (MMA), por volta de 560 municípios, ou 10% do total das cidades
brasileiras, concluíram e entregaram esses planos. Os municípios que perderam o
31
prazo não terão direito a receber recursos federais e renovar novos contratos com
a esfera federal para o setor. Essa questão fica, portanto, para as novas
administrações que foram eleitas em Outubro do 2012 e assumiram seus cargos
em 2013.
Conforme pesquisa da Associação Brasileira das Empresas de Limpeza
Pública e Resíduos Especiais (ABRELPE, 2011), em cerca de 400 municípios,
que representam o 51% da população urbana total do Brasil, o problema se deve
muito à falta de pessoal qualificado para atender aos requisitos previstos na lei. A
Tabela 2.1 apresenta a quantidade de municípios pesquisados por Regiões.
Tabela 2.1 – Municípios Pesquisados por Regiões. (ABRELPE, 2011)
Região Quantidade de Municipios Pesquisados
Norte 50
Nordeste 123
Centro-Oeste 32
Sudeste 132
Sul 63
Total 400
A previsão do fim dos lixões até 2014, em todas as cidades brasileiras, é
uma tarefa com enorme dificuldade em se tornar realidade, se a maioria das
cidades permanecerem distantes dessa discussão. No lugar dos lixões, os resíduos
só poderão ser enviados para aterros sanitários. Mas a realidade atual, segundo o
Ministério do Meio Ambiente (2011), é a de que ainda existem mais de 3 mil
lixões no Brasil, sendo que nada menos de que 60% dos municípios do país
despejam lá seus resíduos.
O Brasil produziu cerca de 178 mil toneladas de lixo domiciliar por dia no
ano (ABRELPE, 2011), o que representa mais de um quilo por pessoa. Ao menos
90% de todo esse material pode ser reaproveitado, reutilizado ou reciclado.
Apenas 1% acaba sendo aproveitado para ter um destino mais nobre do que o de
se degradar e contaminar o nosso ambiente. Os especialistas calculam que o Brasil
deixa de ganhar ao menos R$ 8 bilhões por ano ao não reciclar toda essa grande
quantidade de resíduos gerados no país (ABRELPE, 2011). A Tabela 2.2
apresenta a quantidade de RSU coletada e a Figura 2.1 apresenta a destinação
final de RSU por dia.
32
Tabela 2.2 – Quantidade de RSU Coletada por regiões e Brasil. (ABRELPE, 2011)
Região 2010 2011
RSU Total (t/dia)
Equação RSU Total
(t/dia)
Norte 10623 RSU = 0,000293(pop urb/1000) + 0,801841 11360
Nordeste 38118 RSU = 0,000214(pop urb/1000) + 0,875800 39092
Centro-Oeste 13967 RSU = 0,000266(pop urb/1000) + 0,938780 14449
Sudeste 92167 RSU = 0,000155(pop urb/1000) + 0,862273 93911
Sul 18708 RSU = 0,000306(pop urb/1000) + 0,716148 19183
Total 173583 177995
Figura 2.1 – Destinação final de RSU em toneladas por dia. (ABRELPE, 2011)
De acordo com o Panorama dos Resíduos Sólidos no Brasil, divulgado pela
ABRELPE (2011), a quantidade de resíduos sólidos gerados no Brasil totalizou
61,9 milhões de toneladas neste ano, 1,8% a mais do que no ano anterior. O
crescimento na “produção” desses resíduos, de 2010 para 2011, foi duas vezes
maior do que o aumento da população, que ficou em torno de 0,9% no período. A
Figura 2.2 apresenta a geração de RSU nos anos 2010 e 2011.
Figura 2.2 – Geração de RSU em toneladas por ano. (ABRELPE, 2011)
t/ano t/ano
33
O estudo revela também que, em 2011, foram coletados 55,5 milhões de
toneladas de resíduos sólidos, 2,5% a mais que do ano 2010. Sendo que 42%
desses resíduos foram parar em locais inadequados como lixões e aterros
controlados, 1,4% a mais que do ano 2010. E, ainda pior, cerca de 10% de tudo o
que é gerado acaba tendo destino ainda pior em terrenos baldios, córregos, lagos e
praças. A Figura 2.3 apresenta a coleta de RSU e sua destinação final.
(a)
(b)
Figura 2.3 – (a) Coleta de RSU em toneladas por ano. (b) Destinação final do RSU
(ABRELPE, 2011)
Segundo os dados obtidos pela ABRELPE (2011), nota-se que a geração do
RSU tem um aumento significativo com o tempo. O governo do Brasil promulgou
uma lei que tem como mandamento fundamental a reutilização deste desperdício.
Um tipo de reutilização é apresentado nesta pesquisa, como cinzas de RSU, que
pode servir como estabilizante ao misturá-lo com o solo.
A produção deste tipo de cinzas de RSU, volante e de fundo, bem como seu
processo de incineração é apresentado no Capítulo 3 desta dissertação.
t/ano t/ano
34
2.3. Aproveitamento das Cinzas de RSU
Segundo Ferreira et al. (2003) para identificar a área potencial para a
aplicação das cinzas volantes de RSU e avaliar cada uso individual existem três
fatores principais: adequação para o processamento, desempenho da técnica e o
impacto ambiental.
O primeiro fator, a adequação para processamento, depende das
características físico-químicas das cinzas volantes, tais como o tamanho de
partícula e as propriedades químicas, que podem constituir uma limitação para um
determinado processo (embora em alguns casos estas características possam ser
ajustadas em conformidade com os requisitos de processamento). O desempenho
da técnica é o segundo fator considerado. Mesmo que a cinza volante possa ser
facilmente processada, o produto final não pode ser usado, a menos que ela
apresente boas propriedades técnicas. Por fim, o terceiro fator considerado é o
impacto ambiental. A toxicidade não necessariamente desaparece com a
valorização da cinza volante. Os riscos impostos sobre o meio ambiente, por cada
eventual aplicação, deve ser cuidadosamente pesado contra da criação de novas
fontes de poluição em outro lugar. (Ferreira et al. 2003)
Com estes três fatores, Ferreira et al. (2003) apresentam a Tabela 2.3 com
nove aplicações potenciais agrupadas em quatro categorias principais.
Tabela 2.3 - Uso potencial de cinza volante de RSU. (Ferreira et al, 2003)
Categoria Aplicação
Materiais de Construção
Produção de cimento
Concreto
Cerâmicas
Vidro e cerâmicas de vidro
Geotécnica Pavimento
Aterro
Agricultura Condicionador do solo
Diversos Absorvente
Condicionamento de lodo
Neste trabalho se apresenta o uso potencial da cinza volante de RSU para a
categoria de Geotecnia, como por exemplo, camadas de aterros sanitários, aterros
sobre solos moles, estabilização de taludes.
35
Pesquisas sobre a utilização de cinzas de RSU em mistura com solos são
recentes quando comparadas com os demais resíduos reutilizados como agentes
cimentantes, como as cinzas de carvão mineral. Entretanto, pode-se dizer que
foram motivadas pelos motivos de reaproveitamento de resíduos e da grande
quantidade que é gerada a cada ano no Brasil e no mundo inteiro, procurando um
uso não contaminável e de baixo custo.
Segundo Ferreira et al. (2003) a cinza volante de RSU pode ser aplicada
no pavimento como um substituto da areia na base ou sub-base de cimento
estabilizado, no entanto, tem questões ambientais relacionadas com a
contaminação do solo e das águas subterrâneas por substâncias liberadas a partir
da base do pavimento. Estudos ambientais feitos na Holanda, do produto obtido
após a pré-lavagem seguido pela cimentação têm como resultado satisfazer os
padrões para materiais de construção. Os estudos concentram em questões
ambientais e também incluem uma estimativa dos custos globais, resultando que a
pré-lavagem somada à aplicação é menos cara do que a eliminação da cinza como
material perigoso.
Ferreira et al. (2003) comenta que uma aplicação potencial para a cinza
volante de RSU está na estabilização do solo, como um substituto de cal ou
cimento, aproveitando suas características pozolânicas, os quais são utilizados na
prática comum quando o solo de fundação não apresenta as propriedades
geotécnicas desejáveis. Ao adicionar cal ou cimento ao solo se reduz a
compressibilidade e se aumenta a resistência ao cisalhamento, melhorando assim
as propriedades de engenharia. A densidade da cinza volante de RSU é menor do
que outros materiais de enchimento usados na construção de aterros, valores
típicos de densidade para cinza volante de RSU são 1,7 – 2,4, enquanto a areia é
2,65.
Goh e Tay (1991, apud Ferreira et al. 2003) investigaram a possibilidade
de utilizar as cinzas volantes de RSU em aplicações geotécnicas como substituto
de material de colocação no aterro e encontraram que a cinza volante de RSU
apresentou propriedades pré-requisitos para este tipo de aplicação como alta
resistência e livre-drenagem, típicos de material granular, e menor densidade de
compactação que os enchimentos de terra convencional. Também avaliaram a
possibilidade de utilização da cinza volante de RSU na estabilização do solo
(substituindo a cal ou cimento), descobrindo que misturas de solo-cinza volante de
36
RSU apresentaram melhora da resistência ao cisalhamento e menor
compressibilidade em comparação com outros solos não tratados. O principal
problema decorrente desta aplicação é o mesmo que na base de estrada, isto é, a
possibilidade de contaminação do solo e das águas subterrâneas a partir da
construção de aterro. Neste caso Goh e Tay (1991, apud Ferreira et al, 2003)
compararam ensaios de lixiviação para cinzas volantes de RSU com lixiviação de
cinzas volantes de RSU estabilizadas com cal ou cimento e os resultados foram
que as cinzas volantes de RSU não estabilizadas excederam os padrões de
qualidade, enquanto, as cinzas volantes de RSU estabilizadas apresentaram
valores mais baixos. No entanto, limitaram seu estudo à lixiviação de cinzas
volantes de RSU e não observaram o que pode acontecer nas misturas solo-cinza
volante, o que poderia dar uma indicação mais precisa do comportamento de
lixiviação de aterros construídos com esses materiais.
A Tabela 2.4 apresenta o resumo dos principais aspectos com relação as
aplicações da cinza volante de RSU.
Tabela 2.4 - Comparação de diferentes opções para a aplicação de cinza volante de RSU. (Ferreira et al. 2003)
O método usado por Ferreira et al. (2003) para identificar a área potencial
para a aplicação das cinzas volantes de RSU, também poderia ser usado para as
cinzas de fundo de RSU, com a finalidade de ter um maior conhecimento da
aplicabilidade deste tipo de cinza.
Segundo Forteza et al. (2004) desde que começou a incineração de RSU,
outras possibilidades além da disposição em aterros de incineração de resíduos
têm sido procuradas. A maioria das iniciativas nesse sentido tendem a usar esses
resíduos como agregado substituto em pavimentos rodoviários, aterros e outros
elementos de construção. Para se ter uma utilização eficaz das cinzas de fundo de
RSU, alguns aspectos devem ser considerados:
As cinzas de fundo provenientes da incineração de RSU são um
material tão altamente heterogêneo e variável que os resultados não
AplicaçãoEstado
atual
Nivel de
aplicação
Pré-
tratamentoValorização
Possíveis
usos
Comportamento
lixivianteVantagens principais
Possíveis
desvantagens
BaixoRentável (menos caro do
que a eliminação)
Enchimento
/Cimentoso-
Lixiviação excede os
padróes de água
Pavimento
AterroEnchimento
/CimentosoMédio/Alto
Fácil de implementar;
compactação de solo baixa
Provado
Provado
Médio
Baixo
Exigido
Aconselhado
Baixo
Baixo
37
podem garantir o comportamento da cinza obtida a qualquer
momento e sob qualquer condição. Portanto, um controle contínuo
do produto químico principal e propriedades de engenharia
(significativamente lixiviados, distribuição de tamanho de
partícula, capacidade de carga, etc.) tem de ser realizado, e
diferentes planos de amostragem que permitam cobrir uma gama
maior de eventualidades, referente ao resíduo da incineração e às
condições de operação do incinerador, deve ser realizada;
Em segundo lugar, a partir de alguns resultados, pode-se deduzir
que uma gestão mais rigorosa de coleta seletiva poderia dar origem
a uma alteração significativa na composição da cinza de fundo.
Assim, uma redução da quantidade de vidro incinerado iria reduzir
o volume da cinza de fundo, o qual o vidro é o componente
dominante. Isto deveria ser destacado, pois a cinza de fundo
resultante se tornará em pó fino e as aplicações a serem
consideradas seriam consideravelmente contidas;
Finalmente, o comportamento da cinza de fundo, em pavimentação
e em condições reais pode ser apenas avaliado através da
realização de seções experimentais, onde o comportamento a longo
prazo tem que ser avaliado. Neste sentido, é importante sublinhar a
ordem da Regulação do Governo da Catalunha, Espanha, na
avaliação em cinzas de fundo, o que foi tomado como referência e
estabelece limitações para o uso de cinzas, que se referem
basicamente à sua utilização em zonas de real ou potencial contato
com água, a fim de limitar as emissões de lixiviados.
Becquart et al. (2008) realizou ensaios de carga cíclica e ensaios triaxiais
na cinza de fundo de RSU pura e com adição de um agente de ligação que é o
cimento com a visão de conhecer as características mecânicas desta cinza pura e
seus possíveis usos na pavimentação. Os resultados revelam um comportamento
mecânico semelhante à materiais densos convencionais (areias, materiais
granulares) e uma dependência da pressão média aplicada que é característica do
comportamento mecânico de meios granulares. Destaca-se que nas suas
características mecânicas da cinza de fundo de RSU pura, os resultados
38
apresentaram uma elevada rigidez, um índice de compressão baixa e um ângulo de
atrito alto o que dá ao material uma utilização potencial semelhante ao cascalho
natural classicamente usado na pavimentação. Os ensaios triaxiais drenados
realizados na cinza de fundo de RSU tratado com cimento (1% - 5%)
apresentaram como resultado um comportamento mais frágil, típico de material de
base de cimento (por exemplo, argamassa ou concreto), os ângulos de atrito
interno aumentam na resistência de pico, bem como em grandes deformações,
estas diferenças parecem aumentar com o teor de cimento.
Vizcarra (2010) destaca que a quantidade de usinas de RSU ainda é bem
menor do que as que utilizam carvão mineral. O comportamento relatado das
cinzas sobre os seus efeitos e mecanismos de estabilização é comparável aos das
cinzas de carvão, desde que o RSU seja principalmente composto por matéria
orgânica. No Brasil não foram detectados relatórios sobre a utilização do tipo de
cinzas de RSU na pavimentação rodoviária, durante sua pesquisa.
Dentro desse contexto, realizou um estudo com o objetivo de avaliar a
aplicabilidade das cinzas de RSU em camadas de base de pavimentos rodoviários
através da mistura das cinzas a um solo argiloso não-lateritico regional. Foram
realizados ensaios de caracterização física, química e mecânica para o solo puro e
para o mesmo com adição de diferentes teores de cinzas (20% e 40%), além disso,
foram realizados ensaios ambientais de lixiviação e solubilização visando o perigo
que poderia causar o uso de cinzas geradas da incineração de RSU.
As misturas com inserção de cinzas apresentaram um comportamento
mecânico compatível com as exigências de um pavimento de baixo volume de
tráfego. Os parâmetros de compactação são influenciados pelo teor e tipo de cinza
adicionado, sendo que para cada teor deve-se obter uma curva de compactação.
Conclui que para o ensaio de módulo de resiliência o teor de cinza pode melhorar
ou piorar o comportamento do solo e outros fatores que influenciam o
comportamento resiliente são: o teor de umidade, o tempo de atraso da
compactação após a mistura dos materiais e o tempo de cura, o qual tem
influência favorável.
Os ensaios de CBR no solo puro apresentaram que não poderia ser usado
em base de pavimentos, mas com adição de cinza os resultados melhoraram e com
adição de um teor de 40% de cinza volante conseguiu reduzir a expansibilidade do
solo até menos de 0,5%, viabilizando assim seu emprego em base de pavimentos.
39
Dentro dos ensaios químicos avaliou ensaios de lixiviação e solubilização para as
cinzas (volante e de fundo) puras e a mistura com 40% de cinza volante que
conseguiu melhor comportamento em comparação com as outras misturas
estudadas. Os resultados para o ensaio de lixiviação apresentaram que segundo o
anexo F da norma ABNT/NBR 10004:2004, a cinza volante, cinza de fundo e a
mistura com 40% de cinza volante de RSU são Classe IIA- Resíduos Não
Perigosos e para o ensaio de solubilização segundo o anexo G da norma
ABNT/NBR 10004:2004 são Resíduos Não Inertes o que é um aporte ainda mais
importante em comparação com o trabalho de Goh e Tay (1991).
Fontes (2008) conclui no seu estudo que a argamassa testada contendo cinza
volante do resíduo sólido urbano apresentou resultados mecânicos, físico e de
durabilidade superiores à referência. A presença da cinza, provavelmente,
promoveu o acréscimo destes parâmetros através da ação física de refinamento
dos poros. A distribuição de poros mostrou a redução dos grandes capilares,
proporcionando o acréscimo no volume dos médios e pequenos capilares num
concreto de alto desempenho.
2.4. Estabilização de solos
A estabilização de solos é o procedimento que visa a melhoria e
estabilidade das propriedades dos solos (resistência, deformabilidade,
permeabilidade, etc). O tipo de estabilização pode ser das seguintes formas:
Físico-Químico; Mecânico (estabilização granulométrica, compactação).
De acordo com Vendruscolo (1996) a estabilização de solos é uma técnica
antiga desenvolvida principalmente para pavimentação, porém, tal conjunto de
processos tem sido largamente utilizados, não somente na área de pavimentos,
mas em diversas outras áreas, como fundações, contenção de taludes e barragens.
Segundo Baptista (1976), estabilizar o solo é utilizar um processo qualquer
de forma a tornar este solo estável para os limites de sua utilização e ainda fazer
com que esta estabilidade permaneça sob as ações das cargas exteriores e ações
climáticas variáveis.
40
A escolha por um ou outro tipo de estabilização é influenciada pelo custo,
finalidade da obra, e em particular, pelas características dos materiais e
propriedades do solo que devem ser corrigidas.
Segundo Das (2001) o solo em um lugar de construção não é sempre
totalmente adequado para suportar estruturas como pontes, aterros, etc, então se
escolhe um tipo de estabilização do solo, dependendo dos custos e o tempo, para
melhorar a resistência do solo e possa cumprir com as diferentes especificações
das estruturas. Por exemplo, em um depósito de solo granular, o solo in situ pode
estar solto e apresentam um grande recalque elástico, então se recomenda que ele
deve ser compactado para incrementar seu peso especifico e assim, sua resistência
ao cisalhamento. Outro exemplo, o solo pode apresentar camadas superiores de
solo não adequado para fundação, então deve se retirar e se substituir com outro
tipo de material que apresente melhor comportamento para uma fundação. O solo
usado como enchimento deve estar bem compactado para suportar a carga
estrutural desejada. Outro tipo de agente estabilizador pode ser a cal, que produz
uma alteração considerável em solos expansivos como argilas.
De acordo com Santos et al. (1995, apud Lopes, 2011), a compactação
refere-se ao processo de tratamento de um solo com a finalidade de minimizar sua
porosidade pela aplicação de sucessivas cargas, pressupondo que a redução de
volume de vazios é relacionada ao ganho de resistência. Já a estabilização
mecânica por correção granulométrica corresponde à mistura do solo com um ou
mais solos e ou outros materiais, que possibilitem a obtenção de um novo
“produto” com propriedades adequadas aos requisitos de projeto.
Segundo Horpibulsuk et al. (2012) uma das técnicas utilizadas
extensivamente para a melhoria dos solos problemáticos em estados relativamente
secos é a compactação do solo in situ, misturando-se com a pasta de cimento.
Uma vantagem desta técnica é que a resistência adequada pode ser conseguida em
um curto espaço de tempo. Os efeitos de alguns fatores de influência (ou seja, teor
de água, cimento, tempo de cura e energia de compactação) sobre a microestrutura
e caraterística de engenharia de solos estabilizados com cimento têm sido
amplamente pesquisados. Para reduzir o custo da estabilização, a substituição do
cimento por resíduos, como cinzas volantes, cinzas de cascas de arroz, e cinzas de
biomassa (cinzas de combustão de material orgânico), têm sido amplamente
aplicada na prática. Cinzas volantes dispersam os aglomerados de solo-cimento
41
em aglomerados menores, aumentando assim a superfície ativa para a hidratação e
as reações pozolânicas.
De acordo com Horpibulsuk et al. (2012) o processo de hidratação e da
reação pozolânica em argila estabilizada com cimento pode ser explicado da
seguinte forma: quando a água entra em contacto com o cimento, a hidratação do
cimento ocorre rapidamente. Os produtos de hidratação principais são silicatos de
cálcio hidratado (CSH), aluminatos de cálcio hidratado (CAH), silicatos de
alumínio hidratado de cálcio (CASH), e cal hidratada [Ca(OH)2]. Esta hidratação
conduz a um aumento do valor de pH dos poros da água, que é causada pela
dissociação de Ca(OH)2. As bases fortes dissolvem a sílica e alumina a partir do
solo e cinza volante de uma maneira semelhante à reação entre um ácido fraco e
uma base forte. A sílica hidratada e alumina gradualmente reagem com os ions de
cálcio libertados da hidrólise de cimento a partir de compostos insolúveis
(produtos secundários de cimento), e endurecem com o tempo.
Consequentemente, do ponto de vista econômico e ambiental, alguns resíduos
podem ser utilizados em conjunto com materiais pozolânicos, tais como cinzas
volantes, as cinzas de biomassa, e cinzas de cascas de arroz para desenvolver um
material de cimento. Resíduo de carboneto de cálcio (CCR) é um produto do
processo de produção de acetileno, que contém principalmente hidróxido de
cálcio, Ca(OH)2. Foi relatado que em 1995-1998, a demanda de carboneto de
cálcio para produzir gás acetileno, na Tailândia, foi 74.000 toneladas. Essa
demanda é contínua, aumentando a cada ano. Devido à sua elevada basicidade,
CCR foi dificilmente utilizado e tudo foi colocado sob a forma de lama. Após ser
seco ao sol durante alguns dias, a forma de suspensão torna-se sob a forma seca.
Bleskina (2005) apresenta uma forma de estabilização de solos arenosos
com resina de ureia onde os ácidos clorídricos e oxálico se utilizam
principalmente como endurecedores. O Instituto de Pesquisa Cientifica de
Fundações e Estruturas Subterrâneas da Russia tem desenvolvido novas formulas
à base de resina de ureia e os seguintes endurecedores complexos: Fe2(SO4) +
Al2(SO4)3 e FeCl3 + Al2(SO4)3. É conveniente utilizar a resina de ureia para a
estabilização do solo apenas nos casos em que outros métodos utilizados são
ineficazes. Por exemplo, ao realizar poços na terra flutuante e quando a carga
sobre as fundações de um edifício estão aumentadas ou a capacidade de suporte
42
do solo é reduzida na base de fundação, bem como, quando surge a necessidade
de efetuar a estabilização do solo sem interromper o trabalho em uma loja.
Outro tipo de estabilização de solo é proposto por Lisbona et al. (2012)
que utiliza lamas de papel calcinado (LPC) e cimento. Os ensaios foram
realizados em duas fases, a primeira foi no laboratório e a segunda foi em campo,
envolvidos na estabilização in situ de 250 m de base pavimentação utilizando
métodos de mistura a seco. A capacidade de carga do solo estabilizado foi
determinada em laboratório e a densidade da base de pavimentação foi medido no
campo após a compactação e deformações aos 7 dias. A evolução da resistência à
compressão simples foi medida ao longo de 90 dias. Os resultados apresentaram
que a LPC pode ser utilizada como um ligante para a estabilização de solos com
teores superiores a 3% em peso do solo a ser estabilizado. A mistura de cimento
Portland com a LPC leva a melhora mecânica da estabilização de solos. Estima-se
que, maiores ganhos de resistência a compressão podem ser obtidos com misturas
da LPC com teores de cimento de aproximadamente 25:75 (em peso).
2.4.1. Solo-Cal
A utilização da cal como agente estabilizante de solos é o método de
estabilização química mais conhecido e com diferentes tipos de aplicações, como
por exemplo, em aterros ou pavimentações. Suas propriedades como aditivo do
solo, melhoria na resistência, deformabilidade e permeabilidade, são conhecidas
desde a antiguidade.
Utiliza-se solo-cal quando não se dispõe de um material ou combinação de
materiais com as características de resistência, deformabilidade e permeabilidade
adequada ao projeto.
A estabilização com cal é comumente empregada na construção de
estradas, sendo geralmente utilizada como base ou sub-base de pavimentos. Outra
importante aplicação do solo-cal tem sido na proteção de taludes contra a erosão
em obras hidráulicas. A técnica de melhoramento do solo também pode ser
utilizada nas fundações de edificações de pequeno porte, em solos com baixa
capacidade de suporte ou que apresentam baixa estabilidade volumétrica. Tais
condições são problemáticas na medida em que podem causar severas patologias
43
na edificação. A cal tem pouco efeito em solos altamente orgânicos e também em
solos com pouca ou nenhuma quantidade de argila. Sendo mais eficiente em solos
argilosos, podendo ser mais efetivo que o cimento em pedregulhos argilosos
(Ingles & Metcalf, 1972).
Segundo Rosa (2009), argilas expansivas apresentam uma resposta mais
rápida à adição de cal. Bell (1996) constatou um rápido aumento inicial na
resistência à compressão simples de um solo contendo montmorilonita, com
pequenos teores de cal (2% a 3%). Além disso, para este solo, 4% de cal foi
suficiente para atingir a resistência máxima, enquanto que para um solo rico em
caulinita, a resistência máxima foi atingida com teores entre 4 e 6%. Entretanto, o
nível de resistência alcançado pela mistura solo caulinítico mais cal foi
sensivelmente superior ao da outra.
