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CONINFRA 2010 – 4º CONGRESSO DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (CONINFRA 2010 - 4º TRANSPORTATION

INFRASTRUCTURE CONFERENCE) August 4th to 6th 2010

São Paulo – Brasil

04-501 ISSN 1983-3903

CONINFRA 2010 – 4º CONGRESSO DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (CONINFRA 2010 - 4º TRANSPORTATION INFRASTRUCTURE CONFERENCE)

August 4th to 6th 2010 São Paulo – Brasil

ANÁLISE DAS PROPRIEDADES DOS RESÍDUOS FINOS DA PEDREIRA ANHANGUERA/GO PARA UTILIZAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO.

(ANALYSIS OF THE PROPERTIES OF FINE QUARRY WASTE ANHANGUERA/GO TO USE IN PAVING).

RAFAELA NAZARETH PINHEIRO DE OLIVEIRA SILVEIRA, UnB-Brasília, Brasil, [email protected] LUIS FERNANDO MARTINS RIBEIRO, UnB, Brasília, Brasil, [email protected] ÁLVARO ANDRÉ VON GLEHN DOS SANTOS, UnB, Brasília, Brasil, [email protected] CONCEIÇÃO DE MARIA CARDOSO COSTA, UnB, Brasília, Brasil, [email protected] NEUSA MARIA B. MOTA, BMS Engenharia Ltda, Brasília, Brasil, [email protected] LUCINEI TAVARES DE ASSUNÇÃO, ANTT, Brasília, Brasil, [email protected] RESUMO O entorno de Goiânia apresenta grande quantidade de pedreiras que produzem agregados graúdos e miúdos para o mercado da construção civil do estado Goiás e Distrito Federal. Na maioria das pedreiras, inerente a produção dos agregados ocorre à geração de resíduos finos, esses não possuem valor econômico e ficam depositados no interior das pedreiras durante muito tempo sem qualquer preocupação quanto à estabilidade e assoreamento de córregos vizinhos. A quantidade de resíduos gerados no processo de extração e produção de agregados é muito grande, cerca de 30 m³/dia. Assim, considerado um grande problema para os empreendedores e ao meio ambiente. O objetivo geral deste trabalho foi realizar um estudo de caracterização física e mecânica de um resíduo oriundo da britagem de uma rocha granítica. A pedreira Anhanguera que gera o resíduo em questão está localizada no município de Caturaí/GO. Para avaliar a viabilidade do emprego desse resíduo de pedreira em aplicações geotécnicas, foi necessária a associação com solo natural da região de Goiânia. Neste trabalho foram utilizadas as proporções de 10, 15 e 20% de resíduos em relação à quantidade de solo natural. Para as misturas (solo+resíduo) foram realizados ensaios da metodologia MCT, Mini-Compactação, Mini-MCV, perda de massa por imersão, Mini-CBR, expansão, compressão simples, sucção com papel filtro e módulo de resiliência. Em complementação, foram realizados ensaios com as amostras formadas pelos resíduos finos puros e com solo natural. A pesquisa envolveu as seguintes etapas: definição da pedreira e coleta das amostras de resíduos finos; definição do local e coleta do solo natural; caracterização física e mecânica dos resíduos, solo natural de Goiânia e as misturas.




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PALAVRAS-CHAVE: Pedreira, Rocha, Resíduos finos, Misturas, Pavimentação. ABSTRACT The surroundings of Goiânia has a lot of quarries that produce coarse aggregate and kids for the building industry in the state Goiás and Distrito Federal. Most of the quarries, the inherent production of aggregates is the generation of waste fine, they have no economic value and are deposited inside the quarries for a long time without any worry about the stability and siltation of neighboring streams. The amount of waste generated in the extraction process and aggregate production is very large, about 30 m³ / day. Thus, considered a major problem for entrepreneurs and the environment. The aim of this work was to study the physical and mechanical properties of waste coming from the crushing of a granite rock. The quarry Anhanguera that generates the waste in question is located in the municipality of Caturaí / GO. To assess the feasibility of using this residue quarry in geotechnical applications, also required the association with natural soil, the region of Goiania. In this work we used the proportions of 10, 15 and 20% of waste in the quantity of natural soil. For mixtures (soil + residue) tests were performed on the methodology MCT, Mini Compression, Mini-MCV, loss of mass by immersion, Mini CBR, expanding compressive suction with filter paper and resilient modulus. In complementation tests were performed with the samples formed by residues thin pure and natural soil. The research involved the following steps: definition of the quarry and collect samples of waste fines; definition of the site and collecting the natural soil, physical and mechanical characterization of waste, natural soil and mixtures of Goiania. KEY WORDS: Quarry, Rock, Residues fine, mixture, Paving.




