UTILIZAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS HÚMICAS NA REMEDIAÇÃO DE SOLOS

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1 UTILIZAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS HÚMICAS NA REMEDIAÇÃO DE SOLOS Aluna: Ana Luiza de Almeida Stauffer Orientador: Eduardo de Albuquerque Brocchi Co-orientadora: Gricel Portillo I. Introdução: Esse projeto visa o estudo de substâncias húmicas que podem ser obtidas a partir de materiais carbonosos reaproveitados de rejeitos da mineração do carvão. Está sendo visada a utilização das substâncias em áreas degradadas com o objetivo de recuperação das mesmas, assim como a melhoria do solo quanto a sua possibilidade de erosão. Em geral, as SH s são compostas por três frações: ácido húmico (AH), fração insolúvel em soluções aquosas com ph < 2 e solúvel em valores mais elevados de ph; ácido fúlvico (AF), fração solúvel em água sob quaisquer condições; e humina, fração insolúvel em água em quaisquer valores de ph. O projeto envolve a realização de ensaios especificados em normas da ABNT voltados para a avaliação da erosão de solos. Os corpos de prova serão preparados sem e com a adição de SH s em diferentes concentrações (de 0% a 5%). Estas SH s estão sendo preparadas em outra etapa do projeto, através da utilização de material oriundo de uma usina de beneficiamento de carvão mineral. II. Objetivo: Avaliar o comportamento de corpos de prova contendo diferentes concentrações de substâncias húmicas no que diz respeito à resistência dos mesmos quanto à erosão e com isso estimar se é possível a remediação de solos através da utilização destas substâncias. II. Metodologia: Ensaio de Furo de Agulha (Pin-hole): Método para obtenção de uma medida direta e qualitativa da dispersabilidade de solos argiloso pelo fluxo de água destilada através de um pequeno furo feito axialmente, através do corpo-de-prova. A natureza da solução que flui do corpo de prova com imposição de uma diferença de carga hidráulica inicial de 50mm, fornece a diferenciação básica entre argilas altamente dispersivas e nao dispersivas. O relatório desse ensaio deve incluir as seguintes informações: Teor de umidade da amostra anterior à preparação do corpo-de-prova Tempo de cura (se for o caso) Teor de umidade e massa específica aparente seca do corpo-de-prova Curva vazão (metros cúbicos por segundo) versus tempo (em segundo, sendo esse tempo correspondente a media do intervalo de medição) Curva vazão media (metros cúbicos por Segundo) versus logarítimo da carga hidráulica (milímetros) Esboço do corpo-de-prova e medidas do diâmetro do furo no final do ensaio Classificação do corpo-de-prova quanto a dispersividade Para argilas altamente dispersivas o efluente será turvo e o furo feito no corpo de prova alargará rapidamente resultando em um aumento de vazão. Em argilas não dispersivas, o

2 efluente será límpido e o furo permanecerá inalterado, ao passo que em argilas leves a moderadamente dispersivas o furo e a vazão também não se alterarão, porém o efluente resultará levemente turvo. Aparelhagem: Corpo de prova compactado Aparelho para ensaio de furo de agulha Tanque para fornecimento de água destilada a carga constante Provetas graduadas Telas de arame de formato circular de malha menor que 2mm Agulha Molde Areia grossa passada na peneira de 4,8mm e retida na peneira de 2mm Cronometro Dispositivo para medir as diferenças de carga hidráulica Peneira de abertura de malha de 2mm Balança Paquímetro Figura 1