De acordo com Lopes (2011), as características do solo a ser melhorado e
o uso e características mecânicas desejadas da mistura são fatores determinantes
para a quantidade de cal necessária ao tratamento de solos e pode ser classificado
em duas categorias gerais:
Modificação do Solo: redução da plasticidade, melhoria da
trabalhabilidade e aumento da resistência à defloculação e erosão;
Estabilização do Solo: aumento definitivo da resistência e rigidez do solo
devido a ocorrência de reações pozolânicas.
A Tabela 2.5 apresenta um indicativo da quantidade de cal a ser
adicionada para a estabilização de acordo com o tipo de solo.
Tabela 2.5 – Previsão da quantidade de cal em função do tipo de solo. (Inglês &
Metcalf, 1972)
Tipo de Solo Teor de Cal para
Modificação Teor de Cal para
Estabilização
Pedra finamente britada 2 a 4 Não recomendado
Pedregulho argiloso bem graduado 1 a 3 ≥3
Areias Não recomendado Não recomendado
Argila arenosa Não recomendado ≥5
Argilosa siltosa 1 a 3 2 a 4
Argilas 1 a 3 3 a 8
Solos orgânicos Não recomendado Não recomendado
44
Segundo Lopes (2011), O tratamento de solos com cal não é eficiente em
solos com baixo ou nenhum teor de argila, uma vez que o melhoramento das
propriedades mecânicas é produzido pelas reações entre a cal e os minerais
argílicos.
Guimarães (2002, apud Lopes, 2011) descreve os quatro tipos básicos das
reações que ocorrem em misturas solo-cal: carbonatação, troca catiônica,
floculação-aglomeração e finalmente, reações pozolânicas. A carbonatação, de
“ação imediata”, ocorre quando o dióxido de carbono presente nas minúsculas
bolhas de ar existentes nos poros do solo e da cal hidratada entra em contato com
a matriz solo-cal, refazendo o carbonato de cálcio, gerando o aparecimento de
grãos de grandes dimensões, entrelaçando os demais corpos sólidos do solo e
compactando o sistema.
Inglês & Metcalf (1972), mostram que a resistência à compressão simples
aumenta linearmente com a quantidade de cal até certo nível, e a partir deste
ponto, a taxa de acréscimo de resistência diminui com a quantidade de cal, devido
à lenta cimentação, dependendo do tipo de solo, como mostrado na Figura 2.4.
Figura 2.4 – Efeito do teor de cal sobre a resistência a compressão simples para
alguns solos tratados com cal e curados por 7 dias. (Inglês & Metcalf,1972)
Mateos (1964 apud Rosa, 2009) afirmou que a resistência das misturas é
fortemente influenciada pela temperatura de cura, recomendando a construção de
camadas de pavimento estabilizadas com cal no início do verão. Carraro (1997,
45
apud Rosa, 2009) verificou que a energia de compactação influencia e é de
fundamental importância na determinação da resistência mecânica de solos
tratados com cal de carbureto e cinza volante.
Al-Rawas et al. (2005) estudou a adição de combinações de cal e cimento,
Sarooj (que é um termo local para uma pozolana artificial produzido pela queima,
calcinação, da argila) e tratamento térmico na estabilização do solos expansivos
em Omã que é um pais situado na Arábia. Foram realizados ensaios de
caracterização física e química para avaliar a expansão do solo com a adição de
cal, cimento, Sarooj e tratamento térmico. Os resultados indicaram que o limite de
liquidez de todas as amostras tratadas, com exceção das amostras tratadas com 5%
de cal mais 3% de cimento, mostraram um aumento inicial, seguidos de uma
redução gradual. As amostras tratadas com 3% de cal, 3% de cimento e 3% de
Sarooj mostrou um aumento inicial do índice de plasticidade, no entanto, com
outras adições o índice de plasticidade diminuiu gradualmente. Todos os
estabilizadores (cal, cimento) causaram uma redução na expansão de pressão e
expansão percentual. Com a adição de 6% de cal, as expansões de pressão e
percentual foram reduzidas à zero. O estudo também apresentou que a calcinação
do solo a 740°C e 780°C, durante 30 e 60 minutos resultou na redução do
potencial de expansão para zero.
Figura 2.5 – Efeito do tempo de cura sobre a resistência a compressão simples
para alguns solos estabilizados com cal. (Inglês & Metcalf, 1972)
46
Inglês & Metcalf (1972) apresentam um estudo sobre a influência do
tempo de cura em diferentes tipos de solos, observaram taxas de ganhos de
resistência maiores em pedregulhos arenosos, conforme a Figura 2.5.
O comportamento do solo com diferentes tipos de cal é diverso e é sujeito a
diferentes variáveis como: tempo de cura, teor de cal, reações pozolânicas,
quantidade de água, temperatura de cura, presença ou não de matéria orgânica.
Junior (2011) realizou um estudo com o objetivo de validar a relação
volume de vazios/volume de cal na estimativa da resistência à compressão simples
e triaxial, comportamento tensão-dilatância e rigidez inicial de um solo tratado
com cal curado por períodos longos e quantificar a influência da adição de
resíduos de diferentes potenciais de reatividade no comportamento mecânico do
solo-cal. Foram realizados ensaios de compressão simples e triaxial, medidas de
sucção matricial e medidas de G0 através da técnica de bender elements. Os
resultados mostram que a adição de cal, mesmo em pequenas quantidades,
promoveu ganhos de resistência nos compósitos estudados. Na faixa de teores
estudados (3% até 11%), a resistência à compressão simples aumentou não-
linearmente com o aumento da quantidade de cal e aumentou potencialmente
coma redução da porosidade da mistura compactada, efeito observado em todos os
tempos de cura estudados (7, 15, 28, 90 e 180 dias). A variação do teor de
umidade de moldagem não influenciou consideravelmente a resistência à
compressão simples do solo-cal com resíduo de britagem, independentemente do
tempo de cura. Quanto maior a cimentação, tensão confinante efetiva de ensaio,
tempo de cura e menor valor da relação vazios/cal das amostras, maior a tensão
desvio atingida, para todos os compósitos estudados.
2.4.2. Solo-Cimento
Segundo Das (2001) o cimento é cada vez mais utilizado como estabilizador
para solos, principalmente na construção de pavimentos e aterros. A primeira
construção controlada com solo-cimento em EUA foi realizada perto de
Johnsonville, Carolina do Sul, em 1935. O cimento é utilizado para estabilizar
solos arenosos e argilosos. O cimento ajuda a diminuir o limite de liquidez e
incrementar o índice de plasticidade e gerenciamento de solos argilosos da mesma
47
forma que a cal. Em solos argilosos, a estabilização com cimento é efetiva quando
o limite de liquidez é menor do que 45-50 e o índice de plasticidade é menor do
que 25, aproximadamente. Os solos granulares e argilosos com baixa plasticidade
são os mais adequados para a estabilização com cimento. As argilas cálcicas são
estabilizadas mais facilmente com adição de cimento, entretanto, as argilas com
sódio e hidrogenadas de natureza expansiva, apresentam melhor comportamento
com cal. Por estas razões se deve ter muita atenção na seleção do material
estabilizador.
A Tabela 2.6 apresenta as ótimas porcentagens de cimento por volume para
a estabilização efetiva de vários tipos de solo.
Tabela 2.6 – Cimento requerido por volume para estabilização efetivo de
diferentes solos. (Michelli & Freitagi, 1959 apud Das, 2001)
Tipo de Solo Porcentagem de
cimento por Volume Classificação AASHTO
Classificação SUCS
A-2 e A-3 GP,SP e SW 6-10
A-4 e A-5 CL,ML e MH 8-12
A-6 e A-7 CL, CH 10-14
Pode-se dividir a estabilização por cimento nas seguintes categorias
(Medina, 1987 apud Vizcarra, 2010):
Solo-cimento: é um material endurecido pela cura de uma mistura
íntima compactada mecanicamente com solo pulverizado, cimento
Portland e água, sendo esse endurecimento avaliado por critérios de
durabilidade e resistência à compressão simples de corpos de prova.
Normalmente é utilizado como base ou sub-base;
Solo modificado ou melhorado: é um material não endurecido ou
semiendurecido que é julgado pela alteração dos índices físicos e/ou
capacidade de suporte do solo. Utiliza-se um teor baixo de cimento
que não deve ser maior que 5%. Pode ser utilizado como base, sub-
base ou subleito;
Solo-cimento plástico: difere do solo cimento definido
anteriormente, por ser utilizada uma quantidade maior de água
durante a mistura, de forma a produzir uma consistência de
48
argamassa na ocasião da colocação. É utilizado para revestimento de
valas, canais e taludes.
Basha et al. (2004) realizou ensaios de caracterização física e mecânica
como compactação, CBR, compressão simples e ensaios de difração de raios X
para a estabilização de solos residuais com adição de cimento e cinzas de casca de
arroz. Os resultados apresentam que a adição de cimento e cinzas de casca de
arroz reduzem a plasticidade do solo residual. A maior redução apresentou a
mistura do solo estabilizado com cimento. Em geral, 6% - 8% de cimento e cinzas
de casca de arroz de 15% - 20% mostram a quantidade ótima de melhorar as
propriedades dos solos. A cinza de casca de arroz pode estabilizar potencialmente
o solo residual, sozinha ou misturada com cimento, o que poderia reduzir os
custos de construção, em particular na área rural de países em desenvolvimento.
Consoli et al. (2009) fizeram a ampliação de um estudo realizado pelo
mesmo autor no ano 2007, através da quantificação da influência da relação de
vazios/cimento sobre o módulo de cisalhamento inicial G0 e parâmetros de
resistência efetivos (c’ e φ’) de uma areia artificialmente cimentada. Foram
realizados ensaios de compressão simples e ensaios de compressão triaxial com
medições de bender elements. Os resultados mostram que a relação de índice de
vazios/ cimento definida como razão entre o volume de vazios da mistura
compactada e o volume de cimento (Vv/Vce) é um parâmetro adequado para
avaliar tanto a rigidez inicial e a resistência efetiva da mistura de areia com
cimento estudado. Com este parâmetro se pode escolher a quantidade de cimento
e de energia de compactação adequado para fornecer uma mistura que reúne a
resistência e a rigidez exigida pelo projeto com um custo otimizado.
2.4.3. Solo-Cinza de Carvão
Segundo Siqueira (2011) os produtos da combustão do carvão são os
subprodutos gerados a partir da queima do carvão mineral nos processos de
combustão pulverizada ou leito fluidizado. Estes resíduos são denominados de
cinzas. No processo de queima, são gerados os seguintes tipos de cinzas: escórias,
cinzas de fundo (pesadas) e cinzas volantes (leves). A utilização das cinzas de
carvão como subproduto resulta em numerosos benefícios, entre os quais podem
49
ser citados: uma diminuição significativa da necessidade de áreas destinadas aos
aterros, a conservação de recursos naturais, um ambiente mais limpo e seguro, a
redução de emissão de dióxido de carbono, impulsão no desenvolvimento
econômico e a redução geral do custo de geração de eletricidade. A norma
americana ASTM C 618 classifica as cinzas volantes em dois tipos: classe F e
classe C. As cinzas volantes da classe F apresentam baixo teor de cálcio (menos
de 10% de CaO) e é obtida da queima de antracito ou carvão betuminoso e
apresentam propriedades pozolânicas, mas não cimentícias. As cinzas volantes da
classe C apresentam alto teor de cálcio (entre 10 e 30% de CaO) e são produtos da
queima de lignito ou carvão sub-betuminoso e tem propriedades pozolânicas e
cimentícias.
Os solos arenosos, com escassez de argila coloidal, não reagem
satisfatoriamente à cal, para esse caso se pode usar cimento, mas este pode acabar
sendo uma solução muito cara, então a função da cinza volante é substituir a
fração fina (argila) do solo, uma vez que pode reagir com a cal, embora o tamanho
da cinza seja diferente do da argila.
Segundo Consoli et al. (2001), a adição de carbonato de cal melhorou
significativamente a resistência e as propriedades de rigidez do solo, no entanto, a
presença da cinza volante é fundamental para melhorar ainda mais o
comportamento do material, devido, essencialmente, à ocorrência de um maior
tempo dependente das reações pozolânicas. Neste caso a mistura que alcançou
melhor comportamento foi do solo com 25% de cinza volante e 4% de cal.
De acordo com Tastan et al. (2011), a adição de cinza volante nos solos
orgânicos pode incrementar a resistência a compressão não confinada, mas este
incremento depende do tipo do solo e das características da cinza volante. O
módulo de resiliência dos solos ligeiramente orgânicos ou orgânicos também pode
ser significativamente melhorado. O aumento de resistência e rigidez são
atribuídos principalmente à cimentação causada por reações pozolânicas, embora
a diminuição do teor de água, resultante da adição de cinza volante contribui para
o ganho de resistência. O conteúdo orgânico do solo é uma característica
prejudicial para a estabilização de solos. O aumento de teor de matéria orgânica
do solo indica que a resistência da mistura de solo-cinza volante decresce
exponencialmente. Para a maioria das misturas solo-cinza volante testadas a
50
resistência à compressão simples e o módulo de resiliência aumentam quando o
teor de cinza volante aumenta.
Prabakar et al. (2003) estudaram o comportamento dos solos misturados
com cinza volante de carvão para melhorar a capacidade de suporte de carga do
solo. Foram considerados três tipos de solo e porcentagens de cinza de 9% até
46%, foram realizados ensaios de caracterização física e mecânica como
compactação, CBR, cisalhamento direto e expansão livre. Os resultados indicaram
que a adição de cinzas reduz a densidade seca do solo devido a baixo peso
especifico e seu peso unitário da cinza. A redução da densidade seca pode ser da
ordem de 15% até 20%. O índice de vazios e porosidade variam de acordo com o
aumento da quantidade de cinzas no solo, pela adição de cinza volante até 46%, as
taxas de vazios do solo podem ser aumentadas em 25%. A resistência ao
cisalhamento das misturas do solo com cinza volante melhora. O aumento de
cinza faz com a mistura que aumente o parâmetro de coesão em solos que não são
altamente plásticos. Pelos ensaios realizados se notou que a resistência ao
cisalhamento e o ângulo de atrito do solo misturado com cinza aumentam quando
comparados com o solo puro, além disso, apresenta uma redução na expansão, isto
é devido à característica não expansiva das cinzas volantes e seu tamanho e
formas das partículas. O que pode levar a conclusão que o comportamento de
expansão do solo pode ser controlado efetivamente com adição de cinzas volantes.
A estabilização de solos com a cinza de fundo é mais recente e menos usual
que misturas com cinzas volantes.
As cinzas pesadas são, reconhecidamente, materiais com menor atividade
pozolânica do que as cinzas volantes. Segundo Dawson et al. (1991, apud Farias,
2005) o poder cimentante das cinzas de fundo está relacionado com o tipo e
quantidade de carbonatos presentes em sua composição química, sendo que, em
virtude dos baixos percentuais de óxido de cálcio pode-se esperar limitações no
desenvolvimento de reações autocimentantes. Este fato pode ser interpretado
como uma justificativa para as cinzas pesadas ainda não possuírem grande índice
de reaproveitamento. Atualmente, a maioria das cinzas de fundo produzidas nas
usinas termelétricas é depositada nas bacias de decantação, diferentemente das
cinzas volantes, que são vendidas como matéria-prima para outras indústrias
(Lopes, 2011).
51
Segundo Canpolat et al. (2003), baseado nos resultados do seu estudo, a
produção de cimento Portland com um grau de 5%de zeólito mais 5% de cinza de
fundo de carvão fornece uma adequada resistência requerida pelas normas turcas,
essa produção seria uma alternativa econômica para o cimento Portland
convencional, bem como uma solução ambiental mais adequada.
Rosa (2009) quantificou a influência das variáveis da quantidade de cal,
quantidade de cinza volante de carvão, porosidade e do tempo de cura sobre a
resistência de um solo arenoso artificialmente cimentado, verificando a adequação
do uso da relação vazios-cal na estimativa da resistência a compressão simples
destas misturas. Os ensaios realizados foram de compressão simples e medidas de
sucção matricial. Os resultados demonstraram que o aumento da quantidade de cal
e cinza volante, do peso especifico aparente seco e do tempo de cura provocou o
aumento da sua resistência à compressão simples. A resistência à compressão
simples aumenta linearmente com o aumento da quantidade da cal (3% até 9%) e
exponencialmente com a redução da sua porosidade nas misturas do solo com
cinza volante de carvão. A taxa de ganho de resistência aumentou com o aumento
da massa especifica aparente seca do material compactado e com o aumento do
teor de cinza volante, indicando que a efetividade da cimentação é maior nas
misturas mais compactas e com maior porcentagem de cinza volante (0% até
25%), isto ocorre pelo fato da cinza volante ser um material que possui
propriedades pozolânicas.
Lopes (2011) estudou a aplicabilidade das cinzas de carvão (volante e de
fundo) em camadas de pavimentos rodoviários. Utilizou-se um solo arenoso-
siltoso não lateritico. Foram realizados ensaios de caracterização física, química,
mecânica e ambientais de solubilização e lixiviação. Os teores de cinza de fundo
foram 30% e 40% e da cinza volante foi 10% e 20% relacionados ao peso do solo
seco. Também se realizaram ensaios com adição de 3% de cal. Os resultados dos
ensaios ambientais indicaram que a cinza volante foi classificada como resíduo de
Classe II B- Resíduo Inerte e a cinza de fundo Classe II A- Resíduo não Inerte. A
adição de cinzas ao solo gera aumento na umidade ótima do material e diminuição
na massa específica aparente máxima, em diferentes proporções. As análises
mecanísticas-empíricas com os valores de módulo resiliente mostraram que é
viável a utilização de cinzas como aditivo ao solo para utilização em base de
pavimentos de baixo volume de tráfego. Os ensaios triaxiais de cargas repetidas
52
demonstraram que a tensão confinante é mais influente no solo estudado e o
comportamento não muda com a adição das cinzas. As análises dos resultados de
módulo de resiliência comprovaram que o tempo de cura, o tipo e teor de cinza
melhoram o comportamento da mistura, apresentando melhores resultados nas
misturas com cinza volante e cal.
Kim et al. (2005) estudaram os usos em aterros de pavimentação para as
cinzas volantes e de fundo de carvão e realizaram ensaios de caracterização
mecânica como compactação, resistência, compressibilidade e permeabilidade. Os
resultados apresentaram que a permeabilidade das misturas com cinzas
compactadas foi diminuindo ligeiramente com o aumento do teor de cinza
volante. Isto é principalmente devido ao aumento do peso específico com o
aumento do teor de finos, o que gera mais resistência ao fluxo de água através do
preenchimento de espaços vazios entre partículas. Os valores foram semelhantes a
de uma mistura de areia com cal. Os resultados dos ensaios mecânicos indicaram
que as misturas com cinza volante e cinza de fundo podem ser mais compressíveis
do que as areias típicas compactadas nos mesmos níveis de compactação.
2.5. Considerações Finais
De acordo com a revisão bibliográfica do presente estudo, foi mencionada a
problemática atual no Brasil sobre a geração e disposição de Resíduos Sólidos
Urbanos (RSU) na atualidade, para se ter um conhecimento geral das quantidades
de RSU que poderiam ser aproveitados se fossem criadas as usinas projetadas para
geração de energia pela incineração de RSU. Além disso, a principal ênfase desta
revisão foram os diferentes métodos de estabilização de solos com cinzas de RSU
e sua comparação com outros aditivos estabilizadores, como cal, cimento e cinzas
de carvão. A maioria dos estudos com utilização de cinza de RSU, já realizados,
tem como foco a pavimentação, mas existe também um campo grande a ser
estudado, que são os estudos com foco aos solos de fundação ou camadas de
aterros sanitários, aterros sobre solos moles ou estabilização de taludes. Nesta
revisão bibliográfica foram relatados diversos trabalhos, de autores de diferentes
países, sobre a adição de cinza de RSU (volante ou de fundo) ao solo para
utilização em geotecnia. Os trabalhos apresentam um comportamento muito
53
favorável da utilização das cinzas de RSU e de outros tipos de cinzas misturadas
com o solo e, na maioria dos casos, a adição de uma pequena porcentagem de cal
ou cimento é um aporte importante na resistência, que o solo estabilizado pode
ganhar. Destaca-se que para a utilização de cinzas é imprescindível fazer ensaios
de caráter ambiental, como lixiviação e solubilização, para se ter a certeza de que
não terão agentes contaminantes para o solo ou para águas subterrâneas. A
utilização das cinzas de RSU em geotecnia pode gerar custos mais baixos na
construção e comportamentos melhores em comparação ao solo puro.
54
3 Programa Experimental
O programa de ensaios estabelecido tem como objetivo principal avaliar o
efeito da adição de cinzas de Resíduo Sólido Urbano (RSU) nas propriedades
mecânicas de um solo coluvionar.
As etapas do programa experimental proposto são detalhadamente
descritas neste capítulo, bem como a descrição dos materiais utilizados na
pesquisa, os métodos utilizados na preparação das amostras, detalhes de execução
dos ensaios e equipamentos utilizados nos ensaios de laboratório.
Os ensaios do programa experimental desta pesquisa foram realizados no
Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente e no Laboratório de Química ambos,
na PUC-Rio.
3.1. Materiais
3.1.1. Solo
A argila utilizada neste trabalho é um solo coluvionar, argilo-arenoso, não
saturado (Soares, 2005 apud Ramirez, 2012). Este solo foi coletado no Campo
Experimental II, localizado no interior do campus da Pontifícia Universidade
Católica do Rio de Janeiro, conforme o esquema mostrado na Figura 3.1. O
material foi retirado até 2 m de profundidade, desde a superfície da encosta.
55
Figura 3.1 - Localização do Campo Experimental II PUC-Rio (Soares 2005).
Este solo possui características de tonalidade vermelha amarelada, textura
micro-granular e com aspecto homogêneo, sendo constituído basicamente por
quartzo, granada alterada, argilominerais (essencialmente caulinita) e óxidos de
ferro e alumínio, como produto do intemperismo dos minerais primários da biotita
gnaisse (Soares, 2005 apud Ramirez, 2012). A Figura 3.2 apresenta uma foto do
solo coluvionar utilizado.
As características geotécnicas físicas deste material são apresentadas e
analisadas no item 4.1.
O material foi retirado manualmente e depositado em baldes cilíndricos de
plástico, em um dia ensolarado. Aproximadamente 100 kg deste solo foram
levados para o laboratório e colocados na estufa a 60 °C. Depois de atingir uma
umidade constante, foi colocado em sacolas de plástico lacradas e guardado na
câmara úmida.
Este tipo de solo já foi utilizado anteriormente em outras pesquisas
desenvolvidas na PUC-Rio (Sertã, 1986; Marinho, 1986; Lins, 1991; Dylac, 1994;
Beneveli, 2002; Soares, 2005). Sertã (1986) fez um estudo dos aspectos
geológicos e geotécnicos do solo residual do Campo Experimental II, deixando
um amplo conhecimento das suas características. Outros autores como Marinho
56
(1986), Lins (1991), Daylac (1994), Beneveli (2002) e Soares (2005) utilizaram
este solo para realizar ensaios especiais e testar equipamentos desenvolvidos na
PUC-Rio. A grande quantidade de informação disponível foi um dos motivos
pelos quais foi escolhido este material para a presente pesquisa,
Figura 3.2 – Argila utilizada - solo coluvionar.
Segundo o perfil morfológico feito por Dylac (1994) apresentado na Figura
3.3, o solo utilizado está situado na camada superior do perfil, conformada por
colúvio. No lugar da coleta, se observou presença de alguns pedregulhos de
quartzo. No processo de preparação do solo para os ensaios (destorroamento), se
retiraram as raízes presentes no material.
57
Figura 3.3 - Descrição morfológica do perfil do Campo Experimental II da PUC-Rio
(Dylac, 1994)
Sertã (1986) fez uma análise mineralógica do solo presente no Campo
Experimental II. A Tabela 3.1, elaborada por Dylac (1994), resume os resultados
obtidos por Sertã para amostras retiradas entre 3,00 m e 3,50 m de profundidade.
A presença imperante de certos minerais como a caulinita, a gibsita e a goetita, e o
perfil morfológico apresentado anteriormente sugerem que o solo tem um alto
grau de intemperismo.
58
Tabela 3.1 - Análise mineralógica (Sertã, 1986) do coluvio (3,0 -3,5 m.)
Fração do solo Mineral Quantidade / observações
Pedregulho Quartzo
grãos arestados de coloração
transparente a leitosos
Granada alterada alguns fragmentos
Areia
Quartzo grãos arestados
Granda muito alterada
correspondem a aproximadamente
5% da amostra total
Agregados Ferruginosos
Magnetita pequenos traços
Silte
Quartzo presença
Caulinita presença
Goetita presença
Argila Caulinita
presença marcante
Goetita alguns traços
3.1.2. Cinza Volante e Cinza de Fundo
A cinza volante e a cinza de fundo são provenientes da incineração do
Resíduo Solido Urbano (RSU) na Usina Verde, que fica localizada na Ilha do
Fundão – Rio de Janeiro.
A incineração e coleta foram realizadas no mês de Janeiro/2012 para a cinza
volante e Maio/2012 para a cinza de fundo, onde a quantidade total de cada tipo
de cinza usado para os ensaios de caracterização física, química e mecânica foi 25
kg. As Figuras 3.4 e 3.5 ilustram a cinza volante e a cinza de fundo de RSU,
respectivamente, onde é possível perceber que a cinza volante apresenta uma
uniformidade de textura, mas a cinza de fundo apresenta diversos compostos
residuais como pequenas peças de azulejo, vidro, fios de ferro, etc.