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INTRODUÇÃO A extração de matérias-prima nas indústrias mineradoras gera resíduos nos mais variados volumes, no caso das pedreiras são produzidos resíduos finos que são considerados subprodutos sem valor econômico. Nos últimos anos, a comunidade científica, tem desenvolvido trabalho com a finalidade de reaproveitar materiais de construção, a fim de alcançar soluções dos problemas e mitigar alguns problemas de cunho ambiental. Mais especificamente na área de geotecnia ambiental, ocorre o ímpeto à busca do aproveitamento dos resíduos industriais e/ou resíduos de construção e demolição para serem aplicados como elementos dentro da construção civil. Os resíduos finos de pedreira ficam depositados no interior das pedreiras sem perspectiva de utilização, por isso é de extrema importância a criação de uma forma alternativa de aproveitamento desses resíduos. Algumas pesquisas têm sido desenvolvidas neste sentido e fazem parte de um amplo projeto de pesquisa em desenvolvimento no Programa de Pós-Graduação em Geotecnia da Universidade de Brasília. Esse projeto visa avaliar o uso e caracterizar os resíduos e associações com o solo natural em aplicações geotécnicas (Batalione, 2007; Costa, 2007 e Cuti, 2008). O objetivo deste trabalho foi de caracterizar geotecnicamente o resíduo oriundo do processo de comonuição da rocha granítica da pedreira Anhanguera; estudar a viabilidade técnica de utilizar o resíduo associado a um solo natural típica da região de Goiânia, como material componente para confecção de uma camada de pavimentação (subleito, reforço de subleito, sub-base e base). MATERIAIS E MÉTODOS Nesta pesquisa vislumbrou-se a caracterização física e mecânica do resíduo da pedreira Anhanguera, solo natural de Goiânia e associações de resíduo com o solo natural. Os materiais investigados foram os seguintes: • Solo natutal de Goiânia (SN): O solo foi coletado na profundidade de 2,0m a 4,0 m em relação à superfície natural do terreno da região do aeroporto internacional da cidade de Goiânia/Góias. • Resíduo fino da pedreira Anhanguera (ANtotal): O resíduo foi coletado na pedreira Anhanguera, localizada na região de Caturaí/GO. • Misturas: Três associações sendo 10, 15 e 20% da quantidade de resíduo em relação a quantidade de solo natural e denominadas como AN10, AN15 e AN20, respectivamente). Os ensaios de caracterização física do resíduo e do solo natural, foram realizdos segundo os procedimentos recomendados pela NBR 6457 (ABNT, 1986). No laboratório, foram realizados os seguintes ensaios: análise granulométrica (NBR 7181/1984), com e sem uso de defloculante; Limites de liquidez e plasticidade, respectivamente, NBR 6459 (ABNT, 1984) e NBR 7180 (ABNT, 1984) e Massa específica dos grãos (NBR 6508/1984). Posteriormente a realização dos ensaios de caracterização foram realizadas as algumas classificações para o resíduo e solo, conforme pode ser observado na Tabela 1.

Tabela 1. Metodologia de classificação aplicada para cada amostra Amostra Metodologia de Classificação

SN MCT, SUCS, HRB/TRBResíduos Finos SUCS, HRB/TRB

Misturas MCT




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É importante ressaltar que no caso das misturas, como se trata de um solo produzido artificialmente, a classificação proposta visava basicamente relacionar o comportamento típico do material dentro da proposta de classificação via metodologia MCT (Nogami e Villibor, 1995), uma vez que se buscava um material com comportamento laterítico e adequado para utilização em pavimentação. Para avaliação do comportamento mecânico dos resíduos de pedreira e das misturas foram realizados ensaios de Mini-Compactação, Mini-MCV e Mini-CBR. E adicionalmente foram realizados ensaios de compressão simples, sucção com papel filtro e módulo de resiliência. Sendo que esses ensaios foram executados de acordo com normas presentes na Tabela 2.

Tabela 2. Ensaios realizados e referidas normas utilizadas nesta pesquisa. Ensaio Norma Utilizada

Mini-compactação ME 228/94 (DNER, 1994) Mini-MCV ME 258 (DNER, 1994)Mini-CBR ME 254 (DNER, 1997)

Compressão Simples NBR 8949 (ABNT, 1985)Sucção ASTM-D5298 (ASTM, 1992).

Módulo de Resiliência T 307 (AASHTO, 1999)

Os corpos de prova utilizados para a avaliação do comportamento mecânico foram compactados em laboratório, nas condições de umidade ótima e peso específico seco máximo. Esses parâmetros foram obtidos por meio do ensaio de compactação em miniatura, empregando a energia intermediária. A escolha pela energia intermediária é fundamentada pelo fato do total de amostras trabalhadas possuírem características de solos finos e também com objetivo de obtermos melhores parâmetros de resistência. Ressalta-se que o ensaio de módulo de resiliência, foi realizado apenas com amostra AN15 (15% resíduo + 85% solo natural). A escolha do AN15 foi devido ter apresentado melhor resultado no ensaio de Mini-CBR quando comparada com as outras misturas. RESULTADOS E DISCUSSÃO Solo natural Para a caracterização física do solo de Goiânia foram realizados os ensaios de granulometria, com e sem o uso de defloculante, limites de consistências e peso específico dos grãos. A Tabela 3 apresenta um resumo das porcentagens das diferentes frações presentes nesse solo. Esta tabela mostra os limites de consistências e o peso específico dos grãos do solo de Goiânia.

