aplicabilidade de novos materiais geotécnicos visando o ... · através da peneira 40 (0,435) mm,...
TRANSCRIPT
Aplicabilidade de Novos Materiais Geotécnicos Visando o Reforço de Solos
“Estudo experimental de solo argiloso reforçado com pó de PET”
Aluno: Lucas Vaz da Rocha e Bianca Fernandes Novo
Orientadora: Michéle Dal Toé Casagrande
Co-orientadora: Nathalia dos Santos Lopes Louzada
1) Introdução
O sistema econômico atual é baseado na produção e consumo em massa, e um dos
grandes problemas relacionado a este consumo é a administração dos resíduos gerados.
Alguns compostos representam um desafio maior ao serem descartados, como por exemplo,
as garrafas PET.
A produção e consumo de garrafas PET no Brasil é grande, e a sua reciclagem não é
eficiente. Estimativas mostram que esse material demora centenas de anos para se decompor,
e além disso são necessários amplos espaços para serem armazenadas. Essas dificuldades
representam um grave problema ambiental em relação a disposição final de garrafas PET. A
tendência é que o consumo de garrafas PET aumente nos próximos anos, e isso reforça a
necessidade de encontrar soluções para administrar esses resíduos.
O uso de materiais alternativos (plástico, borracha, fibra de coco) em trabalhos
geotécnicos possuem o potencial de diminuir o custo da obra, sendo um incentivo para um
estudo mais aprofundado sobre o assunto.
Com a finalidade de encontrar outra alternativa para os resíduos de garrafas PET, este
estudo tem como objetivo a inclusão do resíduo de PET no solo para observar o
comportamento mecânico da estrutura e seus aspectos físicos, químicos e ambientais. Esse
material tem o potencial de reforçar o solo, podendo ser utilizado em obras geotécnicas, como
por exemplo em estabilização de encostas e aterros sobre solos moles. O uso destes resíduos
para outros propósitos podem contribuir para diminuir os problemas ambientais em relação a
produção de lixo.
2) Objetivo
O objetivo deste estudo é avaliar a influência do uso pó de PET como material de
reforço em solo argiloso. Para realizar esta pesquisa foram estabelecidos parâmetros para
ajudar a entender o comportamento da mistura de solo e PET. Por meio de testes laboratoriais
foram realizadas caracterizações físicas e análises químicas e mecânicas do comportamento
do solo puro e da mistura, foi avaliado o comportamento mecânico do solo puro e com
diferentes percentagens de PET através do triaxial consolidado isotropicamente drenado
(CID). Esse estudo tem também como objetivo incentivar novas pesquisas relacionadas ao
uso de resíduos de PET no solo.
3) Programa Experimental
3.1) Solo Argiloso
O programa experimental estabelecido tem como objetivo principal avaliar os efeitos
da adição do resíduo de tereftalato de polietileno (PET) no solo argiloso. Para isso fizemos
misturas de solo argiloso e pó de PET em diferentes proporções. Para obter as características
do solo puro e da mistura com o PET nesta pesquisa, foi feito inicialmente testes de
caracterização física. Com isso foi possível avaliar os parâmetros que poderiam ser
correlacionados com o real comportamento mecânico do material usado. E usando o teste do
Triaxial Consolidado Isotropicamente Drenado foi possível estudar e avaliar o
comportamento mecânico dos materiais envolvidos.
Todos os testes executados nesta pesquisa foram feitos no Laboratório de Geotecnia e
Meio Ambiente da Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio).
O solo argiloso usado na pesquisa foi coletado entre 0,0 e 2,0 m de profundidade em
relação à superfície no Campus Experimental II localizado na PUC-Rio, região amarela da
figura 3.1.
Figura 3.1 - Campus Experimental II. (Região amarela)
O solo estudado, figura 3,2, tem cor vermelho amarelado, micro granular textura e
aparência homogenia, consiste basicamente de quartzo, granada, minerais argiloso
(principalmente a caulinita) e óxidos de ferro e alumínio como resultado do intemperismo de
minerais primários de biotita gnaisse. (Moreira, 1998 ; Soares, 2005).
O solo foi manualmente empacotado e estocado em baldes plásticos, depois foi levado
para o laboratório e deixado em um forno de secagem aos 60ºC. Quando seu conteúdo de
água ficou constante, o solo foi colocado e selado em bolsas plásticas e mantido em câmera
úmida.
