18ª RPU REUNIÃO DE PAVIMENTAÇÃO URBANA

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1 18ª RPU REUNIÃO DE PAVIMENTAÇÃO URBANA São Luís, MA - 18 a 20 de junho de 2012 VIABILIDADE TÉCNICA DO USO DE MISTURAS DE SOLO E PET GRANULADO EM CAMADAS DE PAVIMENTOS Sérgio Ricardo Honório de Assis 1 ; Ricardo Almeida de Melo 2 RESUMO O descarte inadequado de garrafas de politereftalato de etila (PET) pode gerar uma enorme quantidade de resíduos sólidos para o meio ambiente. Neste trabalho, foi estudada a viabilidade técnica do uso de misturas de solo com PET granulado (pelete) em camadas de pavimentos. O solo estudado foi destinado à construção de aterros na obra de duplicação da BR-101/NE, trecho do estado da Paraíba. O pelete foi obtido de uma indústria de reciclagem de garrafas PET existente em João Pessoa. O pelete foi misturado com o solo em proporções de 0,25% a 4%, após as misturas foram submetidas a ensaios de caracterização (granulometria e limites de Atteberg) e resistência mecânica (compactação, índice de suporte Califórnia ISC e resistência à compressão simples). Com o solo puro foram realizados os mesmos ensaios. Os resultados obtidos para granulometria e limites de Atteberg foram satisfatórios, assim como os valores do ISC, em especial as misturas com teores de 0,25% e 0,50%, que apresentaram incremento do ISC em relação ao solo puro. Contudo, a resistência à compressão simples das misturas diminuiu com a adição do pelete, semelhante ao que foi observado na literatura. Assim, pode-se concluir que é necessária a continuidade do estudo com realização de ensaios triaxias dinâmicos e obtenção do módulo de resiliência, para que se tenham resultados mais conclusivos sobre a possível a utilização das misturas solo-pele em camadas de pavimento. PALAVRAS-CHAVE: PET granulado, solo, misturas, camadas, pavimento. ABSTRACT The inadequate discard of Polyethylene Terephthalate (PET) bottles can generate a great amount of solid wastes to the environment. In this work, granulated PET and soil mixtures were evaluated to be used on pavement layers. The soil was collected at mineral deposit that it was used for embankment construction of the BR-101/NE highway, in the state of Paraiba. The granulated PET was collected in a PET bottle s recycling plant at João Pessoa. The granulated PET was mixed with soil at rates from 0.25% to 4%, so those ones were subjected to particle size distribution, Atteberg limits, compaction, California Bearing Ratio (CBR) and unconfined compression strength. The same tests were performed with pure soil. The particle size distribution and Atteberg limits results were satisfactory, as well as CBR values, in special with mixtures with granulated PET content from 0.25% and 0.50%, that presented an increment of CBR in relation to pure soil. However, the unconfined compression strength values of soil-granulated PET mixtures decrease when incorporating granulated PET like references has showed. Therefore, it concluded that this study must be continued with performing dynamic triaxial tests and calculating resilient modulus, in order to generate results more conclusive to use soil-granulated PET mixtures on paving layers. KEY WORDS: granulated PET, soil, mixtures, layers, pavement. 1 Sérgio Ricardo Honório de Assis. Universidade Federal da Paraíba, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. Campus I Cidade Universitária , João Pessoa, Paraíba. ( sergioricardo92@ymail.com) 2 Ricardo Almeida de Melo (Autor correspondente). Idem. ( ricardo@ct.ufpb.br)