Tabela 3. Resultado de caracterização e classificação dos solos.

Grossa Média FinaSolo Goiânia(SD) 1,4 6,2 19,7 65,3 6,1 1,2Solo Goiânia(CD) 1,4 7,3 25,5 15,6 8,5 41,7

WL (%) WP (%) IP (%)

Peso Específico dos Grãos (kN/m³)

27,7848 27 21

AmostraDistribuição Granulométrica (%) Limites de Consistência

PedregulhoAreia

Silte Argila

Conforme os dados obtidos da Tabela 3, o solo natural de Goiânia pode ser classificado pelas metodologias SUCS e TRB, respectivamente, em CL e A-7-6, condizente com as análises táctil-visuais previamente realizadas em campo. O peso específico encontrado foi de 27,78 kN/m³. Ainda na Tabela 3, a distribuição de granulomentria mostra que o solo de Goiânia, sem defloculante,




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possui 92,6% de fração grossa e 7,4% de frações finas. Ao utilizar o defloculante hexametafosfato de sódio no ensaio de sedimentação, percebe-se um aumento significativo da porcentagem de frações finas, obtendo valores de 49,8 % para a fração grossa e 50,20 % para as frações finas, evidenciando o alto grau de agregação deste material. É importante comentar que para a classificação MCT tradicional do solo natural de Goiânia foram realizados os ensaios de Mini-MCV e perda por imersão. Os coeficientes encontrados e a classificação MCT do solo natural estão apresentados na Tabela 4. Em relação ao solo estudado percebe-se que trata de um solo laterítico, uma vez que o comportamento laterítico começa a se manifestar quando possui um d'>20 e Pi<100 (e’ = 1,15).

Tabela 4.Classificação tradicional MCT para o solo de Goiânia. Solo Goiânia

c' 1,7d' 68

Pi (%) 45e' 0,91

Grupo MCT LG'Classificação Solos Argilosos Lateríticos

Amostra

Trad

icio

nal

Na Figura 4 são apresentados os resultados obtidos no ensaio de compactação com emprego da energia intermediária para a amostra do solo de Goiânia. Baseado na figura encontrou-se Wot igual a 19,00% e γdmax igual a 17,45kN/m³.

13,514,014,515,015,516,016,517,017,518,0

12 14 16 18 20 22 24 26

γ d(k

N/m

3 )

W (%)SN

Figura 4. Curvas de Mini-Compactação Solo Goiânia x Energia Intermediária.

A curva verde plotada na Figura 2 são apresentados os resultados obtidos por Guimarães e Jacintho (2008) dos ensaios de Mini-CBR para o solo de Goiânia na energia intermediária, para diferentes condições de umidades. Guimarães e Jacintho (2008) verificaram que para umidade ótima (Wot=18,90%) foi obtido um Mini-CBR de 35%. Os pontos destacados na cor rosa na mesma figura evidenciam os resultados encontrados por esta pesquisa, sendo que para umidade ótima de 19,00% o Mini-CBR apresentou um valor de 30,63%.

01020304050607080

13 15 17 19 21 23 25

Min

i-CB

R (%

)

W (%)SN Solo Goiânia (Guimarães e Jacintho,2008)

Figura 2. Resultados dos Ensaios de Mini-CBR – Sem Imersão – Energia Intermediária.




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Resíduos finos Para a caracterização física da amostra ANtotal foram realizados os ensaios de granulometria, com e sem uso do defloculante, limites de consistências e massa específica do grãos. Na Figura 3 são ilustradas as curvas granulométricas da amostra ANtotal.

0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0

100,0

0,0001 0,0010 0,0100 0,1000 1,0000 10,0000 100,0000

% q

ue p

assa

Diâmetro das partículas (mm)ANtotal (CD) ANtotal (SD)

Figura 3. Curvas granulométricas da amostra ANtotal.

Na Tabela 5 são mostrados os resultados dos ensaios de caracterização física da amostra ANtotal. Vale ressaltar que para obtenção da curva granulométrica dos resíduos finos foi adotado procedimento de realizar a fase de sedimentação sem o uso de defloculante.

Tabela 5. Caracterização física da amostra ANtotal.