Figura 3.2 – Solo Argiloso.
Daylac (1994) fez uma representação da descrição morfológica do solo do Campus
Experimental II da PUC-Rio a 13.5 m de profundidade, como mostrado na figura 3.3. No
lugar que o solo foi retirado alguns pedaços de quartzos foram observados, e no momento da
preparação do solo (pulverização) para os testes, raízes e fragmentos de rocha foram tirados.
Figura 3.3 - Descrição morfológica do solo do Campus Experimental II.
3.2) Pó de PET
O pó de PET (figura 3.4) usada na pesquisa foi comprada em Campina Grande,
Paraíba. O produto é o resultado de um método específico de trituração normalmente feita em
seis etapas, e cada partícula da PET obtida fica com um tamanho da peneira 50 (Melo, 2004)
Figura 3.4 – Pó de PET.
De acordo com Melo (2004) na produção do pó de PET, para obter o tamanho da
peneira 50, são necessárias 6 etapas:
- A primeira etapa consiste na coleta de garrafas PET, as quais o rótulo e a tampa são
removidos e parte restante é submetida a um processo de lavagem com água;
- A segunda etapa é o esmerilhamento, onde as garrafas são trituradas em um moinho e o
resultado são flocos de PET;
- A terceira etapa é a aglomeração, na qual por causa da baixa densidade dos flocos, eles
recebem um tratamento térmico com calor com o objetivo de aumentar o volume e
consequentemente aumentar a densidade, fazendo o material ficar mais suscetível ao processo
de rotomoldagem;
- A quarta etapa é a rotomoldagem, onde o material é preparado para o processo de trituração;
- A quinta etapa é o processo de trituração, onde o material é cortado, terminando em formato
de pellet.
- A sexta e etapa final consiste na micronização, reduzindo o material em um pó com o
tamanho da partícula passando na peneira 0,42mm.
Como um exemplo do processo de micronização, uma companhia Alemã chamada
Pallmann, tritura o material em tamanho de pó, usando a máquina PKM (figura 3.5). Através
de uma caixa de armazenamento (1) e por meio de uma unidade de dosagem (2), o material a
ser moído é absorvido dentro do moinho (3). O material pulverizado é transportado para fora
do moinho por meio de um ventilador (4) e é transportado através de um separador ciclone
(5) com uma válvula rotativa a jusante (6) para uma unidade especial de peneiração. (7).
Materiais com tamanho não desejado retidos na tela, são reintroduzidos no processo.
Figura 3.5 – Máquina PKM.
3.3) Mistura do solo com PET
Foi preparado misturas com diferentes percentagens do pó de PET com o objetivo de
determinar o melhor nível de inserção desse material como um melhoramento do solo. Foram
usadas misturas com 10%, 20% e 30% de pó de PET. Para essas misturas a quantidade de pó
de PET foi calculada relativa ao peso seco do solo puro. A água no solo argiloso foi
adicionada relativa ao máximo volume de água obtido no ensaio de compactação Proctor
normal.
A escolha dessas percentagens foram feitas com o objetivo de examinar o
desenvolvimento ou o retrocesso dos parâmetros de resistência em cada mistura, para
estabelecer uma máxima melhoria com o maior volume de PET sem que aja desperdício, uma
vez que objetivo do uso desse material como reforço é para dar um destino ecológico para a
maior quantidade possível. Esta escolha foi baseada também em pesquisas anteriores que
usavam resíduo como melhoramento de solo.
4) Métodos e Procedimentos de Testes
O principal propósito de executar este teste experimental era obter as características
físicas, químicas e mecânicas do solo argiloso. Avaliando seu comportamento através dos
resultados do teste do Triaxial Consolidado Isotropicamente Drenado, com o objetivo de
saber seus parâmetros de resistência e ter uma ideia de como o pó de PET pode funcionar
como um melhoramento do solo.
A seguir será apresentado todos os passos dos testes realizados no estudo, assim como
uma detalhada descrição dos procedimentos e todas as técnicas padrões usadas.
4.1) Ensaios de Caracterização Física
Com o objetivo de determinar as propriedades dos índices das amostras do solo
argiloso, testes de caracterização física foram realizados no Laboratório de Geotecnia e meio
ambiente da PUC-Rio. O solo argiloso foi preparado seguindo as normas técnicas Brasileiras
(Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT), seguindo as seguintes:
- NBR 6457/1986 – Amostra de Solo – Preparação do ensaio de compactação e
caracterização;
- NBR 7181/1984 – Solo – Análise dos tamanhos das partículas.
