Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático

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1 Cristian Chacón Quispe Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático Dissertação de Mestrado Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Orientadora: Michéle Dal Toé Casagrande Rio de Janeiro Março de 2013

2 Cristian Chacón Quispe Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada. Profª. Michéle Dal Toé Casagrande Orientador Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio Prof. Celso Romanel Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio Profª. Karla Salvagni Heineck Universidade Federal do Rio Grande do Sul Profª. Maria Esther Soares Marques Instituto Militar de Engenharia Prof. José Eugenio Leal Coordenador Setorial do Centro Técnico Científico PUC-Rio Rio de Janeiro, 22 de Março de 2013

3 Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e da orientadora. Cristian Chacón Quispe Graduou-se em Engenharia Civil pela Universidade Nacional de Engenharia do Perú (Lima Peru) em Trabalhou em projetos e obras geotécnicas no Peru no período Ingressou no mestrado na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro em 2011, desenvolvendo Dissertação na linha de pesquisa de Geotecnia Experimental aplicada a solos reforçados. Ficha Catalográfica Quispe, Cristian Chacón Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático / Cristian Chacón Quispe ; orientadora Michéle Dal Toé Casagrande f. il. (color.) ; 30 cm Dissertação (mestrado) Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, Inclui bibliografia 1. Engenharia civil Teses. 2. Cinzas de resíduo sólido urbano. 3. Estabilização de solos. 4. Cinza volante. 5. Cinza de fundo. 6. Ensaios triaxiais. I. Casagrande, Michéle Dal Taé I. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. III. Título. CDD: 624

4 Dedico esta Dissertação ao meu pai Darío L. Chacón Iporre que está no céu, minha mãe Marcelina M. Quispe Loayza e meu irmão Edwin F. Ccente Quispe.

5 Agradecimentos A Deus, por ser sempre meu guia em tudo o que eu faço. Ao meu pai, Dario L. Chacón Iporre, que agora está no céu, mas sempre acreditou em mim, em minha capacidade e confiou em mim, sendo seu último filho, para cumprir a promessa de ter ingressado a melhor universidade do Perú, a UNI, e agora acabar um passo mais e ser um futuro mestre numa das melhores universidades do Brasil, PUC-Rio. A minha mãe, Marcelina M. Quispe Loayza, por ser o melhor exemplo que eu tenho na vida, exemplo de esforço e perseverança para conseguir qualquer objetivo proposto. A meu irmão, Edwin Fernando Ccente Quispe, por ser mais que um irmão, um exemplo de vida e com que vou ficar agradecido a minha vida toda. A minha namorada, Leydi Del Rocio Silva Callpa, pela compreensão, carinho e amor em todo momento. A Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro PUC-Rio, e ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, pela oportunidade de estudar nesta prestigiosa instituição. A minha orientadora, Professora Michéle Dal Toé Casagrande, com quem sempre me senti à vontade. Obrigado por ter me aceitado como seu orientado, foi a melhor escolha que eu fiz no ano passado depois de não poder trabalhar com o professor Sayão por seu problema de saúde. Obrigado por me ajudar em todo

6 momento desta pesquisa e por ser mais que uma orientadora, ser uma amiga com quem espero contar a vida toda. A meus amigos do Peru Jhon, Hans, Diego, Joao, Marco, Abraham, Luis, Hugo, Alfonso por suas mensagens de apoio e me cumprimentar com muito afeto cada vez que voltei para Peru nestes dois anos. A todos meus amigos da PUC-Rio, começando por meus amigos da sala 607D, Frank, Nilthson, Phillip, Julio, Fredy, Juliana, Rafael e aos meus amigos da Pósgraduação Alexander, Elvis, Luis Fernando, Eliot Jorge, Gary, Lidia, Manuella, Ingrid, Alena, João e mais pelos momentos de conversa e amizade que vai ficar para a vida toda. Aos professores da Engenharia Civil da PUC-Rio pelas aulas ditadas e os conhecimentos transmitidos durante estes dois anos de mestrado. A Usina Verde S.A. na pessoa do Eng. Jorge Pesce, pelo fornecimento das cinzas utilizadas neste estudo. A pessoal de Iniciação Científica, Phillipe, Tatiana, Paula e Marina, pela ajuda e realização de parte dos ensaios de caracterização desta dissertação. A Monica Moncada pela ajuda, auxílio e disposição fornecida no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente. Aos técnicos do laboratório Amaury, meu grande amigo, e Josué pelo apoio para realizar os ensaios. A CAPES pela oportunidade e financiamento desta pesquisa.

7 Resumo Quispe, Cristian Chacón; Casagrande, Michéle Dal Toé. Comportamento de um solo argiloso estabilizado com cinzas de resíduo sólido urbano sob carregamento estático. Rio de Janeiro, p. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. A gestão dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e seu consequente reaproveitamento ou não é um problema existente no Brasil e no mundo. No Brasil, a produção de energia mediante incineração de RSU ainda está na sua etapa inicial, como por exemplo, com a implantação da Usina Verde no campus da UFRJ, com a consequente produção de subprodutos, como as cinzas volante e de fundo. Este estudo apresenta o comportamento de um solo coluvionar argiloso estabilizado com cinzas de RSU sob carregamento estático, tendo como principal objetivo avaliar a influência destas cinzas misturadas com o solo para possíveis aplicações em obras geotécnicas. Para isso foram realizados ensaios de caracterização física, química e mecânica, como ensaios de compactação Proctor Normal e ensaios triaxiais consolidados isotropicamente drenados (CID), para o solo puro e misturas solo-cinza. Foram avaliadas as influências do teor de cinzas (20%, 30% e 40% de cinza volante e de cinza de fundo), bem como do tempo de cura (30 e 60 dias). Os resultados mostram que todas as misturas solo-cinza apresentam melhores parâmetros de resistência, em comparação do solo puro, onde as misturas solo-cinza volante apresentaram melhores resultados quando comparadas às misturas solo-cinza de fundo. A variação de teor de cinza adicionado ao solo, sem cura, mostra que para maiores teores de cinza volante a coesão diminui e ocorre o contrário com a cinza de fundo. Com relação ao tempo de cura, na maioria dos casos houve melhora do comportamento das misturas solo-cinza em comparação ao obtido sem cura. O teor de cinza (volante ou de fundo), tempo de cura e a tensão de confinamento influenciam na deformação volumétrica das misturas solo-cinza, apresentando menores deformações volumétricas para maiores teores de cinza e maiores tempos de cura. As misturas com 40% de cinza volante e 30% de cinza de fundo apresentaram as melhores características de resistência e poderiam ser utilizadas como estabilizante no solo

8 estudado, cumprindo exigências geotécnicas e ambientais, além de rebaixar os custos de obra e dar um destino mais nobre para as cinzas de RSU. Palavras-chave Cinzas de resíduo sólido urbano; estabilização de solos; cinza volante; cinza de fundo; ensaios triaxiais.

9 Abstract Quispe, Cristian Chacón; Casagrande, Michéle Dal Toé (Advisor). Behavior of clayey soil stabilized with municipal solid waste ashes under static load. Rio de Janeiro, p. MSc. Dissertation Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Management of Municipal Solid Waste (MSW) and its subsequent reuse or not is an existing problem in Brazil and the world. In Brazil, the production of energy through incineration of MSW is still in its initial stage, for example, with the implementation of Usina Verde on campus at UFRJ, with the consequent production of byproducts, such as fly and bottom ashes. This study presents the behavior of a colluvial clayey soil stabilized with ashes from MSW under static load, with the main objective to evaluate the influence of these ashes mixed with the soil for possible applications in geotechnical works. For this characterization were performed physical, chemical and mechanical tests, as Proctor compaction tests Normal isotropically consolidated and drained triaxial (CID) for the pure and soil-ash mixtures. Were evaluated the influence of the ash content (20%, 30% and 40% fly ash and botton ash) and of curing time (30 and 60 days). The results show that all mixtures soil-ash have better shear strength compared to the pure soil, where the soil- fly ash mixtures showed better results compared to mixtures of soil- bottom ash. The variation of the ash content added to the soil, without curing, shows that higher levels of ash the cohesion decrease and the opposite occurs with the bottom ash. Respect to the curing time, in most cases there was as improvement of the behavior of mixtures soil-ash compared to that obtained without curing. The ash content (fly or bottom), curing time and confinement stress influence the volumetric deformation to soil-ash mixtures, showed lower volumetric deformations to higher concentrations of ash and longer curing times. The mixtures with 40% fly ash and 30% bottom ash, showed the best characteristics of strength and could be used as stabilizer in the studied soil, compliance requirements geotechnical and environmental, in addition to lower labor costs and give a nobler destiny for the ashes of MSW.

10 Keywords tests. Municipal solid waste ashes; soil stabilization; fly ash; bottom ash; triaxial

11 Sumário 1 Introdução Relevância e Justificativa da Pesquisa Objetivos Organização do Trabalho 27 2 Revisão Bibliográfica Considerações Iniciais Resíduo Sólido Urbano e seu impacto ao Meio Ambiente Aproveitamento das Cinzas de RSU Estabilização de solos Solo-Cal Solo-Cimento Solo-Cinza de Carvão Considerações Finais 52 3 Programa Experimental Materiais Solo Cinza Volante e Cinza de Fundo Produção das Cinzas de RSU Processo de Incineração Misturas Solo-Cinza Quantidade e Cronograma de ensaios Quantidade de ensaios Métodos e Procedimentos de Ensaio Ensaios de Caracterização Física Densidade Real dos Grãos Limites de Atterberg Análise Granulométrica Ensaios Químicos 70

12 Composição Química Teor de Matéria Orgânica Solubilização e Lixiviação Ensaios de Caracterização Mecânica Ensaios de Compactação Proctor Normal Ensaios Triaxiais Ensaios Triaxiais CID Equipamento utilizado Preparação dos corpos de prova Procedimento de saturação dos corpos de prova Adensamento e Cálculo do t Cálculo da velocidade de cisalhamento e etapa de Cisalhamento Análises de Resistência 84 4 Resultados e Análises Ensaios de Caracterização Física Densidade Real dos Grãos (Gs) Limites de Atterberg Análise Granulométrica Classificação SUCS Ensaios Químicos Composição Química Teor de Matéria Orgânica Ensaio de Lixiviação Ensaio de Solubilização Ensaios de Caracterização Mecânica Ensaios de Compactação Proctor Normal Ensaios Triaxiais CID Influência do tipo de cinza Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento comparando a influência do tipo de cinza Influência do Teor de Cinza 116

13 Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento comparando a influência do teor de cinza Influência do Tempo de Cura Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento comparando a influência do tempo de cura Considerações Finais Conclusões Sugestões para pesquisas futuras 145 Referências Bibliográficas 146

14 Lista de Figuras Figura 2.1 Destinação final de RSU em toneladas por dia. (ABRELPE, 2011) Figura 2.2 Geração de RSU em toneladas por ano. (ABRELPE, 2011) 32 Figura 2.3 (a) Coleta de RSU em toneladas por ano. (b) Destinação final do RSU (ABRELPE, 2011) Figura 2.4 Efeito do teor de cal sobre a resistência a compressão simples para alguns solos tratados com cal e curados por 7 dias. (Inglês & Metcalf,1972) Figura 2.5 Efeito do tempo de cura sobre a resistência a compressão simples para alguns solos estabilizados com cal. (Inglês & Metcalf, 1972) Figura Localização do Campo Experimental II PUC-Rio (Soares 2005) Figura 3.2 Argila utilizada - solo coluvionar Figura Descrição morfológica do perfil do Campo Experimental II da PUC-Rio (Dylac, 1994) Figura 3.4 Cinza Volante de RSU Figura 3.5 Cinza de Fundo de RSU Figura 3.6 Composição do RSU da COMLURB e da Usina Verde (FONTES, 2008) Figura 3.7 Segregação de materiais para reciclagem na Usina Verde (USINA VERDE, 2009) Figura 3.8 Processo de geração de energia elétrica na Usina Verde (USINA VERDE, 2009) Figura 3.9 Etapas do processo de incineração de RSU na Usina Verde S/A (Fontes, 2008) Figura 3.10 Equipamento de EDX do LABEST da COPPE/UFRJ (Vizcarra, 2010) Figura 3.11 Mufla de 440 C usada para as misturas solo-cinza do laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio

15 Figura (a) Caixa leitora de dados; (b) Medidor de Variação de Volume tipo Imperial College; (c) Painel de controle das Pressões; (d) Aplicação de Pressão confinante; (e) Cilindro de Acrílico; (f) Corpode-prova; (g) Válvulas da câmara Triaxial; (h) Controle para início do cisalhamento Figura 3.13 (a) Software CatmanEasy na etapa de cisalhamento, (b) Sistema de aquisição de dados (Ramirez; 2012) Figura Corpo cilíndrico compactado Figura 3.15 (a) Corpo de prova após moldagem; (b) Corpo de prova após aplainadas a base e a topo Figura 3.16 Capsulas com mistura de solo-cinza tirados do moldagem 77 Figura 3.17 Teste de membrana Figura 3.18 (a) Pesagem do corpo-de-prova para montar na prensa triaxial; (b) Verificação da prensa antes do ensaio Figura 3.19 Colocação do papel filtro Figura 3.20 (a) Colocação do corpo-de-prova no equipamento triaxial; (b) Colocação da membrana com ajuda do molde de aço Figura 3.21 Colocação do papel filtro e a pedra porosa no topo do corpo-de-prova Figura 3.22 (a) Fixação da membrana ao corpo de prova com os o-rings; (b) Preenchimento da câmara triaxial com água; (c) Colocação da conexão de pressão confinante Figura 3.23 Diferentes critérios para definição de ruptura. (Head, 1986 apud Dias, 2007) Figura 4.1 Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e cinza de fundo Figura 4.2 Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e misturas com 20%, 30% e 40% de teor de cinza volante Figura 4.3 Distribuição granulométrica do solo, cinza de fundo e misturas com 20%, 30% e 40% de teor de cinza de fundo Figura Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas solo-cinza volante Figura Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas solo-cinza de fundo

16 Figura Curvas tensão e deformação volumétrica versus deformação axial para o solo puro (S100), ensaios de compressão triaxial. (Ramirez, 2012) Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 e SP80CF20 em ensaios de compressão triaxial Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 e SP70CF30 em ensaios de compressão triaxial Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 e SP60CF40 em ensaios de compressão triaxial Figura 4.10 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CV20 e SP80CF Figura 4.11 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP70CV30 e SP70CF Figura 4.12 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP60CV40 e SP60CF Figura 4.13 Corpos de prova de SP80CV20; (a) Amostra cisalhada a 50 kpa; (b) Amostra cisalhada a 400 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40 em ensaios de compressão triaxial Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40 em ensaios de compressão triaxial Figura 4.16 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV Figura 4.17 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial

17 Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 sem tempo de cura e com 30 dias em ensaios de compressão triaxial Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP70CF30 sem tempo de cura e com 30 dias em ensaios de compressão triaxial Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP60CF40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial Figura 4.24 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CV20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias Figura 4.25 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP70CV30 sem tempo de cura e com 30 dias Figura 4.26 Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP60CV40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias Figura 4.27 Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias Figura 4.28 Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP70CF30 sem tempo de cura e com 30 dias Figura 4.29 Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP60CF40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias Figura 4.30 Variação da coesão para diferentes misturas solo-cinza e tempo de cura Figura 4.31 Variação do ângulo de atrito para diferentes misturas solocinza e tempo de cura Figura 4.32 Corpos de prova de SP60CV40 T60d - (a) Amostra cisalhada a 50 kpa; (b) Amostra cisalhada a 200 kpa; (c) Amostra cisalhada a 400 kpa

18 Figura 4.33 Corpos de prova de SP70CF30 sem tempo de cura - (a) Amostra cisalhada a 50 kpa; (b) Amostra cisalhada a 200 kpa; (c) Amostra cisalhada a 400 kpa

19 Lista de Tabelas Tabela 2.1 Municípios Pesquisados por Regiões. (ABRELPE, 2011) Tabela 2.2 Quantidade de RSU Coletada por regiões e Brasil. (ABRELPE, 2011) Tabela Uso potencial de cinza volante de RSU. (Ferreira et al, 2003) Tabela Comparação de diferentes opções para a aplicação de cinza volante de RSU. (Ferreira et al. 2003) Tabela 2.5 Previsão da quantidade de cal em função do tipo de solo. (Inglês & Metcalf, 1972) Tabela 2.6 Cimento requerido por volume para estabilização efetivo de diferentes solos. (Michelli & Freitagi, 1959 apud Das, 2001) Tabela Análise mineralógica (Sertã, 1986) do coluvio (3,0-3,5 m.). 58 Tabela Siglas utilizadas para o solo, cinzas e as misturas Tabela 3.3 Quantidade de ensaios Tabela 4.1 Resultados do ensaio de densidade real dos grãos para o solo, cinza volante e cinza de fundo Tabela 4.2 Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo e misturas solo-cinza volante. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013) Tabela 4.3 Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo e misturas solo-cinza de fundo. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013) Tabela 4.4 Resultados das análises granulométricas Tabela 4.5 Índices para classificação SUCS Tabela Caracterização Física do solo coluvionar do Campo Experimental II da PUC-Rio (Ramirez, 2012 e Quispe, 2013) Tabela 4.7 Análises químicas de capacidade de troca catiônica (CTC) e de ataque sulfúrico (Duarte, 2004 apud Soares, 2005) Tabela 4.8 Análises químicas total em porcentagem em peso (Sertã, 1986) Tabela 4.9 Análises mineralógica (Sertã, 1986)... 93

20 Tabela 4.10 Composição química da cinza volante de RSU (Vizcarra, 2010) Tabela 4.11 Composição química da cinza de fundo de RSU (Vizcarra, 2010) Tabela 4.12 Composição química das misturas solo-cinza volante de RSU Tabela 4.13 Composição química das misturas solo-cinza de fundo de RSU Tabela 4.14 Teor de matéria orgânica do solo, cinza volante e cinza de fundo. (Vizcarra, 2010 e Quispe, 2013) Tabela 4.15 Teor de matéria orgânica das misturas solo-cinza Tabela 4.16 Resultados do ensaio de lixiviação Parâmetros Inorgânicos na Cinza Volante (Vizcarra, 2010) Tabela 4.17 Resultados do ensaio de lixiviação Parâmetros Inorgânicos na Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010) Tabela 4.18 Resultados do ensaio de solubilização Parâmetros Inorgânicos na Cinza Volante (Vizcarra, 2010) Tabela 4.19 Resultados do ensaio de solubilização Parâmetros Inorgânicos na Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010) Tabela 4.20 Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal para o solo e misturas de solo-cinza volante Tabela 4.21 Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal para o solo e misturas de solo-cinza de fundo Tabela 4.22 Resumo de coesão e ângulo de atrito para o SP e as misturas solo-cinza sem tempo de cura Tabela 4.23 Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo argiloso (SP) e as misturas solo-cinza sem tempo de cura Tabela 4.24 Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo (SP) e as misturas solo-cinza sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura

21 Lista de Abreviaturas ABNT ABNT ABRELPE CBR CD CDR CF CH CID COMLURB CTC CV EDX EUA IP LL LP LVDT MMA MVV OL RSU SM SP SP-SC SUCS SW-SC Associação Brasileira de Normas Técnicas Associação Brasileira de Normas Técnicas Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais California Bearing Ratio Adensado e drenado Combustível Derivado do Resíduo Cinza de Fundo Argila arenosa de média plasticidade Consolidado Isotropicamente Drenado Companhia Municipal de Limpeza Urbana Capacidade de troca catiônica Cinza Volante Espectrometría de fluorescêncía de Raios-X Estados Unidos da América Indice de Plasticidade límite de liquidez Límite de Plasticidade Linear Variable Differential Transformer Ministerio de Meio Ambiente Medidores de Variação Volumétrica Argila orgânica de baixa plasticidade Resíduo Sólido Urbano Areias siltosas Solo Puro Areias mal graduadas com argila Sistema Unificado de Classificação dos Solos Areia bem graduada com argila

22 Lista de Símbolos ótm d máx d s Gs e e máximo e mínimo C u Cc D 10 D 50 t f L υ ν a v 1, 3 Teor de umidade ótimo de compactação Peso específico seco aparente máximo Massa específica seca Densidade real dos grãos Teor de umidade Massa específica do solo Massa específica real dos grãos Índice de vazios Índice de vazios máximo Índice de vazios mínimo Coeficiente de uniformidade Coeficiente de curvatura Diâmetro efetivo Diâmetro médio Tempo mínimo de ruptura Altura do corpo de prova Coeficiente de Poisson Velocidade de cisalhamento Relativo a tensões efetivas Polegadas Deformação axial Deformação volumétrica Tensão de cisalhamento Tensões principais, maior e menor σ c Tensão de confinamento efetiva σ d Δσ c Δu Tensão desviadora Acréscimo de tensão confinante aplicado Excesso de poropressão gerado φ Ângulo de atrito c Coesão p (σ 1 + σ 3 )/2 (Tensão efetiva média normal)