Grossa Media FinaANtotal (SD) 0 0,4 10,5 67,3 21,1 0,7 NP NP NP 27,4

ANtotal (CD) 0 0,4 10,6 60,3 27,4 1,2 NP NP NP 27,4

IP (%)

AmostrasDistribuição Granulométrica (%) Limites de Consistências Massa

Específica (kN/m³)Pedregulho

AreiaSilte Argila

WL (%)

WP (%)

A amostra ANtotal apresentou 71,3 % de fração grossa e 28,7 % de fração fina. É importante comentar que estes valores foram obtidos com base nas análises realizadas com o uso de defloculante no ensaio de sedimentação. Avaliando as porcentagens obtidas para as diferentes frações constituintes dos resíduos apresentada na Tabela 5 segundo a escala da ABNT, constatou-se que a amostra ANtotal por apresentar maior porcentagem na fração de areia, pode ser considerada como um solo areno-siltoso. Em relação a amostra ANtotal constatou-se que o índice de grupo obtido foi negativo, nesse caso igual a zero. A tentativa de proceder à classificação segundo o proposto pela metodologia SUCS e TRB tornou-se inviável, uma vez que os critérios das duas classificações estão relacionados à propriedade de plasticidade e da granulometria da amostra. Estas classificações foram penalizadas, principalmente, devido ao alto teor de partículas com diâmetro correspondente a fração de silte presente no resíduo fino, não se enquadrando em nenhuma das categorias. O ensaio de compactação em miniatura teve como objetivo a determinação dos parâmetros de peso específico seco máximo (γdmax) e umidade ótima (wot) e com isso foi possível apresentar e analisar os aspectos das curvas geradas para a amostra ANtotal. Os resultados destes ensaios são exibidos na Figura 4 (a). Baseados nos resultados mostrados na Figura 4(a) tem-se que a umidade ótima obtida para a amostra ANtotal foi 13,75% e o valor de γdmax igual a 15,36 kN/m3. Para avaliar a variação do índice de vazios da amostra ANtotal, na Figura 4(b) são apresentados os resultados obtidos do teor de umidade em relação ao índice de vazios. A amostra de ANtotal apresentou índice de vazios mínimos da ordem de 0,78.




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13,0

13,5

14,0

14,5

15,0

15,5

16,0

8 10 12 14 16 18 20

γ d(k

N/m

³)

W (%)

ANtotal

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

8 10 12 14 16 18 20

e

W(%)ANtotal

(a) (b) Figura 4.(a) Curva de Mini-Compactação na energia intermediária da amostra ANtotal; (b) Relação

de e x W (%) resíduos da pedreira Anhanguera.

A Figuras 5 apresenta os resultados do ensaio Mini-MCV, por meio destas foi possível observar certo paralelismo das curvas de compactação no ramo úmido para a amostra ANtotal. Podendo assim constatar que no momento da compactação há pouca geração de poro-pressão no ramo úmido.

12,00

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

8% 10% 12% 14% 16% 18% 20%

γ d(k

N/m

3 )

W2 Golpes 4 Golpes 6 Golpes 8 Golpes12 Golpes 16 Golpes 24 Golpes

Figura 5. Ensaio de Mini-MCV da amostra ANtotal.

Na Tabela 6 são apresentados os resultados de Mini-CBR para a amostra ANtotal. Esta análise é considerada importante, uma vez que hoje não se tem banco de dados que especulem valores desta propriedade para este determinado tipo de amostra.

Tabela 6. Resultados de Mini-CBR sem imserão- Energia intermediária com amostra ANtotal.

CP1 8,75 15,28 15,36 0,08 14,21 13,75 -0,46 0,79CP2 9,33 15,30 15,36 0,06 13,96 13,75 -0,21 0,79CP3 7,07 15,22 15,36 0,14 14,58 13,75 -0,83 0,80

ANtotal

∆γd (kN/m³)

Wmold

(%)Wot (%) ∆W (%) Índice de

VaziosAmostras CPs Mini-CBR

(%)γd

mold

(kN/m³)γdmax

(kN/m³)

Na Figura 6 são ilustradas as curvas tensão versus deformação obtidos nos ensaios de compressão simples para a amostra ANtotal. Para os corpos de prova compostos por resíduos finos foram utilizados dois corpos de prova com cura de 15 dias e os outros dois CPs foram ensaiados sem cura. Ressalta-se que este artifício de executar o ensaio de compressão com CPS após cura e sem cura teve a intenção de compará-los e verificar se há interferência significante entre os referidos CPS.




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0102030405060708090

100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Tens

ão (k

Pa)

Deformação Específica (%)CP-1(com cura) CP-2(com cura) CP-3(sem cura) CP- 4(sem cura)

Figura 6. Ensaio de compressão simples com a amostra ANtotal.

Por meio da análise da Figura 6, observou-se que os quatro CPs da amostra ANtotal apresentaram ruptura com esforços muito similares e deformações próximas. Para complementar as análises referentes à resistência a compressão simples da amostra ANtotal, analisou-se essa propriedade em relação a umidade e índice de vazios inicial. Portanto, a Figura 7 (a) apresenta a resistência à compressão simples na ruptura (RCS) em função das umidades dos corpos de prova. A Figura 7 (b) apresenta a resistência à compressão simples na ruptura em função da índice vazios inicial.