- NBR 6508/1984 – Solo – Determinação da gravidade específica dos sólidos do solo;
- NBR 6459/1984 – Solo – Determinação do limite de liquidez;
- NBR 7180/1984 – Solo – Determinação do limite plástico.
Para o pó de PET seguiu-se as seguintes normas:
- NBR 6457/1986 – Amostra de Solo – Preparação do ensaio de compactação e
caracterização;
- NBR 7181/1984 – Solo – Analise Granulométrica;
- NBR 6508/1984 – Solo – Determinação da densidade real dos grãos;
- NBR 12004/1990 – Solo – Determinação do índice máximo de vazios em solos não
coesivos.
- NBR 12004/1001 – Solo – Determinação do índice mínimo de vazios em solos não
coesivos.
4.1.1) Densidade Real dos Grãos
Para determinar a densidade real dos grãos do solo argiloso e das suas misturas, foi
usado material que passasse através da peneira #40 (0,425mm), adotando os procedimentos
como descrito na ABNT, norma NBR 6508/1984
O material que passou foi secado a 105ºC no forno de secagem, e aproximadamente
100 gramas foram usadas, subsequentemente foram colocadas 25 gramas em três picnômetro
de 250 ml, e depois água destilada foi adicionada de maneira que o solo pôde ser todo
submerso. Depois o ar remanesceste, o qual deve ter ficado nos vazios do solo, foi removido
com o auxílio de uma bomba de vácuo. Este processo levou 15 minutos para ser completado;
este é o tempo que leva para extrair todo o ar dentro dos picnômetros. Depois de tirar todo o
ar deixado, o total de volume do picnômetro era completamente água e eles foram deixados
em um banho de água para igualar a temperatura que foi perdida durante o processo de
vácuo.
Em seguida, cada conjunto (picnômetro + água + solo) foram pesados e os resultados
foram deduzidos do peso de outro conjunto (picnômetro + água).
4.1.2) Limites de Atterberg
Os limites plásticos e de liquidez, foram determinados usando material que passasse
através da peneira 40 (0,435) mm, de acordo com a NBR 6489/1984 e NBR 7189/1984 da
ABNT.
Através dos resultados obtidos em laboratório para o solo argiloso, foi encontrado um
limite de liquidez de 53% e um limite plástico de 39%, resultando num Índice de Plasticidade
(IP = LL – LP), igual a 14%. De acordo com o Sistema Unificado de Classificação de Solos
(SUCS), o solo estudado é classificado como CH, correspondente a uma areia argilosa com
média plasticidade.
4.1.3) Análise Granulométrica
Com o objetivo de determinar a distribuição dos tamanhos de partícula do solo
argiloso, 1000 gramas foram peneiradas na peneira 40, de acordo com a NBR 7181/1984 da
ABNT.
O material retido na peneira foi lavado e secado por 24 horas a 105ºC, realizando um
peneiramento grosso depois dessa etapa. Para o solo argiloso que passou pela peneira 40,
50,39 g foram usadas no processo de sedimentação. Esta amostra foi misturada com uma
solução de 125 ml de hexametafosfato de sódio e foram deixados para descansar por 24
horas. Depois de terminado o processo de sedimentação, todo o solo foi lavado na peneira
200 e o solo retido foi levado a um forno de secagem. Depois de seco, o peneiramento fino
prosseguiu. Para as amostras localizadas em profundidades similares, a porcentagem de
material que passa através da peneira 200 e do material que é retido, é muito parecida. Figura
4.1 mostra a curva granulométrica do solo argiloso.
Figura 4.1 - Curva granulométrica do solo argiloso.
A curva granulométrica do pó de PET é apresentada na figura 4.2.
Figura 4.2 - Curva granulométrica do pó de PET
4.1.4) Índice Máximo e Mínimo de Vazios
Com o propósito de determinar os índices vazios máximo e mínimo do solo argiloso e
misturas foram utilizados os procedimentos segundo as normas brasileiras NBR 12004 e
NBR 12051 (ABNT, 1984), respectivamente.
Inicialmente as amostras foram homogeneizadas e foram medidos a altura e o
diâmetro interno dos moldes cilíndricos para obter o volume interno.