3 Metodologia MCT: Para a caracterização de um solo segundo a metodologia MCT é necessária a realização de ensaios de laboratório em que são moldados corpos de prova que são obtidos pela execução do Ensaio de Compactação Mini- MCV. Este ensaio permite a obtenção dos coeficiente classificatórios c e d. Outro ensaio realizado no corpo de prova obtido pela compatação Mini-MCV é o Ensaio de Perda de Massa por Imersão. A execução deste ensaio permite a obtenção do coeficiente classificatório e, calculado em função da perda de massa por imersão assim obtida. Dispondo-se dos coeficientes classificatórios obtidos nos ensaios de Ensaio de Compactação Mini- MCV e Ensaio de Perda de Massa por Imersão é possível classificar- se uma solo segundo a Metodologia MCT, bastando para tanto a localização do ponto de coordenas c e e no Ábaco Clasificatório próprio desta metodologia mostrado na figua a seguir. Figura 2 Compactação: Após aplicado um golpe inicial de um peso padrão caindo de um altura também padronizada, mede-se a altura Ai (altura inicial) do corpo de prova. Em seguida aplica-se uma série crescente de golpes, de acordo com a seguinte seqüência: 2, 3, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 96, 128, 192 e 256, fazendo-se as leituras da alturas Af (altura final) ao final de cada série de golpes. Quando a diferença de altura observada entre duas séries de golpes sucessivas for menor do que 0,1 mm, o número de golpes atingir 256 ou observar-se expulsão de água do corpo de prova interrompe-se a compactação. Repete-se esse procedimento para os diferentes teores de umidade. O procedimento permite a plotagem da família de curvas de compactação de um mesmo solo, ou seja, o comportamento de sua massa específica aparente seca máxima, em função da umidade, para os diversos níveis de energia representados pela série de golpes aplicados.

4 A inclinação da parte retilínea do ramo seco da curva de compactação correspondente a energia aplicada por 12 golpes na compactação Mini-MCV, medida nas adjacências da massa específica aparente seca máxima, é o coeficiente d. A determinação deste coeficiente é realizada no segmento da curva de compactação que apresenta-se reto, nas proximidades do ponto de máxima massa aparente específica seca. Com os dados obtidos com a exução do Ensaio de Compactação Mini-MCV é também possível construir um gráfico, de escala semi-logarítmica, onde representa-se as diferenças de altura dos corpos de prova em função do número de golpes aplicados, formando as chamadas curvas de deformabilidade ou curvas Mini-MCV. É apartir dessas curvas que obtem-se o coeficiente c : a cada teor de umidade de compactação, corresponde uma curva de deformabilidade; o coeficiente angular, dado pela inclinação da parte retilinea de cada uma delas, é denominado de coeficiente c. Quando a curva de deformabilidade não apresen- ta parte retílinea, traça-se uma tangente à mesma no ponto em que ela é cortada pela linha horizontal y = 2 mm; o coeficiente angular desta tangente é o c. Para argilas ou solos argilosos, o coeficiente c varia pouco em função da umidade. Nos solos siltoso ou arenosos o valor de c apresenta significativas variações. Para efeitos classificatórios, na obtenção do coeficiente c fixa-se a curva cujo Mini-MCV = 10. Como, na prática, os resultados dos ensaios dificilmente permitem o cálculo de c diretamente, torna-se necessário proceder-se uma interpolação gráfica para obter-se esse valor (NOGAMI e VILLIBOR, 1980). O coeficiente c tem boa correlação com a granulometria do solo. Valores elevados de c (acima de 1,5) caracterizam argilas e solos argilosos. Valores intermediários de c (1,0< c < 1,5) podem representar o comportamento de areias siltosas, areias argilosas, argila siltosas e argila arenosas. Valores de c baixos (<1,0) são característicos de areias e siltes não plásticos. Imersão: Para a obtenção do coeficiente e, além do coeficiente d, é necessária a determinação da porcentagem de perda por imersão (PI) do corpo de prova submetido a este ensaio. A determinação do comportamento do corpo de prova resultante da compactação Mini-MCV, quando deslocado aproximadamente 1 cm de dentro do cilindro e submerso horizontalmente em água, foi adotada como procedimento classificatório na metodologia MCT. A figura a seguir mostra, esquematicamente, o cilindro que contém o corpo de prova posicionado para a determinação do seu percentual de perda de massa por imersão.