2 INTRODUÇÃO A sociedade tem discutido amplamente o conceito de desenvolvimento sustentável, pois o desenvolvimento proporcionado pelas atividades humanas gera uma enorme quantidade de resíduos. Esses resíduos quase sempre são descartados de forma inadequada na natureza, o que pode comprometer o meio ambiente. Diante disso, diversas pesquisas têm sido desenvolvidas com o intuito de promover a reutilização, a reciclagem e a reaplicação de resíduos. Dentre os tipos de resíduos perigosos ao meio ambiente citam-se os resíduos plásticos, que podem causar impactos ambientais negativos devido ao longo processo de decomposição, bastante demorado, podendo levar até cem anos. A produção mundial de resíduos plásticos é da ordem de 24 milhões de toneladas (ROMÃO et al., 2009). O politereftalato de etila (PET) é um dos tipos de plástico caracterizado por ser um material resistente para fabricação de garrafas, frascos e embalagens para refrigerantes, além de proporcionar alta resistência química em contato com outros agentes agressivos (ABIPET, 2011). O Brasil é um grande consumidor deste material e apresenta destaque mundial no âmbito da reciclagem do PET. Existem várias formas de reciclagem, uma delas ocorre quando o material é submetido à trituração, permitindo diversas aplicações com maior concentração nos produtos têxteis. É interessante verificar a viabilidade técnica do uso do resíduo em obras rodoviárias, principalmente ao fato de que apesar dos bons índices do Brasil na reciclagem do PET, os plásticos ainda constituem uma classe de materiais com menor índice de reciclagem (SANTOS et al., 2004). Prasad et al. (2009) verificaram os efeitos de adição do resíduo plástico com solo característico da região e com cinza volante, na construção de camadas de sub-base em pavimentos flexíveis, onde obtiveram incremento do índice de suporte Califórnia (ISC). Choudhary et al. (2010) observaram os efeitos da adição do resíduo para melhoria de subleito, pavimento de baixo custo e superfície de talude, com teores variando de 0,25 a 4%, onde, também verificou-se melhorias significativas nos resultados do ISC. Esses estudos comprovaram a viabilidade de emprego do resíduo PET em obras rodoviárias, como reforço em camadas de pavimento. Com base nisso, a pesquisa procurou determinar as propriedades físicas e mecânicas de misturas de solo e PET granulado, de forma a verificar a viabilidade técnica para emprego em camadas de pavimento. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA As possibilidades de aplicação PET reciclado são variadas: em fibras sintéticas, embalagem de alimentos, tubos, laminados e chapas (ABIPET, 2010). Em obras rodoviárias, o uso de resíduo de PET (pelete) pode misturado com materiais usados em pavimentação e aplicado em aterros, reforço de subleito, sub-base e revestimento (Prasad et al., 2009; Choudhary et al., 2010; Graettinger et al., 2005; Consoli et al., 2002; Vasudevan et al., 2005; Kamada e Yamada, 2002). Ou ainda, a aplicação em fundações rasas de edificações com o intuito de aumentar a resistência do solo (Babu et al., 2010). Como exemplo citamos Prasad et al. (2009), que reforçaram o solo com o resíduo na forma de fibras na construção de pavimentos flexíveis em camadas de sub-base. Os percentuais utilizados foram da ordem de 0,30 e 0,40% de resíduo, em massa e testes de ISC em laboratório foram

3 realizados. Os resultados mostraram um incremento de 8% para 16% com adição de 0,30% de resíduo PET ao solo e de 4% para 10% com adição de 0,40% de pelete com cinza volante. Após, por meio de um trecho experimental, foi construído um pavimento com o material reciclado para ensaios de prova de carga. Verificou-se a viabilidade de uso do resíduo para a construção desse tipo de pavimento como material alternativo de reforço frente aos solos típicos da Índia utilizados. Choudhary et al., (2010) também estudaram misturas solo-pelete na forma de fibras, com teores entre 0,25 a 4% e em dimensões distintas. O ISC para solo sem pelete é da ordem de 20%, porém observa-se incrementos do ISC para 55%, em função do teor e dimensão da fibra de pelete. Dessa forma, os autores constatam que as misturas solo-pelete são viáveis para a construção de obras rodoviárias de baixo custo, com aplicações em aterros e camadas de pavimentos. No Brasil, pode-se citar o estudo de Pinto et al. (2010), onde parte do material utilizado, solo destinado à construção de aterros, foi substituído por frações de pelete e o comportamento das misturas foi analisado. Verificaram-se os efeitos positivos da adição de pelete em solo quanto à melhorias do ISC, superior ao valor mínimo especificado para a utilização em aterros, 2%. Consoli et al., (2002) estudaram misturas solo-pelete e solo-pelete-cimento, nas quais foram constatadas aumento da resistência mecânica. Neste trabalho foi realizada a substituição de frações de amostra de solo por pelete, como concepção de material alternativo para utilização na construção de aterros, nas obras de duplicação da BR-101/NE, trecho do estado da Paraíba. A norma específica para aterros é a DNIT: ES 108/2009. A Tabela 1 mostra as especificações necessárias para utilização de um solo na construção de aterros. Tabela 1 Especificações DNIT: ES 108/2009 (aterros). Corpo do aterro Camada final ISC (%) 2 6 (em pelo menos uma alternativa de material disponível) Expansão (%) 4 2 Como mostra a Tabela 1, o aterro é constituído pelo corpo do aterro e camada final. O corpo do aterro é a parte situada sobre o terreno natural até 60 cm abaixo da cota correspondente ao greide de terraplanagem, enquanto que a camada final é a parte constituída de material selecionado, com base em preceitos técnico-econômicos, com 60 cm de espessura, situada sobre o corpo de aterro ou sobre o terreno remanescente de um corte e cuja superfície é definida pelo greide de terraplanagem. (DNIT: ES 108/2009). O trabalho ainda verifica se há melhorias nas propriedades que permitam que a mistura solopelete possa ser usada em camadas do pavimento, como reforço do subleito ou sub-base. MATERIAIS UTILIZADOS Nesta pesquisa, foi utilizado solo local destinado à construção de aterros da obra de duplicação da BR-101.O pelete foi obtido em indústria de reciclagem de garrafas PET existente no estado. Os materiais estudados podem ser observados na Figura 1.