23 q E h kpa h i % mm cm C meq t kg H 2 O SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 SO 3 CaO Cl TiO 2 K 2 O P 2 O 5 ZnO Cr 2 O 3 MnO SrO ZrO 2 CuO PbO MgO Na 2 O V 2 O 5 KI (σ 1 σ 3 ) /2 (Tensão de Desvio) Módulo de Young Altura final do corpo de prova. Kilo Pascais Altura inicial do corpo de prova. Porcentagem Milímetro Centímetros Graus centígrados Miliequivalentes Tonelada Kilogramas Água Sílica Alumina Hematita Anidro Sulfúrico Óxido de Cálcio Cloro Dióxido de Titânio Óxido de Potássio Pentóxido de Fósforo Óxido de Zinco Óxido de Crômio (III) Óxido de Manganês (II) Óxido de Estrôncio Óxido de Zircônio Óxido de Cobre (II) Óxido de Chumbo (II) Óxido de Magnésio Óxido de Sódio Pentóxido de Vanádio Iodeto de Potássio

24 KCl H 2 SO 4 NaOH CO 2 ph Cloreto de Potássio Ácido sulfúrico Hidróxido de sódio Dióxido de Carbono Medida da acidez ou basicidade

25 25 1 Introdução 1.1. Relevância e Justificativa da Pesquisa A gestão dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e seu consequente reaproveitamento ou não é um problema existente no Brasil e no mundo. A disposição final das quantidades gigantescas de RSU gerado diariamente é um problema que afeta a todos os setores da sociedade. Segundo a Associação Brasileira das Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (ABRELPE, 2011), que trabalha em cerca de 400 municípios e representa quase 51% da população urbana total do Brasil, no ano 2011 foram gerados quase 178 mil toneladas de lixo domiciliar por dia, o que é ao ano quase 61,9 milhões de toneladas de lixo. Foi 1,8% a mais que do ano 2010, onde o aumento de população foi de 0,9%, metade do lixo a mais gerado no ano 2011, que aumenta a cada ano. Dos 61,9 milhões de toneladas de lixo, 55,5 milhões de toneladas foram resíduos sólidos e destes, 42% tiveram disposição em locais inadequados, como lixões e aterros controlados. Ressalta-se que 10% de todo o lixo que é gerado acaba tendo destino pior em terrenos baldios, córregos, lagos e outros. Visando este problema o estado brasileiro promulgou a nova Lei de Resíduos Sólidos (Lei N , de 2 de Agosto de 2010) onde previa que desde Agosto de 2012, todos os municípios deveriam fazer a entrega de seus planos de gestão de resíduos. Os municípios que perderam o prazo não teriam direito a receber recursos federais e renovar novos contratos com a esfera federal para o setor. Segundo o Ministério de Meio Ambiente (MMA), só 10% das cidades brasileiras concluíram e entregaram esses planos e as novas administrações eleitas, em Outubro de 2012, deverão fazer a entrega desses planos no ano que assumirão seu cargo, em Com o aumento da produção anual de RSU, as preocupações ambientais com os métodos de deposição tradicionais, falta de espaço para instalação de

26 26 aterros sanitários e as novas disposições legais propostas pelo governo brasileiro, são incentivadas novas alternativas de gestão dos RSU, tais como incineração. A incineração é um componente importante da gestão integral de RSU em vários países. O processo de incineração com geração de energia transforma materiais orgânicos em CO 2 e H 2 O, mas gera resíduos orgânicos, a partir de metais ferrosos e não ferrosos. Estes resíduos são classificados como cinza de fundo e cinza volante, o primeiro é o subproduto do processo de combustão, enquanto as cinzas volantes são os resíduos provenientes da câmara de combustão e são recolhidos a partir do reator e filtros. No Brasil, a produção de energia mediante incineração de RSU ainda está na sua etapa inicial, como por exemplo, com a implantação da Usina Verde no campus da UFRJ, com a consequente produção de subprodutos, como as cinzas (volante e de fundo) que, para cada tonelada de RSU que entra no forno, se obtém 120 kg de cinza, que atualmente são dispostas no Aterro Metropolitano Jardim Gramacho, no Município de Rio de Janeiro, e ocupa só 12% do peso que ocuparia o RSU sem ser tratado. Com a presente pesquisa procura-se conhecer a viabilidade do emprego das cinzas obtidas pela incineração de RSU como material estabilizante em obras de terra submetidas a esforços estáticos, através de ensaios experimentais de laboratório. A utilização das cinzas de RSU como material estabilizante pode potencializar a diminuição da exploração de recursos naturais, contribuir com a minimização de passivos ambientais, agregar valor ao resíduo e evitar problemas ambientais, eliminando problemas atuais de disposição de resíduos em lixões e aterros sanitários. A técnica de inserção de materiais alternativos em obras geotécnicas auxilia na diminuição dos custos das obras, incentivando o investimento neste tipo de infraestrutura e atendendo parcelas da sociedade que são menos favorecidas. Para que sejam concebidos novos materiais é relevante que se conheçam as propriedades mecânicas, físicas e químicas dos materiais de constituição e suas possíveis misturas. Esta dissertação faz parte de uma linha de pesquisa que aporta os primeiros conhecimentos, no Brasil, sobre o comportamento de solos estabilizados com cinzas de RSU, sendo que ao verificar que as cinzas de RSU podem ser utilizadas para potencializar sua utilização em projetos de obras geotécnicas (camadas de aterros sanitários, aterros sobre solos moles,

27 27 estabilização de taludes e aterros temporários) se estaria contribuindo na melhora do equilíbrio entre o meio ambiente e sociedade, além de dar um fim mais nobre às cinzas de RSU Objetivos O objetivo principal desta pesquisa é avaliar a influência das cinzas de RSU, provenientes da Usina Verde S.A., como material estabilizante em uma amostra de um solo coluvionar argiloso, para possíveis aplicações em obras geotécnicas. Este objetivo será alcançado através da avaliação do comportamento físico, químico e mecânico do solo e das misturas solo-cinza, estabelecendo parâmetros de comportamento que possam medir a influência da adição da cinza de RSU no solo. De acordo com o objetivo principal descrito, foram estabelecidos os seguintes objetivos específicos: Realizar ensaios de caracterização física e química do solo, das cinzas de RSU e misturas solo-cinza, através de ensaios de laboratório normatizados; Avaliar o comportamento mecânico do solo puro e das misturas com diversos teores de cinza volante e cinza de fundo, através de ensaios de compactação e ensaios triaxiais consolidados isotropicamente drenados (CID), a fim de se obter os parâmetros de resistência ao cisalhamento; Analisar as influências do tipo e teores de cinzas adicionadas ao solo e do tempo de cura nas misturas solo-cinza Organização do Trabalho Este trabalho está dividido em cinco capítulos, iniciando com este capítulo introdutório (Capítulo 1), seguido do Capítulo 2, onde é apresentada uma revisão da literatura existente sobre as cinzas de RSU, o impacto ambiental dos RSU, aproveitamento das cinzas de RSU em projetos geotécnicos e estabilização de

28 28 solos com este tipo de cinza e outros tipos de estabilizadores como cimento, cal e cinzas de carvão. No Capítulo 3 é descrito detalhadamente o programa experimental seguido neste trabalho. Descrevem-se também os materiais utilizados, os equipamentos, os métodos de ensaios e as quantidades e cronograma de ensaios. O Capítulo 4 apresenta os resultados dos ensaios de caracterização física, química e mecânica realizados. Estes resultados são analisados com o fim de procurar uma tendência de comportamento das misturas solo-cinza e compará-lo com o solo. Finalmente no Capítulo 5 são apresentadas as considerações finais baseadas no conhecimento obtido da realização deste trabalho e da análise dos resultados seguido das sugestões para futuras pesquisas.

29 29 2 Revisão Bibliográfica 2.1. Considerações Iniciais O uso de resíduos constitui uma área de estudo em expansão, em diferentes lugares do mundo, principalmente devido às perspectivas de racionalização e conformidade ambiental que o tema envolve. Neste contexto é importante destacar diversos tipos de cinzas como, as cinzas obtidas de queima de carvão, queima de resíduos sólidos urbanos ou outros tipos de resíduos, cinzas de bagaço de cana de açúcar, etc, que podem ser usados como material de reforço para o solo pela apresentação de características pozolânicas na sua estrutura de composição, além de promover mecanismos de melhora e otimização de desempenho de solos em qualquer tipo de aplicação (obras rodoviárias, elementos de fundações, camadas de aterros sanitários, etc). Um caso histórico é apresentado por Cerati (1979, apud Rosa, 2009) onde pode-se destacar o emprego de solo vulcânico para tornar mais resistentes à água as argamassas de cal destinadas ao revestimento de cisternas, na ilha de Santorin, já no século VII a. C. Ainda segundo este autor, pode-se observar que 1936 é a data considerada como marco para a utilização de cinzas volantes provenientes de termoelétricas como agente cimentante no concreto, nos EUA. Cinzas provenientes de incineração de resíduo sólido urbano têm sido estudadas para usos como agentes estabilizantes de solos e em camadas de cobertura de rejeitos (Lee et al apud Rosa, 2009). Misturas contendo esse material vêm se constituindo em alternativas viáveis para essas aplicações, uma vez que suas características físicas, químicas e mecânicas são bastante semelhantes aos das cinzas volantes, por exemplo, a incineração de resíduos sólidos, no Havai, EUA, tem sido realizada com propósitos de geração de energia, esse procedimento visa, principalmente, reduzir o volume total dos resíduos sólidos urbanos.

30 30 É importante o conhecimento de diferentes tipos de usos e novas técnicas da engenharia para reaproveitar as cinzas obtidas da queima de resíduo sólido urbano, para contribuir com novas soluções aos problemas da engenharia, com menor custo e preservando o meio ambiente ao mesmo tempo Resíduo Sólido Urbano e seu impacto ao Meio Ambiente O resíduo sólido urbano (RSU), vulgarmente denominado por lixo urbano, é resultante da atividade doméstica e comercial da população. A sua composição varia, dependendo da situação sócio-econômica e das condições e hábitos de vida de cada um. Esses resíduos podem ser classificados das seguintes maneiras: matéria orgânica, papel e papelão, plásticos, vidro, metais e outros (roupas, óleos de cozinha e óleos de motor, resíduos eletrônicos). Existem também alguns tipos de resíduos diferentes dos comumente encontrados e que são denominados tóxicos. Estes necessitam de um destino especial para que não contaminem o ambiente e os seres que nele habitam, como aerossóis vazios, pilhas, baterias, lâmpadas fluorescentes, restos de medicamentos e outros. Segundo a nova Lei de Resíduos Sólidos (Lei N , de 2 de Agosto de 2010), o lixo deixa de ser lixo para virar resíduos sólidos ou rejeitos. O resíduo sólido é um material valioso para ser usado novamente na cadeia produtiva, ser reaproveitado, reciclado e não mais descartado e o rejeito é o resíduo sólido também, mas depois de esgotadas todas as possibilidades de tratamento e recuperação por processo tecnológico disponível e economicamente viável. Então, existe uma responsabilidade compartilhada com o setor público e privado, sociedade civil, cidadãos e catadores de material reciclável para que façam parte de um mesmo objetivo que é a redução ou reaproveitamento dos resíduos sólidos urbanos; dependerá muito da união de todos para o sucesso ou fracasso da lei. A lei prevê desde Agosto do ano 2012 a entrega, por todos os municípios do país, de seus planos de gestão de resíduos. Segundo o Ministério do Meio Ambiente (MMA), por volta de 560 municípios, ou 10% do total das cidades brasileiras, concluíram e entregaram esses planos. Os municípios que perderam o

31 31 prazo não terão direito a receber recursos federais e renovar novos contratos com a esfera federal para o setor. Essa questão fica, portanto, para as novas administrações que foram eleitas em Outubro do 2012 e assumiram seus cargos em Conforme pesquisa da Associação Brasileira das Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (ABRELPE, 2011), em cerca de 400 municípios, que representam o 51% da população urbana total do Brasil, o problema se deve muito à falta de pessoal qualificado para atender aos requisitos previstos na lei. A Tabela 2.1 apresenta a quantidade de municípios pesquisados por Regiões. Tabela 2.1 Municípios Pesquisados por Regiões. (ABRELPE, 2011) Região Quantidade de Municipios Pesquisados Norte 50 Nordeste 123 Centro-Oeste 32 Sudeste 132 Sul 63 Total 400 A previsão do fim dos lixões até 2014, em todas as cidades brasileiras, é uma tarefa com enorme dificuldade em se tornar realidade, se a maioria das cidades permanecerem distantes dessa discussão. No lugar dos lixões, os resíduos só poderão ser enviados para aterros sanitários. Mas a realidade atual, segundo o Ministério do Meio Ambiente (2011), é a de que ainda existem mais de 3 mil lixões no Brasil, sendo que nada menos de que 60% dos municípios do país despejam lá seus resíduos. O Brasil produziu cerca de 178 mil toneladas de lixo domiciliar por dia no ano (ABRELPE, 2011), o que representa mais de um quilo por pessoa. Ao menos 90% de todo esse material pode ser reaproveitado, reutilizado ou reciclado. Apenas 1% acaba sendo aproveitado para ter um destino mais nobre do que o de se degradar e contaminar o nosso ambiente. Os especialistas calculam que o Brasil deixa de ganhar ao menos R$ 8 bilhões por ano ao não reciclar toda essa grande quantidade de resíduos gerados no país (ABRELPE, 2011). A Tabela 2.2 apresenta a quantidade de RSU coletada e a Figura 2.1 apresenta a destinação final de RSU por dia.

32 32 Tabela 2.2 Quantidade de RSU Coletada por regiões e Brasil. (ABRELPE, 2011) Região RSU Total Equação (t/dia) RSU Total (t/dia) Norte RSU = 0,000293(pop urb/1000) + 0, Nordeste RSU = 0,000214(pop urb/1000) + 0, Centro-Oeste RSU = 0,000266(pop urb/1000) + 0, Sudeste RSU = 0,000155(pop urb/1000) + 0, Sul RSU = 0,000306(pop urb/1000) + 0, Total Figura 2.1 Destinação final de RSU em toneladas por dia. (ABRELPE, 2011) De acordo com o Panorama dos Resíduos Sólidos no Brasil, divulgado pela ABRELPE (2011), a quantidade de resíduos sólidos gerados no Brasil totalizou 61,9 milhões de toneladas neste ano, 1,8% a mais do que no ano anterior. O crescimento na produção desses resíduos, de 2010 para 2011, foi duas vezes maior do que o aumento da população, que ficou em torno de 0,9% no período. A Figura 2.2 apresenta a geração de RSU nos anos 2010 e t/ano t/ano Figura 2.2 Geração de RSU em toneladas por ano. (ABRELPE, 2011)

33 33 O estudo revela também que, em 2011, foram coletados 55,5 milhões de toneladas de resíduos sólidos, 2,5% a mais que do ano Sendo que 42% desses resíduos foram parar em locais inadequados como lixões e aterros controlados, 1,4% a mais que do ano E, ainda pior, cerca de 10% de tudo o que é gerado acaba tendo destino ainda pior em terrenos baldios, córregos, lagos e praças. A Figura 2.3 apresenta a coleta de RSU e sua destinação final. t/ano t/ano (a) (b) Figura 2.3 (a) Coleta de RSU em toneladas por ano. (b) Destinação final do RSU (ABRELPE, 2011) Segundo os dados obtidos pela ABRELPE (2011), nota-se que a geração do RSU tem um aumento significativo com o tempo. O governo do Brasil promulgou uma lei que tem como mandamento fundamental a reutilização deste desperdício. Um tipo de reutilização é apresentado nesta pesquisa, como cinzas de RSU, que pode servir como estabilizante ao misturá-lo com o solo. A produção deste tipo de cinzas de RSU, volante e de fundo, bem como seu processo de incineração é apresentado no Capítulo 3 desta dissertação.

34 Aproveitamento das Cinzas de RSU Segundo Ferreira et al. (2003) para identificar a área potencial para a aplicação das cinzas volantes de RSU e avaliar cada uso individual existem três fatores principais: adequação para o processamento, desempenho da técnica e o impacto ambiental. O primeiro fator, a adequação para processamento, depende das características físico-químicas das cinzas volantes, tais como o tamanho de partícula e as propriedades químicas, que podem constituir uma limitação para um determinado processo (embora em alguns casos estas características possam ser ajustadas em conformidade com os requisitos de processamento). O desempenho da técnica é o segundo fator considerado. Mesmo que a cinza volante possa ser facilmente processada, o produto final não pode ser usado, a menos que ela apresente boas propriedades técnicas. Por fim, o terceiro fator considerado é o impacto ambiental. A toxicidade não necessariamente desaparece com a valorização da cinza volante. Os riscos impostos sobre o meio ambiente, por cada eventual aplicação, deve ser cuidadosamente pesado contra da criação de novas fontes de poluição em outro lugar. (Ferreira et al. 2003) Com estes três fatores, Ferreira et al. (2003) apresentam a Tabela 2.3 com nove aplicações potenciais agrupadas em quatro categorias principais. Tabela Uso potencial de cinza volante de RSU. (Ferreira et al, 2003) Categoria Materiais de Construção Geotécnica Agricultura Diversos Aplicação Produção de cimento Concreto Cerâmicas Vidro e cerâmicas de vidro Pavimento Aterro Condicionador do solo Absorvente Condicionamento de lodo Neste trabalho se apresenta o uso potencial da cinza volante de RSU para a categoria de Geotecnia, como por exemplo, camadas de aterros sanitários, aterros sobre solos moles, estabilização de taludes.

35 35 Pesquisas sobre a utilização de cinzas de RSU em mistura com solos são recentes quando comparadas com os demais resíduos reutilizados como agentes cimentantes, como as cinzas de carvão mineral. Entretanto, pode-se dizer que foram motivadas pelos motivos de reaproveitamento de resíduos e da grande quantidade que é gerada a cada ano no Brasil e no mundo inteiro, procurando um uso não contaminável e de baixo custo. Segundo Ferreira et al. (2003) a cinza volante de RSU pode ser aplicada no pavimento como um substituto da areia na base ou sub-base de cimento estabilizado, no entanto, tem questões ambientais relacionadas com a contaminação do solo e das águas subterrâneas por substâncias liberadas a partir da base do pavimento. Estudos ambientais feitos na Holanda, do produto obtido após a pré-lavagem seguido pela cimentação têm como resultado satisfazer os padrões para materiais de construção. Os estudos concentram em questões ambientais e também incluem uma estimativa dos custos globais, resultando que a pré-lavagem somada à aplicação é menos cara do que a eliminação da cinza como material perigoso. Ferreira et al. (2003) comenta que uma aplicação potencial para a cinza volante de RSU está na estabilização do solo, como um substituto de cal ou cimento, aproveitando suas características pozolânicas, os quais são utilizados na prática comum quando o solo de fundação não apresenta as propriedades geotécnicas desejáveis. Ao adicionar cal ou cimento ao solo se reduz a compressibilidade e se aumenta a resistência ao cisalhamento, melhorando assim as propriedades de engenharia. A densidade da cinza volante de RSU é menor do que outros materiais de enchimento usados na construção de aterros, valores típicos de densidade para cinza volante de RSU são 1,7 2,4, enquanto a areia é 2,65. Goh e Tay (1991, apud Ferreira et al. 2003) investigaram a possibilidade de utilizar as cinzas volantes de RSU em aplicações geotécnicas como substituto de material de colocação no aterro e encontraram que a cinza volante de RSU apresentou propriedades pré-requisitos para este tipo de aplicação como alta resistência e livre-drenagem, típicos de material granular, e menor densidade de compactação que os enchimentos de terra convencional. Também avaliaram a possibilidade de utilização da cinza volante de RSU na estabilização do solo (substituindo a cal ou cimento), descobrindo que misturas de solo-cinza volante de

36 36 RSU apresentaram melhora da resistência ao cisalhamento e menor compressibilidade em comparação com outros solos não tratados. O principal problema decorrente desta aplicação é o mesmo que na base de estrada, isto é, a possibilidade de contaminação do solo e das águas subterrâneas a partir da construção de aterro. Neste caso Goh e Tay (1991, apud Ferreira et al, 2003) compararam ensaios de lixiviação para cinzas volantes de RSU com lixiviação de cinzas volantes de RSU estabilizadas com cal ou cimento e os resultados foram que as cinzas volantes de RSU não estabilizadas excederam os padrões de qualidade, enquanto, as cinzas volantes de RSU estabilizadas apresentaram valores mais baixos. No entanto, limitaram seu estudo à lixiviação de cinzas volantes de RSU e não observaram o que pode acontecer nas misturas solo-cinza volante, o que poderia dar uma indicação mais precisa do comportamento de lixiviação de aterros construídos com esses materiais. A Tabela 2.4 apresenta o resumo dos principais aspectos com relação as aplicações da cinza volante de RSU. Aplicação Tabela Comparação de diferentes opções para a aplicação de cinza volante de RSU. (Ferreira et al. 2003) Estado atual Pavimento Provado Aterro Provado Nivel de aplicação Médio Baixo Prétratamento Valorização Possíveis usos Exigido Aconselhado Baixo Baixo Enchimento /Cimentoso Enchimento /Cimentoso Comportamento lixiviante Baixo Médio/Alto Vantagens principais Rentável (menos caro do que a eliminação) Fácil de implementar; compactação de solo baixa Possíveis desvantagens - Lixiviação excede os padróes de água O método usado por Ferreira et al. (2003) para identificar a área potencial para a aplicação das cinzas volantes de RSU, também poderia ser usado para as cinzas de fundo de RSU, com a finalidade de ter um maior conhecimento da aplicabilidade deste tipo de cinza. Segundo Forteza et al. (2004) desde que começou a incineração de RSU, outras possibilidades além da disposição em aterros de incineração de resíduos têm sido procuradas. A maioria das iniciativas nesse sentido tendem a usar esses resíduos como agregado substituto em pavimentos rodoviários, aterros e outros elementos de construção. Para se ter uma utilização eficaz das cinzas de fundo de RSU, alguns aspectos devem ser considerados: As cinzas de fundo provenientes da incineração de RSU são um material tão altamente heterogêneo e variável que os resultados não