Para determinar o índice vazio máximo, o solo foi posto dentro de um molde com o
auxílio de um funil. A altura do funil foi constantemente renovada para manter a mesma
altura (1 cm), mantendo um fluxo continuo de partícula de solo ao longo do teste, não
havendo contato entre o funil e o solo.
O funil foi movido em espiral, resultando camadas com espessuras uniformes. O
molde foi preenchido até 1-2 cm acima do topo, e o excesso de solo foi retirado com uma
régua, e em seguida o conjunto (solo + molde) foi pesado. Para determinar o índice vazio
mínimo foi utilizado o mesmo processo para colocar o solo dentro do molde.
Porém, foram preenchidos inicialmente 1/3 do volume do cilindro e em seguida
colocando um disco e um peso dentro para aplicar uma sobrecarga no material, deixando o
conjunto em uma base vibratória durante 1 minuto. Este procedimento foi repetido para 3
camadas até 1-2 cm acima do topo do cilindro. Posteriormente o excesso de material foi
removido e o conjunto foi pesado.
Os procedimentos para o índice máximo e o índice mínimo foram realizados 3 vezes,
com o objetivo de obter um resultado mais preciso. O valor calculado para os índices são a
média dos três resultados obtidos.
0
20
40
60
80
1000
20
40
60
80
100
0,01 0,1 1 10 100Diâmetro dos Grãos (mm)
Perc
entu
al R
etid
o (
%)
Perc
entu
al P
assa
do
(%
) Curva Granulométrica
Pó de PET
4.2) Caracterização Química
Foi realizado o teste de Dispersão de Energia Fluorescência de Raios X
Espectrômetro, no laboratório químico da PUC-Rio, para o pó de PET e para a mistura
S70P30, com o objetivo de determinar os componentes químicos e também verificar a
existência de algum material indesejável.
Este teste é extremamente importante, uma vez que a classificação desse material
indesejável como perigoso ou não e inerte ou não, define a escolha da deposição que ele deve
ter em suas aplicações futuras. Os resultados dos testes químicos foram comparados com o
estabelecido pela norma NBR 10004:2004.
Os resultados são apresentados em termos dos óxidos e também pelos elementos
químicos. Nenhum material indesejável foi encontrado, e também nenhuma das substâncias
teve quantidade encontrada acima da norma.
4.3) Caracterização Mecânica
4.3.1) Ensaios de Compactação
Os ensaios de compactação foram realizados para o solo argiloso e para a mistura solo
e PET, com o intuito de determinar a umidade ótima de compactação (𝑤otm) e o peso
especifico aparente seco máximo (𝑦dmax ) dos materiais. Esses ensaios foram realizados de
acordo com as diretrizes da norma NBR 7182 (ABNT, 1986), utilizando a energia de
compactação padrão e com reuso de material.
Após a secagem do material em uma estufa a 60°C, o solo foi passado posteriormente
pela peneira #4, adotando-se o procedimento descrito segundo a norma NBR 6457 (ABNT,
1986) - preparação com secagem prévia até a umidade higroscópica. Em seguida foi
adicionado água para que o material ficasse com 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. Após o solo (puro e com PET) ser misturado com a água,
o material foi homogeneizado e posto em um molde cilíndrico de dimensões 10cm x 12,7 cm
(diâmetro x altura).
Em seguida, com a mistura preparada, o material foi posto em um molde cilíndrico
com dimensões 10cm x 12,7cm (diâmetro x altura). Posteriormente 26 golpes foram
aplicados com um soquete pequeno de 2,5 kg o qual se deixa cair de uma altura de
aproximadamente 30,5 cm. A porção compactada do solo deve ocupar ⅓ da altura do
cilindro, a compactação foi feita em três camadas. Normalmente depois de ser compactada as
três camadas, sobrava material acima da altura do molde, e então esse excesso era removido.
Terminando o processo de compactação, o conjunto (cilindro mais solo) foi pesado.
Com o peso total da amostra e do cilindro, foi possível calcular a unidade de peso da água.
Depois da retirada do material do molde, a taxa de umidade é calculada depois do processo
de secagem em um forno. Finalmente o peso específico seco do material foi calculado,
através da média aritmética para determinações, e a variação máxima foi de 1.1%. O valor do
peso específico encontrado foi de 2,72.