4 As amostras estudadas foram misturas de solo com pelete, em proporções de 0,25%; 0,50%; 1%; 2% e 4%. ENSAIOS REALIZADOS Figura 1 Pelete e solo usados nesse estudo Foram realizados ensaios de caracterização física e mecânica, todos regidos pelas normas vigentes, como complementação dos ensaios realizados por Pinto et al (2010). Os ensaios realizados com os materiais foram granulometria, limite de liquidez e limite de plasticidade (DNER ME 051:1994, 122:1992, 082:1994). As misturas solo-pelete foram submetidas aos ensaios de compactação, ISC e resistência à compressão simples (ABNT: NBR 7182/86; NBR 9895/87; NBR 12770/92). Os ensaios foram realizados no Laboratório de Geotecnia e Pavimentação, LAPAV, na UFPB. RESULTADOS E ANÁLISES A Tabela 2 mostra os resultados obtidos dos ensaios de granulometria, limites de liquidez e de plasticidade (Pinto et al., 2010). Tabela 2 Resumo de granulometria e de limites de consistência. Granulometria, LL, LP Solo puro (%) Pelete (%) Pedregulho (d>2,00 mm) 1 22 Areia Grossa (0,42mm<d 2mm) Areia Fina (0,074mm<d 0,42mm) 51 6 Silte + Argila (d 0,074mm) 19 0 Total Areia Total (entre a Pen Nº 10 e a 200) Limites de liquidez 26 - Limite de plasticidade 17 - Índice de plasticidade IP = LL LP 9 - Fonte: Adaptado de Pinto et al. (2010) Com os resultados da tabela 2, o solo foi classificado segundo o Transportation Research Board (TRB), o qual foi denominado como A-2-4. Assim, é permitido constatar que o solo consiste

5 em uma areia siltosa ou argilosa, que pode apresentar de bom a excelente comportamento em subleito (DNIT, 2006). Ainda com relação à textura dos materiais, as curvas granulométricas para o solo puro e o pelete foram determinadas (Pinto et al., 2010), conforme mostra a Figura 2. Figura 2 Curva granulométrica do solo puro e pelete. Fonte: Adaptado de Pinto et al. (2010). Pode-se observar na Figura 2, a curva granulométrica para o pelete apresenta reduzida quantidade de finos, em comparação ao solo puro. Após, o pelete foi misturado com o solo nas proporções de 0,25 a 4% e as misturas foram submetidas aos ensaios de compactação, na energia normal. Os resultados estão na figura 3. Figura 3 Curvas de compactação para o solo puro e misturas solo-pelete. Foram obtidos os valores da massa específica aparente seca máxima e o teor de umidade ótima. Os mesmos podem ser vistos na Tabela 3, para cada uma das amostras estudadas.