59
Figura 3.4 – Cinza Volante de RSU
Figura 3.5 – Cinza de Fundo de RSU
3.1.2.1. Produção das Cinzas de RSU
A Usina Verde é uma empresa de capital privado situada na Cidade
Universitária da UFRJ - Ilha do Fundão, e tem como objetivo apresentar soluções
ambientais para a destinação final dos resíduos sólidos urbanos, através do
processo de incineração com co-geração de energia. Atualmente, a Usina Verde
vem tratando o Resíduo Sólido Urbano (RSU), e procura através o processo de
60
incineração, propiciar o aproveitamento racional do lixo, convertendo-o, se
possível, em insumos (Vizcarra, 2010).
O RSU utilizado na Usina Verde vem já pré-tratado da Companhia
Municipal de Limpeza Urbana do Rio de Janeiro (Comlurb), provenientes do
aterro sanitário da Comlurb, no bairro Cajú/RJ. Todavia, ao chegar à usina, passa
por uma nova triagem. A composição do RSU após processo de reciclagem da
Comlurb e da Usina Verde se encontra na Figura 3.6. Em funcionamento desde
2004, a Usina recebe diariamente 30 toneladas de resíduos sólidos (Vizcarra,
2010).
Figura 3.6 – Composição do RSU da COMLURB e da Usina Verde (FONTES,
2008)
61
3.1.2.2. Processo de Incineração
Esta descrição está baseada em Fontes (2008), que estudou estes resíduos
para uso em concreto de cimento Portland para construção civil.
“O RSU, após a etapa de pesagem, passa pelo processo de triagem, como
dito anteriormente, onde os materiais recicláveis são segregados manualmente e
com o auxílio de detectores de metais localizados nas duas esteiras, por onde os
resíduos são conduzidos. Após a segunda esteira, o RSU é triturado e o material
fino separado com o auxílio de peneira rotativa e encaminhado para secagem,
visando a redução do teor de umidade. Em seguida, o RSU triturado passa por
nova moagem, em moinho de facas, e é depositado em um silo Combustível
Derivado do Resíduo (CDR). Estes resíduos (matéria orgânica e resíduos
combustíveis não recicláveis) são encaminhados para o forno de incineração, que
opera a uma temperatura de 950ºC. Durante o processo de combustão, são
produzidas duas cinzas: cinza de fundo e cinza volante. A cinza de fundo (bottom-
ash) é depositada no fundo da câmara de pós-combustão, encaminhada ao tanque
de decantação e disposta em caçambas. Os gases quentes e a cinza volante (fly-
ash) são exauridos da câmara de pós-combustão e aspirados para a caldeira de
recuperação onde ocorre o aproveitamento energético (co-geração de energia). Há
uma geração efetiva de 0,6MW de energia elétrica por tonelada de lixo tratado, o
que é suficiente para abastecer cerca de 2300 residências com consumo médio de
200 KW/mês. Posteriormente, os gases são neutralizados em um conjunto de
lavadores e, em seguida, os gases limpos são aspirados e descarregados na
atmosfera. A solução de lavagem é então recolhida nos tanques de decantação
onde ocorre a neutralização com as cinzas do próprio processo e hidróxido de
cálcio, o que ocasiona a mineralização (decantação dos sais), sendo esta solução
posteriormente reaproveitada no processo de lavagem (recirculação). Em seguida,
a cinza volante é encaminhada para os tanques de decantação onde
periodicamente é retirada e armazenada em caçambas. Ao final do processo de
incineração para cada tonelada de RSU que entra no forno, se obtém 120 kg das
duas cinzas, que representam cerca de 80% de cinza pesada e 20% de cinza
volante (dados fornecidos pela Usina Verde S/A). A cinza de fundo está sendo
testada, em substituição à areia, na fabricação de tijolos e pisos. As cinzas não
62
utilizadas são encaminhadas ao Aterro metropolitano Jardim Gramacho,
localizado em Duque de Caxias/RJ”.
As Figuras 3.7 até 3.9 apresentam as etapas do processo de incineração, as
quais são submetidos os Resíduos para a geração de energia elétrica na Usina
Verde (Vizcarra, 2010).
Fontes (2008) conclui no seu estudo que a argamassa testada contendo cinza
volante do resíduo sólido urbano apresentou resultados mecânicos, físicos e de
durabilidade superiores à referência. A presença da cinza, provavelmente,
promoveu o acréscimo destes parâmetros através da ação física de refinamento
dos poros. A distribuição de poros mostrou a redução dos grandes capilares,
proporcionando o acréscimo no volume dos médios e pequenos capilares num
concreto de alto desempenho.
63
Figura 3.7 – Segregação de materiais para reciclagem na Usina Verde (USINA VERDE, 2009)
64
Figura 3.8 – Processo de geração de energia elétrica na Usina Verde (USINA VERDE, 2009)
65
Figura 3.9 – Etapas do processo de incineração de RSU na Usina Verde S/A
(Fontes, 2008)
(a) Pesagem do RSU
(b) Processo de triagem
(c) Câmara de pós combustão (d) Sistema de lavagem dos gases
(e) Cinza de fundo
(f) Cinza volante
66
3.1.3. Misturas Solo-Cinza
O solo foi preparado como descrito no item 3.1.1 e as cinzas foram secadas
na estufa a 60ºC até atingir uma umidade constante. Depois foram preparadas as
misturas calculadas em relação à massa total do solo seco. Após a mistura a seco
foi adicionada água em função da umidade ótima obtida nos ensaios de
Compactação Proctor Normal. As misturas utilizadas foram 20%, 30% e 40% de
cinza volante e cinza de fundo, calculados em relação ao peso do solo seco. No
início da pesquisa só foram analisadas misturas com 20% e 40% das cinzas
volante e cinzas de fundo, considerando como referência os ensaios feitos por
Vizcarra (2010) que avaliou a influência das cinzas de RSU sob carregamento
dinâmico, mas depois das análises foi necessário fazer ensaios com 30% da cinza
volante e da cinza de fundo, para se ter certeza de como evolui os parâmetros de
resistência em função dos teores de cinzas.
A Tabela 3.2 apresenta as siglas utilizadas para descrever cada tipo de solo e
as misturas.
Tabela 3.2 - Siglas utilizadas para o solo, cinzas e as misturas
Material / Mistura Solo (%) Cinza Volante (%) Cinza de Fundo (%) Siglas
Solo 100 0 0 SP
Cinza Volante 0 100 0 CV
Cinza de Fundo 0 0 100 CF
Mistura 1 80 20 0 SP80CV20
Mistura 2 70 30 0 SP70CV30
Mistura 3 60 40 0 SP60CV40
Mistura 4 80 0 20 SP80CF20
Mistura 5 70 0 30 SP70CF30
Mistura 6 60 0 40 SP60CF40
Para as misturas com tempos de cura de 30 e 60 dias foram adicionadas as
siglas T30d e T60d, respectivamente.
3.2. Quantidade e Cronograma de ensaios
Neste item se apresenta a quantidade de ensaios de caracterização física,
química e mecânicos realizados e o cronograma dos ensaios de Compactação com
67
energia Proctor Normal e Ensaios Triaxiais tipo Adensado Isotropicamente
Drenado (CID) sem tempo de cura e com tempo de cura de 30 e 60 dias.
3.2.1. Quantidade de ensaios
Os ensaios foram divididos em 3 etapas, que são: caracterização física,
caracterização química e ambiental e resistência mecânica e são apresentados na
Tabela 3.3.
Um dos objetivos referentes a este estudo foi a influência do tempo de cura
no parâmetro de resistência mecânica. Cada mistura de solo-cinza foi submetido a
ensaios sem tempo de cura e com tempo de cura de 30 e 60 dias, mas as misturas
de SP70CV30 e SP70CF30 foram ensaiadas sem tempo de cura e com tempo de
cura de 30 dias, pois não houve tempo para realizar os ensaios com tempo de cura
de 60 dias.
Na Tabela 3.3 se apresenta a quantidade de ensaios que não apresentaram
problemas, mas a quantidade total de ensaios foram superiores devido que em
todo estudo experimental ocorre diferentes tipos de problemas. A maioria de
problemas apresentados foram nos ensaios de caracterização mecânica (Proctor
Normal e Triaxiais CID).
Nos ensaios Proctor Normal se repetia o ensaio cada vez que a mistura solo-
cinza apresentava um comportamento diferente no apresentado com outras
misturas com outro teor de cinza. Este tipo de comportamento era devido que o
material apresentava uma pequena umidade inicial ou porque não se realizou o
ensaio corretamente.
Nos ensaios triaxiais CID os tipos de problemas foram variáveis, no começo
no moldagem dos corpos de prova onde muitas vezes se perdia estes corpos de
prova (por rotura ou má moldagem) e se tinha que repetir o ensaio Proctor
Normal. Outros tipos de problemas eram quando a membrana utilizada
apresentava um furo no momento do ensaio triaxial e os resultados eram
incorretos, o equipamento triaxial apresentava vazamentos nos condutos de água,
as leituras estavam erradas ou os dados não foram salvadas devidamente no
computador. No total a quantidade final de ensaios triaxiais realizados foram 65
68
dos quais 51 não apresentaram problemas e os resultados são apresentados neste
trabalho.
Tabela 3.3 – Quantidade de ensaios
*Oau=Ensaios feitos por outros autores e resultados tomados neste trabalho.
** Os espaços em branco são ensaios que foram impossíveis de realizar pela
condição de material ou não se precisava realizar.
Os ensaios de Compactação com energia Proctor Normal foram realizados
um dia antes do ensaio triaxial CID, para os ensaios sem tempo de cura e ao
mesmo tempo foram preparados os corpos de prova compactados para tempo de
cura de 30 e 60 dias.
3.3. Métodos e Procedimentos de Ensaio
Neste item serão apresentados as metodologias e procedimentos utilizados
para as análises físicas e químicas do solo, das cinzas e suas misturas.
O objetivo da realização deste programa experimental foi a caracterização
do solo e do solo-cinza, no intuito de conhecer seu comportamento logo após os
Ensaios
Siglas
Siglas
SP Oau Oau Oau Oau Oau 1 1 3
CV Oau Oau Oau Oau Oau Oau
CF Oau Oau Oau Oau Oau Oau
SP80CV20 T0d 1 1 1 1 1 1 1 3
SP80CV20 T30d 3
SP80CV20 T60d 3
SP70CV30 T0d 1 1 1 1 1 1 1 3
SP70CV30 T30d 3
SP60CV40 T0d 1 1 1 1 1 1 1 3
SP60CV40 T30d 3
SP60CV40 T60d 3
SP80CF20 T0d 1 1 1 1 1 1 1 3
SP80CF20 T30d 3
SP80CF20 T60d 3
SP70CF30 T0d 1 1 1 1 1 1 1 3
SP70CF30 T30d 3
SP60CF40 T0d 1 1 1 1 1 1 1 3
SP60CF40 T30d 3
SP60CF40 T60d 3
Total 6 6 6 6 6 7 0 0 7 51
Etapas
Resistencia Mecânica
Compactação
Normal
Ensaio
Triaxial CIDLLGs LP Granulometria
Caracterização Física Caracterização Quimica e Ambiental
Composição
Quimica
Teor de
Materia
Orgânica
Lixiviação Solubilização
69
ensaios mecânicos (ensaios de compactação Proctor Normal e ensaios Triaxiais
Drenados) além de conhecer seus parâmetros de resistência e ter uma ideia de
como a cinza (volante e de fundo) pode atuar como estabilizante no solo.
3.3.1. Ensaios de Caracterização Física
Para determinar as propriedades índice das amostras de solo e das misturas
solo-cinza, foram executados ensaios de caracterização física no Laboratório de
Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. O solo foi preparado segundo
recomendado nas normas técnicas brasileiras (Associação Brasileira de Normas
Técnicas – ABNT). Os ensaios realizados foram feitos seguindo as normas:
NBR 6457/1986;
NBR 7181/1984;
NBR 6508/1984;
NBR 6459/1984;
NBR 7180/1984.
3.3.1.1. Densidade Real dos Grãos
A densidade real dos grãos das misturas solo-cinza, foi determinada
utilizando o material que passou na peneira #40 (0,425 mm), seguindo a norma
NBR 6508/1984 da ABNT.
3.3.1.2. Limites de Atterberg
Os limites de Atterberg, limite de liquidez e limite de plasticidade, foram
determinados utilizando-se o material passante na peneira #40 (0,425 mm). O
material usado foi ensaiado à temperatura ambiente segundo as normas NBR
6459/1984 e NBR 7180/1984 da ABNT.
70
3.3.1.3. Análise Granulométrica
Para a determinação da curva granulométrica do solo, peneirou-se 1000
gramas do material na peneira #40 (0,425 mm), seguindo as normas NBR
7181/1984 e NBR 5735 da ABNT.
3.3.2. Ensaios Químicos
Estes ensaios foram feitos para conhecer as características químicas das
cinzas e das misturas solo-cinza, porque é a maior preocupação com relação à sua
classificação como resíduo perigoso ou não perigoso e a escolha do tipo de
disposição final que deveria ter.
3.3.2.1. Composição Química
A composição química do solo foi obtida de estudos anteriores realizados
por Duarte (2004) e por Sertã (1986), que também ressaltaram uma análise
mineralógica do material.
A composição química total das amostras de cinza foi obtida mediante a
técnica “Espectrometría de fluorescêncía de Raios-X por Energia Dispersiva
(EDX)”. As amostras de cinza pura foram submetidas à análise por EDX em um
Espectrómetro de Fluorescência de Raios-X por Energia Dispersiva, modelo
EDX-720, marca Shimadzu no Laboratório de Estruturas (LABEST) da
COPPE/UFRJ. O ensaio foi desenvolvido por Vizcarra (2010).
A composição química das misturas solo-cinza foram realizadas neste
trabalho submetidas à análise por EDX em um Espectrómetro de Fluorescência de
Raios-X por Energia Dispersiva, modelo EDX-700 no Laboratório de Química da
PUC-Rio.
O Espectrômetro de fluorescência de raios-X é um instrumento que
determina qualitativamente e semi-quantitativamente os elementos presentes em
uma determinada amostra. Isto é possível através da aplicação de raios-X na
superfície da amostra e a posterior análise dos fluorescentes raios-X emitidos. É
uma técnica não-destrutiva para todos os tipos de amostras, incluindo sólidos,
71
líquidos ou pós, sendo por esta razão interessante para a caracterização dos
materiais. O ensaio foi desenvolvido por Vizcarra (2010) e o equipamento está
ilustrado na Figura 3.10.
Figura 3.10 – Equipamento de EDX do LABEST da COPPE/UFRJ (Vizcarra, 2010)
3.3.2.2. Teor de Matéria Orgânica
Para o solo, cinza volante e cinza de fundo, o teor de carbono orgânico é
determinado por oxidação com dicromato de potássio em meio sulfúrico, usando o
sulfato de prata como catalizador, sendo o excesso de dicromato após a oxidação,
dosado por titulação com solução padrão de sulfato ferroso amoniacal, utilizando
difenilamina como indicador (DIAS e LIMA, 2004). Os ensaios para cinza
volante e de fundo de RSU foram realizados por Vizcarra (2010) e do solo foi
desenvolvido neste trabalho; todos no Laboratório de Geotecnia/Química de solos
da COPPE/UFRJ.
O teor de carbono assim obtido é multiplicado por 1,724 obtendo-se o teor
de matéria orgânica. Este fator é utilizado em virtude de se admitir que, na
composição média do húmus, o carbono participa com 58%. (EMBRAPA, 1997).
Para as misturas solo-cinza, os ensaios foram feitos no Laboratório de
Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio, de acordo com a Norma ABNT NBR
13600/1996. Utilizou-se uma mufla de 440°C apresentada na Figura 3.11.
72
Figura 3.11 – Mufla de 440 °C usada para as misturas solo-cinza do laboratório de
Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio.
3.3.2.3. Solubilização e Lixiviação
O ensaio de solubilização foi realizado pelo laboratório TASQA Serviços
Analíticos Ltda., segundo a Norma ABNT NBR 10006/2004 com a finalidade de
classificar o resíduo. Para esta classificação foi utilizada a listagem da Norma
ABNT NBR 10004/2004 – anexo G. Esta listagem fornece os valores máximos
permitidos para extratos solubilizados. Portanto, quando a análise dos elementos
químicos do extrato solubilizado apresenta algum valor superior ao da referida
listagem, o resíduo é classificado como não inerte, caso contrário, este é
classificado como resíduo inerte de acordo com as definições apresentadas na
norma NBR 10004/2004 para resíduos sólidos. O ensaio de solubilização é
realizado em duplicata e foi realizado por Vizcarra (2010).
O ensaio de lixiviação também foi realizado pelo laboratório TASQA
Serviços Analíticos Ltda., segundo a Norma ABNT NBR 10005/2004, realizado
por Vizcarra (2010).
73
3.3.3. Ensaios de Caracterização Mecânica
Os ensaios foram feitos para conhecer como se comporta o solo e as
misturas solo-cinza ao efeito dos ensaios de Compactação Proctor Normal e
ensaios Triaxiais Adensados Isotropicamente Drenados.
3.3.3.1. Ensaios de Compactação Proctor Normal
Os ensaios de compactação foram realizados para o solo argiloso e nas
misturas solo-cinza, com o intuito de se determinar a umidade ótima de
compactação (wótm) e o peso específico aparente seco máximo (γdmáx) dos
materiais e das misturas. Estes ensaios foram realizados segundo as diretrizes da
norma NBR 7182 da ABNT, utilizando-se a energia de compactação Proctor
Normal e com reuso de material.
Após secagem do solo em estufa a 60°C, iniciou-se o processo de
destorroamento deste, passando-o posteriormente pela peneira #4, adotando-se o
procedimento descrito pela norma NBR 6457 (ABNT, 1986) - preparação com
secagem prévia depois se deixou na estufa de 60ºC de um dia para outro. No dia
seguinte se retirou o material da estufa e se deixou resfriar até chegar a
temperatura ambiente. Em seguida, adicionou-se uma determinada quantidade de
água ao material, a fim de que este ficasse com cerca de 5% de umidade abaixo da
umidade ótima. Este valor pode ser estimado inicialmente através do limite de
plasticidade, cujo valor pode se aproximar ao da umidade ótima, isto foi feito
tanto para o solo argiloso como para as misturas solo-cinza. Após mistura do solo
argiloso (puro e com as diversas porcentagens de cinza volante e de fundo) com o
volume de água calculado, homogeneizou-se bem a mistura.
Os valores de dmáx e wótm obtidos da curva de compactação foram utilizados
para moldagem dos corpos de prova utilizados nos ensaios triaxiais CID. Todo o
processo foi repetido cinco vezes como mínimo para cada mistura, sendo pelo
menos dois no ramo seco e dois no ramo úmido da curva de compactação.
74
3.3.3.2. Ensaios Triaxiais
As obras geotécnicas, como barragens e estruturas de fundações têm se
validado de resultados de ensaios triaxiais para a avaliação do desempenho destes
materiais pois são obras que são solicitadas na maior parte da sua vida útil por
carregamentos estáticos. Destaca-se que o ensaio triaxial estático permite a
simulação de condições de campo variadas e a determinação do comportamento
mecânico dos solos segundo diferentes níveis de tensões.
Os ensaios de laboratório visam reproduzir nos corpos de prova as
solicitações que o maciço de solo poderá ser submetido no campo. Objetiva-se,
com isso, a obtenção de parâmetros mecânicos de resistência e deformabilidade,
que possam representar o comportamento do material em métodos de análise.
Segundo Bishop e Henkel (1962), os corpos de prova devem ter uma relação
altura/diâmetro igual a 2,0, podendo variar entre 1,5 e 2,5. Estes limites visam
minimizar os efeitos de atrito nas extremidades do corpo de prova, mantendo uma
condição adequada de esbeltes.
Os cálculos de tensão desviadora (σa – σc), devem ser efetuados supondo
que o corpo de prova, ao se deformar, mantém o formato de um cilindro reto.
3.3.3.3. Ensaios Triaxiais CID
Os ensaios triaxiais realizados no presente trabalho são do tipo Adensado
Isotropicamente Drenado (CID). Todos os ensaios foram executados no
Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. Descreve-se a seguir os
equipamentos utilizados nestes ensaios, bem como as metodologias empregadas,
na preparação dos corpos de prova, processo de saturação e cisalhamento.
3.3.3.3.1. Equipamento utilizado
A prensa utilizada é da marca Wykeham-Ferrance, de velocidade de
deslocamento controlada, com capacidade de 10 toneladas. O ajuste das
velocidades de deslocamento do pistão é determinado mediante a seleção
adequada de pares de engrenagens e a respectiva marcha (Ramírez, 2012).
75
A câmara triaxial empregada é própria para corpos de prova com diâmetro
de 1,5”. A câmara possue um corpo de acrílico que suporta uma pressão
confinante máxima de 1000 kPa (Ramírez, 2012).
A célula de carga utilizada é do fabricante ELE International Ltd. com
capacidade máxima de 5000 kN e prensas de 0,1 kN. Para a obtenção dos
deslocamentos foram utilizados LVDT´s da marca Wykwham Farrance, com
cursos de 25 mm e resolução de precisão de 0,01 mm. O transdutores usado na
medida das pressões na câmara, no medidor de variação de volume e das
poropressões são da marca Schaevitz, com variações de ± 2,0 kPa e capacidade
máxima de 1700 kPa (Ramírez, 2012).
As variações de volume são obtidas através de medidores de variação
volumétrica (MVV), fabricados na PUC-Rio, segundo o modelo do Imperial
College. Todas as partes do equipamento são apresentadas na Figura 3.12.
Figura 3.12 -(a) Caixa leitora de dados; (b) Medidor de Variação de Volume tipo
Imperial College; (c) Painel de controle das Pressões; (d) Aplicação de Pressão
confinante; (e) Cilindro de Acrílico; (f) Corpo-de-prova; (g) Válvulas da câmara Triaxial;
(h) Controle para início do cisalhamento
Para a gravação dos dados, obtidos por intermédio do transdutor, foi
utilizado o sistema de aquisição de dados composto pelo hardware QuantumX de
76
oito canais da empresa alemã HBM e pelo software CatmanEasy (Ramirez, 2012)
(Figura 3.13)
Com todo este equipamento, o hardware e software utilizado se
conseguiram realizar e monitorar em tempo real todas as etapas do ensaio.
(a) (b)
Figura 3.13 – (a) Software CatmanEasy na etapa de cisalhamento, (b) Sistema de
aquisição de dados (Ramirez; 2012).
3.3.3.3.2. Preparação dos corpos de prova
Para a confecção dos corpos de prova do solo argiloso puro e as misturas
solo-cinza, inicialmente compactou-se um corpo cilíndrico, na energia Proctor
Normal, utilizando a umidade ótima e massa específica seca máxima obtida para
cada tipo de mistura e o solo puro (descrição apresentada no item 3.2.3.1).
Figura 3.14 - Corpo cilíndrico compactado
77
Obtido o material compactado (Figura 3.14), molda-se o corpo-de-prova
utilizando um aparelho de fabricação própria do laboratório, as dimensões destes
corpos de prova são 78.2 mm de altura e 38.0 mm de diâmetro (Figura 3.15).
Retira-se 3 pequenos corpos-de-prova, de cada corpo compactado, para assim ter
as mesmas condições para cada ensaio.
(a) (b)
Figura 3.15 – (a) Corpo de prova após moldagem; (b) Corpo de prova após
aplainadas a base e a topo
No momento da moldagem retiram-se 3 cápsulas com o solo ou mistura do
solo-cinza (Figura 3.16), depois pesar e deixar na estufa de 105ºC por 24h para
conhecer sua umidade inicial.
Figura 3.16 – Capsulas com mistura de solo-cinza tirados do moldagem
Antes de fazer a montagem testa-se a membrana (com ajuda de um molde
de aço) para ter a certeza que não esteja furada e possa vazar água dentro dela (é
78
recomendável não reutilizar as membranas depois de cada ensaio) (Figura 3.17),
pesar o corpo de prova consertado para ter seu peso inicial e verificar o correto
funcionamento de cada válvula do equipamento triaxial (Figuras 3.18)
Figura 3.17 – Teste de membrana
(a) (b) .
Figura 3.18 – (a) Pesagem do corpo-de-prova para montar na prensa triaxial; (b)
Verificação da prensa antes do ensaio
No momento da montagem, deve-se colocar um papel filtro na base do
equipamento triaxial (ver se a prensa apresenta ou não uma pedra porosa na base,
se não, colocar uma antes do papel filtro) (Figura 3.19). Em seguida colocar o
corpo de prova cuidadosamente, coloca-se a membrana com ajuda do molde de
aço (Figura 3.20),
79
Figura 3.19 – Colocação do papel filtro.
(a) (b)
Figura 3.20 – (a) Colocação do corpo-de-prova no equipamento triaxial; (b)
Colocação da membrana com ajuda do molde de aço.
Uma vez que corpo de prova esteja fixo junto com a membrana, coloca-se
mais um papel filtro e uma pedra porosa no topo do corpo de prova nessa ordem
(Figura 3.21).
80
Figura 3.21 – Colocação do papel filtro e a pedra porosa no topo do corpo-de-
prova
Para finalizar coloca-se o cap no topo, seguida da membrana, fixa-se com 2
o-rings na base e outros 2 no topo e se tira o molde de aço. Depois pode-se
encerrar o corpo de prova dentro da câmara triaxial, segurar, encher com água e
colocar a mangueira de pressão confinante na parte superior da câmara para
começar a etapa de saturação que vamos ver no seguinte item (Figura 3.22).