37 37 podem garantir o comportamento da cinza obtida a qualquer momento e sob qualquer condição. Portanto, um controle contínuo do produto químico principal e propriedades de engenharia (significativamente lixiviados, distribuição de tamanho de partícula, capacidade de carga, etc.) tem de ser realizado, e diferentes planos de amostragem que permitam cobrir uma gama maior de eventualidades, referente ao resíduo da incineração e às condições de operação do incinerador, deve ser realizada; Em segundo lugar, a partir de alguns resultados, pode-se deduzir que uma gestão mais rigorosa de coleta seletiva poderia dar origem a uma alteração significativa na composição da cinza de fundo. Assim, uma redução da quantidade de vidro incinerado iria reduzir o volume da cinza de fundo, o qual o vidro é o componente dominante. Isto deveria ser destacado, pois a cinza de fundo resultante se tornará em pó fino e as aplicações a serem consideradas seriam consideravelmente contidas; Finalmente, o comportamento da cinza de fundo, em pavimentação e em condições reais pode ser apenas avaliado através da realização de seções experimentais, onde o comportamento a longo prazo tem que ser avaliado. Neste sentido, é importante sublinhar a ordem da Regulação do Governo da Catalunha, Espanha, na avaliação em cinzas de fundo, o que foi tomado como referência e estabelece limitações para o uso de cinzas, que se referem basicamente à sua utilização em zonas de real ou potencial contato com água, a fim de limitar as emissões de lixiviados. Becquart et al. (2008) realizou ensaios de carga cíclica e ensaios triaxiais na cinza de fundo de RSU pura e com adição de um agente de ligação que é o cimento com a visão de conhecer as características mecânicas desta cinza pura e seus possíveis usos na pavimentação. Os resultados revelam um comportamento mecânico semelhante à materiais densos convencionais (areias, materiais granulares) e uma dependência da pressão média aplicada que é característica do comportamento mecânico de meios granulares. Destaca-se que nas suas características mecânicas da cinza de fundo de RSU pura, os resultados

38 38 apresentaram uma elevada rigidez, um índice de compressão baixa e um ângulo de atrito alto o que dá ao material uma utilização potencial semelhante ao cascalho natural classicamente usado na pavimentação. Os ensaios triaxiais drenados realizados na cinza de fundo de RSU tratado com cimento (1% - 5%) apresentaram como resultado um comportamento mais frágil, típico de material de base de cimento (por exemplo, argamassa ou concreto), os ângulos de atrito interno aumentam na resistência de pico, bem como em grandes deformações, estas diferenças parecem aumentar com o teor de cimento. Vizcarra (2010) destaca que a quantidade de usinas de RSU ainda é bem menor do que as que utilizam carvão mineral. O comportamento relatado das cinzas sobre os seus efeitos e mecanismos de estabilização é comparável aos das cinzas de carvão, desde que o RSU seja principalmente composto por matéria orgânica. No Brasil não foram detectados relatórios sobre a utilização do tipo de cinzas de RSU na pavimentação rodoviária, durante sua pesquisa. Dentro desse contexto, realizou um estudo com o objetivo de avaliar a aplicabilidade das cinzas de RSU em camadas de base de pavimentos rodoviários através da mistura das cinzas a um solo argiloso não-lateritico regional. Foram realizados ensaios de caracterização física, química e mecânica para o solo puro e para o mesmo com adição de diferentes teores de cinzas (20% e 40%), além disso, foram realizados ensaios ambientais de lixiviação e solubilização visando o perigo que poderia causar o uso de cinzas geradas da incineração de RSU. As misturas com inserção de cinzas apresentaram um comportamento mecânico compatível com as exigências de um pavimento de baixo volume de tráfego. Os parâmetros de compactação são influenciados pelo teor e tipo de cinza adicionado, sendo que para cada teor deve-se obter uma curva de compactação. Conclui que para o ensaio de módulo de resiliência o teor de cinza pode melhorar ou piorar o comportamento do solo e outros fatores que influenciam o comportamento resiliente são: o teor de umidade, o tempo de atraso da compactação após a mistura dos materiais e o tempo de cura, o qual tem influência favorável. Os ensaios de CBR no solo puro apresentaram que não poderia ser usado em base de pavimentos, mas com adição de cinza os resultados melhoraram e com adição de um teor de 40% de cinza volante conseguiu reduzir a expansibilidade do solo até menos de 0,5%, viabilizando assim seu emprego em base de pavimentos.

39 39 Dentro dos ensaios químicos avaliou ensaios de lixiviação e solubilização para as cinzas (volante e de fundo) puras e a mistura com 40% de cinza volante que conseguiu melhor comportamento em comparação com as outras misturas estudadas. Os resultados para o ensaio de lixiviação apresentaram que segundo o anexo F da norma ABNT/NBR 10004:2004, a cinza volante, cinza de fundo e a mistura com 40% de cinza volante de RSU são Classe IIA- Resíduos Não Perigosos e para o ensaio de solubilização segundo o anexo G da norma ABNT/NBR 10004:2004 são Resíduos Não Inertes o que é um aporte ainda mais importante em comparação com o trabalho de Goh e Tay (1991). Fontes (2008) conclui no seu estudo que a argamassa testada contendo cinza volante do resíduo sólido urbano apresentou resultados mecânicos, físico e de durabilidade superiores à referência. A presença da cinza, provavelmente, promoveu o acréscimo destes parâmetros através da ação física de refinamento dos poros. A distribuição de poros mostrou a redução dos grandes capilares, proporcionando o acréscimo no volume dos médios e pequenos capilares num concreto de alto desempenho Estabilização de solos A estabilização de solos é o procedimento que visa a melhoria e estabilidade das propriedades dos solos (resistência, deformabilidade, permeabilidade, etc). O tipo de estabilização pode ser das seguintes formas: Físico-Químico; Mecânico (estabilização granulométrica, compactação). De acordo com Vendruscolo (1996) a estabilização de solos é uma técnica antiga desenvolvida principalmente para pavimentação, porém, tal conjunto de processos tem sido largamente utilizados, não somente na área de pavimentos, mas em diversas outras áreas, como fundações, contenção de taludes e barragens. Segundo Baptista (1976), estabilizar o solo é utilizar um processo qualquer de forma a tornar este solo estável para os limites de sua utilização e ainda fazer com que esta estabilidade permaneça sob as ações das cargas exteriores e ações climáticas variáveis.

40 40 A escolha por um ou outro tipo de estabilização é influenciada pelo custo, finalidade da obra, e em particular, pelas características dos materiais e propriedades do solo que devem ser corrigidas. Segundo Das (2001) o solo em um lugar de construção não é sempre totalmente adequado para suportar estruturas como pontes, aterros, etc, então se escolhe um tipo de estabilização do solo, dependendo dos custos e o tempo, para melhorar a resistência do solo e possa cumprir com as diferentes especificações das estruturas. Por exemplo, em um depósito de solo granular, o solo in situ pode estar solto e apresentam um grande recalque elástico, então se recomenda que ele deve ser compactado para incrementar seu peso especifico e assim, sua resistência ao cisalhamento. Outro exemplo, o solo pode apresentar camadas superiores de solo não adequado para fundação, então deve se retirar e se substituir com outro tipo de material que apresente melhor comportamento para uma fundação. O solo usado como enchimento deve estar bem compactado para suportar a carga estrutural desejada. Outro tipo de agente estabilizador pode ser a cal, que produz uma alteração considerável em solos expansivos como argilas. De acordo com Santos et al. (1995, apud Lopes, 2011), a compactação refere-se ao processo de tratamento de um solo com a finalidade de minimizar sua porosidade pela aplicação de sucessivas cargas, pressupondo que a redução de volume de vazios é relacionada ao ganho de resistência. Já a estabilização mecânica por correção granulométrica corresponde à mistura do solo com um ou mais solos e ou outros materiais, que possibilitem a obtenção de um novo produto com propriedades adequadas aos requisitos de projeto. Segundo Horpibulsuk et al. (2012) uma das técnicas utilizadas extensivamente para a melhoria dos solos problemáticos em estados relativamente secos é a compactação do solo in situ, misturando-se com a pasta de cimento. Uma vantagem desta técnica é que a resistência adequada pode ser conseguida em um curto espaço de tempo. Os efeitos de alguns fatores de influência (ou seja, teor de água, cimento, tempo de cura e energia de compactação) sobre a microestrutura e caraterística de engenharia de solos estabilizados com cimento têm sido amplamente pesquisados. Para reduzir o custo da estabilização, a substituição do cimento por resíduos, como cinzas volantes, cinzas de cascas de arroz, e cinzas de biomassa (cinzas de combustão de material orgânico), têm sido amplamente aplicada na prática. Cinzas volantes dispersam os aglomerados de solo-cimento

41 41 em aglomerados menores, aumentando assim a superfície ativa para a hidratação e as reações pozolânicas. De acordo com Horpibulsuk et al. (2012) o processo de hidratação e da reação pozolânica em argila estabilizada com cimento pode ser explicado da seguinte forma: quando a água entra em contacto com o cimento, a hidratação do cimento ocorre rapidamente. Os produtos de hidratação principais são silicatos de cálcio hidratado (CSH), aluminatos de cálcio hidratado (CAH), silicatos de alumínio hidratado de cálcio (CASH), e cal hidratada [Ca(OH) 2 ]. Esta hidratação conduz a um aumento do valor de ph dos poros da água, que é causada pela dissociação de Ca(OH) 2. As bases fortes dissolvem a sílica e alumina a partir do solo e cinza volante de uma maneira semelhante à reação entre um ácido fraco e uma base forte. A sílica hidratada e alumina gradualmente reagem com os ions de cálcio libertados da hidrólise de cimento a partir de compostos insolúveis (produtos secundários de cimento), e endurecem com o tempo. Consequentemente, do ponto de vista econômico e ambiental, alguns resíduos podem ser utilizados em conjunto com materiais pozolânicos, tais como cinzas volantes, as cinzas de biomassa, e cinzas de cascas de arroz para desenvolver um material de cimento. Resíduo de carboneto de cálcio (CCR) é um produto do processo de produção de acetileno, que contém principalmente hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2. Foi relatado que em , a demanda de carboneto de cálcio para produzir gás acetileno, na Tailândia, foi toneladas. Essa demanda é contínua, aumentando a cada ano. Devido à sua elevada basicidade, CCR foi dificilmente utilizado e tudo foi colocado sob a forma de lama. Após ser seco ao sol durante alguns dias, a forma de suspensão torna-se sob a forma seca. Bleskina (2005) apresenta uma forma de estabilização de solos arenosos com resina de ureia onde os ácidos clorídricos e oxálico se utilizam principalmente como endurecedores. O Instituto de Pesquisa Cientifica de Fundações e Estruturas Subterrâneas da Russia tem desenvolvido novas formulas à base de resina de ureia e os seguintes endurecedores complexos: Fe 2 (SO 4 ) + Al 2 (SO 4 ) 3 e FeCl 3 + Al 2 (SO 4 ) 3. É conveniente utilizar a resina de ureia para a estabilização do solo apenas nos casos em que outros métodos utilizados são ineficazes. Por exemplo, ao realizar poços na terra flutuante e quando a carga sobre as fundações de um edifício estão aumentadas ou a capacidade de suporte

42 42 do solo é reduzida na base de fundação, bem como, quando surge a necessidade de efetuar a estabilização do solo sem interromper o trabalho em uma loja. Outro tipo de estabilização de solo é proposto por Lisbona et al. (2012) que utiliza lamas de papel calcinado (LPC) e cimento. Os ensaios foram realizados em duas fases, a primeira foi no laboratório e a segunda foi em campo, envolvidos na estabilização in situ de 250 m de base pavimentação utilizando métodos de mistura a seco. A capacidade de carga do solo estabilizado foi determinada em laboratório e a densidade da base de pavimentação foi medido no campo após a compactação e deformações aos 7 dias. A evolução da resistência à compressão simples foi medida ao longo de 90 dias. Os resultados apresentaram que a LPC pode ser utilizada como um ligante para a estabilização de solos com teores superiores a 3% em peso do solo a ser estabilizado. A mistura de cimento Portland com a LPC leva a melhora mecânica da estabilização de solos. Estima-se que, maiores ganhos de resistência a compressão podem ser obtidos com misturas da LPC com teores de cimento de aproximadamente 25:75 (em peso) Solo-Cal A utilização da cal como agente estabilizante de solos é o método de estabilização química mais conhecido e com diferentes tipos de aplicações, como por exemplo, em aterros ou pavimentações. Suas propriedades como aditivo do solo, melhoria na resistência, deformabilidade e permeabilidade, são conhecidas desde a antiguidade. Utiliza-se solo-cal quando não se dispõe de um material ou combinação de materiais com as características de resistência, deformabilidade e permeabilidade adequada ao projeto. A estabilização com cal é comumente empregada na construção de estradas, sendo geralmente utilizada como base ou sub-base de pavimentos. Outra importante aplicação do solo-cal tem sido na proteção de taludes contra a erosão em obras hidráulicas. A técnica de melhoramento do solo também pode ser utilizada nas fundações de edificações de pequeno porte, em solos com baixa capacidade de suporte ou que apresentam baixa estabilidade volumétrica. Tais condições são problemáticas na medida em que podem causar severas patologias

43 43 na edificação. A cal tem pouco efeito em solos altamente orgânicos e também em solos com pouca ou nenhuma quantidade de argila. Sendo mais eficiente em solos argilosos, podendo ser mais efetivo que o cimento em pedregulhos argilosos (Ingles & Metcalf, 1972). Segundo Rosa (2009), argilas expansivas apresentam uma resposta mais rápida à adição de cal. Bell (1996) constatou um rápido aumento inicial na resistência à compressão simples de um solo contendo montmorilonita, com pequenos teores de cal (2% a 3%). Além disso, para este solo, 4% de cal foi suficiente para atingir a resistência máxima, enquanto que para um solo rico em caulinita, a resistência máxima foi atingida com teores entre 4 e 6%. Entretanto, o nível de resistência alcançado pela mistura solo caulinítico mais cal foi sensivelmente superior ao da outra. De acordo com Lopes (2011), as características do solo a ser melhorado e o uso e características mecânicas desejadas da mistura são fatores determinantes para a quantidade de cal necessária ao tratamento de solos e pode ser classificado em duas categorias gerais: Modificação do Solo: redução da plasticidade, melhoria da trabalhabilidade e aumento da resistência à defloculação e erosão; Estabilização do Solo: aumento definitivo da resistência e rigidez do solo devido a ocorrência de reações pozolânicas. A Tabela 2.5 apresenta um indicativo da quantidade de cal a ser adicionada para a estabilização de acordo com o tipo de solo. Tabela 2.5 Previsão da quantidade de cal em função do tipo de solo. (Inglês & Tipo de Solo Metcalf, 1972) Teor de Cal para Modificação Teor de Cal para Estabilização Pedra finamente britada 2 a 4 Não recomendado Pedregulho argiloso bem graduado 1 a 3 3 Areias Não recomendado Não recomendado Argila arenosa Não recomendado 5 Argilosa siltosa 1 a 3 2 a 4 Argilas 1 a 3 3 a 8 Solos orgânicos Não recomendado Não recomendado

44 44 Segundo Lopes (2011), O tratamento de solos com cal não é eficiente em solos com baixo ou nenhum teor de argila, uma vez que o melhoramento das propriedades mecânicas é produzido pelas reações entre a cal e os minerais argílicos. Guimarães (2002, apud Lopes, 2011) descreve os quatro tipos básicos das reações que ocorrem em misturas solo-cal: carbonatação, troca catiônica, floculação-aglomeração e finalmente, reações pozolânicas. A carbonatação, de ação imediata, ocorre quando o dióxido de carbono presente nas minúsculas bolhas de ar existentes nos poros do solo e da cal hidratada entra em contato com a matriz solo-cal, refazendo o carbonato de cálcio, gerando o aparecimento de grãos de grandes dimensões, entrelaçando os demais corpos sólidos do solo e compactando o sistema. Inglês & Metcalf (1972), mostram que a resistência à compressão simples aumenta linearmente com a quantidade de cal até certo nível, e a partir deste ponto, a taxa de acréscimo de resistência diminui com a quantidade de cal, devido à lenta cimentação, dependendo do tipo de solo, como mostrado na Figura 2.4. Figura 2.4 Efeito do teor de cal sobre a resistência a compressão simples para alguns solos tratados com cal e curados por 7 dias. (Inglês & Metcalf,1972) Mateos (1964 apud Rosa, 2009) afirmou que a resistência das misturas é fortemente influenciada pela temperatura de cura, recomendando a construção de camadas de pavimento estabilizadas com cal no início do verão. Carraro (1997,

45 45 apud Rosa, 2009) verificou que a energia de compactação influencia e é de fundamental importância na determinação da resistência mecânica de solos tratados com cal de carbureto e cinza volante. Al-Rawas et al. (2005) estudou a adição de combinações de cal e cimento, Sarooj (que é um termo local para uma pozolana artificial produzido pela queima, calcinação, da argila) e tratamento térmico na estabilização do solos expansivos em Omã que é um pais situado na Arábia. Foram realizados ensaios de caracterização física e química para avaliar a expansão do solo com a adição de cal, cimento, Sarooj e tratamento térmico. Os resultados indicaram que o limite de liquidez de todas as amostras tratadas, com exceção das amostras tratadas com 5% de cal mais 3% de cimento, mostraram um aumento inicial, seguidos de uma redução gradual. As amostras tratadas com 3% de cal, 3% de cimento e 3% de Sarooj mostrou um aumento inicial do índice de plasticidade, no entanto, com outras adições o índice de plasticidade diminuiu gradualmente. Todos os estabilizadores (cal, cimento) causaram uma redução na expansão de pressão e expansão percentual. Com a adição de 6% de cal, as expansões de pressão e percentual foram reduzidas à zero. O estudo também apresentou que a calcinação do solo a 740 C e 780 C, durante 30 e 60 minutos resultou na redução do potencial de expansão para zero. Figura 2.5 Efeito do tempo de cura sobre a resistência a compressão simples para alguns solos estabilizados com cal. (Inglês & Metcalf, 1972)

46 46 Inglês & Metcalf (1972) apresentam um estudo sobre a influência do tempo de cura em diferentes tipos de solos, observaram taxas de ganhos de resistência maiores em pedregulhos arenosos, conforme a Figura 2.5. O comportamento do solo com diferentes tipos de cal é diverso e é sujeito a diferentes variáveis como: tempo de cura, teor de cal, reações pozolânicas, quantidade de água, temperatura de cura, presença ou não de matéria orgânica. Junior (2011) realizou um estudo com o objetivo de validar a relação volume de vazios/volume de cal na estimativa da resistência à compressão simples e triaxial, comportamento tensão-dilatância e rigidez inicial de um solo tratado com cal curado por períodos longos e quantificar a influência da adição de resíduos de diferentes potenciais de reatividade no comportamento mecânico do solo-cal. Foram realizados ensaios de compressão simples e triaxial, medidas de sucção matricial e medidas de G 0 através da técnica de bender elements. Os resultados mostram que a adição de cal, mesmo em pequenas quantidades, promoveu ganhos de resistência nos compósitos estudados. Na faixa de teores estudados (3% até 11%), a resistência à compressão simples aumentou nãolinearmente com o aumento da quantidade de cal e aumentou potencialmente coma redução da porosidade da mistura compactada, efeito observado em todos os tempos de cura estudados (7, 15, 28, 90 e 180 dias). A variação do teor de umidade de moldagem não influenciou consideravelmente a resistência à compressão simples do solo-cal com resíduo de britagem, independentemente do tempo de cura. Quanto maior a cimentação, tensão confinante efetiva de ensaio, tempo de cura e menor valor da relação vazios/cal das amostras, maior a tensão desvio atingida, para todos os compósitos estudados Solo-Cimento Segundo Das (2001) o cimento é cada vez mais utilizado como estabilizador para solos, principalmente na construção de pavimentos e aterros. A primeira construção controlada com solo-cimento em EUA foi realizada perto de Johnsonville, Carolina do Sul, em O cimento é utilizado para estabilizar solos arenosos e argilosos. O cimento ajuda a diminuir o limite de liquidez e incrementar o índice de plasticidade e gerenciamento de solos argilosos da mesma