Depois desse procedimento terminado, um novo molde é preparado com uma maior
quantidade de água, elevando a umidade da mistura em aproximadamente 2%. Então um
novo processo de compactação é realizado obtendo um novo par de valores do teor de água
(w) e da umidade do peso seco (𝑦𝑑).
Com todos os valores, um gráfico de unidade de peso seco versus teor de água foi
plotado, então a curva de compactação foi alcançada. Os valores de 𝑤otm e 𝑦dmax obtidos,
correspondem ao pico das curvas, e eles foram usados para o moldar os corpos de prova para
o teste triaxial CID. O procedimento completo foi repetido 5 vezes para cada mistura, com o
objetivo de obter cinco pares de valores, onde pelo menos dois são referentes ao ramo seco e
dois ao ramo úmido, da curva de compactação.
No final de todo o procedimento pode ser observado através das curvas de
compactação que a interseção do pó de PET reduz a massa específica seca do material.
4.3.2) Ensaios Triaxiais
O triaxial é um dos testes mais confiáveis para determinar os parâmetros de resistência
do solo. De acordo com Bishop & Henkel (1964), o tipo de teste triaxial mais comumente
usado em trabalhos de pesquisa e em testes de rotina, é o teste de compressão cilíndrica.
i) Equipamentos utilizados
O equipamento de triaxial usado foi o da Wykeham-Ferrance com velocidade de
deslocamento controlada, e tem capacidade de dez toneladas. O ajuste da velocidade de
deslocamento do pistão é determinada pela seleção adequada de pares de dentadas e
respectiva engrenagem. A câmera do triaxial usada é adequada pelo exemplar com diâmetro
de 1,5’’ e tem corpo de acrílico que suporta uma máxima pressão de confinamento de
1000kPa.
A célula de carga é da ELE International Ltd., com capacidade máxima de 5000kN e
precisão de 0,1kN. Para obter o deslocameno foi usado LVDT da Wykeham-Ferrance com
com 25 mm de curso e precisão de 0,01 mm. O transdutor aplicado para medir a pressão na
câmera, o medidor de volume e da pressão nos poros é de Schaevitz, com alcance de
±2,0KPA e máxima capacidade de 1700kPa.
A gravação dos dados medidos feitas através do transdutor foi feito utilizando o sistema
de aquisição de dados composto pelo hardware Quantum X com oito canais de uma empresa
Alemã chamada HBM, e também pelo software CatmanEasy. Com esse sistema foi possível
executar e monitorar, em tempo real, todas as fases dos testes, Figure 3.16 resume todos os
equipamentos do teste triaxial.
Figura 4.3 – (i) medidor de variação volumétrica; (ii) painel de controle de pressão; (iii)
transdutor de pressão; (iv) câmera de acrílico; (vii) conjunto de engrenagens para aplicar a
velocidade de cisalhamento.
ii) Preparação da amostra de solo argiloso
Para preparar as amostras argiloso puro e das misturas de solo-PET, inicialmente um
cilindro de solo foi compactado com a energia padrão Proctor, usando a umidade ótima e
peso específico seco alcançado para o solo em cada tipo de mistura (Figura 3,17).
Com o cilindro compactado um corpo de prova foi moldado usando um equipamento
produzido pelo laboratório da PUC-Rio (figura 3.17). Para cada cilindro compactado, três
pequenos corpos de prova podem ser obtidos, garantindo que todas as condições sejam
usadas para todos os testes. Os dimensões dos corpos de prova eram de 7,8 cm de altura por
3,8 cm de diâmetro.
Figura 4.4: (a) cilindro compactado (b) corpo de prova depois de
cisalhado.
iii) Processos de saturação do corpo de prova.
O processo de saturação usado para o corpo de prova de solo puro e misturado, foi o
de saturação por infiltração e por contrapressão. No caso da infiltração, a diferença de
pressão entre a base e o topo foi de 5 kPa, o caminho da infiltração foi do fundo para o topo.
Na saturação por contrapressão, a pressão confinante aplicado na amostra excedeu a contra
pressão em 10 kPa, minimizando os efeitos do processo de consolidação, o fluxo nesse
processo foi permitido pelo topo e pela base.
Com o objetivo de verificar o grau de saturação, o parâmetro de Skempton B foi
constantemente calculado, e isso é dado pela seguinte equação (2.1):
𝐵 = 𝛥𝑢/𝛥𝜎𝑐
Onde:
𝛥𝑢: excesso de pressão nos poros criados;
𝛥𝜎𝑐: aumento de pressão confinante aplicada.