(a) (b) (c)
Figura 3.22 – (a) Fixação da membrana ao corpo de prova com os o-rings; (b)
Preenchimento da câmara triaxial com água; (c) Colocação da conexão de pressão
confinante.
81
3.3.3.3.3. Procedimento de saturação dos corpos de prova
As técnicas de saturação utilizadas para os corpos de prova de solo argiloso
e misturas solo-cinza, foram de saturação por percolação de água através da
amostra e de saturação por contrapressão. No caso da percolação a diferença de
pressão entre a base e o topo utilizado foi de 7 kPa, sendo que a água fluía da base
para o topo do corpo-de-prova. Na saturação por contrapressão, a pressão
confinante aplicada ao corpo-de-prova excedia a contrapressão em 10 kPa, onde o
fluxo de água era permitido pelo topo e base. Além de medir o parâmetro B era
monitorada a quantidade de água que percolava através da amostra, considerando-
se saturada quando se atingia um volume percolado de duas vezes o volume de
vazios do corpo de prova.
Para verificar se o grau de saturação apresentava nível satisfatório,
calculava-se o parâmetro B de Skempton, por meio da seguinte equação:
Equação 1
Onde:
Δu: excesso de poropressão gerado,
Δσc: acréscimo de tensão confinante aplicado.
Para as amostras de solo e misturas de solo-cinza foram considerados
valores de B aceitáveis maiores ou iguais a 0,95.
Para os corpos de prova de mistura solo-cinza o tempo de saturação foi
variável mas a maioria deles atingia a saturação depois de 24h, foram poucos os
que precisaram de 2 dias para atingir a saturação, isto aconteceu com os corpos de
prova que foram deixados com um tempo de cura de 30 ou 60 dias.
3.3.3.3.4. Adensamento e Cálculo do t100
Após a saturação do corpo de prova, iniciava-se a fase de adensamento.
Durante 24 horas foram coletados dados de variação de volume.
82
Com estes dados se traçava o gráfico variação de volume (ml) x raiz do
tempo (min0,5
). Segundo a recomendação de Head (1986), prologava-se o trecho
retilíneo inicial até encontrar a prolongação horizontal do trecho final. Este último
trecho corresponde à estabilização das variações de volume. O ponto de interseção
destas duas linhas prolongadas fornecia a raiz de t100 (min0,5
) no eixo das
abscissas. Logo com o valor de t100 (min) se calculava a velocidade de
cisalhamento.
3.3.3.3.5. Cálculo da velocidade de cisalhamento e etapa de Cisalhamento
Como os ensaios triaxiais foram drenados, a expressão utilizada (Head,
1986) foi a seguinte:
Equação 2
onde:
ν: velocidade máxima de cisalhamento em mm/min,
L: altura do corpo de prova em mm,
εf: deformação axial estimada na ruptura em %,
tf: tempo mínimo de ruptura em minutos.
Onde o tf para o ensaio triaxial (CID) é:
Equação 3
Head (1986) aponta que: “se o valor calculado de tf é menor que 120
minutos (2 horas) o atual tempo de ruptura não deveria ser menor que 2 horas”,
então se adota tf = 120 porque todos os ensaios (de solo argiloso e misturas solo-
cinza) tiveram um tempo de ruptura menor do que 120 minutos,
O objetivo de definir uma velocidade suficientemente lenta para a aplicação
da compressão axial é permitir a total drenagem da água do corpo de prova sem
gerar excesso de poropressão.
83
Para os corpos de prova realizados com o solo argiloso e misturas solo-cinza
se definiu que a ruptura ocorreria para uma deformação axial de 5%. Assim, a
velocidade máxima (ν) calculada foi a mesma para todos, sendo a velocidade
adotada igual a 0,030 mm/min.
Com a velocidade de cisalhamento definida, procedia-se a colocação de um
par de engrenagens na prensa, que define a velocidade desejada. Para os cálculos
foi adotado 15% de deformação axial como deformação máxima para todos os
ensaios.
Para os ensaios triaxiais, os variantes de tensão q (tensão de desvio) e p’
(tensão efetiva média normal) foram calculados com as formulações de Lambe,
para os parâmetros de resistência do solo utilizou-se os valores da envoltória de
resistência (α’) e da coesão (a’) obtida no espaço p’:q, para calcular os parâmetros
de resistência no espaço Mohr Coulomb (φ’ – c’). As formulações de Lambe e os
parâmetros definem-se como:
Equação 4
Equação 5
Equação 6
Equação 7
Onde:
α’: inclinação da envoltória de resistência no plano p’:q.
a’: intercepto com o eixo q da envoltória de resistência no espaço p’:q.
φ’: inclinação da envoltória de resistência do plano σ:τ (Mohr Coulomb).
c’: intercepto da envoltória de resistência do plano σ:τ (Mohr Coulomb).
84
3.3.3.3.6. Análises de Resistência
Para obter a tensão de ruptura pode-se analisar o pico das curvas tensão
versus deformação traçadas em função da diferença de tensões principais (σ1-σ3)
ou da relação σ1/σ3 dependendo da finalidade do ensaio. De acordo com Head
(1986), a relação σ1/σ3 é preferencialmente utilizada nas argilas, em ensaios não
drenados, em que a tensão desviatória continua a aumentar para grandes
deformações. Head (1986) ressalta que outras “opções de ruptura” podem ser
escolhidas, como a resistência residual ou a resistência obtida para cisalhamento a
volume constante, ou seja, na condição de estado crítico, ou ainda definida a partir
das deformações máximas permissíveis no projeto em questão. A Figura 3.23
apresenta os critérios para determinação de ruptura.
Figura 3.23 – Diferentes critérios para definição de ruptura. (Head, 1986 apud
Dias, 2007)
A resistência ao cisalhamento dos solos é afetada por diversos fenômenos
entre os quais podemos destacar tensão de confinamento, o atrito e a coesão.
A resistência por atrito é função da tensão normal no plano de deslizamento
relativo de cada partícula. Segundo Terzaghi, em sua “Teoria Adesiva do Atrito”,
85
a superfície de contato real entre dois corpos constitui apenas uma parcela da
superfície aparente de contato, dado que em um nível microscópico as superfícies
dos materiais são efetivamente rugosas. Considerando que o coeficiente de atrito
deve ser governado pelo que ocorre nos pontos reais de contato, as características
de rugosidade e de adsorção da superfície da partícula serão relevantes para
controlar a resistência que se desenvolve. A rugosidade governa o tamanho das
protuberâncias superficiais, que em geral são diferentes quer se consideram
partículas grossas ou partículas finas. Por outro lado, a adsorção de água e outras
substâncias tende a afetar a natureza e tamanho da área de contato entre partículas.
(Dias, 2007)
Segundo Dias (2007), a coesão consiste na parcela de resistência de um solo
que existe independentemente de qualquer tensão aplicada, além disso, existe
várias origens da coesão nos solos, por exemplo a cimentação entre partículas
proporcionada por carbonatos, sílica, óxidos de ferro e responde muitas vezes por
altos valores de coesão; outras são as forças de atração e repulsão causadas pelos
fenômenos eletrostáticos e eletromagnéticos.
De acordo com Dias (2007) existe um tipo de coesão que não tem ligação
com cimentação ou com atrações químicas, essa coesão, chamada de aparente,
ocorre em solos não saturados através da adsorção provocada pela pressão neutra
negativa.
86
4 Resultados e Análises
No presente capítulo são apresentados os resultados e as análises dos
ensaios descritos no capítulo 3 para as amostras de solo, cinza volante, cinza de
fundo e misturas solo-cinza estudadas. Como o objetivo desta dissertação é avaliar
as cinzas de RSU quanto ao potencial de seu uso como um material aditivo e
estabilizante para obras geotécnicas com carregamento estático (como por
exemplo, solo de fundações, camadas de aterros sanitários e aterros sobre solos
moles), as amostras de cinza de fundo e cinza volante foram caracterizadas a
partir de ensaios geotécnicos, químicos e ambientais. Esses ensaios têm o objetivo
de melhorar a compreensão do comportamento do material em estudo.
4.1. Ensaios de Caracterização Física
4.1.1. Densidade Real dos Grãos (Gs)
Os valores obtidos de Gs são apresentados na Tabela 4.1. O valor de Gs do
solo foi obtido da tese de Ramirez (2012), além disso, este solo já foi objeto de
pesquisas anteriores e os valores de Gs estão na mesma ordem de grandeza. Os
valores de Cinza Volante e Cinza de Fundo foram obtidos da tese de Vizcarra
(2010).
Tabela 4.1 – Resultados do ensaio de densidade real dos grãos para o solo,
cinza volante e cinza de fundo.
Amostra Teor de Cinza
(%) Densidade real dos
Grãos (Gs)
Solo (SP) 0 2,720
Cinza Volante (CV) 100 2,412
Cinza de Fundo (CF) 100 2,434
87
Os resultados indicam que ao adicionar cinza volante ou de fundo, o Gs
apresenta resultados coerentes com os valores dos compostos puros (solo puro,
cinza volante e de fundo).
4.1.2. Limites de Atterberg
Os resultados de Limite de Liquidez (LL), limite de Plasticidade (LP) e
Índice de Plasticidade (IP) do solo com adição de cinza volante e cinza de fundo
são apresentados nas Tabelas 4.2 e 4.3.
Os resultados do solo (SP), aqui apresentados, foram obtidos do trabalho de
Ramirez (2012).
Tabela 4.2 – Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo e
misturas solo-cinza volante. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013)
Amostra Teor de Cinza (%) LL (%) LP (%) IP (%)
Solo (SP) 0 53 39 14
SP80CV20 20 40 28 12
SP70CV30 30 37 27 10
SP60CV40 40 33 24 9
Tabela 4.3 – Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo e
misturas solo-cinza de fundo. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013)
Amostra Teor de Cinza (%) LL (%) LP (%) IP (%)
Solo (SP) 0 53 39 14
SP80CF20 20 45 32 13
SP70CF30 30 40 28 12
SP60CF40 40 34 24 10
Ressalta-se que não foi possível determinar os Limites de Atterberg para as
cinzas puras, devido ao comportamento granular do material, que durante o ensaio
não apresentou características plásticas para a sua realização (Vizcarra, 2010).
Nota-se que para os dois tipos de cinza, diminuem o limite de liquidez,
limite de plasticidade e o índice de plasticidade com o aumento de teor de cinza.
88
4.1.3. Análise Granulométrica
No presente item apresentaremos as curvas granulométricas do solo, da
cinza volante, da cinza de fundo e das misturas solo-cinza, onde todos os ensaios
foram realizados com defloculante para a sedimentação. A Figura 4.1 apresenta a
comparação entre as curvas granulométricas de solo, cinza volante e cinza de
fundo. A Figura 4.2 apresenta a comparação entre solo, cinza volante e as
misturas com 20%, 30% e 40% de teor de cinza volante. Finalmente, a Figura 4.3
apresenta a comparação entre solo, cinza de fundo e as misturas com 20%, 30% e
40% de teor de cinza de fundo. Os resultados para o solo foram retirados do
trabalho de Ramirez (2012) e da cinza volante e cinza de fundo foram obtidas do
trabalho de Vizcarra (2010). Ao final, apresenta-se a Tabela 4.4 com os
resultados, em porcentagens, do ensaio de análise granulométrica para o solo,
cinza volante, cinza de fundo e as misturas solo-cinza.
Figura 4.1 – Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e cinza de fundo.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100
Po
rcen
tag
em
qu
e p
as
sa
(%
)
Diâmetro dos Grãos (mm)
SP Cinza Volante Cinza de Fundo
0
70
60
50
40
30
20
10
90
80
100
89
Figura 4.2 – Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e misturas com
20%, 30% e 40% de teor de cinza volante.
Figura 4.3 – Distribuição granulométrica do solo, cinza de fundo e misturas com
20%, 30% e 40% de teor de cinza de fundo.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100
Po
rcen
tag
em
qu
e p
as
sa
(%
)
Diâmetro dos Grãos (mm)
SP Cinza Volante SP80CV20 SP70CV30 SP60CV40
0
70
60
50
40
30
20
10
90
80
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100
Po
rcen
tag
em
qu
e p
as
sa
(%
)
Diâmetro dos Grãos (mm)
SP Cinza de Fundo SP80CF20 SP70CF30 SP60CF40
0
70
60
50
40
30
20
10
90
80
100
90
Tabela 4.4 – Resultados das análises granulométricas.
Amostra Argila (%)
Silte (%)
Areia Pedregulho (%) Fina (%) Média (%) Grossa (%)
Solo 53 10 12 19 6 0
SP80CV20 29 21 16 18 11 5
SP70CV30 4 25 25 24 15 7
SP60CV40 18 24 16 14 13 15
Cinza Volante 8 38 35 18 1 0
SP80CF20 12 18 16 23 21 10
SP70CF30 25 12 10 20 18 15
SP60CF40 20 13 11 19 20 17
Cinza de Fundo 6 25 17 27 19 6
As misturas com 20% e 40% de teor cinza volante apresentam um
comportamento desuniforme, mas para o teor de 30% de cinza volante melhorou a
granulometria apresentando um comportamento bem graduado. Além disso, na
Tabela 4.4 é notado que com o aumento de teor de cinza volante, aumenta-se a
porcentagem de pedregulho, o que é notável na conformação de grãos da cinza
volante pura.
Para as misturas com cinza de fundo, pode-se notar que fornece um
comportamento melhor que do solo, mas com o aumento de teor de cinza também
aumenta a quantidade de pedregulho na mistura e é maior que do que apresenta as
misturas com cinza volante.
4.1.4. Classificação SUCS
Segundo o Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS), o solo, a
cinza volante, cinza de fundo e as misturas solo-cinza foram classificados e
obtiveram os índices apresentados na Tabela 4.5.
Tabela 4.5 – Índices para classificação SUCS.
Amostra Índice
Solo CH
SP80CV20 OL
SP70CV30 SW-SC
SP60CV40 SP-SC
Cinza Volante SM
SP80CF20 SP-SC
SP70CF30 SP-SC
SP60CF40 SP-SC
Cinza de Fundo SM
91
Segundo Ramirez (2012) o solo é classificado como CH, correspondendo a
uma argila arenosa de média plasticidade e segundo Vizcarra (2010) as cinzas
(volante e de fundo) são classificadas como SM, que são areias siltosas que tem
um melhor comportamento mecânico quando comparado ao solo. Além disso,
Ramirez (2010) apresenta um resumo com a distribuição granulométrica obtida
em pesquisas anteriores para o solo, que é apresentado na Tabela 4.6.
No caso das misturas solo-cinza, como foi observado na Figura 4.2, a
mistura SP70CV30 apresenta um índice de SW-SC, que é uma areia bem
graduada com argila. Já as outras misturas são classificadas como SP-SC, que são
areias mal graduadas com argila, mas em todos os casos melhoram o
comportamento do solo.
Tabela 4.6 - Caracterização Física do solo coluvionar do Campo Experimental II da
PUC-Rio (Ramirez, 2012 e Quispe, 2013)
Autor Prof. (m) Gs Ped. +
Areia (%) Silte (%)
Argila (%) LL LP IP SUCS
Atividade (IP/%argila)
Sertã (1986)
1,00 – 1,45 2,75 26,25 73,75 71 35 36 MH -
2,00 – 2,45 2,73 28,13 71,87 75 49 26 MH
3,00 – 3,45 2,74 45,63 54,37 72 45 27 MH
Marinho (1986)
3,60 2,75 35,00 3,00 62,00 65 38 27 MH
Lins (1991)
2,00 – 2,40 2,74 34,00 4,00 62,00 78 32 46 MH
0,62
3,00 – 3,40 2,74 34,00 4,00 62,00 73 34 39 MH
Dylac (1994)
3,00 2,77 24,00 5,00 71,00 70 30 40 MH
0,56 6,00 2,76 31,00 6,00 63,00 82 43 39 MH
Beneveli (2002)
1,50 2,76 33,00 9,00 59,00 56 31 25 CH
0,42
Soares (2005) 1,00 2,74 41,00 5,50 53,50 54 28 26 CH
92
4.2. Ensaios Químicos
4.2.1. Composição Química
Os resultados da composição química das amostras de solo estão
apresentados na Tabela 4.7, onde as análises químicas de capacidade de troca
catiônica (CTC) e de ataque sulfúrico do solo foram obtidas do trabalho de Duarte
(2004, apud Soares, 2005).
A análise química total em porcentagem peso foi obtida de um estudo
químico e mineralógico detalhado do campo experimental II da PUC-Rio de onde
pertence o solo argiloso e foi realizado por Sertã (1986). O resultado é
apresentado na Tabela 4.8.
Tabela 4.7 – Análises químicas de capacidade de troca catiônica (CTC) e de
ataque sulfúrico (Duarte, 2004 apud Soares, 2005)
Complexo Sortivo ( meq/100g)
Ca2+
Mg2+
K+ Na
+ Al
3+ 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 4.8 – Análises químicas total em porcentagem em peso (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%
Analisando os resultados encontrados nas tabelas 4.7 e 4.8, pode-se concluir
que a grande quantidade de Al2O3 e Fe2O3 encontrada no solo, indica que este
sofreu um processo de laterização. Por outro lado, a pequena quantidade de CaO,
MgO, K2O e Na2O encontradas, sugere se tratar de um material altamente
intemperizado, devido à lixiviação intensa dos álcalis. A presença de cátions
trocáveis deste solo sugere que este é um material de baixa atividade e é
apresentado na Tabela 4.6. Os valores de pH indicam que o solo é ácido (Soares,
2005).
93
A tabela 4.9 mostra o resultado da análise mineralógica feita por Sertã
(1986) no material em estudo. Para a identificação da microestrutura do material,
foram realizadas análises de microscopia ótica e microscopia eletrônica de
varredura, sendo descritas a seguir.
Tabela 4.9 – Análises mineralógica (Sertã, 1986)
Fração do solo
Mineral Quantidade / observações
Pedregulho
Quartzo
grãos arestados de coloração
transparentes a leitosos
Granada alterada
alguns fragmentos
Areia
Quartzo grãos arestados
Granada muito alterada
correspondem a aproximadamente
5% da amostra total
Agregados Ferruginosos
Magnetita pequenos traços
Silte
Quartzo presença
Caulinita presença
Goetita presença
Argila Caulinita presença marcante
Goetita alguns traços
Vizcarra (2010) fez análises químicas para a cinza volante e para a cinza de
fundo do RSU. A cinza volante é comparada com a análise feita por Fontes (2008)
no mesmo tipo de cinza e da mesma usina, e também com análises de cinzas
volantes de RSU de diversos países recompilados por Lam (2010, apud Vizcarra,
2010). Os resultados são apresentados na Tabela 4.10.
É notória a diferença tanto nos teores de Óxidos principais (SiO2, Al2O3 e
Fe2O3), quanto nos teores de CaO e SO3, os quais têm influência nas reações de
estabilização (Vizcarra, 2010).
94
Tabela 4.10 – Composição química da cinza volante de RSU (Vizcarra, 2010)
Concentração (%)
Composto Vizcarra (2010) Fontes (2008) Lam (2010)
SiO2 21,2 - 12,9 44,26 6,35 - 27,52
Al2O3 15,4 - 12,2 18,16 0,92 - 12,7
Fe2O3 5,3 - 7,7 9,27 0,63 - 5,04
SO3 9,8 - 5,2 0,64 5,18 - 14,4
CaO 32,3 - 45,3 15,39 16,6 - 45,42
Cl 6,6 - 4,7 - -
TiO2 3,3 - 4,7 3,25 0,85 - 3,12
K2O 2,6 - 4,1 2,61 2,03 - 8,9
P2O5 1,28 - 0 2,94 1,56 – 2,7
ZnO 0,5 - 1,1 0,46 -
Cr2O3 0,1 - 0,2 0,16 -
MnO 0,1 - 0 0,13 -
SrO 0,1 - 0,2 0,04 -
ZrO2 0,08 - 0,1 0,04 -
CuO 0,08 - 0 0,06 -
PbO 0,08 - 0 0,11 -
MgO - 2,23 1,38 – 3,16
Na2O - - 2,93 – 8,9
V2O5 0 - 0,25 - -
A cinza de fundo é comparada com a análise feita por Arm (2003, apud
Vizcarra, 2010) e Lam (2010, apud Vizcarra, 2010) para cinzas de RSU. Os
resultados são apresentados na Tabela 4.11.
Tabela 4.11 – Composição química da cinza de fundo de RSU (Vizcarra, 2010)
Concentração (%)
Composto Vizcarra (2010) Arm (2003) Lam (2010)
SiO2 27,0 - 37,7 46 5,44 – 49,38
Al2O3 14,1 - 19,1 10 1,26 – 18
Fe2O3 10,0 - 6,6 9 1,21 – 13,3
SO3 1,3 - 3,6 - 0,5 – 12,73
CaO 20,1 - 31,8 15 13,86 – 50,39
Cl 2,3 - 3,8 - -
TiO2 3,6 - 5,5 - 0,92 – 2,36
K2O 2,1 - 3,0 - 0,88 – 7,41
P2O5 0 - 1,0 - 0,85 – 6,9
ZnO 0,9 - 1,8 - -
Cr2O3 0 - 0,19 - -
MnO 0,10 - 0,16 - -
SrO 0,05 - 0,14 - -
ZrO2 0,11 - 0,12 - -
CuO 0 - 0,344 - -
Ac 0 - 0,036 - -
Br 0 - 0,009 - -
Rb2O 0 - 0,014 - -
MgO 0 - 1,722 2 1,6 – 3,3
Na2O - - 3,3 – 17,19
V2O5 0 - 0,43 - -
95
Para a cinza de fundo de RSU, existe diferença tanto nos teores de Óxidos
principais (SiO2, Al2O3 e Fe2O3), quanto nos teores de CaO e SO3, os quais têm
influência nas reações de estabilização. Isto demonstra a variabilidade da
composição química da cinza de fundo e da cinza volante (Vizcarra, 2010).
Para as misturas do solo-cinza os ensaios foram realizados no Laboratório
de Química da PUC-Rio. Os resultados são apresentados na Tabela 4.12.
Há uma diminuição nos teores de Óxidos principais (SiO2, Al2O3 e Fe2O3)
quando se diminui a quantidade de solo dentro da mistura, mas há aumento dos
teores de CaO com o aumento de cinza e não há ocorrência de SO3 como na cinza
volante pura presente no trabalho de Vizcarra (2010).
Tabela 4.12 – Composição química das misturas solo-cinza volante de RSU.
Concentração (%)
Composto SP80CV20 SP70CV30 SP60CV40
SiO2 35,92 32,18 31,62
Al2O3 41,29 39,34 37,20
Fe2O3 6,40 6,24 5,41
SO3 - - -
CaO 11,64 16,25 19,05
Cl 0,64 1,15 0,97
TiO2 1,43 1,49 1,67
K2O 0,78 0,94 1,11
P2O5 - - -
ZnO 0,30 0,44 0,52
Cr2O3 - - -
MnO 0,04 0,05 0,06
SrO 0,10 0,03 0,03
ZrO2 0,04 0,04 0,04
CuO - - -
PbO - - -
MgO - - -
Na2O - - -
V2O5 0,10 0,13 0,19
A análise para as misturas solo-cinza de fundo são apresentadas na Tabela
4.13.
Observa-se uma diminuição nos teores de Óxidos principais (SiO2, Al2O3),
ao igual que acontece com a cinza volante, quando diminui a quantidade de solo
dentro da mistura, mas um aumento dos óxidos Fe2O3 e CaO com o aumento da
cinza de fundo dentro da mistura e sem presença do óxido SO3 os quais têm
influência nas reações de estabilização.
96
Tabela 4.13 – Composição química das misturas solo-cinza de fundo de RSU.
Concentração (%)
Composto SP80CF20 SP70CF30 SP60CF40
SiO2 38,78 38,60 36,04
Al2O3 45,39 44,82 42,78
Fe2O3 6,48 7,11 6,61
SO3 - - -
CaO 6,79 7,19 11,61
Cl 0,27 0,26 0,40
TiO2 1,14 1,21 1,42
K2O 0,47 0,44 0,67
P2O5 - - -
ZnO 0,07 0,11 0,17
Cr2O3 - - -
MnO 0,03 0,04 0,05
SrO 0,01 0,01 0,02
ZrO2 0,03 0,04 0,03
CuO 0,03 0,04 -
PbO - - -
MgO - - -
Na2O - - -
V2O5 0,11 0,10 0,09
4.2.2. Teor de Matéria Orgânica
Os resultados dos ensaios de determinação do teor de matéria orgânica do
solo, cinza volante e cinza de fundo são apresentados na Tabela 4.14, estas foram
obtidas mediante a técnica de oxidação com dicromato de potássio em meio
sulfúrico, no Laboratório de Geotecnia/Quimica de Solos da COPPE/UFRJ. Os
resultados das cinzas foram obtidos do trabalho de Vizcarra (2010).
Tabela 4.14 – Teor de matéria orgânica do solo, cinza volante e cinza de fundo.
(Vizcarra, 2010 e Quispe, 2013)
Amostra Carbono Orgânico Matéria Orgânica
(g/Kg) (%) (g/Kg) (%)
Solo 4,93 0,493 8,5 0,850
Cinza Volante 4,52 0,452 7,80 0,780
Cinza de Fundo 78,40 7,840 135,00 13,500
Nota-se que o teor de matéria orgânica presente na cinza volante é baixo em
comparação com a cinza de fundo que tem um teor alto, sabendo que um teor alto
de carbono pode inibir a atividade pozolânica severamente como mostrado no
97
trabalho de Winterkorn (1990). Segundo referências da Usina Verde, a cinza de
fundo teria um alto teor de matéria orgânica devido ao sub-dimensionamento do
forno que impossibilita a queima de maior porcentagem de matéria orgânica
(Vizcarra, 2010).