0

10

20

30

40

50

13,00 13,25 13,50 13,75 14,00

RC

S (k

Pa)

W (%)CP1-Antotal (com cura) CP2-Antotal (com cura)CP3-Antotal (sem cura) CP4-Antotal (sem cura)

0

10

20

30

40

50

0,78 0,79 0,80 0,81 0,82

RC

S (k

Pa)

eoCP1-Antotal (com cura) CP2-Antotal (com cura)CP3-Antotal (sem cura) CP4-Antotal (sem cura)

(a) (b) Figura 7. Correlações com o ensaio de compressão simples para as amostras ANtotal. (a) RCS x W

(%); (b) RCS x e0.

Na Figura 8 é ilustrado a relação entre o módulo de elasticidade em função da umidade de cada corpo de prova para a amostra ANtotal. Analisando a figura 8, que o maior valor atingido para a amostra de resíduos da pedreira Anhanguera foi igual a 1294,9 kPa, esse relativo ao CP3-ANtotal.

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

13,00 13,25 13,50 13,75 14,00

E 50

(kPa

)

W (%)CP1-Antotal(com cura) CP2-Antotal(com cura)CP3-Antotal (sem cura) CP4-Antotal (sem cura)

Figura 8. Módulo de elasticidade em relação à umidade de compactação da amostra ANtotal.

Misturas As três misturas utilizadas nesta pesquisa foram classificadas segundo a proposta de MCT, uma vez que se buscava um material com comportamento laterítico para emprego em pavimentação. Conforme a Tabela 7, pode-se observar que as três misturas foram classificadas pela metodologia MCT como amostras arenosas lateríticas -LA’.




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Tabela 7. Ensaios da Metodologia MCT: Classificação Tradicional AN10 AN15 AN20

c' 0,77 0,73 1d' 43,91 59,5 55,56

Pi (%) 95 95 13e' 1,12 1,09 0,79

Grupo MCT LA' LA' LA'Classificação Arenosos Lateríticos Arenosos Lateríticos Arenosos Lateríticos

Amostra

Tra

dici

onal

Na Tabela 8 são apresentados os resultados do peso específico dos grãos das três composições. Percebe-se que ao incluir uma maior porcentagem de resíduos finos da pedreira Anhanguera houve um decréscimo do peso específico. Mostrando-se resultado coerente, pois o amostra ANtotal apresentou menor peso específico do solo natural.

Tabela 8. Peso específico dos grãos para as três misturas. Amostras Peso Específico do Grãos (kN/m³)

AN10 27,74AN15 27,72AN20 27,70

Assim como para a amostra de resíduos puros, também foram realizados o ensaio de Mini-Compactação para as três misturas, esse ensaio possibilitou a geração dos gráficos e a obtenção de parâmetros básicos como γdmax e Wot. A Figura 9(a) apresenta as curvas de compactação utilizando a energia intermediária para as três misturas com resíduo da pedreira Anhanguera e a Figura 9(b) ilustra as curvas que relacionam índice de vazios versus teores de umidade para respectivas misturas. Na Tabela 9 são evidenciados os resultados obtidos no ensaio de compactação em miniatura para as três misturas investigadas.

13

14

15

16

17

18

19

10 13 16 19 22 25 28

γ d(k

N/m

³)

W (%)

AN10 AN15 AN20

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

9 12 15 18 21 24 27

e

W(%)AN10 AN15 AN20

(a) (b) Figura 9. (a) Curvas de Mini-Compactação na energia intermediária das misturas da pedreira

Anhanguera; (b) Curvas de e x W(%) das misturas da pedreira Anhanguera.

Tabela 9. Resultados dos Ensaios de Mini-compactação para misturas AN10, AN15 e AN20. Amostra γdmax (kN/m3) wot (%) Sr (%) eAN10 17,75 18,16 91,24 0,56AN15 17,73 18,07 90,62 0,56AN20 17,63 16,38 80,97 0,57

Baseado na Figura 9 e na Tabela 9, percebeu-se que a partir da adição de 15% de resíduos finos na mistura ocorreu uma leve redução do valor de γdmax. Ainda assim, ao adicionar até 20% de resíduos




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finos o peso especifico seco máximo encontrado foi superior quando comparado com o resultado obtido de γdmax para o solo natural (17,50 kN/m³). Por exemplo, o menor valor encontrado dentre as misturas da pedreira Anhanguera foi o da mistura AN20, essa apresentou γdmax igual a 17,63 kN/m³ enquanto o γdmax do solo natural foi de 17,50 kN/m³. O ensaio de Mini-MCV além de permitir classificar as amostras segundo a metodologia MCT propostas por Nogami e Villibor (1995), ainda foi possível gerar os gráficos γd versus W e avaliar o comportamento destas amostras ao serem compactadas para umidades e energias variáveis. Resultando assim em uma família de curvas de compactação. Nota-se na Figura 10 que ao adicionar o solo natural pra compor as misturas há uma perda de eficiência da compactação no ramo úmido, o fato de perder a eficiência não está ligado a deficiência de compactação. Haja vista, para eficiência completa pra todas as misturas é importante que a umidade de compactação esteja entre o ramo seco e a umidade ótima de cada amostra. Este mesmo fenômeno não ocorre ao trabalhar somente com os resíduos finos de pedreiras.