Foi considerado valores de B igual ou superior do que 0,90. Além de medir o
parâmetro B, foi monitorado a quantidade de água que passou através da amostra,
considerando saturada quando o volume percolado era duas vezes o volume de vazios do
corpo de prova.
iv) Calculando a velocidade de cisalhamento
Depois da saturação do corpo de prova, a fase isotrópica consolidade foi iniciada. O
processo de consolidação teve uma média de duração de 24 horas. Nesse tempo, os dados da
mudança de volume foram coletadas.
Com estes dados, a variação do volume gráfico (ml) x raiz quadrada do tempo
(𝑚𝑖𝑛0,5) foi representada graficamente. De acordo com Head (1986), deve ser feito a
extensão do 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 fornece a raiz de t100 (min0,5
) no eixo das abscissas.
Logo, com o valor de t100 (min) se calcula a velocidade de cisalhamento.
Para o teste do triaxial drenado, a expressão usada (Head, 1986) foi a seguinte:
𝑣 =𝜀𝑓 𝐿
100 𝑡𝑓
Onde:
v : velocidade máxima de cisalhamento em mm/min;
𝐿: Altura do corpo de prova em mm;
𝜀𝑓: estimativa da tensão axial na falha em %;
𝑡𝑓 : tempo minimo da falha em minuto.
O valor do 𝑡𝑓 para esse tipo de teste triaxial é dado por 8,5 vezes o valor de 𝑡100.
Entretanto se o tempo é menor do que 120 min Head (1986) propôs usar um valor mínimo de
𝑡𝑓de 120 min.
O objetivo de definir uma velocidade muito baixa para a carga triaxial é permitir o
total de água drenada dentro do corpo de prova sem criar algum excesso de pressão no poro.
Todos os valores obtidos de tempo obtidos para o corpo de prova de solo puro e
misturas eram menores do que 120 minutos. Então foi adotado 𝑡𝑓= 120 minutos. Portanto foi
decidido que a falha deveria ocorrer em 5% da tensão axial, então a máxima velocidade (v)
calculada foi a mesma para todos os testes (0,033 mm/min),
v) Cisalhamento
Com a velocidade de cisalhamento, o próximo passa foi ajustar o par de engrenagens
que definem a velocidade desejada no equipamento do triaxial. Para os cálculos, foram
adotados 18% da máxima tensão.
Para o teste triaxial, as variantes de tensão q (tensão desviadora) e p’ (tensão efetiva)
foi calculado usando a formulação de Lambe. Para os parâmetros de resistência do solo, foi
usado valores da envoltória de resistência (𝛼’) e coesão (c’) obtido no espaço p’:q para
calcular os parâmetros de resistência no espaço de Mohr Coulomb (ϕ’ – c’). A formulação de
Lambe e os parâmetros que são apresentados nos resultados dos gráficos são definidas como:
q = 𝜎′1 − 𝜎′3
2
p’ = 𝜎′1 + 𝜎′3
2
tan (𝛼′) = 𝑠𝑖𝑛 (𝜑′)
𝛼′ = 𝑐′. 𝑐𝑜𝑠 (𝜑′)
Onde:
α' : Inclinação da envoltória de resistência no espaço p’: q.
a’ : Intercessão com o eixo q do envoltório de resistência no espaço p’: q.
φ’: Inclinação da envoltória de resistência no espaço σ:τ. (Mohr – Coulomb).
c’: Intercessão da envoltória de resistência do espaço σ:τ. (Mohr – Coulomb).
vi) Resultados do Teste Triaxial.
Os resultados do teste triaxial (CID) foram calculados para o solo argililoso e suas
misturas com 10, 20 e 30% de pó de PET. A tensão efetiva aplicada foi de 50, 150 e 300kPa.
Nas figuras 4.5 e 4.6, as curvas de tensão desviadora (𝜎𝑑) e variação volumétrica (𝜀𝑣)
versus tensão axial (𝜀𝑣) são apresentadas, que correspondem ao triaxial (CID), teste realizado
no solo argiloso e na mistura C90P10 com tensão confinante de 50, 150 e 300kPa.
Figura 4.5 – Curva Tensão x Deformação.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Δσ
(K
Pa)
ɛa (%)
Curva Tensão x Deformação
Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (150kPa)Solo Argiloso (300kPa) S90P10 (50kPa)
Figura 4.6 – Gráfico da deformação volumétrica x deformação axial.