Para as misturas solo-cinza foram feitas análises de teor por queima em uma
Mufla a 440 ºC (ABNT/NBR 13600/1996). Os resultados são apresentados na
Tabela 4.15.
Tabela 4.15 – Teor de matéria orgânica das misturas solo-cinza.
Amostra Matéria Orgânica (%)
SP80CV20 4,183
SP70CV30 6,314
SP60CV40 5,450
SP80CF20 8,170
SP70CF30 7,247
SP60CF40 6,801
Nota-se que as misturas solo-cinza volante apresentam um aumento de teor
de matéria orgânica até 30% de cinza volante para depois cair. As misturas solo-
cinza de fundo apresentam um valor máximo de teor de matéria orgânica com
20% de cinza e depois começa cair.
Segundo Dias (2004), os valores mais elevados obtidos pela técnica da
queima, devem-se ao fato de que o aquecimento em estufa e em mufla provoca a
perda de componentes inorgânicos voláteis contidos na amostra, como a água de
constituição, por exemplo, além das substâncias orgânicas. Logo, observa-se um
teor de matéria orgânica acima do esperado, de acordo com este procedimento,
isto se nota nas misturas solo-cinza volante, cujos teores são maiores que com
cinza volante pura, obtida pela técnica de oxidação com dicromato de potássio.
4.2.3. Ensaio de Lixiviação
Estes resultados, para cinza volante e cinza de fundo, foram obtidos do
trabalho de Vizcarra (2010) segundo a norma NBR 10005:2004, e são
apresentados nas Tabelas 4.16 e 4.17.
98
Tabela 4.16 – Resultados do ensaio de lixiviação – Parâmetros Inorgânicos na
Cinza Volante (Vizcarra, 2010).
Parâmetros Resultados analíticos
(mg/L) VMP
Método de Referência
Arsênio 0,27 1 SM21 3120 B
Bário 0,52 70 SM21 3120 B
Cádmio 0,05 0,5 SM21 3120 B
Chumbo < 0,03 1 SM21 3120 B
Cromo Total 0,75 5 SM21 3120 B
Fluoretos 2,01 150 SM21 4500-F C
Mercúrio < 0,0005 0,1 EPA 7470 A
Prata 0,02 5 SM21 3120 B
Selênio < 0,05 1 SM21 3120 B
VMP: Valor máximo permitido segundo a norma NBR 10004:2004
Tabela 4.17 – Resultados do ensaio de lixiviação – Parâmetros Inorgânicos na
Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010).
Parâmetros Resultados analíticos
(mg/L) VMP
Método de Referência
Arsênio < 0,04 1 SM21 3120 B
Bário 0,68 70 SM21 3120 B
Cádmio 0,06 0,5 SM21 3120 B
Chumbo < 0,03 1 SM21 3120 B
Cromo Total 0,03 5 SM21 3120 B
Fluoretos 1,30 150 SM21 4500-F C
Mercúrio < 0,0005 0,1 EPA 7470 A
Prata < 0,003 5 SM21 3120 B
Selênio < 0,05 1 SM21 3120 B
VMP: Valor máximo permitido segundo a norma NBR 10004:2004
Os parâmetros inorgânicos apresentados nas Tabelas 4.16 e 4.17 como
também os parâmetros orgânicos encontrados no extrato obtido no ensaio de
lixiviação apresentaram concentrações menores que os limites máximos
estabelecidos no anexo F da Norma NBR 10004:2004, logo os resíduos são
classificados como Não Perigosos. (Vizcarra, 2010)
99
4.2.4. Ensaio de Solubilização
Estes resultados para cinza volante e cinza de fundo foram obtidos do
trabalho de Vizcarra (2010) segundo a norma NBR 10006:2004, e são
apresentados nas Tabelas 4.18 e 4.19.
Tabela 4.18 – Resultados do ensaio de solubilização – Parâmetros Inorgânicos
na Cinza Volante (Vizcarra, 2010).
Parâmetros Resultados analíticos
(mg/L) VMP
Método de Referência
Alumínio 0,31 0,2 SM21 3120 B
Arsênio < 0,001 0,01 SM21 3120 B mod
Bário 0,41 0,7 SM21 3120 B
Cádmio < 0,003 0,005 SM21 3120 B
Chumbo < 0,002 0,01 SM21 3113 B
Cianetos < 0,005 0,07 SM21 4500-CN C/4500-CN F
Cloretos 783 250 SM21 4500- Cl- D
Cobre 0,01 2 SM21 3120 B
Cromo Total 1,99 0,05 SM21 3120 B
Ferro 0,22 0,3 SM21 3120 B
Fluoretos 0,56 1,5 SM21 4500-F C
Manganês < 0,002 0,1 SM21 3120 B
Mercúrio < 0,0005 0,001 EPA 7470 A
Nitrato (como N) 2,10 10 SM21 4500- NO-3 F
Prata < 0,003 0,05 SM21 3120 B
Selênio < 0,002 0,01 SM21 3113 B
Sódio 85,2 200 SM21 3120 B
Sulfato (expresso como SO4)
650 250 SM21 4500- SO4-2
E
Surfactantes < 0,40 0,5 SM21 5540 C
Zinco 0,04 5 SM21 3120 B
VMP: Valor máximo permitido segundo a norma NBR 10004:2004
100
Tabela 4.19 – Resultados do ensaio de solubilização – Parâmetros Inorgânicos
na Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010).
Parâmetros Resultados analíticos
(mg/L) VMP
Método de Referência
Alumínio 0,08 0,2 SM21 3120 B
Arsênio < 0,001 0,01 SM21 3120 B mod
Bário 0,19 0,7 SM21 3120 B
Cádmio < 0,003 0,005 SM21 3120 B
Chumbo < 0,002 0,01 SM21 3113 B
Cianetos < 0,005 0,07 SM21 4500-CN C/4500-CN F
Cloretos 271 250 SM21 4500- Cl- D
Cobre 0,02 2 SM21 3120 B
Cromo Total < 0,002 0,05 SM21 3120 B
Ferro 0,06 0,3 SM21 3120 B
Fluoretos 0,56 1,5 SM21 4500-F C
Manganês < 0,002 0,1 SM21 3120 B
Mercúrio < 0,0005 0,001 EPA 7470 A
Nitrato (como N) 3,80 10 SM21 4500- NO-3 F
Prata < 0,003 0,05 SM21 3120 B
Selênio < 0,002 0,01 SM21 3113 B
Sódio 236 200 SM21 3120 B
Sulfato (expresso como SO4)
290 250 SM21 4500- SO4-2
E
Surfactantes < 0,40 0,5 SM21 5540 C
Zinco 0,11 5 SM21 3120 B
VMP: Valor máximo permitido segundo a norma NBR 10004:2004
Os parâmetros inorgânicos apresentados nas Tabelas 4.18 e 4.19 como
também os parâmetros orgânicos encontrados no extrato obtido no ensaio de
solubilização, tem concentrações menores que os limites máximos estabelecidos
no anexo G da Norma NBR 10004:2004, exceto o Alumínio, Cloretos, Cromo
Total e Sulfatos, para cinza volante e exceto Cloretos e Sulfatos para cinza de
fundo, pelo que os resíduos são classificados como Classe IIA- Resíduos Não-
inertes (Vizcarra, 2010).
Baseados nos resultados dos ensaios de solubilização e lixiviação, pode-se
concluir que as misturas solo-cinza não são perigosas, sendo que ainda são não
inertes.
101
4.3. Ensaios de Caracterização Mecânica
4.3.1. Ensaios de Compactação Proctor Normal
A Figura 4.4 apresenta a curva de compactação Proctor Normal do solo e as
misturas do solo-cinza volante. A Tabela 4.20 apresenta um resumo dos valores
de umidade ótima (wótm) e de máxima densidade seca (γdmáx).
Figura 4.4 - Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas solo-cinza
volante.
Tabela 4.20 – Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal para o
solo e misturas de solo-cinza volante.
SP SP80CV20 SP70CV30 SP60CV40
Máxima Densidade Seca (gr/cm3) 1,575 1,549 1,545 1,540
Ótimo Teor de Umidade (%) 24,0 24,7 24,8 24,6
1,10
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
1,55
1,60
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Den
sid
ad
e S
eca (g
r/cm
3)
Teor de Umidade (%)
Densidade Seca vs. Teor de Umidade
Linha de Saturação
SP
SP80CV20
SP70CV30
SP60CV40
102
Nota-se que ao aumentar o teor de cinza volante na mistura, a máxima
densidade seca começa diminuir, concordando assim com a pesquisa feita por
Nicholson (1993) sobre utilização de cinzas volantes de carvão para estabilizar
solos tropicais e também com a pesquisa feita por Vizcarra (2010) para a mesma
cinza volante de RSU da mesma usina. O teor ótimo de umidade, aumenta nas 3
misturas de solo-cinza volante, o que explica a queda da densidade seca.
A curva de compactação Proctor Normal do solo e as misturas do solo-cinza
de fundo podem ser visualizadas na Figura 4.5. A Tabela 4.21 apresenta um
resumo dos valores de umidade ótima (wótm) e de máxima densidade seca (γdmáx).
Figura 4.5 - Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas solo-cinza
de fundo.
Tabela 4.21 – Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal para o
solo e misturas de solo-cinza de fundo.
SP SP80CF20 SP70CF30 SP60CF40
Máxima Densidade Seca (gr/cm3) 1,575 1,544 1,540 1,529
Ótimo Teor de Umidade (%) 24,0 24,3 22,0 24,7
1,10
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
1,55
1,60
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Den
sid
ad
e S
eca (g
r/cm
3)
Teor de Umidade (%)
Densidade Seca vs. Teor de Umidade
Linha de Saturação
SP
SP80CF20
SP70CF30
SP60CF40
103
Nota-se que ao aumentar o teor de cinza de fundo na mistura, a máxima
densidade seca começa diminuir, o qual concorda com os resultados obtidos por
Farias (2005) para cinza pesada de carvão e também com a pesquisa feita por
Vizcarra (2010) para a mesma cinza de fundo de RSU da mesma usina. Os teores
ótimos de umidade das misturas aumentam com 20% e 40% de cinza, mas
diminui com 30%.
Nota-se que os valores de máxima densidade seca para as misturas com
cinza volante são maiores que com cinza de fundo. Isso acontece pela forma
rugosa da superfície dos grãos da cinza pesada o que resulta em uma menor
densidade real dos grãos, quando comparado às partículas do solo. (Vizcarra,
2010)
O solo já foi matéria de estudo de outras pesquisas, por exemplo, Beneveli
(2002), na qual seu comportamento, submetido ao ensaio de Compactação
Normal, concorda com o apresentado neste trabalho.
4.3.2. Ensaios Triaxiais CID
São apresentados neste item os resultados dos ensaios triaxiais CID, em
compressão axial, realizados em amostras do solo (SP) e misturas com teores de
cinza volante e cinza de fundo a 20%, 30% e 40% em relação ao peso do solo
seco. Foram aplicadas tensões efetivas de 50, 200 e 400 kPa, em todos os casos.
Foi analisado o tempo de cura (30 e 60 dias) para todas as misturas solo-cinza
com a exceção que para as misturas com 30% de cinza (leve e de fundo) foi
analisada só com 30 dias pela falta de tempo no acabamento desta dissertação. As
trajetórias, envoltórias de resistência e os parâmetros de resistência ao
cisalhamento são apresentados neste item. A metodologia utilizada nos ensaios
está descrita no item 3.3.3.3.5.
Apresentam-se também as análises da influência do tipo de cinza, teores de
cinza e influência do tempo de cura no comportamento das amostras durante o
cisalhamento, tendo em conta que as análises foram feitas aos 15% de deformação
axial para todos os ensaios.
104
São apresentadas algumas fotografias dos corpos de prova mais relevantes
ao final do cisalhamento. Além das análises feitas para as trajetórias de tensões e
envoltórias de resistência.
A maioria dos ensaios triaxiais CID de solo-cinza atingem uma resistência
máxima para antes de 15% de deformação axial, mas o SP não apresenta
resistência de pico para essa deformação, para tensões confinantes de 200 kPa e
400 kPa, então é necessário conhecer qual é a resistência máxima que pode atingir
o SP e com qual deformação axial para comparar com os resultados dos ensaios
triaxiais das misturas solo-cinza.
Figura 4.6 - Curvas tensão e deformação volumétrica versus deformação axial para o
solo puro (S100), ensaios de compressão triaxial. (Ramirez, 2012)
Ɛ de referência
Ɛ de referência
105
No trabalho de Ramirez (2012) apresenta o resultado do ensaio triaxial CID
do solo, que é o mesmo utilizado nesta pesquisa, para deformações maiores e
atingindo uma máxima resistência. Os resultados são apresentados na Figura 4.6.
Destaca-se que o ensaio com SP foi feito neste trabalho e se observou o
mesmo comportamento e os mesmos resultados para os parâmetros de resistência,
sendo que este ensaio foi realizado para 15% de deformação axial.
4.3.2.1. Influência do tipo de cinza
O comportamento de tensão desviadora (σd) e variação volumétrica (εv)
versus deformação axial (εa) dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com
20% de cinza volante (SP80CV20) e 20% de cinza de fundo (SP80CF20) ao zero
dia de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura 4.7.
Nota-se que para a tensão confinante de 50 kPa, a mistura de SP80CV20
apresenta melhor comportamento que o corpo de prova de SP e com o aumento da
deformação axial, esta tende a se igualar com o comportamento da mistura de
SP80CF20, apesar de que em todo o ensaio o comportamento das duas misturas
são melhores do que com SP para esta tensão confinante. As misturas solo-cinza
atingem uma resistência de pico entre 1% e 2% de deformação axial, mas para o
SP só ocorre depois de 6% de deformação axial. As misturas solo-cinza
apresentam um comportamento rígido diferente do SP.
O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 50 kPa, sofre uma
expansão igual à da mistura de SP80CF20, mas esta chega ao seu volume inicial
quase ao fim do ensaio. A mistura de SP80CV20 apresenta uma expansão no
início até 3% de deformação axial para depois se comprimir. A deformação
volumétrica apresentada ao final do cisalhamento da mistura SP80CV20 é menor
do que do SP.
Ainda para a tensão confinante de 50 kPa, a mistura SP80CV20 apresenta
menor deformação volumétrica que a mistura SP80CF20 e que do SP, ao atingir a
resistência de pico. O SP e a mistura de SP80CF20 atingem à resistência de pico
encontrando-se em expansão.
Nota-se para a tensão confinante de 200 kPa, a mistura de SP80CF20
apresenta melhor comportamento que do que o corpo de prova de SP e da mistura
106
SP80CV20. O SP não apresenta uma resistência pico para 15% de deformação
axial (que é a faixa de análise desta pesquisa), mas é menor que 500 kPa com 20%
de deformação axial e é apresentada no trabalho de Ramirez (2012).
Figura 4.7 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 e SP80CF20 em ensaios de
compressão triaxial.
Então, pode-se dizer que o comportamento das duas misturas é melhor do
que o SP para esta tensão confinante. A mistura SP80CF20 atinge uma resistência
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(k
Pa
)
εa (%)
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v (%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP80CV20 400 kPa SP80CF20 400 kPa
SP 200 kPa SP80CV20 200 kPa SP80CF20 200 kPa
SP 50 kPa SP80CV20 50 kPa SP80CF20 50 kPa
SP80CV20SP80CF20
SP80CV20SP80CF20
107
máxima para 12% de deformação axial, mas a mistura de SP80CV20 atinge a
resistência máxima com uma deformação axial menor (6%) para depois se manter
ao longo do ensaio. As misturas solo-cinza apresentam um comportamento rígido,
diferente do SP.
Pode-se dizer que o SP e as misturas SP80CV20 e SP80CF20 apresentam o
mesmo comportamento e se expandem durante todo o ensaio para a tensão
confinante de 200 kPa.
A mistura SP80CV20 apresenta menor expansão do que a mistura
SP80CF20 e o SP ao atingir a resistência máxima, mas todas chegam à aquela
resistência com uma deformação volumétrica em expansão.
Finalmente, nota-se para a tensão confinante de 400 kPa que a mistura de
SP80CF20 e SP80CV20 apresentam melhor comportamento do que o SP. As
misturas solo-cinza e o SP não apresentam resistência de pico. Sabe-se pelo
trabalho de Ramirez (2012), que o SP atinge uma resistência menor de 800 kPa
para 20% de deformação axial, os quais são menores que os resultados obtidos
pelas misturas solo-cinza.
O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 400 kPa se expande da
mesma forma que a mistura de SP80CV20 e SP80CF20, mas a expansão destas
são maiores que do SP. A mistura de SP80CF20 apresenta maior expansão que da
mistura de SP80CV20 e o SP até o final do ensaio.
O comportamento de tensão desviadora e variação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com 30 % de cinza
volante (SP70CV30) e 30% de cinza de fundo (SP70CF30) ao zero dia de tempo
de cura são apresentados e comparados na Figura 4.8.
Nota-se para a tensão confinante de 50 kPa, a mistura de SP70CF30
apresenta melhor comportamento do que do corpo de prova de SP e com o
aumento da deformação axial esta tende a se igualar com o comportamento da
mistura de SP70CV30, mas em todo o ensaio o comportamento das duas misturas
é melhor do que com SP para esta tensão confinante. Também a mistura
SP70CF30 atinge uma resistência de pico entre 1% e 2% de deformação axial e a
mistura SP70CV30 atinge uma resistência máxima a 3%, mas para o SP ocorre só
depois de 6% de deformação axial. As misturas solo-cinza apresentam um
comportamento rígido, diferente do SP.
108
O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 50 kPa, se expande, mas
as misturas de SP70CV30 e SP70CF30 têm quase o mesmo comportamento,
expandem-se no início do cisalhamento e depois se comprimem. A mistura
SP70CF30 recupera seu volume inicial a 2% de deformação axial e a mistura
SP70CV30 ao 4%. A deformação volumétrica apresentada ao final do
cisalhamento das misturas SP70CV30 e SP70CF30 é menor do que do SP.
Figura 4.8 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 e SP70CF30 em ensaios de
compressão triaxial.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP70CV30SP70CF30
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP70CV30 400 kPa SP70CF30 400 kPa
SP 200 kPa SP70CV30 200 kPa SP70CF30 200 kPa
SP 50 kPa SP70CV30 50 kPa SP70CF30 50 kPa
SP70CV30SP70CF30
109
A mistura SP70CF30 apresenta a mesma deformação volumétrica do que a
mistura SP70CV30 ao atingir a resistência de pico e elas chegam à resistência de
pico com uma deformação volumétrica em expansão, maior do que ao início do
cisalhamento. As misturas de solo-cinza para este caso tem um comportamento
de contração.
Nota-se que para a tensão confinante de 200 kPa, a mistura de SP70CV30
apresenta melhor comportamento do que do corpo de prova de SP e da mistura
SP70CF30. O SP não apresenta uma resistência máxima para 15% de deformação
axial (que é a faixa de análise desta pesquisa), mas é menor do que 500 kPa com
20% de deformação axial e é apresentada no trabalho de Ramirez (2012). Então,
pode-se dizer que o comportamento das duas misturas é melhor do que com SP
para esta tensão confinante. A mistura SP70CV30 atinge uma resistência máxima
para 9% de deformação axial igual à mistura SP70CF30, mas com menor valor.
As misturas solo-cinza apresentam um comportamento rígido, diferente do SP.
O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 200 kPa se expande
igual às misturas SP70CV30 e SP70CF30, mas a expansão apresentada pelas
misturas de solo-cinza são maiores do que o SP. A deformação volumétrica
apresentada ao final do cisalhamento da mistura SP70CF30 é maior do que da
mistura SP70CV30 e do SP.
A mistura SP70CF30 apresenta maior expansão do que a mistura
SP70CV30 ao atingir a resistência máxima, mas todas chegam à resistência
máxima com uma deformação volumétrica em expansão, maior do que ao início
do cisalhamento. As misturas de solo-cinza para este caso tem um comportamento
de expansão.
Finalmente, nota-se que para a tensão confinante de 400 kPa a mistura
SP70CV30 apresenta um melhor comportamento que o SP e do que a mistura
SP70CF30. A mistura SP70CV30 alcança sua resistência máxima com 12% de
deformação axial, mas a mistura SP70CF30 tende a se igualar com a outra mistura
sem apresentar resistência máxima e o SP não apresenta uma resistência máxima
para a deformação axial de análise. Sabe-se pelo trabalho de Ramirez (2012) que
o SP atinge uma resistência menor de 800 kPa, para 20% de deformação axial,
que é menor do que os resultados obtidos pelas misturas solo-cinza.
110
O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 400 kPa, se expande da
mesma forma do que a mistura SP70CV30 e SP70CF30, mas a deformação
volumétrica destas são maiores que do SP. A mistura de SP70CV30 apresenta
maior expansão do que da mistura de SP70CF30 e do SP até o final do ensaio.
O comportamento de tensão desviadora e variação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com 40 % de cinza
volante (SP60CV40) e 40% de cinza de fundo (SP60CF40) ao zero dia de tempo
de cura são apresentados e comparados na Figura 4.9.
Nota-se que para a tensão confinante de 50 kPa, as misturas de SP60CV40 e
SP60CF40 apresentam um comportamento quase similar, embora com um
pequeno aumento na resistência máxima da mistura SP60CV40, que nota-se ao
longo da deformação axial, mas o comportamento das duas misturas é melhor do
que com SP para esta tensão confinante. As misturas SP60CV40 e SP60CF40
atingem a resistência máxima a 3% de deformação axial e o SP atinge a
resistência máxima a 6% de deformação axial. As misturas solo-cinza apresentam
um comportamento rígido diferente do SP.
O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 50 kPa, se expande, mas
as misturas de SP60CV40 e SP60CF40 tem quase o mesmo comportamento se
expandem no início do cisalhamento e depois se comprimem, só que a mistura
SP60CF40 recupera seu volume inicial aos 5% de deformação axial e a mistura
SP60CV40 aos 7%. A compressão apresentada ao final do cisalhamento da
mistura SP60CF40 é maior do que a mistura SP60CV40.
As misturas SP60CV40 e SP60CF40 apresentam a mesma deformação
volumétrica ao atingir a resistência máxima e o volume é menor que do SP nessa
deformação axial. As misturas de solo-cinza para este caso tem um
comportamento de contração.
Nota-se que para a tensão confinante de 200 kPa, a mistura de SP60CV40
apresenta melhor comportamento do que o corpo de prova de SP e mistura
SP60CF40, mas a mistura de SP60CF40 alcança quase a mesma resistência
máxima que a mistura SP60CV40 com 13% de deformação axial. O SP não
apresenta uma resistência máxima para 15% de deformação axial, mas é menor do
que 500 kPa com 20% de deformação axial que é apresentada no trabalho de
Ramirez (2012). O comportamento das duas misturas é melhor que do SP para
esta tensão confinante. A mistura SP60CV40 atinge uma resistência máxima para
111
9% de deformação axial. As misturas solo-cinza apresentam um comportamento
rígido diferente do SP.
Figura 4.9 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 e SP60CF40 em ensaios de
compressão triaxial.
O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 200 kPa, se expande,
igual às misturas SP60CV40 e SP60CF40, só que estas misturas solo-cinza sofrem
uma expansão maior do que do SP. A deformação volumétrica apresentada ao
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP60CV40SP60CF40
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP60CV40 400 kPa SP60CF40 400 kPa
SP 200 kPa SP60CV40 200 kPa SP60CF40 200 kPa
SP 50 kPa SP60CV40 50 kPa SP60CF40 50 kPa
SP60CV40SP60CF40
112
final do cisalhamento da mistura SP60CF40 é maior do que da mistura SP60CV40
e do SP.
A mistura SP60CF40 apresenta maior expansão do que a mistura
SP60CV40 ao atingir a resistência máxima, mas todas atingem a resistência
máxima com uma deformação volumétrica em expansão, maior do que ao início
do cisalhamento.
Finalmente, nota-se para a tensão confinante de 400 kPa, a mistura de
SP60CV40 apresenta um melhor comportamento que o SP e a mistura SP60CF40.
A mistura SP60CV40 alcança sua resistência máxima com 10% de deformação
axial, mas a mistura SP60CF40 tende a se igualar com a mistura de SP60CV40,
no final do cisalhamento, sem apresentar resistência máxima. O SP não apresenta
resistência máxima para a deformação de análise. A mistura SP60CF40 e o SP
não apresentam resistência máxima e se sabe pelo trabalho de Ramirez (2012) que
o SP atinge à uma resistência menor de 800 kPa, para 20% de deformação axial,
os quais são menores que os resultados obtidos pelas misturas solo-cinza para esta
tensão confinante.
O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 400 kPa, se expande
igual que à mistura de SP60CV40 e SP60CF40 e a expansão destas é maior que
do SP. As misturas de SP60CV40 e SP60CF40 apresentam uma trajetória quase
igual na deformação volumétrica versus deformação axial para 400 kPa de tensão
confinante e sua expansão é maior do que do SP até o final do ensaio. A mistura
SP60CV40 alcança sua resistência máxima com uma deformação volumétrica em
expansão.
4.3.2.1.1. Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento comparando a influência do tipo de cinza
Na Figura 4.10 se apresentam as envoltórias de resistência para o solo (SP)
e as misturas SP80CV20 e SP80CF20 para zero dia de tempo de cura e são
comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
É notável a diferença que existe entre o solo (SP) e as misturas de solo com
20% de cinza volante e 20% de cinza de fundo, apresentando uma melhora ao
longo da trajetória. Entre as misturas SP80CV20 e SP80CF20, pode-se dizer que o
113
comportamento da mistura de SP80CV20 é melhor apresentando uma coesão
maior e um ângulo de atrito menor.