12,0013,0014,0015,0016,0017,0018,0019,0020,00

8% 11% 14% 17% 20% 23% 26% 29%

γd (k

N/m

3 )


12,0013,0014,0015,0016,0017,0018,0019,0020,00

10% 12% 14% 16% 18% 20% 22% 24% 26%

γd (k

N/m

3 )


(a) (b)

12,0013,0014,0015,0016,0017,0018,0019,0020,00

10% 12% 14% 16% 18% 20% 22% 24% 26%

γd(k

N/m

3 )


(c) Figura 10. (a) Ensaio de Mini-MCV da amostra AN10; (b) Ensaio de Mini-MCV da amostra AN15;

(c) Ensaio de Mini-MCV da amostra AN20.

Na Figura 11 são apresentados os resultados dos ensaios de Mini-CBR para as três misturas com o resíduo da pedreira Anhanguera. A Figura 11(a) mostra que a amostra de AN15 foi a que apresentou o melhor valor de Mini-CBR que foi de 21,42%, esse corresponde ao corpo de prova compactado na umidade ótima. Ainda na Figura 11(a) é observada uma diminuição significante nos valores de Mini-CBR para corpos de prova com umidades acima da ótima. A Figura 11(b) mostra as relações do Mini-CBR com o índice de vazios de cada mistura. Ao correlacionar os valores de Mini-CBR com índices de vazios para as misturas da pedreira Anhanguera observou-se que as misturas AN10 e AN15 apresentaram índice de vazios médio iguais, entorno de 0,57, porém a amostra AN15 foi que apresentou o maior valor de Mini-CBR, conforme pode ser visto a Figura 11(b). Isso pode ter acontecido devido à má compactação dos CPs da mistura AN10 ou ainda a não




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agregação satisfatória no interior do cilindro de compactação. É importante aludir que somente a mistura que apresentou maior Mini-CBR (AN15) foi submetida ao ensaio de módulo de resiliência, ou seja, o melhor resultado encontrado de Mini-CBR foi o critério para a escolha desta mistura. Os valores encontrados de expansão para as três misturas com resíduos da pedreira Anhanguera não comprometem a utilização das três misturas em camadas de pavimentos, conforme os limites propostos pelo o manual de pavimentação do Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transporte – DNIT (2006).

9,00

11,00

13,00

15,00

17,00

19,00

21,00

23,00

16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0

Min

i-CB

R

W(%)AN10 AN15 AN20

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,60 0,61 0,62

Min

i-CB

R

eAN10 AN15 AN20

(a) (b) Figura 11. (a) Resultados dos Ensaios de Mini-CBR – Sem Imersão – Energia Intermediária;(b)

Mini-CBR X e misturas com resíduos finos da pedreira Anhanguera. Os ensaio de compressão simples também foram realizados para as três misturas com resíduo da pedreira Anhanguera e estão apresentados na Figura 12. Baseado na Figura 12, a mistura AN10 foi a que apresentou melhor resultado quando comparados as misturas AN15 e AN20.

0

100

200

300

400

500

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Tens

ão (k

Pa)

Deformação Específica (%)

CP1-AN10 CP2-AN10 CP3-AN10 CP4-AN10

0

100

200

300

400

500

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Tens

ão (k

Pa)

Deformação Axial (mm)CP1-AN15 CP2-AN15 CP3-AN15 CP4-AN15

(a) (b)

0

100

200

300

400

500

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Tens

ão (k

Pa)

Deformação Específica (%)CP1-AN20 CP2-AN20 CP3-AN20 CP4-AN20

(c) Figura 12. (a) Ensaio de compressão simples com a amostra AN10; (b) Ensaio de compressão

simples com a amostra AN15; (c) Ensaio de compressão simples com a amostra AN20.

A Figura 13 (a) apresenta a relação entre a umidade e a resistência a compressão na ruptura e a Figura 13 (b) apresenta a variação de índice de vazios com a resistência a compressão simples. Analisando a Figura 13 (b) pode-se verificar que a mistura AN10 foi a que apresentou menor índice de vazios e maior tensão de ruptura, quando comparada as mistura AN20 e AN15. A mistura AN20 apresentou o menor valor de resistência a compressão simples, este fato pode estar associado à baixa coesão. Embora o arranjo seja compacto, as partículas estariam menos ligadas entre si, quando comparadas as misturas AN10 e AN15. Conforme ilustrado na Figura 13, foi possível notar que com aumento da porcentagem de resíduos finos houve uma diminuição da resistência a




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compressão simples, ou seja, a mistura AN10 foi a que apresentou o maior valor de resistência a compressão simples, corroborando com a afirmação que quanto maior porcentagem de finos menor a resistência a compressão simples.