47 47 forma que a cal. Em solos argilosos, a estabilização com cimento é efetiva quando o limite de liquidez é menor do que e o índice de plasticidade é menor do que 25, aproximadamente. Os solos granulares e argilosos com baixa plasticidade são os mais adequados para a estabilização com cimento. As argilas cálcicas são estabilizadas mais facilmente com adição de cimento, entretanto, as argilas com sódio e hidrogenadas de natureza expansiva, apresentam melhor comportamento com cal. Por estas razões se deve ter muita atenção na seleção do material estabilizador. A Tabela 2.6 apresenta as ótimas porcentagens de cimento por volume para a estabilização efetiva de vários tipos de solo. Tabela 2.6 Cimento requerido por volume para estabilização efetivo de diferentes solos. (Michelli & Freitagi, 1959 apud Das, 2001) Tipo de Solo Classificação Classificação AASHTO SUCS Porcentagem de cimento por Volume A-2 e A-3 GP,SP e SW 6-10 A-4 e A-5 CL,ML e MH 8-12 A-6 e A-7 CL, CH Pode-se dividir a estabilização por cimento nas seguintes categorias (Medina, 1987 apud Vizcarra, 2010): Solo-cimento: é um material endurecido pela cura de uma mistura íntima compactada mecanicamente com solo pulverizado, cimento Portland e água, sendo esse endurecimento avaliado por critérios de durabilidade e resistência à compressão simples de corpos de prova. Normalmente é utilizado como base ou sub-base; Solo modificado ou melhorado: é um material não endurecido ou semiendurecido que é julgado pela alteração dos índices físicos e/ou capacidade de suporte do solo. Utiliza-se um teor baixo de cimento que não deve ser maior que 5%. Pode ser utilizado como base, subbase ou subleito; Solo-cimento plástico: difere do solo cimento definido anteriormente, por ser utilizada uma quantidade maior de água durante a mistura, de forma a produzir uma consistência de

48 48 argamassa na ocasião da colocação. É utilizado para revestimento de valas, canais e taludes. Basha et al. (2004) realizou ensaios de caracterização física e mecânica como compactação, CBR, compressão simples e ensaios de difração de raios X para a estabilização de solos residuais com adição de cimento e cinzas de casca de arroz. Os resultados apresentam que a adição de cimento e cinzas de casca de arroz reduzem a plasticidade do solo residual. A maior redução apresentou a mistura do solo estabilizado com cimento. Em geral, 6% - 8% de cimento e cinzas de casca de arroz de 15% - 20% mostram a quantidade ótima de melhorar as propriedades dos solos. A cinza de casca de arroz pode estabilizar potencialmente o solo residual, sozinha ou misturada com cimento, o que poderia reduzir os custos de construção, em particular na área rural de países em desenvolvimento. Consoli et al. (2009) fizeram a ampliação de um estudo realizado pelo mesmo autor no ano 2007, através da quantificação da influência da relação de vazios/cimento sobre o módulo de cisalhamento inicial G 0 e parâmetros de resistência efetivos (c e φ ) de uma areia artificialmente cimentada. Foram realizados ensaios de compressão simples e ensaios de compressão triaxial com medições de bender elements. Os resultados mostram que a relação de índice de vazios/ cimento definida como razão entre o volume de vazios da mistura compactada e o volume de cimento (Vv/Vce) é um parâmetro adequado para avaliar tanto a rigidez inicial e a resistência efetiva da mistura de areia com cimento estudado. Com este parâmetro se pode escolher a quantidade de cimento e de energia de compactação adequado para fornecer uma mistura que reúne a resistência e a rigidez exigida pelo projeto com um custo otimizado Solo-Cinza de Carvão Segundo Siqueira (2011) os produtos da combustão do carvão são os subprodutos gerados a partir da queima do carvão mineral nos processos de combustão pulverizada ou leito fluidizado. Estes resíduos são denominados de cinzas. No processo de queima, são gerados os seguintes tipos de cinzas: escórias, cinzas de fundo (pesadas) e cinzas volantes (leves). A utilização das cinzas de carvão como subproduto resulta em numerosos benefícios, entre os quais podem

49 49 ser citados: uma diminuição significativa da necessidade de áreas destinadas aos aterros, a conservação de recursos naturais, um ambiente mais limpo e seguro, a redução de emissão de dióxido de carbono, impulsão no desenvolvimento econômico e a redução geral do custo de geração de eletricidade. A norma americana ASTM C 618 classifica as cinzas volantes em dois tipos: classe F e classe C. As cinzas volantes da classe F apresentam baixo teor de cálcio (menos de 10% de CaO) e é obtida da queima de antracito ou carvão betuminoso e apresentam propriedades pozolânicas, mas não cimentícias. As cinzas volantes da classe C apresentam alto teor de cálcio (entre 10 e 30% de CaO) e são produtos da queima de lignito ou carvão sub-betuminoso e tem propriedades pozolânicas e cimentícias. Os solos arenosos, com escassez de argila coloidal, não reagem satisfatoriamente à cal, para esse caso se pode usar cimento, mas este pode acabar sendo uma solução muito cara, então a função da cinza volante é substituir a fração fina (argila) do solo, uma vez que pode reagir com a cal, embora o tamanho da cinza seja diferente do da argila. Segundo Consoli et al. (2001), a adição de carbonato de cal melhorou significativamente a resistência e as propriedades de rigidez do solo, no entanto, a presença da cinza volante é fundamental para melhorar ainda mais o comportamento do material, devido, essencialmente, à ocorrência de um maior tempo dependente das reações pozolânicas. Neste caso a mistura que alcançou melhor comportamento foi do solo com 25% de cinza volante e 4% de cal. De acordo com Tastan et al. (2011), a adição de cinza volante nos solos orgânicos pode incrementar a resistência a compressão não confinada, mas este incremento depende do tipo do solo e das características da cinza volante. O módulo de resiliência dos solos ligeiramente orgânicos ou orgânicos também pode ser significativamente melhorado. O aumento de resistência e rigidez são atribuídos principalmente à cimentação causada por reações pozolânicas, embora a diminuição do teor de água, resultante da adição de cinza volante contribui para o ganho de resistência. O conteúdo orgânico do solo é uma característica prejudicial para a estabilização de solos. O aumento de teor de matéria orgânica do solo indica que a resistência da mistura de solo-cinza volante decresce exponencialmente. Para a maioria das misturas solo-cinza volante testadas a

50 50 resistência à compressão simples e o módulo de resiliência aumentam quando o teor de cinza volante aumenta. Prabakar et al. (2003) estudaram o comportamento dos solos misturados com cinza volante de carvão para melhorar a capacidade de suporte de carga do solo. Foram considerados três tipos de solo e porcentagens de cinza de 9% até 46%, foram realizados ensaios de caracterização física e mecânica como compactação, CBR, cisalhamento direto e expansão livre. Os resultados indicaram que a adição de cinzas reduz a densidade seca do solo devido a baixo peso especifico e seu peso unitário da cinza. A redução da densidade seca pode ser da ordem de 15% até 20%. O índice de vazios e porosidade variam de acordo com o aumento da quantidade de cinzas no solo, pela adição de cinza volante até 46%, as taxas de vazios do solo podem ser aumentadas em 25%. A resistência ao cisalhamento das misturas do solo com cinza volante melhora. O aumento de cinza faz com a mistura que aumente o parâmetro de coesão em solos que não são altamente plásticos. Pelos ensaios realizados se notou que a resistência ao cisalhamento e o ângulo de atrito do solo misturado com cinza aumentam quando comparados com o solo puro, além disso, apresenta uma redução na expansão, isto é devido à característica não expansiva das cinzas volantes e seu tamanho e formas das partículas. O que pode levar a conclusão que o comportamento de expansão do solo pode ser controlado efetivamente com adição de cinzas volantes. A estabilização de solos com a cinza de fundo é mais recente e menos usual que misturas com cinzas volantes. As cinzas pesadas são, reconhecidamente, materiais com menor atividade pozolânica do que as cinzas volantes. Segundo Dawson et al. (1991, apud Farias, 2005) o poder cimentante das cinzas de fundo está relacionado com o tipo e quantidade de carbonatos presentes em sua composição química, sendo que, em virtude dos baixos percentuais de óxido de cálcio pode-se esperar limitações no desenvolvimento de reações autocimentantes. Este fato pode ser interpretado como uma justificativa para as cinzas pesadas ainda não possuírem grande índice de reaproveitamento. Atualmente, a maioria das cinzas de fundo produzidas nas usinas termelétricas é depositada nas bacias de decantação, diferentemente das cinzas volantes, que são vendidas como matéria-prima para outras indústrias (Lopes, 2011).

51 51 Segundo Canpolat et al. (2003), baseado nos resultados do seu estudo, a produção de cimento Portland com um grau de 5%de zeólito mais 5% de cinza de fundo de carvão fornece uma adequada resistência requerida pelas normas turcas, essa produção seria uma alternativa econômica para o cimento Portland convencional, bem como uma solução ambiental mais adequada. Rosa (2009) quantificou a influência das variáveis da quantidade de cal, quantidade de cinza volante de carvão, porosidade e do tempo de cura sobre a resistência de um solo arenoso artificialmente cimentado, verificando a adequação do uso da relação vazios-cal na estimativa da resistência a compressão simples destas misturas. Os ensaios realizados foram de compressão simples e medidas de sucção matricial. Os resultados demonstraram que o aumento da quantidade de cal e cinza volante, do peso especifico aparente seco e do tempo de cura provocou o aumento da sua resistência à compressão simples. A resistência à compressão simples aumenta linearmente com o aumento da quantidade da cal (3% até 9%) e exponencialmente com a redução da sua porosidade nas misturas do solo com cinza volante de carvão. A taxa de ganho de resistência aumentou com o aumento da massa especifica aparente seca do material compactado e com o aumento do teor de cinza volante, indicando que a efetividade da cimentação é maior nas misturas mais compactas e com maior porcentagem de cinza volante (0% até 25%), isto ocorre pelo fato da cinza volante ser um material que possui propriedades pozolânicas. Lopes (2011) estudou a aplicabilidade das cinzas de carvão (volante e de fundo) em camadas de pavimentos rodoviários. Utilizou-se um solo arenososiltoso não lateritico. Foram realizados ensaios de caracterização física, química, mecânica e ambientais de solubilização e lixiviação. Os teores de cinza de fundo foram 30% e 40% e da cinza volante foi 10% e 20% relacionados ao peso do solo seco. Também se realizaram ensaios com adição de 3% de cal. Os resultados dos ensaios ambientais indicaram que a cinza volante foi classificada como resíduo de Classe II B- Resíduo Inerte e a cinza de fundo Classe II A- Resíduo não Inerte. A adição de cinzas ao solo gera aumento na umidade ótima do material e diminuição na massa específica aparente máxima, em diferentes proporções. As análises mecanísticas-empíricas com os valores de módulo resiliente mostraram que é viável a utilização de cinzas como aditivo ao solo para utilização em base de pavimentos de baixo volume de tráfego. Os ensaios triaxiais de cargas repetidas

52 52 demonstraram que a tensão confinante é mais influente no solo estudado e o comportamento não muda com a adição das cinzas. As análises dos resultados de módulo de resiliência comprovaram que o tempo de cura, o tipo e teor de cinza melhoram o comportamento da mistura, apresentando melhores resultados nas misturas com cinza volante e cal. Kim et al. (2005) estudaram os usos em aterros de pavimentação para as cinzas volantes e de fundo de carvão e realizaram ensaios de caracterização mecânica como compactação, resistência, compressibilidade e permeabilidade. Os resultados apresentaram que a permeabilidade das misturas com cinzas compactadas foi diminuindo ligeiramente com o aumento do teor de cinza volante. Isto é principalmente devido ao aumento do peso específico com o aumento do teor de finos, o que gera mais resistência ao fluxo de água através do preenchimento de espaços vazios entre partículas. Os valores foram semelhantes a de uma mistura de areia com cal. Os resultados dos ensaios mecânicos indicaram que as misturas com cinza volante e cinza de fundo podem ser mais compressíveis do que as areias típicas compactadas nos mesmos níveis de compactação Considerações Finais De acordo com a revisão bibliográfica do presente estudo, foi mencionada a problemática atual no Brasil sobre a geração e disposição de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) na atualidade, para se ter um conhecimento geral das quantidades de RSU que poderiam ser aproveitados se fossem criadas as usinas projetadas para geração de energia pela incineração de RSU. Além disso, a principal ênfase desta revisão foram os diferentes métodos de estabilização de solos com cinzas de RSU e sua comparação com outros aditivos estabilizadores, como cal, cimento e cinzas de carvão. A maioria dos estudos com utilização de cinza de RSU, já realizados, tem como foco a pavimentação, mas existe também um campo grande a ser estudado, que são os estudos com foco aos solos de fundação ou camadas de aterros sanitários, aterros sobre solos moles ou estabilização de taludes. Nesta revisão bibliográfica foram relatados diversos trabalhos, de autores de diferentes países, sobre a adição de cinza de RSU (volante ou de fundo) ao solo para utilização em geotecnia. Os trabalhos apresentam um comportamento muito

53 53 favorável da utilização das cinzas de RSU e de outros tipos de cinzas misturadas com o solo e, na maioria dos casos, a adição de uma pequena porcentagem de cal ou cimento é um aporte importante na resistência, que o solo estabilizado pode ganhar. Destaca-se que para a utilização de cinzas é imprescindível fazer ensaios de caráter ambiental, como lixiviação e solubilização, para se ter a certeza de que não terão agentes contaminantes para o solo ou para águas subterrâneas. A utilização das cinzas de RSU em geotecnia pode gerar custos mais baixos na construção e comportamentos melhores em comparação ao solo puro.

54 54 3 Programa Experimental O programa de ensaios estabelecido tem como objetivo principal avaliar o efeito da adição de cinzas de Resíduo Sólido Urbano (RSU) nas propriedades mecânicas de um solo coluvionar. As etapas do programa experimental proposto são detalhadamente descritas neste capítulo, bem como a descrição dos materiais utilizados na pesquisa, os métodos utilizados na preparação das amostras, detalhes de execução dos ensaios e equipamentos utilizados nos ensaios de laboratório. Os ensaios do programa experimental desta pesquisa foram realizados no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente e no Laboratório de Química ambos, na PUC-Rio Materiais Solo A argila utilizada neste trabalho é um solo coluvionar, argilo-arenoso, não saturado (Soares, 2005 apud Ramirez, 2012). Este solo foi coletado no Campo Experimental II, localizado no interior do campus da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, conforme o esquema mostrado na Figura 3.1. O material foi retirado até 2 m de profundidade, desde a superfície da encosta.

55 55 Figura Localização do Campo Experimental II PUC-Rio (Soares 2005). Este solo possui características de tonalidade vermelha amarelada, textura micro-granular e com aspecto homogêneo, sendo constituído basicamente por quartzo, granada alterada, argilominerais (essencialmente caulinita) e óxidos de ferro e alumínio, como produto do intemperismo dos minerais primários da biotita gnaisse (Soares, 2005 apud Ramirez, 2012). A Figura 3.2 apresenta uma foto do solo coluvionar utilizado. As características geotécnicas físicas deste material são apresentadas e analisadas no item 4.1. O material foi retirado manualmente e depositado em baldes cilíndricos de plástico, em um dia ensolarado. Aproximadamente 100 kg deste solo foram levados para o laboratório e colocados na estufa a 60 C. Depois de atingir uma umidade constante, foi colocado em sacolas de plástico lacradas e guardado na câmara úmida. Este tipo de solo já foi utilizado anteriormente em outras pesquisas desenvolvidas na PUC-Rio (Sertã, 1986; Marinho, 1986; Lins, 1991; Dylac, 1994; Beneveli, 2002; Soares, 2005). Sertã (1986) fez um estudo dos aspectos geológicos e geotécnicos do solo residual do Campo Experimental II, deixando um amplo conhecimento das suas características. Outros autores como Marinho

56 56 (1986), Lins (1991), Daylac (1994), Beneveli (2002) e Soares (2005) utilizaram este solo para realizar ensaios especiais e testar equipamentos desenvolvidos na PUC-Rio. A grande quantidade de informação disponível foi um dos motivos pelos quais foi escolhido este material para a presente pesquisa, Figura 3.2 Argila utilizada - solo coluvionar. Segundo o perfil morfológico feito por Dylac (1994) apresentado na Figura 3.3, o solo utilizado está situado na camada superior do perfil, conformada por colúvio. No lugar da coleta, se observou presença de alguns pedregulhos de quartzo. No processo de preparação do solo para os ensaios (destorroamento), se retiraram as raízes presentes no material.

57 57 Figura Descrição morfológica do perfil do Campo Experimental II da PUC-Rio (Dylac, 1994) Sertã (1986) fez uma análise mineralógica do solo presente no Campo Experimental II. A Tabela 3.1, elaborada por Dylac (1994), resume os resultados obtidos por Sertã para amostras retiradas entre 3,00 m e 3,50 m de profundidade. A presença imperante de certos minerais como a caulinita, a gibsita e a goetita, e o perfil morfológico apresentado anteriormente sugerem que o solo tem um alto grau de intemperismo.

58 58 Tabela Análise mineralógica (Sertã, 1986) do coluvio (3,0-3,5 m.) Fração do solo Pedregulho Areia Silte Argila Mineral Quartzo Granada alterada Quartzo Granda muito alterada Agregados Ferruginosos Magnetita Quartzo Caulinita Goetita Caulinita Goetita Quantidade / observações grãos arestados de coloração transparente a leitosos alguns fragmentos grãos arestados correspondem a aproximadamente 5% da amostra total pequenos traços presença presença presença presença marcante alguns traços Cinza Volante e Cinza de Fundo A cinza volante e a cinza de fundo são provenientes da incineração do Resíduo Solido Urbano (RSU) na Usina Verde, que fica localizada na Ilha do Fundão Rio de Janeiro. A incineração e coleta foram realizadas no mês de Janeiro/2012 para a cinza volante e Maio/2012 para a cinza de fundo, onde a quantidade total de cada tipo de cinza usado para os ensaios de caracterização física, química e mecânica foi 25 kg. As Figuras 3.4 e 3.5 ilustram a cinza volante e a cinza de fundo de RSU, respectivamente, onde é possível perceber que a cinza volante apresenta uma uniformidade de textura, mas a cinza de fundo apresenta diversos compostos residuais como pequenas peças de azulejo, vidro, fios de ferro, etc.

59 59 Figura 3.4 Cinza Volante de RSU Figura 3.5 Cinza de Fundo de RSU Produção das Cinzas de RSU A Usina Verde é uma empresa de capital privado situada na Cidade Universitária da UFRJ - Ilha do Fundão, e tem como objetivo apresentar soluções ambientais para a destinação final dos resíduos sólidos urbanos, através do processo de incineração com co-geração de energia. Atualmente, a Usina Verde vem tratando o Resíduo Sólido Urbano (RSU), e procura através o processo de

60 60 incineração, propiciar o aproveitamento racional do lixo, convertendo-o, se possível, em insumos (Vizcarra, 2010). O RSU utilizado na Usina Verde vem já pré-tratado da Companhia Municipal de Limpeza Urbana do Rio de Janeiro (Comlurb), provenientes do aterro sanitário da Comlurb, no bairro Cajú/RJ. Todavia, ao chegar à usina, passa por uma nova triagem. A composição do RSU após processo de reciclagem da Comlurb e da Usina Verde se encontra na Figura 3.6. Em funcionamento desde 2004, a Usina recebe diariamente 30 toneladas de resíduos sólidos (Vizcarra, 2010). Figura 3.6 Composição do RSU da COMLURB e da Usina Verde (FONTES, 2008)

61 Processo de Incineração Esta descrição está baseada em Fontes (2008), que estudou estes resíduos para uso em concreto de cimento Portland para construção civil. O RSU, após a etapa de pesagem, passa pelo processo de triagem, como dito anteriormente, onde os materiais recicláveis são segregados manualmente e com o auxílio de detectores de metais localizados nas duas esteiras, por onde os resíduos são conduzidos. Após a segunda esteira, o RSU é triturado e o material fino separado com o auxílio de peneira rotativa e encaminhado para secagem, visando a redução do teor de umidade. Em seguida, o RSU triturado passa por nova moagem, em moinho de facas, e é depositado em um silo Combustível Derivado do Resíduo (CDR). Estes resíduos (matéria orgânica e resíduos combustíveis não recicláveis) são encaminhados para o forno de incineração, que opera a uma temperatura de 950ºC. Durante o processo de combustão, são produzidas duas cinzas: cinza de fundo e cinza volante. A cinza de fundo (bottomash) é depositada no fundo da câmara de pós-combustão, encaminhada ao tanque de decantação e disposta em caçambas. Os gases quentes e a cinza volante (flyash) são exauridos da câmara de pós-combustão e aspirados para a caldeira de recuperação onde ocorre o aproveitamento energético (co-geração de energia). Há uma geração efetiva de 0,6MW de energia elétrica por tonelada de lixo tratado, o que é suficiente para abastecer cerca de 2300 residências com consumo médio de 200 KW/mês. Posteriormente, os gases são neutralizados em um conjunto de lavadores e, em seguida, os gases limpos são aspirados e descarregados na atmosfera. A solução de lavagem é então recolhida nos tanques de decantação onde ocorre a neutralização com as cinzas do próprio processo e hidróxido de cálcio, o que ocasiona a mineralização (decantação dos sais), sendo esta solução posteriormente reaproveitada no processo de lavagem (recirculação). Em seguida, a cinza volante é encaminhada para os tanques de decantação onde periodicamente é retirada e armazenada em caçambas. Ao final do processo de incineração para cada tonelada de RSU que entra no forno, se obtém 120 kg das duas cinzas, que representam cerca de 80% de cinza pesada e 20% de cinza volante (dados fornecidos pela Usina Verde S/A). A cinza de fundo está sendo testada, em substituição à areia, na fabricação de tijolos e pisos. As cinzas não

62 62 utilizadas são encaminhadas ao Aterro metropolitano Jardim Gramacho, localizado em Duque de Caxias/RJ. As Figuras 3.7 até 3.9 apresentam as etapas do processo de incineração, as quais são submetidos os Resíduos para a geração de energia elétrica na Usina Verde (Vizcarra, 2010). Fontes (2008) conclui no seu estudo que a argamassa testada contendo cinza volante do resíduo sólido urbano apresentou resultados mecânicos, físicos e de durabilidade superiores à referência. A presença da cinza, provavelmente, promoveu o acréscimo destes parâmetros através da ação física de refinamento dos poros. A distribuição de poros mostrou a redução dos grandes capilares, proporcionando o acréscimo no volume dos médios e pequenos capilares num concreto de alto desempenho.