Figura 4.10 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CV20 e
SP80CF20.
Figura 4.11 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP70CV30 e
SP70CF30.
Na Figura 4.11 se apresentam as envoltórias de resistência para o solo (SP)
e as misturas SP70CV30 e SP70CF30 para zero dia de tempo de cura e são
comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP80CV20
SP80CF20
Resultados:Solo Puro
a = 19 kPa c = 21.22 kPaα = 24.0º φ = 26.4ºSP80CF20 T=0DIAS
a = 23 kPa c = 27.4 kPaα = 28.4º φ = 32.8ºSP80CV20 T=0DIAS
a = 45 kPa c = 51.77 kPaα = 26.3º φ = 29.6º
Resultados:Solo Puro
a = 19 kPa c = 21.22 kPaα = 24.0º φ = 26.4ºSP80CF20 T=0DIAS
a = 23 kPa c = 27.4 kPaα = 28.4º φ = 32.8ºSP80CV20 T=0DIAS
a = 45 kPa c = 51.77 kPaα = 26.3º φ = 29.6º
Resultados:Solo Puro
a = 19 kPa c = 21.22 kPaα = 24.0º φ = 26.4ºSP80CF20 T=0DIAS
a = 23 kPa c = 27.4 kPaα = 28.4º φ = 32.8ºSP80CV20 T=0DIAS
a = 45 kPa c = 51.77 kPaα = 26.3º φ = 29.6º
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0° φ = 26,4°SP80CV20a = 45 kPa c = 51,77 kPaα = 26,3° φ = 29,6°SP80CF20a = 23 kPa c = 27,4 kPaα = 28,4° φ = 32,8°
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP70CV30
SP70CF30
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0° φ = 26,4°SP70CV30a = 35,5 kPa c = 41,9 kPaα = 28,0° φ = 32,1°SP70CF30a = 41.5 kPa c = 48,3 kPaα = 27,1° φ = 30,8°
114
Nota-se a diferença que existe entre o SP e as misturas de solo com 30% de
cinza volante e 30% de cinza de fundo, apresentando uma melhora ao longo da
trajetória. Entre as misturas de SP70CV30 e SP70CF30, pode-se dizer que quase
não existe diferença e se pode considerar que o comportamento das duas misturas
são as mesmas, mas a mistura de SP70CF30 apresenta uma pequena melhora
comparando com a outra mistura e seus parâmetros de resistência.
Na Figura 4.12 se apresentam as envoltórias de resistência para o SP e as
misturas SP60CV40 e SP60CF40 para zero dia de tempo de cura e são
comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
Figura 4.12 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP60CV40 e
SP60CF40.
Nota-se a diferença que existe entre o SP e as misturas do solo com 40% de
cinza volante e 40% de cinza de fundo, apresentando uma melhora ao longo da
trajetória. Entre as misturas de SP60CV40 e SP60CF40, pode-se dizer que quase
não existe diferença e se pode considerar que o comportamento das duas misturas
são as mesmas, só que o ângulo de atrito da mistura de SP60CV40 é maior do que
com a mistura SP60CF40.
A Tabela 4.22 apresenta os parâmetros de resistência do SP e das misturas
do solo com cinza volante e cinza de fundo para os diferentes teores ensaiados
sem tempo de cura.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP60CV40
SP60CF40
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0° φ = 26,4°SP60CV40a = 28 kPa c = 34,0 kPaα = 29,5° φ = 34,4°SP60CF40a = 30 kPa c = 35,78 kPaα = 28,6° φ = 33,0°
115
Tabela 4.22 – Resumo de coesão e ângulo de atrito para o SP e as misturas
solo-cinza sem tempo de cura
Comparação de resultados
Misturas do Solo Parâmetros de Lambe Parâmetros de Mohr
a (kPa) α (°) c (kPa) φ (°)
Solo Puro 19,0 24,0 21,2 26,4
SP80CV20 45,0 26,3 51,8 29,6
SP80CF20 23,0 28,4 27,4 32,8
SP70CV30 35,5 28,0 41,9 32,1
SP70CF30 41,5 27,1 48,3 30,8
SP60CV40 28,0 29,5 34,0 34,4
SP60CF40 30,0 28,6 35,8 33,0
Nota-se que todas as misturas ensaiadas apresentam um comportamento
melhor do que o SP pelo qual se pode dizer que a inserção da cinza no solo ajuda
na melhora dos seus parâmetros de resistência. A mistura de SP80CV20
apresentou um melhor comportamento com uma coesão de 51,8 kPa, que é mais
do que o dobro que a do SP e seu ângulo de atrito é 26,4º o qual não diferencia
muito do SP. Finalmente, com o teor de 20% de cinza volante e de fundo existe
uma diferença grande entre seus parâmetros de resistência, algo que tende a se
igualar com o aumento dos teores de cinza.
Apresentam-se na Figura 4.13 as fotografias das amostras rompidas da
mistura de SP80CV20 para cada nível de tensão o qual apresentou os melhores
parâmetros de resistência comparando os tipos de cinza. Se perdeu o registro
fotográfico do corpo de prova ensaiado com 200 kPa de tensão confinante.
(a) (b) .
Figura 4.13 – Corpos de prova de SP80CV20; (a) Amostra cisalhada a 50 kPa;
(b) Amostra cisalhada a 400 kPa
116
4.3.2.2. Influência do Teor de Cinza
O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com 20 %, 30% e
40% de cinza volante (SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40) sem tempo de cura é
apresentado e comparado na Figura 4.14.
Figura 4.14 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40 em
ensaios de compressão triaxial.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP80CV20SP70CV30SP60CV40
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP80CV20 400 kPa SP70CV30 400 kPa SP60CV40 400 kPa
SP 200 kPa SP80CV20 200 kPa SP70CV30 200 kPa SP60CV40 200 kPa
SP 50 kPa SP80CV20 50 kPa SP70CV30 50 kPa SP60CV40 50 kPa
SP80CV20SP70CV30SP60CV40
117
Nota-se que para a tensão confinante de 50 kPa, a mistura de SP80CV20
apresenta melhor comportamento do que o corpo de prova de SP e com o aumento
da deformação axial esta tende a se igualar com o comportamento da mistura de
SP70CV30 e SP60CV40, estas duas últimas misturas tem quase o mesmo
comportamento ao longo de toda a deformação axial e o comportamento das três
misturas é melhor do que com SP para esta tensão confinante. Também as
misturas solo-cinza atingem a resistência máxima entre 1% e 3% de distorção,
mas o SP atinge a resistência máxima após 6% de deformação axial. As misturas
solo-cinza apresentam um comportamento rígido diferente do SP.
O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 50 kPa, se expande e as
misturas solo-cinza volante se expandem no início do ensaio tendo uma variação
entre 3% e 6% de deformação axial para recuperar seu volume inicial. A mistura
de SP70CV30 se comprime mais do que as outras misturas. A mistura de
SP60CV40 se comprime menos em comparação às outras misturas. Então, pode-
se dizer que não existe uma tendência de comportamento dos corpos de prova com
o aumento do teor de cinza volante, mas só que se expande no início e acaba se
comprimindo para deformações axiais maiores de 6%, para esta tensão confinante.
A mistura SP60CV40 apresenta maior deformação volumétrica de expansão
do que as misturas de SP80CV20, SP70CV30, mas menor do que o SP ao atingir
a resistência máxima.
Nota-se para a tensão confinante de 200 kPa, as três misturas (solo-cinza
volante) apresentam quase a mesma trajetória, com uma pequena melhora da
mistura de SP60CV40. O comportamento da mistura de SP80CV20 é muito mais
rígido do que as outras duas misturas e do que o SP. O comportamento das três
misturas é melhor do que o SP para esta tensão confinante. Também a mistura
SP80CV20 atinge a resistência máxima para 6% de deformação axial, mas a
mistura de SP70CV30 e SP60CV40 atinge a resistência máxima com uma
deformação axial maior (10%).
Pode-se dizer que o SP e as misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40
apresentam o mesmo comportamento e se expandem para a tensão confinante de
200 kPa. A diferença é pouca, mas a mistura de SP80CV20 apresenta uma
deformação volumétrica menor do que o SP e as misturas de SP70CV30 e
SP60CV40 até o final do ensaio.
118
A mistura SP80CV20 apresenta menor deformação volumétrica de
expansão do que as misturas SP70CV30, SP60CV40 e o SP ao atingir a
resistência máxima.
Nota-se que para a tensão confinante de 400 kPa, a mistura de SP60CV40
apresenta um melhor comportamento quando comparado às misturas SP80CV20 e
SP70CV30 e ao SP. A mistura de SP60CV40 apresenta um comportamento mais
rígido do que as outras misturas e do que SP alcançando sua resistência máxima
aos 10% de deformação axial.
As mistura de solo-cinza volante e o SP se expandem para a tensão
confinante de 400 kPa, no entanto, a deformação volumétrica da mistura de
SP70CV30 é maior que as outras misturas e do SP.
Nota-se que para teores de cinza volante de 20% e 30% as porcentagens de
expansão e contração são maiores do que com 40% de cinza para todas as tensões
confinantes. Então, pode-se concluir que a porcentagem de expansão ou
compressão dos corpos de prova é inversamente proporcional ao teor de cinza que
contem cada mistura de solo-cinza volante, como por exemplo, para teor de cinza
volante de 40% a expansão ou compressão apresentada, para diferentes tensões
confinantes, é menor que com teores de cinza volante de 20% e 30%.
O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com 20 %, 30% e
40% de cinza de fundo (SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40) sem tempo de cura
são apresentados e comparados na Figura 4.15.
Repara-se para a tensão confinante de 50 kPa, que a mistura de SP70CF30
apresenta melhor comportamento do que do corpo de prova de SP e com o
aumento da deformação axial esta tende a se igualar com o comportamento da
mistura SP80CF20 e SP60CF40, estas duas últimas misturas tem quase o mesmo
comportamento. O comportamento das três misturas é melhor do que com o SP
para esta tensão confinante. Também as misturas solo-cinza de fundo atingem
uma resistência máxima entre 1% e 3% de deformação axial, no entanto, para o
SP só ocorre depois de 6% de deformação axial. As misturas solo-cinza de fundo
apresentam um comportamento rígido diferente do SP.
119
Figura 4.15 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40 em
ensaios de compressão triaxial.
O corpo de prova de SP e a mistura de SP80CF20, para a tensão confinante
de 50 kPa, se expande e as misturas SP70CF30, SP60SF40 se expandem no
começo do ensaio, tendo uma variação entre 2% e 5% de deformação axial para
recuperar seu volume inicial para depois, aos 8% de deformação axial começam
ter o mesmo comportamento de compressão até o final do ensaio.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP80CF20SP70CF30SP60CF40
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP80CF20 400 kPa SP70CF30 400 kPa SP60CF40 400 kPa
SP 200 kPa SP80CF20 200 kPa SP70CF30 200 kPa SP60CF40 200 kPa
SP 50 kPa SP80CF20 50 kPa SP70CF30 50 kPa SP60CF40 50 kPa
SP80CF20SP70CF30SP60CF40
120
A mistura SP70CF30 apresenta maior deformação volumétrica do que as
misturas SP80CF20, SP60CF40 ao atingir a resistência máxima. Todas atingem a
resistência máxima com uma deformação volumétrica maior do que ao início do
cisalhamento.
Para a tensão confinante de 200 kPa, as três misturas apresentam quase a
mesma trajetória com uma pequena melhora das misturas de SP80CF20 e
SP60CF40. O comportamento da mistura de SP60CF40 é muito mais rígido do
que as outras duas misturas e do que do SP. O comportamento das três misturas
são melhores do que do SP para esta tensão confinante. Também a mistura
SP70CF30 atinge a resistência máxima para 10% de deformação axial e as
misturas de SP80CF20 e SP60CF40 não apresentam uma resistência máxima para
a faixa de análise.
Pode-se dizer que o SP e as misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40
apresentam o mesmo comportamento e se expandem para a tensão confinante de
200 kPa. A mistura de SP80CF20 apresenta maior expansão do que do SP e as
misturas de SP70CV30 e SP60CV40 ao final do ensaio.
Constata-se que a deformação volumétrica é variável com respeito aos
teores de cinza de fundo para esta tensão confinante.
Para a tensão confinante de 400 kPa, a mistura de SP60CF40 apresenta um
melhor comportamento em comparação às misturas SP80CF20, SP70CF30 e SP.
A mistura de SP60CF20 apresenta um comportamento mais rígido do que as
outras misturas e o SP. Nenhuma das três misturas solo-cinza de fundo
apresentam resistência máxima dentro da faixa da análise.
As mistura de solo-cinza de fundo e o SP se expandem para a tensão
confinante de 400 kPa, no entanto, a deformação volumétrica da mistura de
SP80CF20 é maior do que as outras misturas e que do SP. Além disso, é notável
que para maior teor de cinza de fundo dentro da mistura a expansão é menor.
É possível notar que para o teor de cinza de fundo de 40% seu valor de
expansão é menor, mas a contração é maior ou igual do que com outras misturas
de cinza para todas as tensões confinantes. Além disso, todas as misturas
apresentam o mesmo comportamento de expandir-se mais para uma tensão
confinante de 200 kPa. Conclui-se que quanto maior for o teor de cinza de fundo
dentro da mistura a contração ou expansão, dependendo da tensão confinante, vai
121
minorar seu valor de deformação volumétrica e não vai ter muita diferença em
comparação de seu volume inicial de cada corpo de prova.
4.3.2.2.1. Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento comparando a influência do teor de cinza
A Figura 4.16 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e as
misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40 sem de tempo de cura, as quais são
comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
Figura 4.16 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CV20,
SP70CV30 e SP60CV40.
Repara-se a diferença que existe entre o solo (SP) e as misturas do solo-
cinza volante, apresentando uma melhora das misturas ao longo da trajetória.
Entre as misturas de SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40 pode-se dizer que à
medida que se acrescenta o teor de cinza volante no solo, o parâmetro de coesão
diminui e ângulo de atrito aumenta pelo qual se conclui, neste caso, que a mistura
de SP80CV20 apresentou melhores parâmetros de resistência. Também para
tensões confinantes altas, como 400 kPa, a diferença de comportamento entre as
misturas é maior.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP80CV20
SP70CV30
SP60CV40
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0º Φ = 26,4ºSP80CV20a = 45 kPa c = 51.77 kPaα = 26,3º Φ = 29,6ºSP70CV30 a = 35.5 kPa c = 41,9 kPaα = 28,0 φ = 32,1 SP60CV40a = 28 kPa c = 34,0 kPaα = 29,5º Φ = 34,4º
122
A Figura 4.17 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e as
misturas SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40 sem tempo de cura, as quais são
comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
Figura 4.17 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CF20,
SP70CF30 e SP60CF40.
Observa-se uma diferença que há entre o solo (SP) e as misturas do solo-
cinza de fundo, apresentando uma melhora ao longo da trajetória. Entre as
misturas de SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40 pode-se dizer que é variável a
melhora com o teor de cinza, porque começa a aumentar o parâmetro de coesão
até 30% de cinza de fundo, no entanto, com 40% começa cair e acontece o inverso
com o ângulo de atrito. Neste caso, a mistura de SP70CF30 é a que tem melhor
comportamento ao apresentar melhores parâmetros de resistência.
A Tabela 4.23 apresenta os parâmetros de resistência do solo (SP) e das
misturas do solo com cinza volante e cinza de fundo para os diferentes teores
ensaiados sem tempo de cura.
Nota-se que todas as misturas ensaiadas apresentam um comportamento
melhor do que do solo (SP), pode-se dizer que a inserção da cinza, seja volante ou
de fundo, ajuda no comportamento do solo e melhora seus parâmetros de
resistência. Além disso, repara-se que ao aumentar o teor de cinza volante na
mistura, o parâmetro de coesão começa cair, ocorrendo o contrário com o
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP80CF20
SP70CF30
SP60CF40
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0 Φ = 26,4 SP80CF20a = 23 kPa c = 27,4 kPaα = 28,4º Φ = 32,8ºSP70CF30 a = 41,5 kPa c = 48,3 kPaα = 27,1 φ = 30,8 SP60CF40a = 30 kPa c = 35,78 kPaα = 28,6º Φ = 33,0º
123
aumento de cinza de fundo que atinge a um valor máximo com o teor de 30% e
depois decresce.
Tabela 4.23 – Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo argiloso (SP) e
as misturas solo-cinza sem tempo de cura.
Comparação de resultados
Misturas do Solo Parâmetros de Lambe Parâmetros de Mohr
a (kPa) α (°) c (kPa) φ (°)
Solo 19,0 24,0 21,2 26,4
SP80CV20 45,0 26,3 51,8 29,6
SP70CV30 35,5 28,0 41,9 32,1
SP60CV40 28,0 29,5 34,0 34,4
SP80CF20 23,0 28,4 27,4 32,8
SP70CF30 41,5 27,1 48,3 30,8
SP60CF40 30,0 28,6 35,8 33,0
Com respeito ao ângulo de atrito, pode-se dizer que para a cinza volante se
acrescenta quase 2 graus por cada 10% de cinza que é adicionado na mistura solo-
cinza e para a cinza de fundo existe variações no resultado, onde seu valor
decresce para um teor de 30% de cinza de fundo, no entanto, os valores estão
entre 30 graus até 33 graus. Dentro de todas estas comparações, conclui-se que as
misturas SP80CV20 e SP70CF30 são as que têm melhor comportamento em
comparação com as outras misturas com diferente teor de cinza.
4.3.2.3. Influência do Tempo de Cura
Foram pesadas as amostras de corpos compactadas de misturas de solo-
cinza depois de ser envolvidas em plástico e guardadas na câmara úmida para
reter sua umidade. Pesaram-se os corpos envolvidos em plástico depois de 30 dias
de tempo de cura para ser ensaiados e se notou que todos perderam umidade na
faixa de 1% até 1,5% a menos do peso inicial. Foram pesados os corpos
envolvidos em plástico depois de 60 dias de tempo de cura e se notou que todos
perderam umidade na faixa de 1,5% até 2% a menos do peso inicial. Pode-se
pensar que esta perda de umidade é devida a reação da cinza (volante ou de fundo)
com a água e o solo.
O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 20 % de cinza
124
volante (SP80CV20) sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura são
apresentados e comparados na Figura 4.18.
Figura 4.18 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 sem tempo de cura e com 30 e
60 dias em ensaios de compressão triaxial.
Observa-se que as mistura de SP80CV20 sem tempo de cura e T30d têm
comportamentos semelhantes para as tensões confinantes de 50 kPa, e 200 kPa,
entretanto, acontece uma diferença para tensão confinante de 400 kPa. Também se
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP80CV20SP80CV20 T30dSP80CV20 T60d
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP80CV20 400 kPa SP80CV20 T30d 400 kPa SP80CV20 T60d 400 kPa
SP 200 kPa SP80CV20 200 kPa SP80CV20 T30d 200 kPa SP80CV20 T60d 200 kPa
SP 50 kPa SP80CV20 50 kPa SP80CV20 T30d 50 kPa SP80CV20 T60d 50 kPa
SP80CV20SP80CV20 T30dSP80CV20 T60d
125
pode ver que esta mistura sem tempo de cura e com 30 dias têm um melhor
comportamento para tensões baixas como 50 kPa, no entanto, para tensões altas o
comportamento melhora com 60 dias de tempo de cura
O comportamento sem tempo de cura e com 30 dias é muito mais rígido do
que com 60 dias de tempo de cura. Em todo caso, os comportamentos com todos
os tempos de cura são melhores do que do solo (SP).
Para a variação volumétrica, nota-se que para amostras sem tempo de cura e
para tensões baixas (50 kPa), a amostra primeiro sofre uma pequena expansão
para depois se comprimir até o final do ensaio, e com tensões confinantes altas,
200 kPa, e 400 kPa, começa a se expandir com o aumento destas tensões. Para 30
dias de tempo de cura, as amostras se expandem nos três ensaios e a deformação
volumétrica é maior com o aumento de tensão confinante. Por último para 60 dias
de tempo de cura, a amostra ensaiada com uma tensão baixa (50 kPa) se expande
no começo do ensaio, mas depois se comprime, e com tensões altas os corpos de
prova começam se expandir com o aumento da tensão confinante. No final do
caso se pode ver que com tensões altas as amostras se expandem mais com 30 dias
de tempo de cura e depois começa cair para 60 dias.
O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 30 % de cinza
volante (SP70CV30) sem tempo de cura e com 30 dias de tempo de cura são
apresentados e comparados na Figura 4.19. Não foram realizados os ensaios para
60 dias de tempo de cura por falta de tempo.
Repara-se que o comportamento para a mistura de SP70CV30 sem tempo de
cura e com 30 dias é semelhante para todas as tensões ensaiadas, entretanto, para
as amostras sem tempo de cura apresenta um comportamento mais rígido que com
30 dias e do SP nas tensões de 50 kPa, e 200 kPa. Em todos os casos o
comportamento da mistura é melhor que do SP sem tempo de cura e com tempo
de cura.
Para a variação volumétrica, nota-se que o SP, para a tensão de 50 kPa,
sempre está se expandindo, entretanto, a mistura de SP70CV30 sem tempo de
cura se expande até recuperar seu volume inicial com 4% de deformação axial e
com 30 dias recupera seu volume inicial no final do ensaio. Para as tensões de
200 kPa as misturas sem tempo de cura e com 30 dias têm uma deformação
volumétrica maior do que o corpo de prova de SP. Para a tensão de 400 kPa,
126
ocorre o mesmo que os corpos de prova da mistura solo-cinza volante, expandem-
se mais do que o SP, mas a deformação volumétrica é maior sem tempo de cura
que com 30 dias de tempo de cura. Os ensaios com 30 dias de tempo de cura
sempre estão em expansão.
Figura 4.19 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 sem tempo de cura e com 30
dias em ensaios de compressão triaxial.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP70CV30SP70CV30 T30d
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP70CV30 400 kPa SP70CV30 T30d 400 kPa
SP 200 kPa SP70CV30 200 kPa SP70CV30 T30d 200 kPa
SP 50 kPa SP70CV30 50 kPa SP70CV30 T30d 50 kPa
SP70CV30SP70CV30 T30d
127
O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 40 % de cinza
volante (SP60CV40) sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura são
apresentados e comparados na Figura 4.20.
Figura 4.20 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 sem tempo de cura e com 30 e
60 dias em ensaios de compressão triaxial.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP60CV40SP60CV40 T30dSP60CV40 T60d
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP60CV40 400 kPa SP60CV40 T30d 400 kPa SP60CV40 T60d 400 kPa
SP 200 kPa SP60CV40 200 kPa SP60CV40 T30d 200 kPa SP60CV40 T60d 200 kPa
SP 50 kPa SP60CV40 50 kPa SP60CV40 T30d 50 kPa SP60CV40 T60d 50 kPa
SP60CV40SP60CV40 T30dSP60CV40 T60d
128
Para estes ensaios, observa-se a diferença que há na mistura de SP60CV40
com 30 dias de tempo de cura, apresentando um melhor comportamento para
tensões altas como 200 kPa, e 400 kPa, no entanto, decresce um pouco para
tensões baixas como 50 kPa. O comportamento da mistura de SP60CV40 para 60
dias de tempo de cura é mais rígido para 50 kPa e 400 kPa. Em todos os casos de
tempo de cura, o comportamento da mistura solo-cinza volante é melhor que do
SP, apresentando uma resistência pico de 1200 kPa, para uma tensão confinante
de 400 KPa.
Para a variação volumétrica, nota-se que para a tensão de 50 kPa, o SP
sempre está em expansão, mas a mistura se expande no começo do ensaio,
recupera seu volume inicial e depois se comprime, além disso, para maior tempo
de cura, expande-se em uma menor faixa de deformação axial e a compressão é
maior. Para 200 kPa, o comportamento da mistura em diferentes tempo de cura é
quase semelhante ao do SP. Por último, para a tensão confinante de 400 kPa, a
mistura de solo-cinza volante sem tempo de cura se expande mais que os outros
(30 e 60 dias) e do que o SP. Nota-se que os valores de expansão para esta mistura
SP60CV40 em diferentes tempos de cura são menores que as outras misturas
apresentando uma menor deformação volumétrica de -4%, onde os outros
apresentavam uma maior deformação volumétrica de quase -10% para o ensaio
todo.
O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 20 % de cinza
de fundo (SP80CF20) sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura são
apresentados e comparados na Figura 4.21.
Nota-se que a mistura de SP80CF20 em seus diferentes tempos de cura
apresenta quase o mesmo comportamento. Apenas para o tempo de cura de 60
dias apresenta uma pequena diferença entre os outros tempos de cura para a tensão
confinante de 50 kPa, e ao final da tensão confinante de 400 kPa. A mistura de
SP80CF20 sem tempo de cura, T30d e T60d apresentam uma resistência pico para
a tensão confinante de 50 kPa, no entanto, não apresentam uma resistência de pico
para as tensões confinantes maiores. Além disso, os resultados para a mistura de
SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias é melhor do que do SP.
Para a variação volumétrica, repara-se que a mistura SP80CF20 T0d para
uma tensão confinante de 50 kPa, apenas se expande, embora, com tempos de
129
cura maiores, 30 e 60 dias, expande-se no começo do ensaio até uma deformação
axial de 3%, onde recupera seu volume inicial e depois começa se comprimir,
sendo que com 30 dias consegue se comprimir mais.
Figura 4.21 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e
60 dias em ensaios de compressão triaxial.