Na figuras 4.7 e 4.8 as mesmas curvas são apresentadas só que para o ensaio realizado
com o solo argiloso e a mistura C80P20.
Figura 4.7 – Curva Tensão x Deformação.
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
ɛv (
%)
ɛa (%)
Def vol x Def axial
Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (150kPa)
Solo Argiloso (300kPa) C90P10 (50kPa)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Δσ
(K
Pa)
ɛa (%)
Curva Tensão x Deformação
Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (150kPa)Solo Argiloso (300kPa) S80P20 (50kPa)
Figura 4.8 – Gráfico da deformação volumétrica x deformação axial.
E por fim, o teste foi realizado com o solo argiloso e a mistura C70P30, as mesmas
curvas são apresentadas. (Figuras 4.9 e 4.10)
Figura 4.9 – Curva Tensão x Deformação.
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
ɛv (
%)
ɛa (%)
Def vol x Def axial
Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (150kPa)Solo Argiloso (300kPa) C80P20 (50kPa)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Δσ
(K
Pa)
ɛa (%)
Curva Tensão x Deformação
Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (150kPa)Solo Argiloso (300kPa) C70P30 (50kPa)
Figura 4.10 – Gráfico da deformação volumétrica x deformação axial.
Foi observado que para altas tensões confinantes (300kPa) a adição de pó de PET
melhorou do solo no começo da tensão axial. Todas as misturas superaram a capacidade de
carga do solo puro, mas a C90P10 e a C80P20 suportaram os mesmos níveis de tensão e as
duas alcançaram uma tensão residual muito similar. Entretanto, a mistura C70P30 teve uma
capacidade de carga maior do que a do solo puro e das misturas anteriores e também
apresentou um pequeno pico de tensão axial, por volta de 10%, com uma tensão residual
similar às outras misturas. Apesar disso, pode ser observado que a curva de tensão
volumétrica x tensão axial sofreu um aumento de volume comparado com o solo puro.
Para uma tensão confinante de 150kPa, o solo argiloso e as misturas não tiveram um
pico de resistência bem definido. Nesse nível de confinamento todas as misturas
apresentaram um melhor comportamento do que o solo puro, suportando maiores cargas em
menores e maiores tensões, tendo quase a mesma resistência residual. O comportamento das
misturas C90P10 e C70P30 permaneceu o mesmo durante praticamente todo teste, enquanto
a mistura C80P20 teve uma menor capacidade de carga do que as outras misturas. Sobre a
pressão volumétrica, o solo puro e as misturas permaneceram com quase as mesmas
mudanças no volume ao longo do teste triaxial.
Para uma tensão confinante de 50kPa o solo argiloso teve um melhor comportamento
do que as misturas. Todas as amostras de solo com PET não ultrapassaram a capacidade de
carga do solo puro, eles tiveram o mesmo comportamento inicial mas depois de 3% de tensão
axial a mistura começou a reduzir sua carga de capacidade alcançando quase o mesmo valor
da resistência residual. Nas curvas de tensão volumétrica vs tensão axial todas as misturas se
comportaram como o solo puro, elas primeiro sofreram um aumento da carga e depois elas
começaram a crescer antes do final do teste.
Para todas as misturas, quando o material é submetido à uma pequena tensão
confinante a inserção do pó de PET não aumentou a capacidade do solo, possivelmente
porque em baixas tensões confinantes os grãos não estão totalmente em contato um com
outro, deixando vazios entre as partículas, fazendo a capacidade de carga das misturas
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
ɛv (
%)
ɛa (%)
Def vol x Def axial
Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (150kPa)Solo Argiloso (300kPa) C70P30 (50kPa)
ficarem mais fracas, comparado com o solo puro. Entretanto, em maiores tensões
confinantes, a melhoria do comportamento do solo foi evidente. Esse comportamento pode
ser explicado porque possivelmente o pó de PET não reage com as partículas do solo, criando
um processo de cimentação. Como aconteceu com cal ou cinzas de resíduos sólidos urbanos
(Szeliga, 2014 e Quispe, 2013). O pó de PET trabalha mais com uma melhoria do tamanho
do grão, e em altas tensões confinantes, quando o processo de consolidação é realizado, o pó
de PET completa os vazios remanescentes no solo, deixando menos vazios entre as partículas
do solo. Então para as mesas tensões axiais, a mistura suporta um maior desvio de tensão
comprado com o solo argiloso. Os testes foram realizados em solo argiloso, e foi observado
através de um microscópio que os grãos do solo argiloso são muito angulares, como os grãos
do pó de PET. Em baixas tensões confinantes, os grãos não estão totalmente em contato um
com outro deixando vazios entre as partículas. Por outro lado, em altas tensões confinantes as
interações entre os grãos são grandes e existem menos vazios remanescentes, resultando em
uma melhor capacidade de carga das misturas em relação ao solo puro.