150200250300350400450500

16,00 17,00 18,00 19,00

RC

S (k

Pa)

W (%)CP1-AN10 CP2-AN10 CP3-AN10 CP4-AN10CP1-AN15 CP2-AN15 CP3-AN15 CP4-AN15CP1-AN20 CP2-AN20 CP3-AN20 CP4-AN20

150200250300350400450500

0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59

RC

S (k

Pa)

eo

CP1-AN10 CP2-AN10 CP3-AN10 CP4-AN10CP1-AN15 CP2-AN15 CP3-AN15 CP4-AN15CP1-AN20 CP2-AN20 CP3-AN20 CP4-AN20

(a) (b) Figura 13. Correlações com o ensaio de compressão simples para as três misturas composta pelo

resíduo fino da pedreira Anhanguera. (a) RCS x W (%) e (b) RCS x e0.

Considerando a análise do módulo de elasticidade secante a 50% a Figura 14 apresenta a correlação entre o módulo de elasticidade a 50% e o teor de umidade para as três misturas da misturas.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

16,00 17,00 18,00 19,00

E 50

(kPa

)

W (%)CP1-AN10 CP2-AN10 CP3-AN10 CP4-AN10CP1-AN15 CP2-AN15 CP3-AN15 CP4-AN15CP1-AN20 CP2-AN20 CP3-AN20 CP4-AN20

Figura 14. E50 x teor de umidade de compactação para as amostras AN10, AN15 e AN20.

Para verificar a influência do acréscimo de resíduos finos de pedreira ao solo natural utilizado nesta pesquisa, foram determinadas a sucção matricial para todas as três misturas. Ressalta-se que os corpos de provas foram moldados semelhantes aos demais ensaios e a umidade na mesma faixa de umidade ótima. As determinações foram feitas após um período de cura até atingir o almejado equilíbrio da sucção, essa foi mensurada por meio do método do papel filtro. Na Figura 15 é apresentado a relação da sucção x teor de umidade das três misturas. Observa-se na figura, que com o aumento de resíduos em relação ao solo natural houve um aumento da sucção.

0

100

200

300

400

17,8 18,0 18,2 18,4 18,6 18,8

Sucç

ão M

atri

cial

(kP

a)

W(%)

AN10 AN15 AN20 Figura 15. Gráfico Sucção (kPa) x W (%) das misturas AN10, AN15 e AN20

Atualmente o ensaio de módulo de resiliência está se prevalecendo quando comparado com o ensaio de CBR. O ensaio de módulo de resiliência realizado nesta pesquisa objetivou avaliar o comportamento mecânico da mistura contendo 15% de resíduo da pedreira Anhanguera com 85% Solo de Goiânia (AN15), essa apresentou melhores valores de Mini-CBR. Na Figuras 16 são apresentadas as relações obtidas entre os módulos de resiliência obtidos pelo equipamento triaxial




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cíclico e os módulos de resiliência calculados pelo Modelo Universal proposto por Uzan e Witczak (1998) para a amostra AN15. Essa amostra foi submetida ao ensaio de módulo de resiliência, de acordo com a norma T 307 (AASHTO, 1999).

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300M

ódul

o R

esili

ente

(M

Pa) -

Mod

elo

Uni

vers

al

Módulo Resiliente (MPa) - Ensaio Triaxial Cíclico Figura 16. Resultados obtidos no ensaio de módulo de resiliência para a composição AN15.

A Figura 17(a) apresenta os resultados obtidos da amostra AN15 relacionando os resultados de módulo de resiliência versus tensão confinante. Na Figura 17(b) são apresentados os resultados obtidos do módulo de resiliência em função da tensão desvio para a amostra AN15. Ao observar a Figura 17 percebeu-se que com o aumento da tensão desvio ocorreu um tímido aumento no valor de módulo de resiliência, calculado por meio do modelo universal.

10

100

1000

0,01 0,1 1

Mód

ulo

de R

esili

ênci

a (M

Pa)

Tensão Confinante (MPa)AN15

MR= 125,628*(θ)-0,572*(σoct+1) 2,501

10

100

1000

0,01 0,1 1Mód

ulo

de R

esili

ênci

a (M

Pa)

Tensão Desvio (MPa)AN15

(a) (b) Figura 17 (a) Ensaio de módulo de resiliência em função da tensão confinante para a amostra AN15; (b) Ensaio de módulo de resiliência em função da tensão desvio para a amostra AN15.

Por meio da Figura 17(a) foi possível verificar para amostra ensaiada que para maiores tensões confinantes ocorre uma leve redução nos valores de módulo de resiliência. Adicionalmente na Figura 17 (a), observa-se que a amostra apresentou para tensões confinantes similares e diferentes valores de módulo de resiliência. Quanto à modelagem MR, foram obtidos neste trabalho os parâmetros de resiliência (k1, k2 e k3) para o modelo universal proposto por Uzan e Witczack (1998). Para a transformação dos parâmetros fornecidos automaticamente pelo sistema de aquisição de dados (σ3, σd, σ1 e σoct), foram utilizados os dados de ensaios adquiridos nos arquivos de saída e uma planilha de regressão. Na Figura 18 é ilustrada a planilha de regressão utilizada para determinar o módulo de resiliência das amostra AN15.