6 Tabela 3 Resultados obtidos das curvas de compactação. Quantidade de pelete (%) Umidade ótima (%) Massa específica aparente seca máxima (t/m 3 ) 0 12,0 1,92 0,25 12,6 1,91 0,50 12,8 1, ,0 1, ,8 1, ,0 1,86 De acordo com os resultados apresentados na Tabela 3, percebe-se uma tendência de redução da massa específica aparente seca máxima com incremento do teor de pelete. Essa tendência podia se esperar, visto que o solo é um material mais denso que o pelete. Assim, a densidade da mistura se adequa às densidades de cada material que a compõe. Ainda de acordo com a Tabela 3, percebe-se pequena variação nos valores de umidade ótima, diferentemente de Babu et al. (2010), que verificaram que os valores da massa específica seca e a umidade ótima se mantiveram praticamente constantes após a mistura do pelete com o solo. Após, a partir dos resultados da compactação, foram realizados os ensaios de ISC (DNER ME 049:1994) para as misturas. Para cada teor foram realizados três repetições, de forma a permitir análise estatística de resultados. Os resultados dos ensaios são mostrados na tabela 4. Tabela 4 Valores obtidos para ISC (%) Amostra Amostra Amostra ISC médio , , Quantidade de pelete (%) ISC min adotado De acordo com os resultados apresentados na Tabela 4, verifica-se uma tendência de crescimento do ISC a partir do teor 0,25% de pelete na mistura; entretanto pode-se constatar redução dos valores a partir do teor de 2%, como verificado no estudo de Choudhary et al. (2010). Para se trabalhar a favor da segurança, decidiu-se adotar os valores mínimos de cada teor nos índices de ISC. Ainda, a expansão das amostras foram medidas durante os ensaios de ISC. Entretanto, devido a erros de medição, apenas duas medidas foram obtidas para cada amostra. Os resultados são apresentados na Tabela 5. Analisando-se os resultados das Tabelas 4 e 5, segundo DNIT: ES 108/2009 e ES 138/2010 para a execução do serviço de reforço do subleito, verifica-se que todas as amostras atendem a especificação, que exige ISC > 2% e expansão 2%, exceto a amostra com 4% de pelete.

7 Tabela 5 Expansão obtida para solo puro e misturas solo-pelete. Quantidade de pelete Amostra 1 (%) Amostra 2 (%) (%) 0 0,2 0,0 0,25 0,2 0,1 0,50 0,0 0,1 1 0,1 0,1 2 0,1 0,1 4 0,1 0,0 Ainda, as amostras foram submetidas aos ensaios de resistência à compressão simples (DNER IE 004:1994 e NBR 12770:1992). Baseando-se na literatura consultada (Babu et al. 2010; Consoli et al. 2002), verifica-se a importância desse tipo de ensaio na investigação do comportamento do solo ao se adicionar resíduos plásticos. A Tabela 6 e a Figura 4 mostram os resultados obtidos especificando a resistência à compressão simples e a deformação específica correspondente. Tabela 6 Resistência à compressão simples ( m ) e deformação específica ( ) para as misturas solo-pelete. Quantidade de pelete (%) σ m (KPa) ε (%) ,4 0, ,0 0, , , , ,8 Como se pode observar na Tabela 6 e Figura 4, a resistência à compressão simples das misturas diminui com o aumento do teor de pelete. No estudo de Babu et al. (2010), os resultados obtidos foi da ordem de 65 KPa para solo puro e 113 KPa para mistura de solo com teor de pelete de 1%, indicando um incremento da resistência à compressão simples diretamente proporcional à adição de pelete ao solo. Quanto à deformação específica, os resultados mostram que não é possível definir uma relação em função do teor de pelete na mistura. Desse modo, pode-se constatar que esses resultados são insatisfatórios e que, segundo a literatura consultada (Babu et al., 2010; Consoli et al., 2002), podem estar relacionados ao tipo de solo, à textura granular do pelete e, principalmente, ao tipo de análise realizada, pois no ensaio de resistência à compressão simples a amostra não é confinada. Assim, para que possam ser obtidos resultados mais satisfatórios para verificar a viabilidade de misturas solo-pelete em camadas do pavimento, ensaios triaxiais dinâmicos devem ser realizados, bem como o uso de pelete em forma de fibras.

8 Figura 4 Resistência à compressão simples e deformação específica em função do teor de pelete nas misturas CONSIDERAÇÕES FINAIS De acordo com os resultados obtidos em ensaios de ISC e expansão, a adição de pelete pode trazer melhoria as propriedades do solo, os quais corroboram com a literatura consultada (Prasad et al., 2009; Choudhary et al., 2010) e com as especificações das normas vigentes. Contudo, os resultados insatisfatórios obtidos no ensaio de resistência à compressão simples não permite concluir que as misturas solo-pelete podem ser usadas em camadas de pavimento. Assim, sugere-se a realização de ensaios triaxiais dinâmicos e obtenção do módulo resiliente, de forma a se obter resultados mais conclusivos sobre a adição de pelete em misturas com solo para uso em camadas de pavimento. De qualquer forma, pode-se considerar o trabalho segue a atual tendência de busca de materiais alternativos para pavimentação. REFERÊNCIAS ABIPET Associação Brasileira da Indústria do PET. < acesso em dezembro de ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12770/92: Solo coesivo Determinação da resistência à compressão não confinada. Rio de Janeiro, BABU, G. L. S., CHOUKSEY, S. K.. Stress strain response of plastic waste mixed soil. Waste Management (2010), doi: /j.wasman

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