Orientadora: Michéle Dal Toé Casagrande Co-orientadora: Nathalia dos Santos Lopes Louzada. 1) Introdução

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1 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.

2 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 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.

3 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 Descrição morfológica do solo do Campus Experimental II.

4 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

5 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. 3.3) Mistura do solo com PET Figura 3.5 Máquina PKM. 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.

6 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 ) 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).

7 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 ) 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 Curva granulométrica do solo argiloso.

8 Percentual Passado (%) Percentual Retido (%) A curva granulométrica do pó de PET é apresentada na figura Curva Granulométrica ,01 0, Diâmetro dos Grãos (mm) Pó de PET Figura 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 e NBR (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.

9 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 (w otm ) e o peso especifico aparente seco máximo (y dmax ) 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.

10 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 (y d ). 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 w otm e y dmax 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 ) 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.

11 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.

12 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 (min 0,5 ) foi representada graficamente. De acordo com Head (1986), deve ser feito a

13 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 t 100 (min 0,5 ) no eixo das abscissas. Logo, com o valor de t 100 (min) se calcula a velocidade de cisalhamento. Onde: Para o teste do triaxial drenado, a expressão usada (Head, 1986) foi a seguinte: ε f L v = 100 t f v : velocidade máxima de cisalhamento em mm/min; L: Altura do corpo de prova em mm; ε f : estimativa da tensão axial na falha em %; t f : tempo minimo da falha em minuto. O valor do t f para esse tipo de teste triaxial é dado por 8,5 vezes o valor de t 100. Entretanto se o tempo é menor do que 120 min Head (1986) propôs usar um valor mínimo de t f de 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 t f = 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 )

14 Δσ (KPa) Onde: α = c. cos (φ ) 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 (σ d ) e variação volumétrica (ε v ) versus tensão axial (ε v ) são apresentadas, que correspondem ao triaxial (CID), teste realizado no solo argiloso e na mistura C90P10 com tensão confinante de 50, 150 e 300kPa Curva Tensão x Deformação Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (300kPa) ɛa (%) Solo Argiloso (150kPa) S90P10 (50kPa) Figura 4.5 Curva Tensão x Deformação.

15 Δσ (KPa) ɛv (%) Def vol x Def axial Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (300kPa) ɛa (%) Solo Argiloso (150kPa) C90P10 (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 C80P Curva Tensão x Deformação Figura 4.7 Curva Tensão x Deformação. ɛa (%) Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (150kPa) Solo Argiloso (300kPa) S80P20 (50kPa)

16 Δσ (KPa) ɛv (%) Def vol x Def axial Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (300kPa) ɛa (%) Solo Argiloso (150kPa) C80P20 (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) Curva Tensão x Deformação Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (300kPa) ɛa (%) Solo Argiloso (150kPa) C70P30 (50kPa) Figura 4.9 Curva Tensão x Deformação.

17 ɛv (%) Def vol x Def axial Solo Argiloso (50kPa) Solo Argiloso (300kPa) ɛa (%) Solo Argiloso (150kPa) 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

18 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

19 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, HEAD, K. H. Manual of Soil Laboratory Testing: Effective Stress Test. Wiley, 2nd ed., v.3, West Sussex, Inglaterra, p.227, 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, LOUZADA, N. S. L. Experimental Study of Soils Reinforced with Crushed Polyethylene Terephthalate (PET) Residue. Master Dissertation, DEC, PUC Rio, Rio de Janeiro, 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.