63 Figura 3.7 Segregação de materiais para reciclagem na Usina Verde (USINA VERDE, 2009) 63

64 Figura 3.8 Processo de geração de energia elétrica na Usina Verde (USINA VERDE, 2009) 64

65 65 (a) Pesagem do RSU (b) Processo de triagem (c) Câmara de pós combustão (d) Sistema de lavagem dos gases (e) Cinza de fundo (f) Cinza volante Figura 3.9 Etapas do processo de incineração de RSU na Usina Verde S/A (Fontes, 2008)

66 Misturas Solo-Cinza O solo foi preparado como descrito no item e as cinzas foram secadas na estufa a 60ºC até atingir uma umidade constante. Depois foram preparadas as misturas calculadas em relação à massa total do solo seco. Após a mistura a seco foi adicionada água em função da umidade ótima obtida nos ensaios de Compactação Proctor Normal. As misturas utilizadas foram 20%, 30% e 40% de cinza volante e cinza de fundo, calculados em relação ao peso do solo seco. No início da pesquisa só foram analisadas misturas com 20% e 40% das cinzas volante e cinzas de fundo, considerando como referência os ensaios feitos por Vizcarra (2010) que avaliou a influência das cinzas de RSU sob carregamento dinâmico, mas depois das análises foi necessário fazer ensaios com 30% da cinza volante e da cinza de fundo, para se ter certeza de como evolui os parâmetros de resistência em função dos teores de cinzas. A Tabela 3.2 apresenta as siglas utilizadas para descrever cada tipo de solo e as misturas. Tabela Siglas utilizadas para o solo, cinzas e as misturas Material / Mistura Solo (%) Cinza Volante (%) Cinza de Fundo (%) Siglas Solo SP Cinza Volante CV Cinza de Fundo CF Mistura SP80CV20 Mistura SP70CV30 Mistura SP60CV40 Mistura SP80CF20 Mistura SP70CF30 Mistura SP60CF40 Para as misturas com tempos de cura de 30 e 60 dias foram adicionadas as siglas T30d e T60d, respectivamente Quantidade e Cronograma de ensaios Neste item se apresenta a quantidade de ensaios de caracterização física, química e mecânicos realizados e o cronograma dos ensaios de Compactação com

67 67 energia Proctor Normal e Ensaios Triaxiais tipo Adensado Isotropicamente Drenado (CID) sem tempo de cura e com tempo de cura de 30 e 60 dias Quantidade de ensaios Os ensaios foram divididos em 3 etapas, que são: caracterização física, caracterização química e ambiental e resistência mecânica e são apresentados na Tabela 3.3. Um dos objetivos referentes a este estudo foi a influência do tempo de cura no parâmetro de resistência mecânica. Cada mistura de solo-cinza foi submetido a ensaios sem tempo de cura e com tempo de cura de 30 e 60 dias, mas as misturas de SP70CV30 e SP70CF30 foram ensaiadas sem tempo de cura e com tempo de cura de 30 dias, pois não houve tempo para realizar os ensaios com tempo de cura de 60 dias. Na Tabela 3.3 se apresenta a quantidade de ensaios que não apresentaram problemas, mas a quantidade total de ensaios foram superiores devido que em todo estudo experimental ocorre diferentes tipos de problemas. A maioria de problemas apresentados foram nos ensaios de caracterização mecânica (Proctor Normal e Triaxiais CID). Nos ensaios Proctor Normal se repetia o ensaio cada vez que a mistura solocinza apresentava um comportamento diferente no apresentado com outras misturas com outro teor de cinza. Este tipo de comportamento era devido que o material apresentava uma pequena umidade inicial ou porque não se realizou o ensaio corretamente. Nos ensaios triaxiais CID os tipos de problemas foram variáveis, no começo no moldagem dos corpos de prova onde muitas vezes se perdia estes corpos de prova (por rotura ou má moldagem) e se tinha que repetir o ensaio Proctor Normal. Outros tipos de problemas eram quando a membrana utilizada apresentava um furo no momento do ensaio triaxial e os resultados eram incorretos, o equipamento triaxial apresentava vazamentos nos condutos de água, as leituras estavam erradas ou os dados não foram salvadas devidamente no computador. No total a quantidade final de ensaios triaxiais realizados foram 65

68 68 dos quais 51 não apresentaram problemas e os resultados são apresentados neste trabalho. Siglas Ensaios Siglas Caracterização Física Gs LL LP Granulometria Tabela 3.3 Quantidade de ensaios Composição Quimica *Oau=Ensaios feitos por outros autores e resultados tomados neste trabalho. ** Os espaços em branco são ensaios que foram impossíveis de realizar pela condição de material ou não se precisava realizar. Etapas Caracterização Quimica e Ambiental Teor de Materia Orgânica Lixiviação Solubilização SP Oau Oau Oau Oau Oau CV Oau Oau Oau Oau Oau Oau CF Oau Oau Oau Oau Oau Oau Resistencia Mecânica Compactação Normal Ensaio Triaxial CID SP80CV20 T0d SP80CV20 T30d 3 SP80CV20 T60d 3 SP70CV30 T0d SP70CV30 T30d 3 SP60CV40 T0d SP60CV40 T30d 3 SP60CV40 T60d 3 SP80CF20 T0d SP80CF20 T30d 3 SP80CF20 T60d 3 SP70CF30 T0d SP70CF30 T30d 3 SP60CF40 T0d SP60CF40 T30d 3 SP60CF40 T60d 3 Total Os ensaios de Compactação com energia Proctor Normal foram realizados um dia antes do ensaio triaxial CID, para os ensaios sem tempo de cura e ao mesmo tempo foram preparados os corpos de prova compactados para tempo de cura de 30 e 60 dias Métodos e Procedimentos de Ensaio Neste item serão apresentados as metodologias e procedimentos utilizados para as análises físicas e químicas do solo, das cinzas e suas misturas. O objetivo da realização deste programa experimental foi a caracterização do solo e do solo-cinza, no intuito de conhecer seu comportamento logo após os

69 69 ensaios mecânicos (ensaios de compactação Proctor Normal e ensaios Triaxiais Drenados) além de conhecer seus parâmetros de resistência e ter uma ideia de como a cinza (volante e de fundo) pode atuar como estabilizante no solo Ensaios de Caracterização Física Para determinar as propriedades índice das amostras de solo e das misturas solo-cinza, foram executados ensaios de caracterização física no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. O solo foi preparado segundo recomendado nas normas técnicas brasileiras (Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT). Os ensaios realizados foram feitos seguindo as normas: NBR 6457/1986; NBR 7181/1984; NBR 6508/1984; NBR 6459/1984; NBR 7180/ Densidade Real dos Grãos A densidade real dos grãos das misturas solo-cinza, foi determinada utilizando o material que passou na peneira #40 (0,425 mm), seguindo a norma NBR 6508/1984 da ABNT Limites de Atterberg Os limites de Atterberg, limite de liquidez e limite de plasticidade, foram determinados utilizando-se o material passante na peneira #40 (0,425 mm). O material usado foi ensaiado à temperatura ambiente segundo as normas NBR 6459/1984 e NBR 7180/1984 da ABNT.

70 Análise Granulométrica Para a determinação da curva granulométrica do solo, peneirou-se 1000 gramas do material na peneira #40 (0,425 mm), seguindo as normas NBR 7181/1984 e NBR 5735 da ABNT Ensaios Químicos Estes ensaios foram feitos para conhecer as características químicas das cinzas e das misturas solo-cinza, porque é a maior preocupação com relação à sua classificação como resíduo perigoso ou não perigoso e a escolha do tipo de disposição final que deveria ter Composição Química A composição química do solo foi obtida de estudos anteriores realizados por Duarte (2004) e por Sertã (1986), que também ressaltaram uma análise mineralógica do material. A composição química total das amostras de cinza foi obtida mediante a técnica Espectrometría de fluorescêncía de Raios-X por Energia Dispersiva (EDX). As amostras de cinza pura foram submetidas à análise por EDX em um Espectrómetro de Fluorescência de Raios-X por Energia Dispersiva, modelo EDX-720, marca Shimadzu no Laboratório de Estruturas (LABEST) da COPPE/UFRJ. O ensaio foi desenvolvido por Vizcarra (2010). A composição química das misturas solo-cinza foram realizadas neste trabalho submetidas à análise por EDX em um Espectrómetro de Fluorescência de Raios-X por Energia Dispersiva, modelo EDX-700 no Laboratório de Química da PUC-Rio. O Espectrômetro de fluorescência de raios-x é um instrumento que determina qualitativamente e semi-quantitativamente os elementos presentes em uma determinada amostra. Isto é possível através da aplicação de raios-x na superfície da amostra e a posterior análise dos fluorescentes raios-x emitidos. É uma técnica não-destrutiva para todos os tipos de amostras, incluindo sólidos,

71 71 líquidos ou pós, sendo por esta razão interessante para a caracterização dos materiais. O ensaio foi desenvolvido por Vizcarra (2010) e o equipamento está ilustrado na Figura Figura 3.10 Equipamento de EDX do LABEST da COPPE/UFRJ (Vizcarra, 2010) Teor de Matéria Orgânica Para o solo, cinza volante e cinza de fundo, o teor de carbono orgânico é determinado por oxidação com dicromato de potássio em meio sulfúrico, usando o sulfato de prata como catalizador, sendo o excesso de dicromato após a oxidação, dosado por titulação com solução padrão de sulfato ferroso amoniacal, utilizando difenilamina como indicador (DIAS e LIMA, 2004). Os ensaios para cinza volante e de fundo de RSU foram realizados por Vizcarra (2010) e do solo foi desenvolvido neste trabalho; todos no Laboratório de Geotecnia/Química de solos da COPPE/UFRJ. O teor de carbono assim obtido é multiplicado por 1,724 obtendo-se o teor de matéria orgânica. Este fator é utilizado em virtude de se admitir que, na composição média do húmus, o carbono participa com 58%. (EMBRAPA, 1997). Para as misturas solo-cinza, os ensaios foram feitos no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio, de acordo com a Norma ABNT NBR 13600/1996. Utilizou-se uma mufla de 440 C apresentada na Figura 3.11.

72 72 Figura 3.11 Mufla de 440 C usada para as misturas solo-cinza do laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio Solubilização e Lixiviação O ensaio de solubilização foi realizado pelo laboratório TASQA Serviços Analíticos Ltda., segundo a Norma ABNT NBR 10006/2004 com a finalidade de classificar o resíduo. Para esta classificação foi utilizada a listagem da Norma ABNT NBR 10004/2004 anexo G. Esta listagem fornece os valores máximos permitidos para extratos solubilizados. Portanto, quando a análise dos elementos químicos do extrato solubilizado apresenta algum valor superior ao da referida listagem, o resíduo é classificado como não inerte, caso contrário, este é classificado como resíduo inerte de acordo com as definições apresentadas na norma NBR 10004/2004 para resíduos sólidos. O ensaio de solubilização é realizado em duplicata e foi realizado por Vizcarra (2010). O ensaio de lixiviação também foi realizado pelo laboratório TASQA Serviços Analíticos Ltda., segundo a Norma ABNT NBR 10005/2004, realizado por Vizcarra (2010).

73 Ensaios de Caracterização Mecânica Os ensaios foram feitos para conhecer como se comporta o solo e as misturas solo-cinza ao efeito dos ensaios de Compactação Proctor Normal e ensaios Triaxiais Adensados Isotropicamente Drenados Ensaios de Compactação Proctor Normal Os ensaios de compactação foram realizados para o solo argiloso e nas misturas solo-cinza, com o intuito de se determinar a umidade ótima de compactação (w ótm ) e o peso específico aparente seco máximo (γ dmáx ) dos materiais e das misturas. Estes ensaios foram realizados segundo as diretrizes da norma NBR 7182 da ABNT, utilizando-se a energia de compactação Proctor Normal e com reuso de material. Após secagem do solo em estufa a 60 C, iniciou-se o processo de destorroamento deste, passando-o posteriormente pela peneira #4, adotando-se o procedimento descrito pela norma NBR 6457 (ABNT, 1986) - preparação com secagem prévia depois se deixou na estufa de 60ºC de um dia para outro. No dia seguinte se retirou o material da estufa e se deixou resfriar até chegar a temperatura ambiente. Em seguida, adicionou-se uma determinada quantidade de água ao material, a fim de que este ficasse com cerca de 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, isto foi feito tanto para o solo argiloso como para as misturas solo-cinza. Após mistura do solo argiloso (puro e com as diversas porcentagens de cinza volante e de fundo) com o volume de água calculado, homogeneizou-se bem a mistura. Os valores de dmáx e w ótm obtidos da curva de compactação foram utilizados para moldagem dos corpos de prova utilizados nos ensaios triaxiais CID. Todo o processo foi repetido cinco vezes como mínimo para cada mistura, sendo pelo menos dois no ramo seco e dois no ramo úmido da curva de compactação.

74 Ensaios Triaxiais As obras geotécnicas, como barragens e estruturas de fundações têm se validado de resultados de ensaios triaxiais para a avaliação do desempenho destes materiais pois são obras que são solicitadas na maior parte da sua vida útil por carregamentos estáticos. Destaca-se que o ensaio triaxial estático permite a simulação de condições de campo variadas e a determinação do comportamento mecânico dos solos segundo diferentes níveis de tensões. Os ensaios de laboratório visam reproduzir nos corpos de prova as solicitações que o maciço de solo poderá ser submetido no campo. Objetiva-se, com isso, a obtenção de parâmetros mecânicos de resistência e deformabilidade, que possam representar o comportamento do material em métodos de análise. Segundo Bishop e Henkel (1962), os corpos de prova devem ter uma relação altura/diâmetro igual a 2,0, podendo variar entre 1,5 e 2,5. Estes limites visam minimizar os efeitos de atrito nas extremidades do corpo de prova, mantendo uma condição adequada de esbeltes. Os cálculos de tensão desviadora (σ a σ c ), devem ser efetuados supondo que o corpo de prova, ao se deformar, mantém o formato de um cilindro reto Ensaios Triaxiais CID Os ensaios triaxiais realizados no presente trabalho são do tipo Adensado Isotropicamente Drenado (CID). Todos os ensaios foram executados no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. Descreve-se a seguir os equipamentos utilizados nestes ensaios, bem como as metodologias empregadas, na preparação dos corpos de prova, processo de saturação e cisalhamento Equipamento utilizado A prensa utilizada é da marca Wykeham-Ferrance, de velocidade de deslocamento controlada, com capacidade de 10 toneladas. O ajuste das velocidades de deslocamento do pistão é determinado mediante a seleção adequada de pares de engrenagens e a respectiva marcha (Ramírez, 2012).

75 75 A câmara triaxial empregada é própria para corpos de prova com diâmetro de 1,5. A câmara possue um corpo de acrílico que suporta uma pressão confinante máxima de 1000 kpa (Ramírez, 2012). A célula de carga utilizada é do fabricante ELE International Ltd. com capacidade máxima de 5000 kn e prensas de 0,1 kn. Para a obtenção dos deslocamentos foram utilizados LVDT s da marca Wykwham Farrance, com cursos de 25 mm e resolução de precisão de 0,01 mm. O transdutores usado na medida das pressões na câmara, no medidor de variação de volume e das poropressões são da marca Schaevitz, com variações de ± 2,0 kpa e capacidade máxima de 1700 kpa (Ramírez, 2012). As variações de volume são obtidas através de medidores de variação volumétrica (MVV), fabricados na PUC-Rio, segundo o modelo do Imperial College. Todas as partes do equipamento são apresentadas na Figura Figura (a) Caixa leitora de dados; (b) Medidor de Variação de Volume tipo Imperial College; (c) Painel de controle das Pressões; (d) Aplicação de Pressão confinante; (e) Cilindro de Acrílico; (f) Corpo-de-prova; (g) Válvulas da câmara Triaxial; (h) Controle para início do cisalhamento Para a gravação dos dados, obtidos por intermédio do transdutor, foi utilizado o sistema de aquisição de dados composto pelo hardware QuantumX de

76 76 oito canais da empresa alemã HBM e pelo software CatmanEasy (Ramirez, 2012) (Figura 3.13) Com todo este equipamento, o hardware e software utilizado se conseguiram realizar e monitorar em tempo real todas as etapas do ensaio. (a) (b) Figura 3.13 (a) Software CatmanEasy na etapa de cisalhamento, (b) Sistema de aquisição de dados (Ramirez; 2012) Preparação dos corpos de prova Para a confecção dos corpos de prova do solo argiloso puro e as misturas solo-cinza, inicialmente compactou-se um corpo cilíndrico, na energia Proctor Normal, utilizando a umidade ótima e massa específica seca máxima obtida para cada tipo de mistura e o solo puro (descrição apresentada no item ). Figura Corpo cilíndrico compactado

77 77 Obtido o material compactado (Figura 3.14), molda-se o corpo-de-prova utilizando um aparelho de fabricação própria do laboratório, as dimensões destes corpos de prova são 78.2 mm de altura e 38.0 mm de diâmetro (Figura 3.15). Retira-se 3 pequenos corpos-de-prova, de cada corpo compactado, para assim ter as mesmas condições para cada ensaio. (a) (b) Figura 3.15 (a) Corpo de prova após moldagem; (b) Corpo de prova após aplainadas a base e a topo No momento da moldagem retiram-se 3 cápsulas com o solo ou mistura do solo-cinza (Figura 3.16), depois pesar e deixar na estufa de 105ºC por 24h para conhecer sua umidade inicial. Figura 3.16 Capsulas com mistura de solo-cinza tirados do moldagem Antes de fazer a montagem testa-se a membrana (com ajuda de um molde de aço) para ter a certeza que não esteja furada e possa vazar água dentro dela (é

78 78 recomendável não reutilizar as membranas depois de cada ensaio) (Figura 3.17), pesar o corpo de prova consertado para ter seu peso inicial e verificar o correto funcionamento de cada válvula do equipamento triaxial (Figuras 3.18) Figura 3.17 Teste de membrana (a) (b). Figura 3.18 (a) Pesagem do corpo-de-prova para montar na prensa triaxial; (b) Verificação da prensa antes do ensaio No momento da montagem, deve-se colocar um papel filtro na base do equipamento triaxial (ver se a prensa apresenta ou não uma pedra porosa na base, se não, colocar uma antes do papel filtro) (Figura 3.19). Em seguida colocar o corpo de prova cuidadosamente, coloca-se a membrana com ajuda do molde de aço (Figura 3.20),

79 79 Figura 3.19 Colocação do papel filtro. (a) (b) Figura 3.20 (a) Colocação do corpo-de-prova no equipamento triaxial; (b) Colocação da membrana com ajuda do molde de aço. Uma vez que corpo de prova esteja fixo junto com a membrana, coloca-se mais um papel filtro e uma pedra porosa no topo do corpo de prova nessa ordem (Figura 3.21).

80 80 Figura 3.21 Colocação do papel filtro e a pedra porosa no topo do corpo-deprova Para finalizar coloca-se o cap no topo, seguida da membrana, fixa-se com 2 o-rings na base e outros 2 no topo e se tira o molde de aço. Depois pode-se encerrar o corpo de prova dentro da câmara triaxial, segurar, encher com água e colocar a mangueira de pressão confinante na parte superior da câmara para começar a etapa de saturação que vamos ver no seguinte item (Figura 3.22). (a) (b) (c) Figura 3.22 (a) Fixação da membrana ao corpo de prova com os o-rings; (b) Preenchimento da câmara triaxial com água; (c) Colocação da conexão de pressão confinante.