vii) Parâmetros de Resistência de Cisalhamento e Envoltórios.
Foram plotados gráficos que mostram os parâmetros de resistência de
cisalhamento dos critérios de Mohr-Coulomb e as envoltórias resistência plotado no
espaço p’:q. Por conta dos diferentes comportamentos dos materiais e também pela falta
da resistência de pico, todos as envoltórias foram plotados com 18% de tensão axial, um
vez que os materiais tem tendência em equalizar em tensões altas e isso foi possível para
alcançar esse nível de tensão em todos os testes.
A tabela 4.9 resume os valores de coesão e do ângulo de atrito para o solo puro e
para as misturas com 18% de tensão residual.
Material/ Mistura Coesão (kPa) Ângulo de Atrito (°)
C100 25,0 27,1
C90P10 22,0 30,6
C80P20 17,0 30,8
C70P30 27,8 31,0
Tabela 4.9 – Coesão e Ângulo de atrito.
Pode ser observado que quando a quantidade de PET é elevada, um melhoramento
no ângulo de atrito é observada, e consequentemente os valores de coesão diminuem para
as misturas C90P10 e C80P20, mas com a mistura C70P30 os dois parâmetros tiverem
um importante aumento.
Por conta dos resultados da tensão desviadora vs. tensão axial, para uma baixa
tensão confinante, foram ligeiramente inferiores aos encontrados para o solo argiloso
puro, a envoltória de resistência forneceu valores para a coesão menores que o puro solo
e aumento o ângulo de fricção. Como dito anteriormente, o pó de PET trabalha com uma
melhoria do tamanho do grão, não causando nenhum processo de cementação com as
partículas do solo. Então os parâmetros de coesão não sofrem nenhuma aumento com a
adição desse material, portanto o ângulo de fricção não fica maior, ele é afetado com
uma melhoria do tamanho de grão.
Para a mistura C70P30 a quantidade de pó de PET no solo foi suficiente para
preencher melhor os vazios, melhorando a interação entre as partículas de PET e o solo,
causando um enriquecimento da coesão e do ângulo de fricção. Apesar dos resultados da
tensão desviadora vs. tensão axial, pode ser observado que entre todas as mistura, a C70P30
teve praticamente o mesmo comportamento do solo puro, e melhor em maiores tensões
confinantes, o que explica o melhoramento nos dois parâmetros. Por isso a mistura C70P30
foi a que mais melhorou os parâmetros mecânicos e a capacidade de carga do solo, essa foi
considerada a melhor mistura, em que a coesão aumentou 11% e o ângulo de fricção
aumentou 14,4% em comparação com o solo puro.
5) Referências Bibliográficas
DAYLAC, R. Desenvolvimento e utilização de uma célula para medição de Ko com controle
de sucção. Master Dissertation, DEC, PUC – Rio, Rio de Janeiro, 1994.
HEAD, K. H. Manual of Soil Laboratory Testing: Effective Stress Test. Wiley, 2nd ed., v.3,
West Sussex, Inglaterra, p.227, 1986.
MELO, J. W. Produção e caracterização de pó de PET – Poli (Tereftalato de etileno), obtido a
partir de garrafas pós-consumo. Master Dissertation, Rede Temática em Engenharia de
Materiais – REDEMAT, UFOP P CETEC – UFMG. Belo Horizonte, 2004.
LOUZADA, N. S. L. Experimental Study of Soils Reinforced with Crushed Polyethylene
Terephthalate (PET) Residue. Master Dissertation, DEC, PUC – Rio, Rio de Janeiro, 2015.
SOARES, R. M. Resistência ao cisalhamento de um solo coluvionar não saturado do Rio de
Janeiro. RJ. Master Dissertation, DEC, PUC-Rio, Rio de Janeiro, 2005.