Para a tensão confinante de 200 kPa, a mistura de SP80CF20 T30d se
expande mais do que com outros tempos de cura e do que o SP. Por fim, para a
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP80CF20SP80CF20 T30dSP80CF20 T60d
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP80CF20 400 kPa SP80CF20 T30d 400 kPa SP80CF20 T60d 400 kPa
SP 200 kPa SP80CF20 200 kPa SP80CF20 T30d 200 kPa SP80CF20 T60d 200 kPa
SP 50 kPa SP80CF20 50 kPa SP80CF20 T30d 50 kPa SP80CF20 T60d 50 kPa
SP80CF20SP80CF20 T30dSP80CF20 T60d
130
tensão confinante de 400 kPa, expande-se mais a mistura de SP80CF20 sem
tempo de cura. Pode-se notar que todas as misturas sem tempo de cura encontram-
se em expansão em todo o ensaio.
E conforme vai passando o tempo (30 e 60 dias) a deformação volumétrica
vai minorando, para 30 dias de tempo de cura com uma tensão confinante de 200
kPa.
O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 30 % de cinza
de fundo (SP70CF30) sem tempo de cura e com 30 dias de tempo de cura são
apresentados e comparados na Figura 4.22. Não foram realizados os ensaios para
60 dias de tempo de cura por falta de tempo.
Constata-se a uma diferença muito alta entre os comportamentos da mistura
SP70CF30 para 0 e 30 dias de tempo de cura, onde com o tempo de 30 dias
apresenta um melhor comportamento para tensões altas como 200 kPa e 400 kPa,
mas a diferença não é muita para tensões baixas como 50 kPa. Em todos os casos
o comportamento da mistura de SP70CF30 sem tempo de cura e com T30d é
melhor que do SP. O comportamento da mistura de SP70CF30 T30d é mais rígido
que sem tempo de cura.
Para a variação volumétrica, observa-se a tensão confinante de 50 kPa, a
mistura SP70CF30 sem tempo de cura e com T30d se expandem no começo do
ensaio até recuperar seu volume inicial com uma deformação axial de 2% para a
amostra sem tempo de cura e 6% para T30d, logo após começam a se comprimir.
Para tensões maiores, 200 kPa e 400 kPa, todos os corpos de prova se expandem,
sendo maior expansão para a mistura SP70CF30 sem tempo de cura com 200 kPa
de tensão confinante. Nota-se que para mais tempo de cura a variação volumétrica
é menor para a mistura de solo-cinza de fundo.
Enfim, observa-se que a deformação volumétrica com o aumento de teor de
cinza de fundo é menor comparando as misturas de SP80CF20 e SP70CF30 em
seus diferentes tempos de cura.
131
Figura 4.22 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP70CF30 sem tempo de cura e com 30
dias em ensaios de compressão triaxial.
O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 40 % de cinza
de fundo (SP60CF40) sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura são
apresentados e comparados na Figura 4.23.
Neste caso se observa que a mistura SP60CF40 T30d tem um melhor
comportamento para as três tensões confinantes ensaiadas, além disso, observa-se
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP70CF30SP70CF30 T30d
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP70CF30 400 kPa SP70CF30 T30d 400 kPa
SP 200 kPa SP70CF30 200 kPa SP70CF30 T30d 200 kPa
SP 50 kPa SP70CF30 50 kPa SP70CF30 T30d 50 kPa
SP70CF30SP70CF30 T30d
132
que a mistura com T60d chega atingir quase a mesma resistência de pico para
tensões altas (200 kPa e 400 kPa) com uma deformação axial maior, entre 12% e
15%. Nota-se que a diferença não é tão significativa com o passar do tempo,
embora haja uma pequena melhora no comportamento da mistura SP60CF40
T30d.
Figura 4.23 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP60CF40 sem tempo de cura e com 30 e
60 dias em ensaios de compressão triaxial.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16
σd
(kP
a )
εa (%)
SP60CF40SP60CF40 T30dSP60CF40 T60d
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ε v(%
)
εa ( % )
SP 400 kPa SP60CF40 400 kPa SP60CF40 T30d 400 kPa SP60CF40 T60d 400 kPa
SP 200 kPa SP60CF40 200 kPa SP60CF40 T30d 200 kPa SP60CF40 T60d 200 kPa
SP 50 kPa SP60CF40 50 kPa SP60CF40 T30d 50 kPa SP60CF40 T60d 50 kPa
SP60CF40SP60CF40 T30dSP60CF40 T60d
133
Para a variação volumétrica, observa-se que para a mistura SP60CF40 sem
tempo de cura e T30d têm quase o mesmo comportamento para a tensão
confinante de 50 kPa, onde se expande no início do ensaio até uma deformação
axial de 5%, recupera seu volume inicial, e começa se comprimir até o fim do
ensaio. Para as tensões confinantes maiores (200 kPa e 400 kPa) todos os ensaios
em diferentes tempos de cura e para o SP se expandem, tendo como diferença, que
para 200 kPa a mistura de SP60CF40 T60d, a expansão foi menor que do SP para
a mesma tensão confinante. Além disso, nota-se que as misturas solo-cinza de
fundo têm um comportamento de expansão para maior tempo de cura e para
maiores tensões confinante.
Enfim, observa-se que a deformação volumétrica com o aumento de teor de
cinza de fundo é menor em comparação com a mistura de SP80CF20 e SP70CF30
em seus diferentes tempos de cura mostrados nas Figuras 4.21 e 4.22. Chegando
atingir uma expansão mínima de -6% para a mistura de SP60CF40 T30d.
4.3.2.3.1. Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento comparando a influência do tempo de cura
A Figura 4.24 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a
mistura SP80CV20 sem tempo de cura, 30 e 60 dias de tempo de cura, que são
comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
Observa-se a diferença que existe entre o solo (SP) e a misturas do solo-
cinza volante, onde a mistura apresenta uma melhora notável ao longo da
trajetória. Também, para a mistura em diferentes tempos de cura não há muita
diferença, no entanto, pode-se notar que em comparação com o SP, seus
parâmetros de resistência aumentaram mais que o dobro e o ângulo de atrito estão
entre 29.5º e 30.5º que é 3 graus mais do que do SP.
134
Figura 4.24 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CV20 sem
tempo de cura e com 30 e 60 dias.
A Figura 4.25 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a
mistura SP70CV30 sem tempo de cura e com 30 dias de tempo de cura, que são
comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
Figura 4.25 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP70CV30 sem
tempo de cura e com 30 dias.
Neste caso a mistura de SP70CV30 apresenta uma melhora com respeito ao
SP, mas esta mistura não apresenta diferença entre as misturas sem tempo de cura
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP80CV20
SP80CV20 T30D
SP80CV20 T60D
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0 Φ = 26,4 SP80CV20 a = 45 kPa c = 51,77 kPaα = 26,3 Φ = 29,6 SP80CV20 T=30DIASa = 39,0 kPa c = 44,54 kPaα = 25,8º Φ = 28,9ºSP80CV20 T=60DIASa = 49,5 kPa c = 57,41 kPaα = 26,9º Φ = 30,4º
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP70CV30
SP70CV30 T30D
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0 φ = 26,4 SP70CV30a = 35,5 kPa c = 41,9 kPaα = 28,0 φ = 32,1 SP70CV30 T=30DIASa = 37,0 kPa c = 43,7 kPaα = 28,0 φ = 32,1
135
e com 30 dias pelo qual se pode dizer que o tempo de cura não afeta nos
parâmetros de resistência da mistura. Esta mistura apresenta um parâmetro de
coesão maior do que o dobro do SP, e menor do que da mistura de SP80CV20 o
qual será visto em uma tabela comparativa no final deste item. Nota-se que os
ângulos de atrito para as amostras sem tempo de cura e com 30 dias são os
mesmos e são maiores em 5º ao do SP.
A Figura 4.26 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a
mistura SP60CV40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura, que
são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
Figura 4.26 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP60CV40 sem
tempo de cura e com 30 e 60 dias.
No caso da mistura SP60CV40, é notável que para as amostras com tempos
de cura maiores (30 e 60 dias) o parâmetro de resistência de coesão aumenta e o
ângulo de atrito se mantem na faixa de 32º a 34º. Em todos os casos o
comportamento da mistura com diferentes tempos de cura é melhor que do SP,
apresentando uma diferença alta para tensões de confinamento baixas (50 kPa),
tendendo a igualar-se com as tensões de confinamento altas (200 kPa e 400 kPa).
Nota-se que para a mistura SP60CV40 T60d houve um aumento na coesão mais
que o triplo do SP e o ângulo de atrito foi maior que do SP em 5º.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP60CV40
SP60CV40 T30D
SP60CV40 T60D
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0 Φ = 26,4 SP60CV40 a = 28 kPa c = 34,0 kPaα = 29,5 Φ = 34,4 SP60CV40 T=30DIASa = 55,0 kPa c = 65,88 kPaα = 28,8º Φ = 33,4ºSP60CV40 T=60DIASa = 63,0 kPa c = 74,46 kPaα = 28,1º Φ = 32,2º
136
A Figura 4.27 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a
mistura SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura, que
são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
Para a mistura SP80CF20, constata-se que não há muita diferença no seu
comportamento para diferentes tempos de cura, no entanto, existe um aumento no
parâmetro de coesão com o passar do tempo e a diferença é notável de 0 para 30
dias de tempo de cura. O ângulo de atrito se mantém em 32º e 32.5º para a mistura
solo-cinza de fundo, com diferentes tempos de cura. Em todos os casos o
comportamento do SP80CF20 sem tempo de cura e com T30d e T60d é melhor
que do SP. O aumento da coesão da mistura SP80CF20 em comparação com
SP80CV20 sem tempo de cura é notável, tendo esta última um melhor
comportamento.
Figura 4.27 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP80CF20 sem
tempo de cura e com 30 e 60 dias.
A Figura 4.28 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a
mistura SP70CF30 sem tempo de cura e com 30 dias de tempo de cura, que são
comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP80CF20
SP80CF20 T30D
SP80CF20 T60D
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0 φ = 26,4 SP80CF20a = 23 kPa c = 27,4 kPaα = 28,4 φ = 32,8 SP80CF20 T=30DIASa = 29 kPa c = 34,25 kPaα = 28,0 φ = 32,1 SP80CF20 T=60DIASa = 31 kPa c = 36,8 kPaα = 28,3 φ = 32,6
137
Figura 4.28 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP70CF30 sem
tempo de cura e com 30 dias.
Nota-se que para a mistura SP70CF30 atinge uma maior coesão que com
SP80CF20 para seus diferentes tempos de cura, além disso, a mistura de
SP70CF30 apresenta a mesma coesão para amostras sem tempo de cura e T30d,
com o passar do tempo, o ângulo de atrito aumenta. Em todos os casos a mistura
SP70CF30 tem um melhor comportamento que do SP. Nota-se que a diferença do
ângulo de atrito é de 10º em comparação com o obtido para o SP para tempo de
cura de 30 dias.
A Figura 4.29 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a
mistura SP60CF40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura, que
são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.
Nota-se que para a mistura de SP60CF40 não existe muita diferença com
relação aos tempos de cura. Os três tempos de cura apresentam quase o mesmo
ângulo de atrito, que está entre 33º e 34º, mas existe uma diferença apenas no
tempo de cura de 30 dias, onde a coesão é maior do que as outras amostras com
outros tempos de cura. Em todos os casos a mistura sem tempo de cura e com 30 e
60 dias de tempo de cura têm um melhor comportamento que o SP. Nota-se que a
diferença do ângulo de atrito é de 6º a 7º em comparação com o obtido para o SP.
Por último, pode-se dizer que para esta mistura os parâmetros de resistência
chegam a um pico com 30 dias de tempo de cura e depois começa cair, mas não é
menor que do obtido sem tempo de cura.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP70CF30
SP70CF30 T30D
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0 φ = 26,4 SP70CF30 a = 41,5 kPa c = 48,3 kPaα = 27,1 φ = 30,8 SP70CF30 T=30DIASa = 39,5 kPa c = 48,2 kPaα = 29,8 φ = 35,0
138
Figura 4.29 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP60CF40 sem
tempo de cura e com 30 e 60 dias.
A Tabela 4.24 apresenta os parâmetros de resistência do solo (SP) e das
misturas do solo com cinza volante e cinza de fundo para os diferentes teores
ensaiados nos tempos de cura de 0, 30 e 60 dias.
Tabela 4.24 – Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo (SP) e as
misturas solo-cinza sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura.
Comparação de resultados
Misturas do Solo Parâmetros de Lambe Parâmetros de Mohr
a (kPa) α (°) c (kPa) φ (°)
Solo Puro 19,0 24,0 21,2 26,4
SP80CV20 45,0 26,3 51,8 29,6
SP80CV20 T30d 39,0 25,8 44,5 28,9
SP80CV20 T60d 36,0 27,7 42,3 31,6
SP70CV30 35,5 28,0 41,9 32,1
SP70CV30 T30d 37,0 28,0 43,7 32,1
SP60CV40 28,0 29,5 34,0 34,4
SP60CV40 T30d 55,0 28,8 65,9 33,4
SP60CV40 T60d 63,0 28,1 74,5 32,2
SP80CF20 23,0 28,4 27,4 32,8
SP80CF20 T30d 29,0 28,0 34,3 32,1
SP80CF20 T60d 31,0 28,3 36,8 32,6
SP70CF30 41,5 27,1 48,3 30,8
SP70CF30 T30d 39,5 29,8 48,2 35,0
SP60CF40 30,0 28,6 35,8 33,0
SP60CF40 T30d 43,0 29,0 51,7 33,6
SP60CF40 T60d 31,0 29,2 37,4 34,0
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
q (
kP
a)
p (kPa)
400 kPa
200 kPa
50 kPa
Solo Puro
SP60CF40
SP60CF40 T30D
SP60CF40 T60D
Resultados:Solo Puroa = 19 kPa c = 21,22 kPaα = 24,0 φ = 26,4 SP60CF40a = 30 kPa c = 35,78 kPaα = 28,6 φ = 33,0 SP60CF40 T=30DIASa = 43 kPa c = 51,65 kPaα = 29,0 φ = 33,6 SP60CF40 T=60DIASa = 31 kPa c = 37,39 kPaα = 29,2 φ = 34,0
139
Ressalta-se que todas as misturas ensaiadas apresentam um
comportamento melhor do que o solo (SP), pelo qual se pode dizer que a inserção
da cinza, seja volante ou de fundo, ajuda a melhorar o comportamento do solo e
melhora seus parâmetros de resistência. Para a cinza volante, o melhor
comportamento foi da mistura SP60CV40 T60d, porque atingiu uma coesão de
74,5 kPa, e o ângulo de atrito ficou em 32,2º em comparação com as outras
misturas de cinza volante para o mesmo tempo de cura, que tiveram resultados
mais baixos para o parâmetro de coesão e maiores para o parâmetro de ângulo de
atrito. Para a cinza de fundo, a mistura com melhor comportamento foi de
SP60CF40 T30d porque atingiu uma coesão de 51,7 kPa, e o ângulo de atrito
ficou em 33,6º, em comparação com as outras misturas de cinza de fundo, mas se
observa que os resultados para este teor de cinza de fundo é muito variável com o
tempo. Dentro dos resultados das misturas com cinza volante, é notável que para a
mistura de SP80CV20 os valores de coesão começam a decrescer com o tempo e
seu ângulo de atrito aumenta; o contrário ocorre com as outras 2 misturas
(SP70CV30 e SP6CV40) as quais melhoram seus parâmetros de resistência com o
tempo, mantendo o ângulo de atrito dentro de uma faixa de 32º e 34º. Para os
resultados das misturas de cinza de fundo, existe um aumento na coesão para a
mistura de SP80CF20 com relação ao tempo, mas seus valores são menores com
relação à mistura de SP70CF30 e SP60CF40. Comparando os mesmos teores de
cinza volante e cinza de fundo, nota-se que com cinza volante se conseguiram
melhores resultados, com a diferença que para o teor de 30% de cada tipo de cinza
ocorreu o contrário e apresentaram uma diferença na coesão de 5 kPa, a 7 kPa, e
3º no ângulo de atrito. Conclui-se que os dois tipos de cinza servem para
estabilizar o solo coluvionar argiloso estudado, recomendando-se a cinza volante
com um teor de 40%, como melhor material de adição para mistura ou 30% de
cinza de fundo porque se bem não apresenta o maior valor de coesão como
apresenta a mistura com 40% de cinza de fundo para 30 dias de tempo de cura,
mas não apresenta uma queda significativa como é apresentado pela mistura com
40% de cinza de fundo para 60 dias de tempo de cura.
As Figuras 4.30 e 4.31 apresentam a variação dos parâmetros de coesão e
ângulo de atrito respectivamente para as misturas solo-cinza de diferente tipo, teor
e tempo de cura, para uma melhor visualização da variação dos parâmetros de
resistência com diferentes variáveis.
140
Figura 4.30 – Variação da coesão para diferentes misturas solo-cinza e tempo de
cura.
Figura 4.31 – Variação do ângulo de atrito para diferentes misturas solo-cinza e
tempo de cura.
As Figuras 4.32 e 4.33 apresentam as fotografias das amostras rompidas das
misturas de SP60CV40 T60d e SP70CF30 sem tempo de cura para cada nível de
tensão o qual apresentou os melhores parâmetros de resistência.
141
(a) (b) (c)
Figura 4.32 – Corpos de prova de SP60CV40 T60d - (a) Amostra cisalhada a 50
kPa; (b) Amostra cisalhada a 200 kPa; (c) Amostra cisalhada a 400 kPa.
(a) (b) (c)
Figura 4.33 – Corpos de prova de SP70CF30 sem tempo de cura - (a) Amostra
cisalhada a 50 kPa; (b) Amostra cisalhada a 200 kPa; (c) Amostra cisalhada a
400 kPa.
142
5 Considerações Finais
5.1. Conclusões
A partir dos resultados apresentados e das análises realizadas foi possível
chegar às conclusões abordadas neste Capítulo final.
A adição das cinzas de Resíduo Sólido Urbano (RSU), volante e de fundo,
no solo coluvionar argiloso estudado, proporcionou a melhora em grande parte
das propriedades mecânicas do solo, obtendo-se um novo material geotécnico com
características próprias.
A seguir estão sumarizadas as principais conclusões relacionadas à adição
de cinzas de RSU ao solo utilizado neste trabalho:
Segundo o sistema de classificação SUCS e as análises realizadas, o
solo foi classificado como do tipo CH (argila arenosa de media
plasticidade), as cinzas (volante e de fundo) como SM (areias
siltosas), que tem um melhor comportamento mecânico quando
comparados ao solo puro, mas ao serem misturadas com o solo, com
diferentes teores, melhoram seu comportamento apresentando, como
por exemplo, uma classificação de SW-SC, que é uma areia bem
graduada, para a mistura de SP70CV30;
Os resultados da composição química da cinza volante e do solo
apresentaram elevados teores de SiO2, Al2O3 e Fe2O3, além de
baixos teores matéria orgânica, que em conjunto são positivos para a
ocorrência das reações pozolânicas, que integram o processo de
estabilização química do solo e é refletido nos resultados nas
misturas solo-cinza volante. As cinzas de fundo apresentam maiores
teores de SiO2, Al2O3 e Fe2O3 e de matéria orgânica em comparação
ao solo e a cinza volante pura, que em conjunto dificulta o processo
de estabilização química do solo e é refletido nas misturas solo-cinza
143
de fundo. Destaca-se que as misturas solo-cinza apresentam uma
diminuição dos teores de SiO2, Al2O3 e Fe2O3 com o aumento de
teores de cinza na mistura, apresentando valores menores para as
misturas solo-cinza volante;
Os parâmetros de compactação (ɣdmax e wotm) das misturas solo-cinza
são influenciados pelo teor e tipo de cinza. A adição das cinzas ao
solo gera diminuição na máxima densidade seca, em diferentes
proporções, de acordo com o tipo de cinza, apresentando uma maior
diminuição com a cinza de fundo;
As análises dos resultados dos ensaios triaxiais CID comprovaram a
influência já conhecida dos seguintes fatores: tipo de cinza, teor de
cinza e tempo de cura;
1. Quanto ao tipo e teores de cinza, os resultados foram
analisados nos ensaios sem tempo de cura: as misturas solo-
cinza apresentaram ganhos nos valores dos parâmetros de
resistência principalmente as misturas com cinza volante e
para o teor de 20% de cinza. Entretanto, os resultados com as
cinzas de fundo também foram satisfatórios apresentando
melhor comportamento com 30% de cinza;
2. Quanto ao teor de cinza, os resultados também foram
analisados nos ensaios sem tempo de cura: todas as misturas
solo-cinza apresentaram um comportamento melhor do que o
solo. Nas misturas solo-cinza volante, o parâmetro de coesão
diminui com o aumento de teor de cinza e o ângulo atrito
aumenta 2 graus a cada 10% de cinza que é adicionado. Para
as misturas solo-cinza de fundo, o parâmetro de coesão
aumenta com o aumento do teor de cinza;
3. Quanto ao tempo de cura: a cura foi um fator a ser estudado
pois acredita-se que o aumento do tempo de cura melhora os
parâmetros de resistência, porém não foi possível definir um
padrão quanto aos parâmetros de resistência obtidos, pois
algumas misturas aumentam seus parâmetros de resistência
com o tempo e outros diminuem, por exemplo, o caso da
mistura SP80CV20 que o parâmetro de coesão diminui com
144
o aumento do tempo de cura. Em todos os casos, o
comportamento das misturas solo-cinza foi melhor do que o
solo e os parâmetros de resistência das misturas com cinza
volante foram melhores do que das misturas com cinza de
fundo;
Dos ensaios triaxiais CID, conclui-se que as misturas solo-cinza
atingem sua resistência de pico em menores deformações axiais
quando comparado ao solo. Este nível de deformação axial, para
atingir a resistência de pico, aumenta para tensões confinantes
maiores, mas diminui com o aumento de teor cinza, ocorrendo o
mesmo para os dois tipos de cinza (volante e de fundo), sem
apresentar variações deste tipo de comportamento com tempo de
cura;
O teor de cinza (seja volante ou de fundo), o tempo de cura e a
tensão de confinamento influenciam na deformação volumétrica das
misturas solo-cinza, apresentando menores deformações
volumétricas (expansão ou compressão) para maiores teores de cinza
e maiores tempos de cura;
As misturas solo-cinza apresentaram um comportamento mais rígido
em comparação ao solo em todos seus tempos de cura;
Pelos resultados obtidos se recomendaria, para a utilização em obras
geotécnicas, os seguintes teores para os dois tipos de cinzas: para as
misturas solo-cinza volante, a mistura com 40% de cinza pelo
melhor comportamento apresentado ao atingir o maior valor de
coesão com o tempo e sem alteração significativa do ângulo de
atrito, em comparação com as outras misturas com cinza volante, e
para as misturas solo-cinza de fundo, a mistura com 30% de cinza
pelo melhor comportamento apresentado ao atingir um valor quase
igual ao maior valor de coesão apresentado pela mistura com 40% de
cinza de fundo e não ter muita variação dos seus parâmetros de
resistência com o tempo. Nota-se que não é escolhida a mistura com
40% de cinza de fundo porque sua coesão começa cair para tempo de
cura com 60 dias o que poderia ser prejudicial numa obra geotécnica.
145
5.2. Sugestões para pesquisas futuras
A seguir citam-se algumas sugestões para ampliar o conhecimento e
prosseguir com os estudos sobre o reforço de solos com a inserção de cinzas de
RSU:
Analisar o comportamento mecânico de outros teores de cinza
volante e de fundo de RSU quando adicionadas a outros tipos de
solos;
Avaliar o comportamento ambiental das misturas de solo-cinza de
RSU realizando ensaios de lixiviação e solubilização para as
misturas que apresentaram melhores comportamentos mecânicos;
Avaliar o comportamento das misturas solo-cinza de RSU com
adição de cal, pelos resultados obtidos em outras pesquisas
realizadas com cinza de carvão e cal;
Desenvolver modelos de previsão de ruptura para análise numérica,
que reproduzam o comportamento de solos misturados com cinzas
de RSU;
Avaliar a potencialidade da utilização das cinzas de RSU através de
ensaios em campo em verdadeira grandeza, monitorando o seu
comportamento mecânico e interações ambientais no decorrer do
tempo.
Cristian Chacón Quispe
Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático
Dissertação de Mestrado
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio.
Orientadora: Michéle Dal Toé Casagrande
Rio de Janeiro Março de 2013
Cristian Chacón Quispe
Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.
Profª. Michéle Dal Toé Casagrande Orientador
Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
Prof. Celso Romanel Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
Profª. Karla Salvagni Heineck Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Profª. Maria Esther Soares Marques Instituto Militar de Engenharia
Prof. José Eugenio Leal Coordenador Setorial do Centro
Técnico Científico – PUC-Rio
Rio de Janeiro, 22 de Março de 2013
Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total
ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do
autor e da orientadora.
Cristian Chacón Quispe
Graduou-se em Engenharia Civil pela Universidade
Nacional de Engenharia do Perú (Lima–Peru) em 2009.
Trabalhou em projetos e obras geotécnicas no Peru no
período 2007–2010. Ingressou no mestrado na Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro em 2011,
desenvolvendo Dissertação na linha de pesquisa de
Geotecnia Experimental aplicada a solos reforçados.
Ficha Catalográfica
Quispe, Cristian Chacón Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático / Cristian Chacón Quispe ; orientadora Michéle Dal Toé Casagrande – 2013. 150 f. il. (color.) ; 30 cm
Dissertação (mestrado) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, 2013.
Inclui bibliografia
1. Engenharia civil – Teses. 2. Cinzas de resíduo sólido
urbano. 3. Estabilização de solos. 4. Cinza volante. 5. Cinza de fundo. 6. Ensaios triaxiais. I. Casagrande, Michéle Dal Taé I. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. III. Título.