81 Procedimento de saturação dos corpos de prova As técnicas de saturação utilizadas para os corpos de prova de solo argiloso e misturas solo-cinza, foram de saturação por percolação de água através da amostra e de saturação por contrapressão. No caso da percolação a diferença de pressão entre a base e o topo utilizado foi de 7 kpa, sendo que a água fluía da base para o topo do corpo-de-prova. Na saturação por contrapressão, a pressão confinante aplicada ao corpo-de-prova excedia a contrapressão em 10 kpa, onde o fluxo de água era permitido pelo topo e base. Além de medir o parâmetro B era monitorada a quantidade de água que percolava através da amostra, considerandose saturada quando se atingia um volume percolado de duas vezes o volume de vazios do corpo de prova. Para verificar se o grau de saturação apresentava nível satisfatório, calculava-se o parâmetro B de Skempton, por meio da seguinte equação: Equação 1 Onde: Δu: excesso de poropressão gerado, Δσ c : acréscimo de tensão confinante aplicado. Para as amostras de solo e misturas de solo-cinza foram considerados valores de B aceitáveis maiores ou iguais a 0,95. Para os corpos de prova de mistura solo-cinza o tempo de saturação foi variável mas a maioria deles atingia a saturação depois de 24h, foram poucos os que precisaram de 2 dias para atingir a saturação, isto aconteceu com os corpos de prova que foram deixados com um tempo de cura de 30 ou 60 dias Adensamento e Cálculo do t 100 Após a saturação do corpo de prova, iniciava-se a fase de adensamento. Durante 24 horas foram coletados dados de variação de volume.

82 82 Com estes dados se traçava o gráfico variação de volume (ml) x raiz do tempo (min 0,5 ). Segundo a recomendação de Head (1986), prologava-se 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 fornecia a raiz de t 100 (min 0,5 ) no eixo das abscissas. Logo com o valor de t 100 (min) se calculava a velocidade de cisalhamento Cálculo da velocidade de cisalhamento e etapa de Cisalhamento Como os ensaios triaxiais foram drenados, a expressão utilizada (Head, 1986) foi a seguinte: Equação 2 onde: ν: velocidade máxima de cisalhamento em mm/min, L: altura do corpo de prova em mm, ε f : deformação axial estimada na ruptura em %, t f : tempo mínimo de ruptura em minutos. Onde o t f para o ensaio triaxial (CID) é: Equação 3 Head (1986) aponta que: se o valor calculado de t f é menor que 120 minutos (2 horas) o atual tempo de ruptura não deveria ser menor que 2 horas, então se adota t f = 120 porque todos os ensaios (de solo argiloso e misturas solocinza) tiveram um tempo de ruptura menor do que 120 minutos, O objetivo de definir uma velocidade suficientemente lenta para a aplicação da compressão axial é permitir a total drenagem da água do corpo de prova sem gerar excesso de poropressão.

83 83 Para os corpos de prova realizados com o solo argiloso e misturas solo-cinza se definiu que a ruptura ocorreria para uma deformação axial de 5%. Assim, a velocidade máxima (ν) calculada foi a mesma para todos, sendo a velocidade adotada igual a 0,030 mm/min. Com a velocidade de cisalhamento definida, procedia-se a colocação de um par de engrenagens na prensa, que define a velocidade desejada. Para os cálculos foi adotado 15% de deformação axial como deformação máxima para todos os ensaios. Para os ensaios triaxiais, os variantes de tensão q (tensão de desvio) e p (tensão efetiva média normal) foram calculados com as formulações de Lambe, para os parâmetros de resistência do solo utilizou-se os valores da envoltória de resistência (α ) e da coesão (a ) obtida no espaço p :q, para calcular os parâmetros de resistência no espaço Mohr Coulomb (φ c ). As formulações de Lambe e os parâmetros definem-se como: Equação 4 Equação 5 Equação 6 Equação 7 Onde: α : inclinação da envoltória de resistência no plano p :q. a : intercepto com o eixo q da envoltória de resistência no espaço p :q. φ : inclinação da envoltória de resistência do plano σ:τ (Mohr Coulomb). c : intercepto da envoltória de resistência do plano σ:τ (Mohr Coulomb).

84 Análises de Resistência Para obter a tensão de ruptura pode-se analisar o pico das curvas tensão versus deformação traçadas em função da diferença de tensões principais (σ1-σ3) ou da relação σ1/σ3 dependendo da finalidade do ensaio. De acordo com Head (1986), a relação σ1/σ3 é preferencialmente utilizada nas argilas, em ensaios não drenados, em que a tensão desviatória continua a aumentar para grandes deformações. Head (1986) ressalta que outras opções de ruptura podem ser escolhidas, como a resistência residual ou a resistência obtida para cisalhamento a volume constante, ou seja, na condição de estado crítico, ou ainda definida a partir das deformações máximas permissíveis no projeto em questão. A Figura 3.23 apresenta os critérios para determinação de ruptura. Figura 3.23 Diferentes critérios para definição de ruptura. (Head, 1986 apud Dias, 2007) A resistência ao cisalhamento dos solos é afetada por diversos fenômenos entre os quais podemos destacar tensão de confinamento, o atrito e a coesão. A resistência por atrito é função da tensão normal no plano de deslizamento relativo de cada partícula. Segundo Terzaghi, em sua Teoria Adesiva do Atrito,

85 85 a superfície de contato real entre dois corpos constitui apenas uma parcela da superfície aparente de contato, dado que em um nível microscópico as superfícies dos materiais são efetivamente rugosas. Considerando que o coeficiente de atrito deve ser governado pelo que ocorre nos pontos reais de contato, as características de rugosidade e de adsorção da superfície da partícula serão relevantes para controlar a resistência que se desenvolve. A rugosidade governa o tamanho das protuberâncias superficiais, que em geral são diferentes quer se consideram partículas grossas ou partículas finas. Por outro lado, a adsorção de água e outras substâncias tende a afetar a natureza e tamanho da área de contato entre partículas. (Dias, 2007) Segundo Dias (2007), a coesão consiste na parcela de resistência de um solo que existe independentemente de qualquer tensão aplicada, além disso, existe várias origens da coesão nos solos, por exemplo a cimentação entre partículas proporcionada por carbonatos, sílica, óxidos de ferro e responde muitas vezes por altos valores de coesão; outras são as forças de atração e repulsão causadas pelos fenômenos eletrostáticos e eletromagnéticos. De acordo com Dias (2007) existe um tipo de coesão que não tem ligação com cimentação ou com atrações químicas, essa coesão, chamada de aparente, ocorre em solos não saturados através da adsorção provocada pela pressão neutra negativa.

86 86 4 Resultados e Análises No presente capítulo são apresentados os resultados e as análises dos ensaios descritos no capítulo 3 para as amostras de solo, cinza volante, cinza de fundo e misturas solo-cinza estudadas. Como o objetivo desta dissertação é avaliar as cinzas de RSU quanto ao potencial de seu uso como um material aditivo e estabilizante para obras geotécnicas com carregamento estático (como por exemplo, solo de fundações, camadas de aterros sanitários e aterros sobre solos moles), as amostras de cinza de fundo e cinza volante foram caracterizadas a partir de ensaios geotécnicos, químicos e ambientais. Esses ensaios têm o objetivo de melhorar a compreensão do comportamento do material em estudo Ensaios de Caracterização Física Densidade Real dos Grãos (Gs) Os valores obtidos de Gs são apresentados na Tabela 4.1. O valor de Gs do solo foi obtido da tese de Ramirez (2012), além disso, este solo já foi objeto de pesquisas anteriores e os valores de Gs estão na mesma ordem de grandeza. Os valores de Cinza Volante e Cinza de Fundo foram obtidos da tese de Vizcarra (2010). Tabela 4.1 Resultados do ensaio de densidade real dos grãos para o solo, cinza volante e cinza de fundo. Amostra Teor de Cinza (%) Densidade real dos Grãos (Gs) Solo (SP) 0 2,720 Cinza Volante (CV) 100 2,412 Cinza de Fundo (CF) 100 2,434

87 87 Os resultados indicam que ao adicionar cinza volante ou de fundo, o Gs apresenta resultados coerentes com os valores dos compostos puros (solo puro, cinza volante e de fundo) Limites de Atterberg Os resultados de Limite de Liquidez (LL), limite de Plasticidade (LP) e Índice de Plasticidade (IP) do solo com adição de cinza volante e cinza de fundo são apresentados nas Tabelas 4.2 e 4.3. Os resultados do solo (SP), aqui apresentados, foram obtidos do trabalho de Ramirez (2012). Tabela 4.2 Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo e misturas solo-cinza volante. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013) Amostra Teor de Cinza (%) LL (%) LP (%) IP (%) Solo (SP) SP80CV SP70CV SP60CV Tabela 4.3 Resultados dos ensaios de Limites de Atterberg para o solo e misturas solo-cinza de fundo. (Ramirez, 2012 e Quispe 2013) Amostra Teor de Cinza (%) LL (%) LP (%) IP (%) Solo (SP) SP80CF SP70CF SP60CF Ressalta-se que não foi possível determinar os Limites de Atterberg para as cinzas puras, devido ao comportamento granular do material, que durante o ensaio não apresentou características plásticas para a sua realização (Vizcarra, 2010). Nota-se que para os dois tipos de cinza, diminuem o limite de liquidez, limite de plasticidade e o índice de plasticidade com o aumento de teor de cinza.

88 Porcentagem que passa (%) Análise Granulométrica No presente item apresentaremos as curvas granulométricas do solo, da cinza volante, da cinza de fundo e das misturas solo-cinza, onde todos os ensaios foram realizados com defloculante para a sedimentação. A Figura 4.1 apresenta a comparação entre as curvas granulométricas de solo, cinza volante e cinza de fundo. A Figura 4.2 apresenta a comparação entre solo, cinza volante e as misturas com 20%, 30% e 40% de teor de cinza volante. Finalmente, a Figura 4.3 apresenta a comparação entre solo, cinza de fundo e as misturas com 20%, 30% e 40% de teor de cinza de fundo. Os resultados para o solo foram retirados do trabalho de Ramirez (2012) e da cinza volante e cinza de fundo foram obtidas do trabalho de Vizcarra (2010). Ao final, apresenta-se a Tabela 4.4 com os resultados, em porcentagens, do ensaio de análise granulométrica para o solo, cinza volante, cinza de fundo e as misturas solo-cinza Diâmetro dos Grãos (mm) SP Cinza Volante Cinza de Fundo Figura 4.1 Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e cinza de fundo.

89 Porcentagem que passa (%) Porcentagem que passa (%) Diâmetro dos Grãos (mm) SP Cinza Volante SP80CV20 SP70CV30 SP60CV40 Figura 4.2 Distribuição granulométrica do solo, cinza volante e misturas com 20%, 30% e 40% de teor de cinza volante Diâmetro dos Grãos (mm) SP Cinza de Fundo SP80CF20 SP70CF30 SP60CF40 Figura 4.3 Distribuição granulométrica do solo, cinza de fundo e misturas com 20%, 30% e 40% de teor de cinza de fundo.

90 90 Tabela 4.4 Resultados das análises granulométricas. Amostra Argila Silte Areia Pedregulho (%) (%) Fina (%) Média (%) Grossa (%) (%) Solo SP80CV SP70CV SP60CV Cinza Volante SP80CF SP70CF SP60CF Cinza de Fundo As misturas com 20% e 40% de teor cinza volante apresentam um comportamento desuniforme, mas para o teor de 30% de cinza volante melhorou a granulometria apresentando um comportamento bem graduado. Além disso, na Tabela 4.4 é notado que com o aumento de teor de cinza volante, aumenta-se a porcentagem de pedregulho, o que é notável na conformação de grãos da cinza volante pura. Para as misturas com cinza de fundo, pode-se notar que fornece um comportamento melhor que do solo, mas com o aumento de teor de cinza também aumenta a quantidade de pedregulho na mistura e é maior que do que apresenta as misturas com cinza volante Classificação SUCS Segundo o Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS), o solo, a cinza volante, cinza de fundo e as misturas solo-cinza foram classificados e obtiveram os índices apresentados na Tabela 4.5. Tabela 4.5 Índices para classificação SUCS. Amostra Solo SP80CV20 SP70CV30 SP60CV40 Cinza Volante SP80CF20 SP70CF30 SP60CF40 Cinza de Fundo Índice CH OL SW-SC SP-SC SM SP-SC SP-SC SP-SC SM

91 91 Segundo Ramirez (2012) o solo é classificado como CH, correspondendo a uma argila arenosa de média plasticidade e segundo Vizcarra (2010) as cinzas (volante e de fundo) são classificadas como SM, que são areias siltosas que tem um melhor comportamento mecânico quando comparado ao solo. Além disso, Ramirez (2010) apresenta um resumo com a distribuição granulométrica obtida em pesquisas anteriores para o solo, que é apresentado na Tabela 4.6. No caso das misturas solo-cinza, como foi observado na Figura 4.2, a mistura SP70CV30 apresenta um índice de SW-SC, que é uma areia bem graduada com argila. Já as outras misturas são classificadas como SP-SC, que são areias mal graduadas com argila, mas em todos os casos melhoram o comportamento do solo. Tabela Caracterização Física do solo coluvionar do Campo Experimental II da Autor Prof. (m) Gs PUC-Rio (Ramirez, 2012 e Quispe, 2013) Ped. + Areia (%) Silte (%) Argila (%) LL LP IP SUCS 1,00 1,45 2,75 26,25 73, MH Atividade (IP/%argila) Sertã (1986) Marinho (1986) Lins (1991) Dylac (1994) Beneveli (2002) 2,00 2,45 2,73 28,13 71, MH 3,00 3,45 2,74 45,63 54, MH 3,60 2,75 35,00 3,00 62, MH 2,00 2,40 2,74 34,00 4,00 62, MH 3,00 3,40 2,74 34,00 4,00 62, MH 3,00 2,77 24,00 5,00 71, MH 6,00 2,76 31,00 6,00 63, MH 1,50 2,76 33,00 9,00 59, CH - 0,62 0,56 0,42 Soares (2005) 1,00 2,74 41,00 5,50 53, CH

92 Ensaios Químicos Composição Química Os resultados da composição química das amostras de solo estão apresentados na Tabela 4.7, onde as análises químicas de capacidade de troca catiônica (CTC) e de ataque sulfúrico do solo foram obtidas do trabalho de Duarte (2004, apud Soares, 2005). A análise química total em porcentagem peso foi obtida de um estudo químico e mineralógico detalhado do campo experimental II da PUC-Rio de onde pertence o solo argiloso e foi realizado por Sertã (1986). O resultado é apresentado na Tabela 4.8. Tabela 4.7 Análises químicas de capacidade de troca catiônica (CTC) e de ataque sulfúrico (Duarte, 2004 apud Soares, 2005) Complexo Sortivo ( meq/100g) Ca 2+ Mg 2+ K + Na + Al 3+ H + CTC 0,00 0,4 0,11 0,15 1,3 3,3 5,3 Ataque por H 2 SO 4 (1:1) - NaOH (0,8%) g/kg ph (1:2,5) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 KI Kr Água KCl ,1 1,49 1,13 4,3 4,0 Tabela 4.8 Análises químicas total em porcentagem em peso (Sertã, 1986) SiO 2 Al 2 O 3 CaO MgO Fe 2 O 3 TiO 2 K 2 O Na 2 O 55,4% 22,0% <0,05% <0,10% 11,0% 1,30% 0,11% 0,01% Analisando os resultados encontrados nas tabelas 4.7 e 4.8, pode-se concluir que a grande quantidade de Al 2 O 3 e Fe 2 O 3 encontrada no solo, indica que este sofreu um processo de laterização. Por outro lado, a pequena quantidade de CaO, MgO, K 2 O e Na 2 O encontradas, sugere se tratar de um material altamente intemperizado, devido à lixiviação intensa dos álcalis. A presença de cátions trocáveis deste solo sugere que este é um material de baixa atividade e é apresentado na Tabela 4.6. Os valores de ph indicam que o solo é ácido (Soares, 2005).

93 93 A tabela 4.9 mostra o resultado da análise mineralógica feita por Sertã (1986) no material em estudo. Para a identificação da microestrutura do material, foram realizadas análises de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura, sendo descritas a seguir. Tabela 4.9 Análises mineralógica (Sertã, 1986) Fração do solo Mineral Quantidade / observações Pedregulho Areia Silte Argila Quartzo Granada alterada Quartzo Granada muito alterada Agregados Ferruginosos Magnetita Quartzo Caulinita Goetita Caulinita Goetita grãos arestados de coloração transparentes a leitosos alguns fragmentos grãos arestados correspondem a aproximadamente 5% da amostra total pequenos traços presença presença presença presença marcante alguns traços Vizcarra (2010) fez análises químicas para a cinza volante e para a cinza de fundo do RSU. A cinza volante é comparada com a análise feita por Fontes (2008) no mesmo tipo de cinza e da mesma usina, e também com análises de cinzas volantes de RSU de diversos países recompilados por Lam (2010, apud Vizcarra, 2010). Os resultados são apresentados na Tabela É notória a diferença tanto nos teores de Óxidos principais (SiO 2, Al 2 O 3 e Fe 2 O 3 ), quanto nos teores de CaO e SO 3, os quais têm influência nas reações de estabilização (Vizcarra, 2010).

94 94 Tabela 4.10 Composição química da cinza volante de RSU (Vizcarra, 2010) Concentração (%) Composto Vizcarra (2010) Fontes (2008) Lam (2010) SiO 2 21,2-12,9 44,26 6,35-27,52 Al 2 O 3 15,4-12,2 18,16 0,92-12,7 Fe 2 O 3 5,3-7,7 9,27 0,63-5,04 SO 3 9,8-5,2 0,64 5,18-14,4 CaO 32,3-45,3 15,39 16,6-45,42 Cl 6,6-4,7 - - TiO 2 3,3-4,7 3,25 0,85-3,12 K 2 O 2,6-4,1 2,61 2,03-8,9 P 2 O 5 1,28-0 2,94 1,56 2,7 ZnO 0,5-1,1 0,46 - Cr 2 O 3 0,1-0,2 0,16 - MnO 0,1-0 0,13 - SrO 0,1-0,2 0,04 - ZrO 2 0,08-0,1 0,04 - CuO 0,08-0 0,06 - PbO 0,08-0 0,11 - MgO - 2,23 1,38 3,16 Na 2 O - - 2,93 8,9 V 2 O 5 0-0, A cinza de fundo é comparada com a análise feita por Arm (2003, apud Vizcarra, 2010) e Lam (2010, apud Vizcarra, 2010) para cinzas de RSU. Os resultados são apresentados na Tabela Tabela 4.11 Composição química da cinza de fundo de RSU (Vizcarra, 2010) Concentração (%) Composto Vizcarra (2010) Arm (2003) Lam (2010) SiO 2 27,0-37,7 46 5,44 49,38 Al 2 O 3 14,1-19,1 10 1,26 18 Fe 2 O 3 10,0-6,6 9 1,21 13,3 SO 3 1,3-3,6-0,5 12,73 CaO 20,1-31, ,86 50,39 Cl 2,3-3,8 - - TiO 2 3,6-5,5-0,92 2,36 K 2 O 2,1-3,0-0,88 7,41 P 2 O 5 0-1,0-0,85 6,9 ZnO 0,9-1,8 - - Cr 2 O 3 0-0, MnO 0,10-0, SrO 0,05-0, ZrO 2 0,11-0, CuO 0-0, Ac 0-0, Br 0-0, Rb 2 O 0-0, MgO 0-1, ,6 3,3 Na 2 O - - 3,3 17,19 V 2 O 5 0-0,43 - -

95 95 Para a cinza de fundo de RSU, existe diferença tanto nos teores de Óxidos principais (SiO 2, Al 2 O 3 e Fe 2 O 3 ), quanto nos teores de CaO e SO 3, os quais têm influência nas reações de estabilização. Isto demonstra a variabilidade da composição química da cinza de fundo e da cinza volante (Vizcarra, 2010). Para as misturas do solo-cinza os ensaios foram realizados no Laboratório de Química da PUC-Rio. Os resultados são apresentados na Tabela Há uma diminuição nos teores de Óxidos principais (SiO 2, Al 2 O 3 e Fe 2 O 3 ) quando se diminui a quantidade de solo dentro da mistura, mas há aumento dos teores de CaO com o aumento de cinza e não há ocorrência de SO 3 como na cinza volante pura presente no trabalho de Vizcarra (2010). Tabela 4.12 Composição química das misturas solo-cinza volante de RSU. Concentração (%) Composto SP80CV20 SP70CV30 SP60CV40 SiO 2 35,92 32,18 31,62 Al 2 O 3 41,29 39,34 37,20 Fe 2 O 3 6,40 6,24 5,41 SO CaO 11,64 16,25 19,05 Cl 0,64 1,15 0,97 TiO 2 1,43 1,49 1,67 K 2 O 0,78 0,94 1,11 P 2 O ZnO 0,30 0,44 0,52 Cr 2 O MnO 0,04 0,05 0,06 SrO 0,10 0,03 0,03 ZrO 2 0,04 0,04 0,04 CuO PbO MgO Na 2 O V 2 O 5 0,10 0,13 0,19 A análise para as misturas solo-cinza de fundo são apresentadas na Tabela Observa-se uma diminuição nos teores de Óxidos principais (SiO 2, Al 2 O 3 ), ao igual que acontece com a cinza volante, quando diminui a quantidade de solo dentro da mistura, mas um aumento dos óxidos Fe 2 O 3 e CaO com o aumento da cinza de fundo dentro da mistura e sem presença do óxido SO 3 os quais têm influência nas reações de estabilização.