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k1 125,6277673

Ensaio : k2 -0,571936753

Amostra: k3 2,501395846

R2 0,7739MR

(MPa)σ3

(MPa)σd

(MPa)σ1

(MPa)θ

σoct

(MPa)Pa

MR Calculado (MPa)

Erro (MPa)

90,710 0,408 0,272 0,680 1,496 0,128 1 134,926 -44,264,230 0,410 0,134 0,544 1,364 0,063 1 122,609 -58,497,080 0,411 0,273 0,684 1,506 0,129 1 134,553 -37,5194,740 0,408 0,548 0,956 1,772 0,258 1 160,918 33,8191,870 0,410 0,687 1,097 1,917 0,324 1 174,669 17,2115,450 0,274 0,133 0,407 0,955 0,063 1 150,170 -34,7209,970 0,274 0,411 0,685 1,233 0,194 1 173,560 36,4197,870 0,277 0,548 0,825 1,379 0,258 1 185,733 12,1192,320 0,275 0,686 0,961 1,511 0,323 1 199,959 -7,6184,250 0,136 0,133 0,269 0,541 0,063 1 207,845 -23,6278,180 0,136 0,272 0,408 0,680 0,128 1 211,807 66,4221,100 0,136 0,409 0,545 0,817 0,193 1 219,189 1,9

Modelo Universal - Uzan & Witczak (1998)

Módulo de resiliênciaAN15

Solver

3oct21R

k)Pa

1(.k)Pa

.(Pa.kM +σθ=

Figura 18. Exemplo de planilha de regressão para a transformação dos parâmetros σ3, σd, σ1 e σoct

para o modelo universal proposto Uzan e Witczack (1998), aplicada à amostra AN15. CONCLUSÕES

A busca por materiais alternativos está cada vez mais em evidência, em razão disso, avaliou-se neste trabalho, a alternativa de estudar a adição de resíduos finos, oriundos de exploração de pedreiras, ao um solo natural típico da região de Goiânia, de tal forma que pudesse obter uma mistura de solo+resíduo, que obtivesse resultados similares ao solo natural e que pudesse ser utilizados para fins de pavimentação de obra viária. Com a submissão das amostras de solo, resíduos e solo+resíduos, em vários ensaios de laboratórios, podem-se fazer os seguintes comentários.As curvas granulométricas do resíduo não apresentaram diferenças significativas com ou sem o uso de defloculante, o que possibilitou verificar que os resíduos possuem pouca agregação entre as partículas e por apresentar maior porcentagem de areia foi considerado como uma amostra arenosa-siltosa.Em relação à plasticidade, o resíduo foi classificado como amostra não-plástica, apesar de apresentar porcentagem considerável de partículas finas.O solo natural de Goiânia utilizado neste trabalho foi classificado pelas metodologias SUCS, TRB e MCT, respectivamente, em argila de baixa compressibilidade (CL), solo argiloso (A-7-6) e solo argiloso laterítico (LG’).

Percebeu-se que ao acrescentar porcentagens de finos ao solo, houve um drecréscimo de peso específico seco máximo.As três misturas (solo+resíduo) foram classificadas de acordo com a metodologia MCT, como materiais com comportamento de arenoso laterítico (LA’). Este tipo de material é muito utilizado em pavimentações de obras víarias. A relação de índices de vazios versus teor de umidade para a amostra ANtotal, mesmo com a apresentação de granulometria fina, ele é um resíduo advindo da produção de agregados, e portanto não há ligações fortes entre os grãos. Assim, com apresentação elevada de índices de vazios. A mistura AN15 foi que obteve o melhor desempenho quando comparada as demais amostras. Em termos de Mini-CBR a amostra de AN15 obteve um valor de 21,42% e expansão de 0,18%. Dessa forma, a associação da amostra de resíduo ao solo natural, neste trabalho, pode ser considerada amostra eficaz e alternativa para o uso em camadas de sub-base e reforço de subleito, de acordo com o que prescreve o Manual do DNIT (2006). No ensaio de sucção verificou-se para a amotra AN15 que para valores de umidade




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similares houve uma variação significativa no valor de sucção. Os resultados do ensaio de RCS mostraram que com o aumento da porcentagem de resíduo houve um decréscimo na tensão de ruptura dos CPs. Segundo os resultados do módulo de resiliência, a amostra analisada, foi classificada como solo com grau de Resiliência intermediário, conforme Figura 20, do Manual de Pavimentação/DNIT. Usado em , sub-base e reforço de sub-leito.

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coninfra 2010 – 4º congresso de infraestrutura de ... · tabela 1. metodologia de...

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