CDD: 624
Dedico esta Dissertação ao meu pai
Darío L. Chacón Iporre que está no céu,
minha mãe Marcelina M. Quispe Loayza
e meu irmão Edwin F. Ccente Quispe .
Agradecimentos
A Deus, por ser sempre meu guia em tudo o que eu faço.
Ao meu pai, Dario L. Chacón Iporre, que agora está no céu, mas sempre acreditou
em mim, em minha capacidade e confiou em mim, sendo seu último filho, para
cumprir a promessa de ter ingressado a melhor universidade do Perú, a UNI, e
agora acabar um passo mais e ser um futuro mestre numa das melhores
universidades do Brasil, PUC-Rio.
A minha mãe, Marcelina M. Quispe Loayza, por ser o melhor exemplo que eu
tenho na vida, exemplo de esforço e perseverança para conseguir qualquer
objetivo proposto.
A meu irmão, Edwin Fernando Ccente Quispe, por ser mais que um irmão, um
exemplo de vida e com que vou ficar agradecido a minha vida toda.
A minha namorada, Leydi Del Rocio Silva Callpa, pela compreensão, carinho e
amor em todo momento.
A Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro – PUC-Rio, e ao Programa
de Pós-Graduação em Engenharia Civil, pela oportunidade de estudar nesta
prestigiosa instituição.
A minha orientadora, Professora Michéle Dal Toé Casagrande, com quem sempre
me senti à vontade. Obrigado por ter me aceitado como seu orientado, foi a
melhor escolha que eu fiz no ano passado depois de não poder trabalhar com o
professor Sayão por seu problema de saúde. Obrigado por me ajudar em todo
momento desta pesquisa e por ser mais que uma orientadora, ser uma amiga com
quem espero contar a vida toda.
A meus amigos do Peru Jhon, Hans, Diego, Joao, Marco, Abraham, Luis, Hugo,
Alfonso por suas mensagens de apoio e me cumprimentar com muito afeto cada
vez que voltei para Peru nestes dois anos.
A todos meus amigos da PUC-Rio, começando por meus amigos da sala 607D,
Frank, Nilthson, Phillip, Julio, Fredy, Juliana, Rafael e aos meus amigos da Pós-
graduação Alexander, Elvis, Luis Fernando, Eliot Jorge, Gary, Lidia, Manuella,
Ingrid, Alena, João e mais pelos momentos de conversa e amizade que vai ficar
para a vida toda.
Aos professores da Engenharia Civil da PUC-Rio pelas aulas ditadas e os
conhecimentos transmitidos durante estes dois anos de mestrado.
A Usina Verde S.A. na pessoa do Eng. Jorge Pesce, pelo fornecimento das cinzas
utilizadas neste estudo.
A pessoal de Iniciação Científica, Phillipe, Tatiana, Paula e Marina, pela ajuda e
realização de parte dos ensaios de caracterização desta dissertação.
A Monica Moncada pela ajuda, auxílio e disposição fornecida no Laboratório de
Geotecnia e Meio Ambiente. Aos técnicos do laboratório Amaury, meu grande
amigo, e Josué pelo apoio para realizar os ensaios.
A CAPES pela oportunidade e financiamento desta pesquisa.
Resumo
Quispe, Cristian Chacón; Casagrande, Michéle Dal Toé. Comportamento
de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano
sob carregamento estático. Rio de Janeiro, 2013. 150 p. Dissertação de
Mestrado. Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade
Católica do Rio de Janeiro.
A gestão dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e seu consequente
reaproveitamento ou não é um problema existente no Brasil e no mundo. No
Brasil, a produção de energia mediante incineração de RSU ainda está na sua
etapa inicial, como por exemplo, com a implantação da Usina Verde no campus
da UFRJ, com a consequente produção de subprodutos, como as cinzas volante e
de fundo. Este estudo apresenta o comportamento de um solo coluvionar argiloso
estabilizado com cinzas de RSU sob carregamento estático, tendo como principal
objetivo avaliar a influência destas cinzas misturadas com o solo para possíveis
aplicações em obras geotécnicas. Para isso foram realizados ensaios de
caracterização física, química e mecânica, como ensaios de compactação Proctor
Normal e ensaios triaxiais consolidados isotropicamente drenados (CID), para o
solo puro e misturas solo-cinza. Foram avaliadas as influências do teor de cinzas
(20%, 30% e 40% de cinza volante e de cinza de fundo), bem como do tempo de
cura (30 e 60 dias). Os resultados mostram que todas as misturas solo-cinza
apresentam melhores parâmetros de resistência, em comparação do solo puro,
onde as misturas solo-cinza volante apresentaram melhores resultados quando
comparadas às misturas solo-cinza de fundo. A variação de teor de cinza
adicionado ao solo, sem cura, mostra que para maiores teores de cinza volante a
coesão diminui e ocorre o contrário com a cinza de fundo. Com relação ao tempo
de cura, na maioria dos casos houve melhora do comportamento das misturas
solo-cinza em comparação ao obtido sem cura. O teor de cinza (volante ou de
fundo), tempo de cura e a tensão de confinamento influenciam na deformação
volumétrica das misturas solo-cinza, apresentando menores deformações
volumétricas para maiores teores de cinza e maiores tempos de cura. As misturas
com 40% de cinza volante e 30% de cinza de fundo apresentaram as melhores
características de resistência e poderiam ser utilizadas como estabilizante no solo
estudado, cumprindo exigências geotécnicas e ambientais, além de rebaixar os
custos de obra e dar um destino mais nobre para as cinzas de RSU.
Palavras-chave
Cinzas de resíduo sólido urbano; estabilização de solos; cinza volante;
cinza de fundo; ensaios triaxiais.
Abstract
Quispe, Cristian Chacón; Casagrande, Michéle Dal Toé (Advisor).
Behavior of clayey soil stabilized with municipal solid waste ashes
under static load. Rio de Janeiro, 2013. 150 p. MSc. Dissertation –
Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio
de Janeiro.
Management of Municipal Solid Waste (MSW) and its subsequent reuse or
not is an existing problem in Brazil and the world. In Brazil, the production of
energy through incineration of MSW is still in its initial stage, for example, with
the implementation of “Usina Verde” on campus at UFRJ, with the consequent
production of byproducts, such as fly and bottom ashes. This study presents the
behavior of a colluvial clayey soil stabilized with ashes from MSW under static
load, with the main objective to evaluate the influence of these ashes mixed with
the soil for possible applications in geotechnical works. For this characterization
were performed physical, chemical and mechanical tests, as Proctor compaction
tests Normal isotropically consolidated and drained triaxial (CID) for the pure and
soil-ash mixtures. Were evaluated the influence of the ash content (20%, 30% and
40% fly ash and botton ash) and of curing time (30 and 60 days). The results show
that all mixtures soil-ash have better shear strength compared to the pure soil,
where the soil- fly ash mixtures showed better results compared to mixtures of
soil- bottom ash. The variation of the ash content added to the soil, without
curing, shows that higher levels of ash the cohesion decrease and the opposite
occurs with the bottom ash. Respect to the curing time, in most cases there was as
improvement of the behavior of mixtures soil-ash compared to that obtained
without curing. The ash content (fly or bottom), curing time and confinement
stress influence the volumetric deformation to soil-ash mixtures, showed lower
volumetric deformations to higher concentrations of ash and longer curing times.
The mixtures with 40% fly ash and 30% bottom ash, showed the best
characteristics of strength and could be used as stabilizer in the studied soil,
compliance requirements geotechnical and environmental, in addition to lower
labor costs and give a nobler destiny for the ashes of MSW.
Keywords
Municipal solid waste ashes; soil stabilization; fly ash; bottom ash; triaxial
tests.
Sumário
1 Introdução 25
1.1. Relevância e Justificativa da Pesquisa 25
1.2. Objetivos 27
1.3. Organização do Trabalho 27
2 Revisão Bibliográfica 29
2.1. Considerações Iniciais 29
2.2. Resíduo Sólido Urbano e seu impacto ao Meio Ambiente 30
2.3. Aproveitamento das Cinzas de RSU 34
2.4. Estabilização de solos 39
2.4.1. Solo-Cal 42
2.4.2. Solo-Cimento 46
2.4.3. Solo-Cinza de Carvão 48
2.5. Considerações Finais 52
3 Programa Experimental 54
3.1. Materiais 54
3.1.1. Solo 54
3.1.2. Cinza Volante e Cinza de Fundo 58
3.1.2.1. Produção das Cinzas de RSU 59
3.1.2.2. Processo de Incineração 61
3.1.3. Misturas Solo-Cinza 66
3.2. Quantidade e Cronograma de ensaios 66
3.2.1. Quantidade de ensaios 67
3.3. Métodos e Procedimentos de Ensaio 68
3.3.1. Ensaios de Caracterização Física 69
3.3.1.1. Densidade Real dos Grãos 69
3.3.1.2. Limites de Atterberg 69
3.3.1.3. Análise Granulométrica 70
3.3.2. Ensaios Químicos 70
3.3.2.1. Composição Química 70
3.3.2.2. Teor de Matéria Orgânica 71
3.3.2.3. Solubilização e Lixiviação 72
3.3.3. Ensaios de Caracterização Mecânica 73
3.3.3.1. Ensaios de Compactação Proctor Normal 73
3.3.3.2. Ensaios Triaxiais 74
3.3.3.3. Ensaios Triaxiais CID 74
3.3.3.3.1. Equipamento utilizado 74
3.3.3.3.2. Preparação dos corpos de prova 76
3.3.3.3.3. Procedimento de saturação dos corpos de prova 81
3.3.3.3.4. Adensamento e Cálculo do t100 81
3.3.3.3.5. Cálculo da velocidade de cisalhamento e etapa de
Cisalhamento 82
3.3.3.3.6. Análises de Resistência 84
4 Resultados e Análises 86
4.1. Ensaios de Caracterização Física 86
4.1.1. Densidade Real dos Grãos (Gs) 86
4.1.2. Limites de Atterberg 87
4.1.3. Análise Granulométrica 88
4.1.4. Classificação SUCS 90
4.2. Ensaios Químicos 92
4.2.1. Composição Química 92
4.2.2. Teor de Matéria Orgânica 96
4.2.3. Ensaio de Lixiviação 97
4.2.4. Ensaio de Solubilização 99
4.3. Ensaios de Caracterização Mecânica 101
4.3.1. Ensaios de Compactação Proctor Normal 101
4.3.2. Ensaios Triaxiais CID 103
4.3.2.1. Influência do tipo de cinza 105
4.3.2.1.1. Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento
comparando a influência do tipo de cinza 112
4.3.2.2. Influência do Teor de Cinza 116
4.3.2.2.1. Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento
comparando a influência do teor de cinza 121
4.3.2.3. Influência do Tempo de Cura 123
4.3.2.3.1. Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento
comparando a influência do tempo de cura 133
5 Considerações Finais 142
5.1. Conclusões 142
5.2. Sugestões para pesquisas futuras 145
Referências Bibliográficas 146
Lista de Figuras
Figura 2.1 – Destinação final de RSU em toneladas por dia. (ABRELPE,
2011) ................................................................................................. 32
Figura 2.2 – Geração de RSU em toneladas por ano. (ABRELPE, 2011) 32
Figura 2.3 – (a) Coleta de RSU em toneladas por ano. (b) Destinação final
do RSU (ABRELPE, 2011) ................................................................ 33
Figura 2.4 – Efeito do teor de cal sobre a resistência a compressão
simples para alguns solos tratados com cal e curados por 7 dias.
(Inglês & Metcalf,1972) ..................................................................... 44
Figura 2.5 – Efeito do tempo de cura sobre a resistência a compressão
simples para alguns solos estabilizados com cal. (Inglês & Metcalf,
1972) ................................................................................................. 45
Figura 3.1 - Localização do Campo Experimental II PUC-Rio (Soares
2005). ................................................................................................ 55
Figura 3.2 – Argila utilizada - solo coluvionar. .......................................... 56
Figura 3.3 - Descrição morfológica do perfil do Campo Experimental II da
PUC-Rio (Dylac, 1994) ...................................................................... 57
Figura 3.4 – Cinza Volante de RSU ......................................................... 59
Figura 3.5 – Cinza de Fundo de RSU ...................................................... 59
Figura 3.6 – Composição do RSU da COMLURB e da Usina Verde
(FONTES, 2008) ............................................................................... 60
Figura 3.7 – Segregação de materiais para reciclagem na Usina Verde
(USINA VERDE, 2009)...................................................................... 63
Figura 3.8 – Processo de geração de energia elétrica na Usina Verde
(USINA VERDE, 2009)...................................................................... 64
Figura 3.9 – Etapas do processo de incineração de RSU na Usina Verde
S/A (Fontes, 2008) ............................................................................ 65
Figura 3.10 – Equipamento de EDX do LABEST da COPPE/UFRJ
(Vizcarra, 2010) ................................................................................. 71
Figura 3.11 – Mufla de 440 °C usada para as misturas solo-cinza do
laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. .................. 72
Figura 3.12 -(a) Caixa leitora de dados; (b) Medidor de Variação de
Volume tipo Imperial College; (c) Painel de controle das Pressões; (d)
Aplicação de Pressão confinante; (e) Cilindro de Acrílico; (f) Corpo-
de-prova; (g) Válvulas da câmara Triaxial; (h) Controle para início do
cisalhamento ..................................................................................... 75
Figura 3.13 – (a) Software CatmanEasy na etapa de cisalhamento, (b)
Sistema de aquisição de dados (Ramirez; 2012). ............................. 76
Figura 3.14 - Corpo cilíndrico compactado ............................................... 76
Figura 3.15 – (a) Corpo de prova após moldagem; (b) Corpo de prova
após aplainadas a base e a topo ...................................................... 77
Figura 3.16 – Capsulas com mistura de solo-cinza tirados do moldagem 77
Figura 3.17 – Teste de membrana ........................................................... 78
Figura 3.18 – (a) Pesagem do corpo-de-prova para montar na prensa
triaxial; (b) Verificação da prensa antes do ensaio ............................ 78
Figura 3.19 – Colocação do papel filtro. ................................................... 79
Figura 3.20 – (a) Colocação do corpo-de-prova no equipamento triaxial;
(b) Colocação da membrana com ajuda do molde de aço. ............... 79
Figura 3.21 – Colocação do papel filtro e a pedra porosa no topo do
corpo-de-prova .................................................................................. 80
Figura 3.22 – (a) Fixação da membrana ao corpo de prova com os o-rings;
(b) Preenchimento da câmara triaxial com água; (c) Colocação da
conexão de pressão confinante. ....................................................... 80
Figura 3.23 – Diferentes critérios para definição de ruptura. (Head, 1986
apud Dias, 2007) ............................................................................... 84
Figura 4.1 – Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e cinza de
fundo. ................................................................................................ 88
Figura 4.2 – Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e misturas
com 20%, 30% e 40% de teor de cinza volante. ............................... 89
Figura 4.3 – Distribuição granulométrica do solo, cinza de fundo e
misturas com 20%, 30% e 40% de teor de cinza de fundo. .............. 89
Figura 4.4 - Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas
solo-cinza volante. .......................................................................... 101
Figura 4.5 - Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas
solo-cinza de fundo. ........................................................................ 102
Figura 4.6 - Curvas tensão e deformação volumétrica versus deformação
axial para o solo puro (S100), ensaios de compressão triaxial.
(Ramirez, 2012) .............................................................................. 104
Figura 4.7 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 e SP80CF20 em
ensaios de compressão triaxial. ...................................................... 106
Figura 4.8 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 e SP70CF30 em
ensaios de compressão triaxial. ...................................................... 108
Figura 4.9 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 e SP60CF40 em
ensaios de compressão triaxial. ...................................................... 111
Figura 4.10 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP80CV20 e SP80CF20. ................................................................ 113
Figura 4.11 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP70CV30 e SP70CF30. ................................................................ 113
Figura 4.12 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP60CV40 e SP60CF40. ................................................................ 114
Figura 4.13 – Corpos de prova de SP80CV20; (a) Amostra cisalhada a 50
kPa; (b) Amostra cisalhada a 400 kPa ............................................ 115
Figura 4.14 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CV20, SP70CV30 e
SP60CV40 em ensaios de compressão triaxial. ............................. 116
Figura 4.15 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CF20, SP70CF30 e
SP60CF40 em ensaios de compressão triaxial. .............................. 119
Figura 4.16 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40. ............................................ 121
Figura 4.17 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40. ............................................. 122
Figura 4.18 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 sem tempo de cura
e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. ................. 124
Figura 4.19 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 sem tempo de cura
e com 30 dias em ensaios de compressão triaxial. ......................... 126
Figura 4.20 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 sem tempo de cura
e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. ................. 127
Figura 4.21 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP80CF20 sem tempo de cura
e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. ................. 129
Figura 4.22 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP70CF30 sem tempo de cura
e com 30 dias em ensaios de compressão triaxial. ......................... 131
Figura 4.23 - Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus
deformação axial para o SP, misturas SP60CF40 sem tempo de cura
e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. ................. 132
Figura 4.24 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP80CV20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. ....................... 134
Figura 4.25 – Comparação entre as envoltórias do SP, misturas
SP70CV30 sem tempo de cura e com 30 dias. ............................... 134
Figura 4.26 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura
SP60CV40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. ....................... 135
Figura 4.27 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura
SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. ....................... 136
Figura 4.28 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura
SP70CF30 sem tempo de cura e com 30 dias. ............................... 137
Figura 4.29 – Comparação entre as envoltórias do SP e mistura
SP60CF40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. ....................... 138
Figura 4.30 – Variação da coesão para diferentes misturas solo-cinza e
tempo de cura. ................................................................................ 140
Figura 4.31 – Variação do ângulo de atrito para diferentes misturas solo-
cinza e tempo de cura. .................................................................... 140
Figura 4.32 – Corpos de prova de SP60CV40 T60d - (a) Amostra
cisalhada a 50 kPa; (b) Amostra cisalhada a 200 kPa; (c) Amostra
cisalhada a 400 kPa. ....................................................................... 141
Figura 4.33 – Corpos de prova de SP70CF30 sem tempo de cura - (a)
Amostra cisalhada a 50 kPa; (b) Amostra cisalhada a 200 kPa; (c)
Amostra cisalhada a 400 kPa. ......................................................... 141
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 – Municípios Pesquisados por Regiões. (ABRELPE, 2011) ... 31
Tabela 2.2 – Quantidade de RSU Coletada por regiões e Brasil.
(ABRELPE, 2011) ............................................................................. 32
Tabela 2.3 - Uso potencial de cinza volante de RSU. (Ferreira et al, 2003)
.......................................................................................................... 34
Tabela 2.4 - Comparação de diferentes opções para a aplicação de cinza
volante de RSU. (Ferreira et al. 2003) .............................................. 36
Tabela 2.5 – Previsão da quantidade de cal em função do tipo de solo.
(Inglês & Metcalf, 1972) .................................................................... 43
Tabela 2.6 – Cimento requerido por volume para estabilização efetivo de
diferentes solos. (Michelli & Freitagi, 1959 apud Das, 2001) ............ 47
Tabela 3.1 - Análise mineralógica (Sertã, 1986) do coluvio (3,0 -3,5 m.) . 58
Tabela 3.2 - Siglas utilizadas para o solo, cinzas e as misturas............... 66
Tabela 3.3 – Quantidade de ensaios ........................................................ 68
Tabela 4.1 – Resultados do ensaio de densidade real dos grãos para o
solo, cinza volante e cinza de fundo. ................................................ 86
Tabela 4.2 – Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo
e misturas solo-cinza volante. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013) ........ 87
Tabela 4.3 – Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo
e misturas solo-cinza de fundo. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013) ...... 87
Tabela 4.4 – Resultados das análises granulométricas. .......................... 90
Tabela 4.5 – Índices para classificação SUCS. ........................................ 90
Tabela 4.6 - Caracterização Física do solo coluvionar do Campo
Experimental II da PUC-Rio (Ramirez, 2012 e Quispe, 2013) .......... 91
Tabela 4.7 – Análises químicas de capacidade de troca catiônica (CTC) e
de ataque sulfúrico (Duarte, 2004 apud Soares, 2005) ..................... 92
Tabela 4.8 – Análises químicas total em porcentagem em peso (Sertã,
1986) ................................................................................................. 92
Tabela 4.9 – Análises mineralógica (Sertã, 1986) .................................... 93
Tabela 4.10 – Composição química da cinza volante de RSU (Vizcarra,
2010) ................................................................................................. 94
Tabela 4.11 – Composição química da cinza de fundo de RSU (Vizcarra,
2010) ................................................................................................. 94
Tabela 4.12 – Composição química das misturas solo-cinza volante de
RSU................................................................................................... 95
Tabela 4.13 – Composição química das misturas solo-cinza de fundo de
RSU................................................................................................... 96
Tabela 4.14 – Teor de matéria orgânica do solo, cinza volante e cinza de
fundo. (Vizcarra, 2010 e Quispe, 2013) ............................................ 96
Tabela 4.15 – Teor de matéria orgânica das misturas solo-cinza. ........... 97
Tabela 4.16 – Resultados do ensaio de lixiviação – Parâmetros
Inorgânicos na Cinza Volante (Vizcarra, 2010). ................................ 98
Tabela 4.17 – Resultados do ensaio de lixiviação – Parâmetros
Inorgânicos na Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010). ............................. 98
Tabela 4.18 – Resultados do ensaio de solubilização – Parâmetros
Inorgânicos na Cinza Volante (Vizcarra, 2010). ................................ 99
Tabela 4.19 – Resultados do ensaio de solubilização – Parâmetros
Inorgânicos na Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010). ........................... 100
Tabela 4.20 – Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal
para o solo e misturas de solo-cinza volante. ................................. 101
Tabela 4.21 – Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal
para o solo e misturas de solo-cinza de fundo. ............................... 102
Tabela 4.22 – Resumo de coesão e ângulo de atrito para o SP e as
misturas solo-cinza sem tempo de cura .......................................... 115
Tabela 4.23 – Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo argiloso
(SP) e as misturas solo-cinza sem tempo de cura. ......................... 123
Tabela 4.24 – Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo (SP) e as
misturas solo-cinza sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo
de cura. ........................................................................................... 138
Lista de Abreviaturas
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABRELPE Associação Brasileira de Empresas de
Limpeza Pública e Resíduos Especiais
CBR California Bearing Ratio
CD Adensado e drenado
CDR Combustível Derivado do Resíduo
CF Cinza de Fundo
CH Argila arenosa de média plasticidade
CID Consolidado Isotropicamente Drenado
COMLURB Companhia Municipal de Limpeza Urbana
CTC Capacidade de troca catiônica
CV Cinza Volante
EDX Espectrometría de fluorescêncía de Raios-X
EUA Estados Unidos da América
IP Indice de Plasticidade
LL límite de liquidez
LP Límite de Plasticidade
LVDT Linear Variable Differential Transformer
MMA Ministerio de Meio Ambiente
MVV Medidores de Variação Volumétrica
OL Argila orgânica de baixa plasticidade
RSU Resíduo Sólido Urbano
SM Areias siltosas
SP Solo Puro
SP-SC Areias mal graduadas com argila
SUCS Sistema Unificado de Classificação dos Solos
SW-SC Areia bem graduada com argila
Lista de Símbolos
ótm Teor de umidade ótimo de compactação
d máx Peso específico seco aparente máximo
d Massa específica seca
s Densidade real dos grãos
Teor de umidade
Gs
Massa específica do solo
Massa específica real dos grãos
e Índice de vazios
emáximo Índice de vazios máximo
emínimo Índice de vazios mínimo
Cu Coeficiente de uniformidade
Cc Coeficiente de curvatura
D10 Diâmetro efetivo
D50 Diâmetro médio
tf Tempo mínimo de ruptura
L Altura do corpo de prova
υ Coeficiente de Poisson
ν Velocidade de cisalhamento
‘
”
Relativo a tensões efetivas
Polegadas
a Deformação axial
v Deformação volumétrica
Tensão de cisalhamento
1, 3 Tensões principais, maior e menor
σ’c Tensão de confinamento efetiva
σd Tensão desviadora
Δσc Acréscimo de tensão confinante aplicado
Δu Excesso de poropressão gerado
φ’ Ângulo de atrito
c’ Coesão
p’ (σ’1 + σ’3)/2 (Tensão efetiva média normal)
q (σ’1 – σ’3) /2 (Tensão de Desvio)
E Módulo de Young
h Altura final do corpo de prova.
kPa Kilo Pascais
hi
%
mm
cm
°C
Altura inicial do corpo de prova.
Porcentagem
Milímetro
Centímetros
Graus centígrados
meq Miliequivalentes
t Tonelada
kg Kilogramas
H2O Água
SiO2 Sílica
Al2O3 Alumina
Fe2O3 Hematita
SO3 Anidro Sulfúrico
CaO Óxido de Cálcio
Cl Cloro
TiO2 Dióxido de Titânio
K2O Óxido de Potássio
P2O5 Pentóxido de Fósforo
ZnO Óxido de Zinco
Cr2O3 Óxido de Crômio (III)
MnO Óxido de Manganês (II)
SrO Óxido de Estrôncio
ZrO2 Óxido de Zircônio
CuO Óxido de Cobre (II)
PbO Óxido de Chumbo (II)
MgO Óxido de Magnésio
Na2O Óxido de Sódio
V2O5 Pentóxido de Vanádio
KI Iodeto de Potássio
KCl Cloreto de Potássio
H2SO4 Ácido sulfúrico
NaOH Hidróxido de sódio
CO2 Dióxido de Carbono
pH Medida da acidez ou basicidade
top related