96 96 Tabela 4.13 Composição química das misturas solo-cinza de fundo de RSU. Concentração (%) Composto SP80CF20 SP70CF30 SP60CF40 SiO 2 38,78 38,60 36,04 Al 2 O 3 45,39 44,82 42,78 Fe 2 O 3 6,48 7,11 6,61 SO CaO 6,79 7,19 11,61 Cl 0,27 0,26 0,40 TiO 2 1,14 1,21 1,42 K 2 O 0,47 0,44 0,67 P 2 O ZnO 0,07 0,11 0,17 Cr 2 O MnO 0,03 0,04 0,05 SrO 0,01 0,01 0,02 ZrO 2 0,03 0,04 0,03 CuO 0,03 0,04 - PbO MgO Na 2 O V 2 O 5 0,11 0,10 0, Teor de Matéria Orgânica Os resultados dos ensaios de determinação do teor de matéria orgânica do solo, cinza volante e cinza de fundo são apresentados na Tabela 4.14, estas foram obtidas mediante a técnica de oxidação com dicromato de potássio em meio sulfúrico, no Laboratório de Geotecnia/Quimica de Solos da COPPE/UFRJ. Os resultados das cinzas foram obtidos do trabalho de Vizcarra (2010). Tabela 4.14 Teor de matéria orgânica do solo, cinza volante e cinza de fundo. (Vizcarra, 2010 e Quispe, 2013) Amostra Carbono Orgânico Matéria Orgânica (g/kg) (%) (g/kg) (%) Solo 4,93 0,493 8,5 0,850 Cinza Volante 4,52 0,452 7,80 0,780 Cinza de Fundo 78,40 7, ,00 13,500 Nota-se que o teor de matéria orgânica presente na cinza volante é baixo em comparação com a cinza de fundo que tem um teor alto, sabendo que um teor alto de carbono pode inibir a atividade pozolânica severamente como mostrado no

97 97 trabalho de Winterkorn (1990). Segundo referências da Usina Verde, a cinza de fundo teria um alto teor de matéria orgânica devido ao sub-dimensionamento do forno que impossibilita a queima de maior porcentagem de matéria orgânica (Vizcarra, 2010). Para as misturas solo-cinza foram feitas análises de teor por queima em uma Mufla a 440 ºC (ABNT/NBR 13600/1996). Os resultados são apresentados na Tabela Tabela 4.15 Teor de matéria orgânica das misturas solo-cinza. Amostra Matéria Orgânica (%) SP80CV20 4,183 SP70CV30 6,314 SP60CV40 5,450 SP80CF20 8,170 SP70CF30 7,247 SP60CF40 6,801 Nota-se que as misturas solo-cinza volante apresentam um aumento de teor de matéria orgânica até 30% de cinza volante para depois cair. As misturas solocinza de fundo apresentam um valor máximo de teor de matéria orgânica com 20% de cinza e depois começa cair. Segundo Dias (2004), os valores mais elevados obtidos pela técnica da queima, devem-se ao fato de que o aquecimento em estufa e em mufla provoca a perda de componentes inorgânicos voláteis contidos na amostra, como a água de constituição, por exemplo, além das substâncias orgânicas. Logo, observa-se um teor de matéria orgânica acima do esperado, de acordo com este procedimento, isto se nota nas misturas solo-cinza volante, cujos teores são maiores que com cinza volante pura, obtida pela técnica de oxidação com dicromato de potássio Ensaio de Lixiviação Estes resultados, para cinza volante e cinza de fundo, foram obtidos do trabalho de Vizcarra (2010) segundo a norma NBR 10005:2004, e são apresentados nas Tabelas 4.16 e 4.17.

98 98 Tabela 4.16 Resultados do ensaio de lixiviação Parâmetros Inorgânicos na Cinza Volante (Vizcarra, 2010). Resultados analíticos Método de Parâmetros VMP (mg/l) Referência Arsênio 0,27 1 SM B Bário 0,52 70 SM B Cádmio 0,05 0,5 SM B Chumbo < 0,03 1 SM B Cromo Total 0,75 5 SM B Fluoretos 2, SM F C Mercúrio < 0,0005 0,1 EPA 7470 A Prata 0,02 5 SM B Selênio < 0,05 1 SM B VMP: Valor máximo permitido segundo a norma NBR 10004:2004 Tabela 4.17 Resultados do ensaio de lixiviação Parâmetros Inorgânicos na Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010). Resultados analíticos Método de Parâmetros VMP (mg/l) Referência Arsênio < 0,04 1 SM B Bário 0,68 70 SM B Cádmio 0,06 0,5 SM B Chumbo < 0,03 1 SM B Cromo Total 0,03 5 SM B Fluoretos 1, SM F C Mercúrio < 0,0005 0,1 EPA 7470 A Prata < 0,003 5 SM B Selênio < 0,05 1 SM B VMP: Valor máximo permitido segundo a norma NBR 10004:2004 Os parâmetros inorgânicos apresentados nas Tabelas 4.16 e 4.17 como também os parâmetros orgânicos encontrados no extrato obtido no ensaio de lixiviação apresentaram concentrações menores que os limites máximos estabelecidos no anexo F da Norma NBR 10004:2004, logo os resíduos são classificados como Não Perigosos. (Vizcarra, 2010)

99 Ensaio de Solubilização Estes resultados para cinza volante e cinza de fundo foram obtidos do trabalho de Vizcarra (2010) segundo a norma NBR 10006:2004, e são apresentados nas Tabelas 4.18 e Tabela 4.18 Resultados do ensaio de solubilização Parâmetros Inorgânicos na Cinza Volante (Vizcarra, 2010). Resultados analíticos Método de Parâmetros VMP (mg/l) Referência Alumínio 0,31 0,2 SM B Arsênio < 0,001 0,01 SM B mod Bário 0,41 0,7 SM B Cádmio < 0,003 0,005 SM B Chumbo < 0,002 0,01 SM B Cianetos < 0,005 0,07 SM CN C/4500-CN F Cloretos SM Cl - D Cobre 0,01 2 SM B Cromo Total 1,99 0,05 SM B Ferro 0,22 0,3 SM B Fluoretos 0,56 1,5 SM F C Manganês < 0,002 0,1 SM B Mercúrio < 0,0005 0,001 EPA 7470 A Nitrato (como N) 2,10 10 SM NO - 3 F Prata < 0,003 0,05 SM B Selênio < 0,002 0,01 SM B Sódio 85,2 200 SM B Sulfato (expresso como SO4) SM SO -2 4 E Surfactantes < 0,40 0,5 SM C Zinco 0,04 5 SM B VMP: Valor máximo permitido segundo a norma NBR 10004:2004

100 100 Tabela 4.19 Resultados do ensaio de solubilização Parâmetros Inorgânicos na Cinza de Fundo (Vizcarra, 2010). Resultados analíticos Método de Parâmetros VMP (mg/l) Referência Alumínio 0,08 0,2 SM B Arsênio < 0,001 0,01 SM B mod Bário 0,19 0,7 SM B Cádmio < 0,003 0,005 SM B Chumbo < 0,002 0,01 SM B Cianetos < 0,005 0,07 SM CN C/4500-CN F Cloretos SM Cl - D Cobre 0,02 2 SM B Cromo Total < 0,002 0,05 SM B Ferro 0,06 0,3 SM B Fluoretos 0,56 1,5 SM F C Manganês < 0,002 0,1 SM B Mercúrio < 0,0005 0,001 EPA 7470 A Nitrato (como N) 3,80 10 SM NO - 3 F Prata < 0,003 0,05 SM B Selênio < 0,002 0,01 SM B Sódio SM B Sulfato (expresso como SO4) SM SO -2 4 E Surfactantes < 0,40 0,5 SM C Zinco 0,11 5 SM B VMP: Valor máximo permitido segundo a norma NBR 10004:2004 Os parâmetros inorgânicos apresentados nas Tabelas 4.18 e 4.19 como também os parâmetros orgânicos encontrados no extrato obtido no ensaio de solubilização, tem concentrações menores que os limites máximos estabelecidos no anexo G da Norma NBR 10004:2004, exceto o Alumínio, Cloretos, Cromo Total e Sulfatos, para cinza volante e exceto Cloretos e Sulfatos para cinza de fundo, pelo que os resíduos são classificados como Classe IIA- Resíduos Nãoinertes (Vizcarra, 2010). Baseados nos resultados dos ensaios de solubilização e lixiviação, pode-se concluir que as misturas solo-cinza não são perigosas, sendo que ainda são não inertes.

101 Densidade Seca (gr/cm 3 ) Ensaios de Caracterização Mecânica Ensaios de Compactação Proctor Normal A Figura 4.4 apresenta a curva de compactação Proctor Normal do solo e as misturas do solo-cinza volante. A Tabela 4.20 apresenta um resumo dos valores de umidade ótima (w ótm ) e de máxima densidade seca (γ dmáx ). 1,60 1,55 1,50 1,45 Densidade Seca vs. Teor de Umidade Linha de Saturação SP SP80CV20 SP70CV30 SP60CV40 1,40 1,35 1,30 1,25 1,20 1,15 1, Teor de Umidade (%) Figura Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas solo-cinza volante. Tabela 4.20 Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal para o solo e misturas de solo-cinza volante. SP SP80CV20 SP70CV30 SP60CV40 Máxima Densidade Seca (gr/cm 3 ) 1,575 1,549 1,545 1,540 Ótimo Teor de Umidade (%) 24,0 24,7 24,8 24,6

102 Densidade Seca (gr/cm 3 ) 102 Nota-se que ao aumentar o teor de cinza volante na mistura, a máxima densidade seca começa diminuir, concordando assim com a pesquisa feita por Nicholson (1993) sobre utilização de cinzas volantes de carvão para estabilizar solos tropicais e também com a pesquisa feita por Vizcarra (2010) para a mesma cinza volante de RSU da mesma usina. O teor ótimo de umidade, aumenta nas 3 misturas de solo-cinza volante, o que explica a queda da densidade seca. A curva de compactação Proctor Normal do solo e as misturas do solo-cinza de fundo podem ser visualizadas na Figura 4.5. A Tabela 4.21 apresenta um resumo dos valores de umidade ótima (w ótm ) e de máxima densidade seca (γ dmáx ). 1,60 Densidade Seca vs. Teor de Umidade 1,55 1,50 1,45 1,40 1,35 1,30 1,25 1,20 1,15 Linha de Saturação SP SP80CF20 SP70CF30 SP60CF40 1, Teor de Umidade (%) Figura Curvas de compactação Proctor Normal do solo e misturas solo-cinza de fundo. Tabela 4.21 Resultados dos ensaios de compactação Proctor Normal para o solo e misturas de solo-cinza de fundo. SP SP80CF20 SP70CF30 SP60CF40 Máxima Densidade Seca (gr/cm 3 ) 1,575 1,544 1,540 1,529 Ótimo Teor de Umidade (%) 24,0 24,3 22,0 24,7

103 103 Nota-se que ao aumentar o teor de cinza de fundo na mistura, a máxima densidade seca começa diminuir, o qual concorda com os resultados obtidos por Farias (2005) para cinza pesada de carvão e também com a pesquisa feita por Vizcarra (2010) para a mesma cinza de fundo de RSU da mesma usina. Os teores ótimos de umidade das misturas aumentam com 20% e 40% de cinza, mas diminui com 30%. Nota-se que os valores de máxima densidade seca para as misturas com cinza volante são maiores que com cinza de fundo. Isso acontece pela forma rugosa da superfície dos grãos da cinza pesada o que resulta em uma menor densidade real dos grãos, quando comparado às partículas do solo. (Vizcarra, 2010) O solo já foi matéria de estudo de outras pesquisas, por exemplo, Beneveli (2002), na qual seu comportamento, submetido ao ensaio de Compactação Normal, concorda com o apresentado neste trabalho Ensaios Triaxiais CID São apresentados neste item os resultados dos ensaios triaxiais CID, em compressão axial, realizados em amostras do solo (SP) e misturas com teores de cinza volante e cinza de fundo a 20%, 30% e 40% em relação ao peso do solo seco. Foram aplicadas tensões efetivas de 50, 200 e 400 kpa, em todos os casos. Foi analisado o tempo de cura (30 e 60 dias) para todas as misturas solo-cinza com a exceção que para as misturas com 30% de cinza (leve e de fundo) foi analisada só com 30 dias pela falta de tempo no acabamento desta dissertação. As trajetórias, envoltórias de resistência e os parâmetros de resistência ao cisalhamento são apresentados neste item. A metodologia utilizada nos ensaios está descrita no item Apresentam-se também as análises da influência do tipo de cinza, teores de cinza e influência do tempo de cura no comportamento das amostras durante o cisalhamento, tendo em conta que as análises foram feitas aos 15% de deformação axial para todos os ensaios.

104 104 São apresentadas algumas fotografias dos corpos de prova mais relevantes ao final do cisalhamento. Além das análises feitas para as trajetórias de tensões e envoltórias de resistência. A maioria dos ensaios triaxiais CID de solo-cinza atingem uma resistência máxima para antes de 15% de deformação axial, mas o SP não apresenta resistência de pico para essa deformação, para tensões confinantes de 200 kpa e 400 kpa, então é necessário conhecer qual é a resistência máxima que pode atingir o SP e com qual deformação axial para comparar com os resultados dos ensaios triaxiais das misturas solo-cinza. Ɛ de referência Ɛ de referência Figura Curvas tensão e deformação volumétrica versus deformação axial para o solo puro (S100), ensaios de compressão triaxial. (Ramirez, 2012)

105 105 No trabalho de Ramirez (2012) apresenta o resultado do ensaio triaxial CID do solo, que é o mesmo utilizado nesta pesquisa, para deformações maiores e atingindo uma máxima resistência. Os resultados são apresentados na Figura 4.6. Destaca-se que o ensaio com SP foi feito neste trabalho e se observou o mesmo comportamento e os mesmos resultados para os parâmetros de resistência, sendo que este ensaio foi realizado para 15% de deformação axial Influência do tipo de cinza O comportamento de tensão desviadora (σ d ) e variação volumétrica (ε v ) versus deformação axial (ε a ) dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com 20% de cinza volante (SP80CV20) e 20% de cinza de fundo (SP80CF20) ao zero dia de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura 4.7. Nota-se que para a tensão confinante de 50 kpa, a mistura de SP80CV20 apresenta melhor comportamento que o corpo de prova de SP e com o aumento da deformação axial, esta tende a se igualar com o comportamento da mistura de SP80CF20, apesar de que em todo o ensaio o comportamento das duas misturas são melhores do que com SP para esta tensão confinante. As misturas solo-cinza atingem uma resistência de pico entre 1% e 2% de deformação axial, mas para o SP só ocorre depois de 6% de deformação axial. As misturas solo-cinza apresentam um comportamento rígido diferente do SP. O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 50 kpa, sofre uma expansão igual à da mistura de SP80CF20, mas esta chega ao seu volume inicial quase ao fim do ensaio. A mistura de SP80CV20 apresenta uma expansão no início até 3% de deformação axial para depois se comprimir. A deformação volumétrica apresentada ao final do cisalhamento da mistura SP80CV20 é menor do que do SP. Ainda para a tensão confinante de 50 kpa, a mistura SP80CV20 apresenta menor deformação volumétrica que a mistura SP80CF20 e que do SP, ao atingir a resistência de pico. O SP e a mistura de SP80CF20 atingem à resistência de pico encontrando-se em expansão. Nota-se para a tensão confinante de 200 kpa, a mistura de SP80CF20 apresenta melhor comportamento que do que o corpo de prova de SP e da mistura

106 106 SP80CV20. O SP não apresenta uma resistência pico para 15% de deformação axial (que é a faixa de análise desta pesquisa), mas é menor que 500 kpa com 20% de deformação axial e é apresentada no trabalho de Ramirez (2012) SP80CV20 SP80CF σ d (kpa ) SP80CV20 SP80CF20 ε a (%) -6-4 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP80CV kpa SP80CF kpa SP 200 kpa SP80CV kpa SP80CF kpa SP 50 kpa SP80CV20 50 kpa SP80CF20 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 e SP80CF20 em ensaios de compressão triaxial. Então, pode-se dizer que o comportamento das duas misturas é melhor do que o SP para esta tensão confinante. A mistura SP80CF20 atinge uma resistência

107 107 máxima para 12% de deformação axial, mas a mistura de SP80CV20 atinge a resistência máxima com uma deformação axial menor (6%) para depois se manter ao longo do ensaio. As misturas solo-cinza apresentam um comportamento rígido, diferente do SP. Pode-se dizer que o SP e as misturas SP80CV20 e SP80CF20 apresentam o mesmo comportamento e se expandem durante todo o ensaio para a tensão confinante de 200 kpa. A mistura SP80CV20 apresenta menor expansão do que a mistura SP80CF20 e o SP ao atingir a resistência máxima, mas todas chegam à aquela resistência com uma deformação volumétrica em expansão. Finalmente, nota-se para a tensão confinante de 400 kpa que a mistura de SP80CF20 e SP80CV20 apresentam melhor comportamento do que o SP. As misturas solo-cinza e o SP não apresentam resistência de pico. Sabe-se pelo trabalho de Ramirez (2012), que o SP atinge uma resistência menor de 800 kpa para 20% de deformação axial, os quais são menores que os resultados obtidos pelas misturas solo-cinza. O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 400 kpa se expande da mesma forma que a mistura de SP80CV20 e SP80CF20, mas a expansão destas são maiores que do SP. A mistura de SP80CF20 apresenta maior expansão que da mistura de SP80CV20 e o SP até o final do ensaio. O comportamento de tensão desviadora e variação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com 30 % de cinza volante (SP70CV30) e 30% de cinza de fundo (SP70CF30) ao zero dia de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura 4.8. Nota-se para a tensão confinante de 50 kpa, a mistura de SP70CF30 apresenta melhor comportamento do que do corpo de prova de SP e com o aumento da deformação axial esta tende a se igualar com o comportamento da mistura de SP70CV30, mas em todo o ensaio o comportamento das duas misturas é melhor do que com SP para esta tensão confinante. Também a mistura SP70CF30 atinge uma resistência de pico entre 1% e 2% de deformação axial e a mistura SP70CV30 atinge uma resistência máxima a 3%, mas para o SP ocorre só depois de 6% de deformação axial. As misturas solo-cinza apresentam um comportamento rígido, diferente do SP.

108 108 O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 50 kpa, se expande, mas as misturas de SP70CV30 e SP70CF30 têm quase o mesmo comportamento, expandem-se no início do cisalhamento e depois se comprimem. A mistura SP70CF30 recupera seu volume inicial a 2% de deformação axial e a mistura SP70CV30 ao 4%. A deformação volumétrica apresentada ao final do cisalhamento das misturas SP70CV30 e SP70CF30 é menor do que do SP SP70CV30 SP70CF σ d (kpa ) ε a (%) SP70CV30 SP70CF30-6 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP70CV kpa SP70CF kpa SP 200 kpa SP70CV kpa SP70CF kpa SP 50 kpa SP70CV30 50 kpa SP70CF30 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 e SP70CF30 em ensaios de compressão triaxial.

109 109 A mistura SP70CF30 apresenta a mesma deformação volumétrica do que a mistura SP70CV30 ao atingir a resistência de pico e elas chegam à resistência de pico com uma deformação volumétrica em expansão, maior do que ao início do cisalhamento. As misturas de solo-cinza para este caso tem um comportamento de contração. Nota-se que para a tensão confinante de 200 kpa, a mistura de SP70CV30 apresenta melhor comportamento do que do corpo de prova de SP e da mistura SP70CF30. O SP não apresenta uma resistência máxima para 15% de deformação axial (que é a faixa de análise desta pesquisa), mas é menor do que 500 kpa com 20% de deformação axial e é apresentada no trabalho de Ramirez (2012). Então, pode-se dizer que o comportamento das duas misturas é melhor do que com SP para esta tensão confinante. A mistura SP70CV30 atinge uma resistência máxima para 9% de deformação axial igual à mistura SP70CF30, mas com menor valor. As misturas solo-cinza apresentam um comportamento rígido, diferente do SP. O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 200 kpa se expande igual às misturas SP70CV30 e SP70CF30, mas a expansão apresentada pelas misturas de solo-cinza são maiores do que o SP. A deformação volumétrica apresentada ao final do cisalhamento da mistura SP70CF30 é maior do que da mistura SP70CV30 e do SP. A mistura SP70CF30 apresenta maior expansão do que a mistura SP70CV30 ao atingir a resistência máxima, mas todas chegam à resistência máxima com uma deformação volumétrica em expansão, maior do que ao início do cisalhamento. As misturas de solo-cinza para este caso tem um comportamento de expansão. Finalmente, nota-se que para a tensão confinante de 400 kpa a mistura SP70CV30 apresenta um melhor comportamento que o SP e do que a mistura SP70CF30. A mistura SP70CV30 alcança sua resistência máxima com 12% de deformação axial, mas a mistura SP70CF30 tende a se igualar com a outra mistura sem apresentar resistência máxima e o SP não apresenta uma resistência máxima para a deformação axial de análise. Sabe-se pelo trabalho de Ramirez (2012) que o SP atinge uma resistência menor de 800 kpa, para 20% de deformação axial, que é menor do que os resultados obtidos pelas misturas solo-cinza.