5 Figura 3 Após um tempo mínimo de 12 horas, recolhe-se o material eventualmente desprendido do corpo de prova em imersão e, após seco, determina-se sua massa em relação à massa total. Levando-se em consideração também o aspecto do material que se desprendeu assim como do remanescente, calcula-se a valor da perda de massa característica do solo para cada teor de umidade através da seguinte expressão: Pi = (Md/Ms) x f x 100 Onde: Md= massa que se desprende; Ms = massa seca da parte saliente do corpo de prova que se ensaiou; f = fator igual a 0,5 no caso de haver desprendimento em blocos completos coesos da parte extrudada e igual a 1,0 para o restante dos casos. A partir dos valores calculados de perda por imersão para cada teor de umidade, obtém-se a curva Mini-MCV x Pi. O Pi a ser adotado para fins de classificação do solo é obtido nesta curva, para valores de Mini MCV igual a 10 ou 15, dependendo se a massa específica aparente for considerada baixa ou alta. Ela será considerada baixa quando o corpo de prova de 200 gramas tiver uma altura superior a 48 mm para um Mini-MCV igual a 10 e, por outro lado, alta para uma altura do corpo de prova inferior a 48 mm. O cálculo do valor característico da perda de massa por imersão de um solo, conforme apresentado acima, em conjunto com o valor do coeficiente d, permite a determinação do segundo coeficiente classificatório necessário para enquadramento de um solo no ábaco da Classificação MCT. Este coeficiente, chamado e, é expresso pela equação seguinte: e' = (pi/ /d )1/3

6 Onde: Pi = perda de massa por imersão (%) d' = coeficiente angular do trecho reto da curva de compactação correspondente a 12 golpes. O coeficiente e indica se um solo apresenta comportamento laterítico ou não laterítico. Observando que o comportamento laterítico do solos manifesta-se quando d > 20 e Pi < 100, os autores da metodologia estabeleceram uma linha horizontal correspondente a e = 1,15. Esta linha é representada no ábaco da Classificação MCT por uma linha tracejada e separa os solos de comportamento laterítico ou não laterítico. Através das variáveis c e e é possível utilizar o gráfico classificatório da Figura 2 o para definição do grupo a que pertence o solo ensaiado. Existem algumas exceções, como nos seguintes casos: a) Quando o ponto do gráfico situa-se próximo ao limite das classes L e N, deverão ser considerados os critérios abaixo:! Laterítico (L) quando o Pi decrescer para valores muito pequenos ou zero no intervalo de Mini-MCV de 10 a 20, e a curva Mini-MCV = f (teor de compactação) possuir concavidade para cima no intervalo de 1 a 15. Será classificado como N caso o Pi apresente- se de forma diferente e a curva citada anteriormente mostrar-se muito retilínea ou possuir concavidade voltada para baixo;! Transicional quando o Pi decresce no intervalo de Mini-MCV variando de 10 a 20 e a curva de Mini-MCV = f (teor de umidade de compactação) é retilínea, isto é, as condições não correspondem as descritas no item acima. Nestes casos serão representados pelos símbolos dos grupos adjacentes. b) Quando os pontos que representam as amostras de solos ficam localizados longe dos limites das classes L e N e não atendem as condições exigidas no item a citado, deve-se colocar o grupo obtido em função do ponto classificatório com o sinal de interrogação. A primeira contribuição ao projeto foi na confecção de corpos de prova de diferentes concentrações de substâncias húmicas para os futuros ensaios. Posteriormente, foram realizados ensaios de MCT. Nesse ensaio, é colocada cerca de 200g de solo com substância húmica (ou não, para comparar) em um cilindro dentro de um aparelho e são dadas uma série de golpes (tabelados na Norma). Com isso, é anotado o quanto o solo "desce" depois de cada golpe (ou série de golpes). Com esses valores um gráfico é feito. Em seguida, o corpo de prova é coletado e é colocado 1cm de solo para fora do cilindro em que ele se encontra. Depois, o mesmo solo é colocado em uma bacia com água até que o solo que estava para fora saia. Com isso, os estudos são feitos baseados na Norma. Após aplicado um golpe inicial de um peso padrão caindo de um altura também padronizada, mede-se a altura Ai (altura inicial) do corpo de prova. Em seguida aplica-se uma série crescente de golpes, de acordo com a seguinte seqüência: 2, 3, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 96, 128, 192 e 256, fazendo-se as leituras das alturas Af (altura final) ao final de cada série de golpes. Quando a diferença de altura observada entre duas séries de golpes sucessivas for menor do que 0,1 mm, o número de golpes atingir 256 ou observar-se expulsão de água do corpo de prova interrompe-se a compactação. Repete-se esse procedimento para os diferentes teores de umidade. O ensaio que teve maior ocorrência foi o de "Furo de agulha" (Pinhole). Nesse ensaio,

7 um corpo de prova de 38,1mm de altura e diâmetro de 35,7mm é colocado dentro de um cilindro de 100mm de comprimento e 35,7mm de diâmetro interno. Em cada lado é colocada uma tela de arame em formato circular com abertura de malha de no máximo 2mm e são deixados 6,5mm de cilindro livre de um lado do corpo de prova e o resto do outro lado. Depois, é feito um furo com uma agulha de 1mm de diâmetro por todo o comprimento do corpo de prova para que a água possa percolar. Depois, cada lado é completado com pedrinhas (peneiradas, sem finos). Em seguida, o cilindro é fixado em duas bases com parafusos para que ficar bem justo. Depois, o mesmo é conectado a um reservatório com água através de uma mangueira e as alturas entre o começo da altura da coluna de água dentro do reservatório e a altura do corpo de prova são variadas (5cm, 18cm, 38cm, 102cm respectivamente). O registo de água é aberto e começa a sair água pelo corpo de prova. Para cada altura são medidas as diferentes vazões durante 5 minutos anotando o valor de cada minuto. Para isso uma balança foi utilizada (para uma mais fácil leitura) e um cronômetro também: a cada 60 segundos, era anotado o valor obtido na balança. Além disso, de acordo com a cor do flúido que sai do corpo de prova, é possível caracterizar o efluente como claro, escuro, levemente claro, etc. (Para fins de estudo de acordo com a Norma) Além desses ensaios é importante citar a participação em: separação dos solos, medição de umidade dos mesmos, entre outros. IV. Resultados experimentais e discussão: No ensaio de Furo de Agulha, pôde ser observado que com porcentagens baixas ou nulas de substância húmica (SH), o solo mostra um comportamento instável, diminuindo a vazão quando se aumenta a altura (o que pode ter acontecido pelo fato do aparelho ter entupido com a erosão do solo) e deixando sair um flúido escuro, mostrando que o solo estava sendo erodido. Aumentando-se a concentração, foi notado que o solo erodia menos (efluente era claro ou levemente escuro) e a vazão se comportava da maneira esperada: aumentava quando aumentava-se a altura. O experimento foi repetido 3 vezes quando foi testado um corpo de prova misturado com 1% de SH comercial (desenvolvida em laboratório) porque não foram obtidos resultados esperados. Nesse caso, como a substancia húmica era difícil de misturar (não formava uma mistura totalmente homogênea), o corpo de prova ficava com uns pontos de SH concentrada enquanto que outros sem SH, os resultados mostraram que logo na primeira altura o solo ja erodia e o aparelho ja entupia parando totalmente de sair fluido. Vale ressaltar que corpos de prova ensaiados depois de 1 ano de sua confecção mostraram resultados mais eficazes quanto à melhoria do solo. Ou seja, solos em que a SH agiu por mais tempo se mostraram mais resistentes a esse tipo de ensaio, o que nos da uma primeira impressão de que de fato a substância húmica pode ajudar na recuperação de solos. V. Conclusão: Conclui-se, preliminarmente, que a adição de SH s pode se tornar uma alternativa eficiente na recuperação de solos degradados. Porém, a realização de outros ensaios são necessários e estão sendo realizados com o intuito de confirmar tal tendência, assim como de permitir um estudo mais abrangente sobre outros aspectos pertinentes ao tema. Referências: NBR 14114, ABNT - Solo Solos argilosos dispersivos - Identificação e classificação por

8 meio do ensaio do furo de agulha (pinhole test) CHAVES, F.J., 2000, Caracterização Geotécnica de Solos da Formação Barreiras da Região Metropolitana de Fortaleza para Aplicação em Obras Rodoviárias. Tese de M.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. NOGAMI, J.S., VILLIBOR, D.F., 1980, Caracterização e Classificação Gerais de Solos para Pavimentação: Limitações do Método Tradicional, Apresentação de uma Nova Sistemática. In: 15a Reunião Anual de Pavimentação, pp , Belo Horizonte, MG, Agosto. SÓRIA, M.H.A., FABBRI, G.T.P., 1980, O Ensaio Mini-MCV Um Ensaio de MCV, Moisture Condition Value, cm Corpos de Prova de Dimensões Reduzidas. In: 15a Reunião Anual de Pavimentação, pp , Belo Horizonte, MG, Novembro.