110 110 O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 400 kpa, se expande da mesma forma do que a mistura SP70CV30 e SP70CF30, mas a deformação volumétrica destas são maiores que do SP. A mistura de SP70CV30 apresenta maior expansão do que da mistura de SP70CF30 e do SP até o final do ensaio. O comportamento de tensão desviadora e variação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com 40 % de cinza volante (SP60CV40) e 40% de cinza de fundo (SP60CF40) ao zero dia de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura 4.9. Nota-se que para a tensão confinante de 50 kpa, as misturas de SP60CV40 e SP60CF40 apresentam um comportamento quase similar, embora com um pequeno aumento na resistência máxima da mistura SP60CV40, que nota-se ao longo da deformação axial, mas o comportamento das duas misturas é melhor do que com SP para esta tensão confinante. As misturas SP60CV40 e SP60CF40 atingem a resistência máxima a 3% de deformação axial e o SP atinge a resistência máxima a 6% de deformação axial. As misturas solo-cinza apresentam um comportamento rígido diferente do SP. O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 50 kpa, se expande, mas as misturas de SP60CV40 e SP60CF40 tem quase o mesmo comportamento se expandem no início do cisalhamento e depois se comprimem, só que a mistura SP60CF40 recupera seu volume inicial aos 5% de deformação axial e a mistura SP60CV40 aos 7%. A compressão apresentada ao final do cisalhamento da mistura SP60CF40 é maior do que a mistura SP60CV40. As misturas SP60CV40 e SP60CF40 apresentam a mesma deformação volumétrica ao atingir a resistência máxima e o volume é menor que do SP nessa deformação axial. As misturas de solo-cinza para este caso tem um comportamento de contração. Nota-se que para a tensão confinante de 200 kpa, a mistura de SP60CV40 apresenta melhor comportamento do que o corpo de prova de SP e mistura SP60CF40, mas a mistura de SP60CF40 alcança quase a mesma resistência máxima que a mistura SP60CV40 com 13% de deformação axial. O SP não apresenta uma resistência máxima para 15% de deformação axial, mas é menor do que 500 kpa com 20% de deformação axial que é apresentada no trabalho de Ramirez (2012). O comportamento das duas misturas é melhor que do SP para esta tensão confinante. A mistura SP60CV40 atinge uma resistência máxima para

111 111 9% de deformação axial. As misturas solo-cinza apresentam um comportamento rígido diferente do SP SP60CV40 SP60CF σ d (kpa ) ε a (%) SP60CV40 SP60CF40-6 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP60CV kpa SP60CF kpa SP 200 kpa SP60CV kpa SP60CF kpa SP 50 kpa SP60CV40 50 kpa SP60CF40 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 e SP60CF40 em ensaios de compressão triaxial. O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 200 kpa, se expande, igual às misturas SP60CV40 e SP60CF40, só que estas misturas solo-cinza sofrem uma expansão maior do que do SP. A deformação volumétrica apresentada ao

112 112 final do cisalhamento da mistura SP60CF40 é maior do que da mistura SP60CV40 e do SP. A mistura SP60CF40 apresenta maior expansão do que a mistura SP60CV40 ao atingir a resistência máxima, mas todas atingem a resistência máxima com uma deformação volumétrica em expansão, maior do que ao início do cisalhamento. Finalmente, nota-se para a tensão confinante de 400 kpa, a mistura de SP60CV40 apresenta um melhor comportamento que o SP e a mistura SP60CF40. A mistura SP60CV40 alcança sua resistência máxima com 10% de deformação axial, mas a mistura SP60CF40 tende a se igualar com a mistura de SP60CV40, no final do cisalhamento, sem apresentar resistência máxima. O SP não apresenta resistência máxima para a deformação de análise. A mistura SP60CF40 e o SP não apresentam resistência máxima e se sabe pelo trabalho de Ramirez (2012) que o SP atinge à uma resistência menor de 800 kpa, para 20% de deformação axial, os quais são menores que os resultados obtidos pelas misturas solo-cinza para esta tensão confinante. O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 400 kpa, se expande igual que à mistura de SP60CV40 e SP60CF40 e a expansão destas é maior que do SP. As misturas de SP60CV40 e SP60CF40 apresentam uma trajetória quase igual na deformação volumétrica versus deformação axial para 400 kpa de tensão confinante e sua expansão é maior do que do SP até o final do ensaio. A mistura SP60CV40 alcança sua resistência máxima com uma deformação volumétrica em expansão Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento comparando a influência do tipo de cinza Na Figura 4.10 se apresentam as envoltórias de resistência para o solo (SP) e as misturas SP80CV20 e SP80CF20 para zero dia de tempo de cura e são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr. É notável a diferença que existe entre o solo (SP) e as misturas de solo com 20% de cinza volante e 20% de cinza de fundo, apresentando uma melhora ao longo da trajetória. Entre as misturas SP80CV20 e SP80CF20, pode-se dizer que o

113 q (kpa) q (kpa) 113 comportamento da mistura de SP80CV20 é melhor apresentando uma coesão maior e um ângulo de atrito menor Resultados: Solo Puro 19 kpa c = kpa a = 19 kpa c = 21,22 kpa 24.0º φ = 26.4º α = 24,0 φ = 26,4 SP80CF20 T=0DIAS a SP80CV20 = 23 kpa c = 27.4 kpa α a = 28.4º 45 kpa φ c = = 32.8º 51,77 kpa SP80CV20 α = 26,3 T=0DIAS φ = 29,6 a SP80CF20 = 45 kpa c = kpa α a = 26.3º 23 kpa φ c = 29.6º 27,4 kpa α = 28,4 φ = 32,8 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP80CV20 SP80CF p (kpa) Figura 4.10 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CV20 e SP80CF Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0 φ = 26,4 SP70CV30 a = 35,5 kpa c = 41,9 kpa α = 28,0 φ = 32,1 SP70CF30 a = 41.5 kpa c = 48,3 kpa α = 27,1 φ = 30, p (kpa) 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP70CV30 SP70CF30 Figura 4.11 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP70CV30 e SP70CF30. Na Figura 4.11 se apresentam as envoltórias de resistência para o solo (SP) e as misturas SP70CV30 e SP70CF30 para zero dia de tempo de cura e são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.

114 q (kpa) 114 Nota-se a diferença que existe entre o SP e as misturas de solo com 30% de cinza volante e 30% de cinza de fundo, apresentando uma melhora ao longo da trajetória. Entre as misturas de SP70CV30 e SP70CF30, pode-se dizer que quase não existe diferença e se pode considerar que o comportamento das duas misturas são as mesmas, mas a mistura de SP70CF30 apresenta uma pequena melhora comparando com a outra mistura e seus parâmetros de resistência. Na Figura 4.12 se apresentam as envoltórias de resistência para o SP e as misturas SP60CV40 e SP60CF40 para zero dia de tempo de cura e são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0 φ = 26,4 SP60CV40 a = 28 kpa c = 34,0 kpa α = 29,5 φ = 34,4 SP60CF40 a = 30 kpa c = 35,78 kpa α = 28,6 φ = 33,0 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP60CV p (kpa) SP60CF40 Figura 4.12 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP60CV40 e SP60CF40. Nota-se a diferença que existe entre o SP e as misturas do solo com 40% de cinza volante e 40% de cinza de fundo, apresentando uma melhora ao longo da trajetória. Entre as misturas de SP60CV40 e SP60CF40, pode-se dizer que quase não existe diferença e se pode considerar que o comportamento das duas misturas são as mesmas, só que o ângulo de atrito da mistura de SP60CV40 é maior do que com a mistura SP60CF40. A Tabela 4.22 apresenta os parâmetros de resistência do SP e das misturas do solo com cinza volante e cinza de fundo para os diferentes teores ensaiados sem tempo de cura.

115 115 Tabela 4.22 Resumo de coesão e ângulo de atrito para o SP e as misturas solo-cinza sem tempo de cura Comparação de resultados Misturas do Solo Parâmetros de Lambe Parâmetros de Mohr a (kpa) α ( ) c (kpa) φ ( ) Solo Puro 19,0 24,0 21,2 26,4 SP80CV20 45,0 26,3 51,8 29,6 SP80CF20 23,0 28,4 27,4 32,8 SP70CV30 35,5 28,0 41,9 32,1 SP70CF30 41,5 27,1 48,3 30,8 SP60CV40 28,0 29,5 34,0 34,4 SP60CF40 30,0 28,6 35,8 33,0 Nota-se que todas as misturas ensaiadas apresentam um comportamento melhor do que o SP pelo qual se pode dizer que a inserção da cinza no solo ajuda na melhora dos seus parâmetros de resistência. A mistura de SP80CV20 apresentou um melhor comportamento com uma coesão de 51,8 kpa, que é mais do que o dobro que a do SP e seu ângulo de atrito é 26,4º o qual não diferencia muito do SP. Finalmente, com o teor de 20% de cinza volante e de fundo existe uma diferença grande entre seus parâmetros de resistência, algo que tende a se igualar com o aumento dos teores de cinza. Apresentam-se na Figura 4.13 as fotografias das amostras rompidas da mistura de SP80CV20 para cada nível de tensão o qual apresentou os melhores parâmetros de resistência comparando os tipos de cinza. Se perdeu o registro fotográfico do corpo de prova ensaiado com 200 kpa de tensão confinante. (a) (b). Figura 4.13 Corpos de prova de SP80CV20; (a) Amostra cisalhada a 50 kpa; (b) Amostra cisalhada a 400 kpa

116 Influência do Teor de Cinza O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com 20 %, 30% e 40% de cinza volante (SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40) sem tempo de cura é apresentado e comparado na Figura SP80CV20 SP70CV30 SP60CV σ d (kpa ) ε a (%) SP80CV20 SP70CV30 SP60CV40-6 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP80CV kpa SP70CV kpa SP60CV kpa SP 200 kpa SP80CV kpa SP70CV kpa SP60CV kpa SP 50 kpa SP80CV20 50 kpa SP70CV30 50 kpa SP60CV40 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40 em ensaios de compressão triaxial.

117 117 Nota-se que para a tensão confinante de 50 kpa, a mistura de SP80CV20 apresenta melhor comportamento do que o corpo de prova de SP e com o aumento da deformação axial esta tende a se igualar com o comportamento da mistura de SP70CV30 e SP60CV40, estas duas últimas misturas tem quase o mesmo comportamento ao longo de toda a deformação axial e o comportamento das três misturas é melhor do que com SP para esta tensão confinante. Também as misturas solo-cinza atingem a resistência máxima entre 1% e 3% de distorção, mas o SP atinge a resistência máxima após 6% de deformação axial. As misturas solo-cinza apresentam um comportamento rígido diferente do SP. O corpo de prova de SP para a tensão confinante de 50 kpa, se expande e as misturas solo-cinza volante se expandem no início do ensaio tendo uma variação entre 3% e 6% de deformação axial para recuperar seu volume inicial. A mistura de SP70CV30 se comprime mais do que as outras misturas. A mistura de SP60CV40 se comprime menos em comparação às outras misturas. Então, podese dizer que não existe uma tendência de comportamento dos corpos de prova com o aumento do teor de cinza volante, mas só que se expande no início e acaba se comprimindo para deformações axiais maiores de 6%, para esta tensão confinante. A mistura SP60CV40 apresenta maior deformação volumétrica de expansão do que as misturas de SP80CV20, SP70CV30, mas menor do que o SP ao atingir a resistência máxima. Nota-se para a tensão confinante de 200 kpa, as três misturas (solo-cinza volante) apresentam quase a mesma trajetória, com uma pequena melhora da mistura de SP60CV40. O comportamento da mistura de SP80CV20 é muito mais rígido do que as outras duas misturas e do que o SP. O comportamento das três misturas é melhor do que o SP para esta tensão confinante. Também a mistura SP80CV20 atinge a resistência máxima para 6% de deformação axial, mas a mistura de SP70CV30 e SP60CV40 atinge a resistência máxima com uma deformação axial maior (10%). Pode-se dizer que o SP e as misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40 apresentam o mesmo comportamento e se expandem para a tensão confinante de 200 kpa. A diferença é pouca, mas a mistura de SP80CV20 apresenta uma deformação volumétrica menor do que o SP e as misturas de SP70CV30 e SP60CV40 até o final do ensaio.

118 118 A mistura SP80CV20 apresenta menor deformação volumétrica de expansão do que as misturas SP70CV30, SP60CV40 e o SP ao atingir a resistência máxima. Nota-se que para a tensão confinante de 400 kpa, a mistura de SP60CV40 apresenta um melhor comportamento quando comparado às misturas SP80CV20 e SP70CV30 e ao SP. A mistura de SP60CV40 apresenta um comportamento mais rígido do que as outras misturas e do que SP alcançando sua resistência máxima aos 10% de deformação axial. As mistura de solo-cinza volante e o SP se expandem para a tensão confinante de 400 kpa, no entanto, a deformação volumétrica da mistura de SP70CV30 é maior que as outras misturas e do SP. Nota-se que para teores de cinza volante de 20% e 30% as porcentagens de expansão e contração são maiores do que com 40% de cinza para todas as tensões confinantes. Então, pode-se concluir que a porcentagem de expansão ou compressão dos corpos de prova é inversamente proporcional ao teor de cinza que contem cada mistura de solo-cinza volante, como por exemplo, para teor de cinza volante de 40% a expansão ou compressão apresentada, para diferentes tensões confinantes, é menor que com teores de cinza volante de 20% e 30%. O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e misturas de solo com 20 %, 30% e 40% de cinza de fundo (SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40) sem tempo de cura são apresentados e comparados na Figura Repara-se para a tensão confinante de 50 kpa, que a mistura de SP70CF30 apresenta melhor comportamento do que do corpo de prova de SP e com o aumento da deformação axial esta tende a se igualar com o comportamento da mistura SP80CF20 e SP60CF40, estas duas últimas misturas tem quase o mesmo comportamento. O comportamento das três misturas é melhor do que com o SP para esta tensão confinante. Também as misturas solo-cinza de fundo atingem uma resistência máxima entre 1% e 3% de deformação axial, no entanto, para o SP só ocorre depois de 6% de deformação axial. As misturas solo-cinza de fundo apresentam um comportamento rígido diferente do SP.

119 SP80CF20 SP70CF30 SP60CF σ d (kpa ) ε a (%) SP80CF20 SP70CF30 SP60CF40-6 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP80CF kpa SP70CF kpa SP60CF kpa SP 200 kpa SP80CF kpa SP70CF kpa SP60CF kpa SP 50 kpa SP80CF20 50 kpa SP70CF30 50 kpa SP60CF40 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40 em ensaios de compressão triaxial. O corpo de prova de SP e a mistura de SP80CF20, para a tensão confinante de 50 kpa, se expande e as misturas SP70CF30, SP60SF40 se expandem no começo do ensaio, tendo uma variação entre 2% e 5% de deformação axial para recuperar seu volume inicial para depois, aos 8% de deformação axial começam ter o mesmo comportamento de compressão até o final do ensaio.

120 120 A mistura SP70CF30 apresenta maior deformação volumétrica do que as misturas SP80CF20, SP60CF40 ao atingir a resistência máxima. Todas atingem a resistência máxima com uma deformação volumétrica maior do que ao início do cisalhamento. Para a tensão confinante de 200 kpa, as três misturas apresentam quase a mesma trajetória com uma pequena melhora das misturas de SP80CF20 e SP60CF40. O comportamento da mistura de SP60CF40 é muito mais rígido do que as outras duas misturas e do que do SP. O comportamento das três misturas são melhores do que do SP para esta tensão confinante. Também a mistura SP70CF30 atinge a resistência máxima para 10% de deformação axial e as misturas de SP80CF20 e SP60CF40 não apresentam uma resistência máxima para a faixa de análise. Pode-se dizer que o SP e as misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40 apresentam o mesmo comportamento e se expandem para a tensão confinante de 200 kpa. A mistura de SP80CF20 apresenta maior expansão do que do SP e as misturas de SP70CV30 e SP60CV40 ao final do ensaio. Constata-se que a deformação volumétrica é variável com respeito aos teores de cinza de fundo para esta tensão confinante. Para a tensão confinante de 400 kpa, a mistura de SP60CF40 apresenta um melhor comportamento em comparação às misturas SP80CF20, SP70CF30 e SP. A mistura de SP60CF20 apresenta um comportamento mais rígido do que as outras misturas e o SP. Nenhuma das três misturas solo-cinza de fundo apresentam resistência máxima dentro da faixa da análise. As mistura de solo-cinza de fundo e o SP se expandem para a tensão confinante de 400 kpa, no entanto, a deformação volumétrica da mistura de SP80CF20 é maior do que as outras misturas e que do SP. Além disso, é notável que para maior teor de cinza de fundo dentro da mistura a expansão é menor. É possível notar que para o teor de cinza de fundo de 40% seu valor de expansão é menor, mas a contração é maior ou igual do que com outras misturas de cinza para todas as tensões confinantes. Além disso, todas as misturas apresentam o mesmo comportamento de expandir-se mais para uma tensão confinante de 200 kpa. Conclui-se que quanto maior for o teor de cinza de fundo dentro da mistura a contração ou expansão, dependendo da tensão confinante, vai

121 q (kpa) 121 minorar seu valor de deformação volumétrica e não vai ter muita diferença em comparação de seu volume inicial de cada corpo de prova Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento comparando a influência do teor de cinza A Figura 4.16 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e as misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40 sem de tempo de cura, as quais são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0º Φ = 26,4º SP80CV20 a = 45 kpa c = kpa α = 26,3º Φ = 29,6º SP70CV30 a = 35.5 kpa c = 41,9 kpa α = 28,0 φ = 32,1 SP60CV40 a = 28 kpa c = 34,0 kpa α = 29,5º Φ = 34,4º 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP80CV20 SP70CV30 SP60CV p (kpa) Figura 4.16 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40. Repara-se a diferença que existe entre o solo (SP) e as misturas do solocinza volante, apresentando uma melhora das misturas ao longo da trajetória. Entre as misturas de SP80CV20, SP70CV30 e SP60CV40 pode-se dizer que à medida que se acrescenta o teor de cinza volante no solo, o parâmetro de coesão diminui e ângulo de atrito aumenta pelo qual se conclui, neste caso, que a mistura de SP80CV20 apresentou melhores parâmetros de resistência. Também para tensões confinantes altas, como 400 kpa, a diferença de comportamento entre as misturas é maior.

122 q (kpa) 122 A Figura 4.17 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e as misturas SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40 sem tempo de cura, as quais são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0 Φ = 26,4 SP80CF20 a = 23 kpa c = 27,4 kpa α = 28,4º Φ = 32,8º SP70CF30 a = 41,5 kpa c = 48,3 kpa α = 27,1 φ = 30,8 SP60CF40 a = 30 kpa c = 35,78 kpa α = 28,6º Φ = 33,0º 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP80CF20 SP70CF30 SP60CF p (kpa) Figura 4.17 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40. Observa-se uma diferença que há entre o solo (SP) e as misturas do solocinza de fundo, apresentando uma melhora ao longo da trajetória. Entre as misturas de SP80CF20, SP70CF30 e SP60CF40 pode-se dizer que é variável a melhora com o teor de cinza, porque começa a aumentar o parâmetro de coesão até 30% de cinza de fundo, no entanto, com 40% começa cair e acontece o inverso com o ângulo de atrito. Neste caso, a mistura de SP70CF30 é a que tem melhor comportamento ao apresentar melhores parâmetros de resistência. A Tabela 4.23 apresenta os parâmetros de resistência do solo (SP) e das misturas do solo com cinza volante e cinza de fundo para os diferentes teores ensaiados sem tempo de cura. Nota-se que todas as misturas ensaiadas apresentam um comportamento melhor do que do solo (SP), pode-se dizer que a inserção da cinza, seja volante ou de fundo, ajuda no comportamento do solo e melhora seus parâmetros de resistência. Além disso, repara-se que ao aumentar o teor de cinza volante na mistura, o parâmetro de coesão começa cair, ocorrendo o contrário com o

123 123 aumento de cinza de fundo que atinge a um valor máximo com o teor de 30% e depois decresce. Tabela 4.23 Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo argiloso (SP) e as misturas solo-cinza sem tempo de cura. Comparação de resultados Parâmetros de Lambe Parâmetros de Mohr Misturas do Solo a (kpa) α ( ) c (kpa) φ ( ) Solo 19,0 24,0 21,2 26,4 SP80CV20 45,0 26,3 51,8 29,6 SP70CV30 35,5 28,0 41,9 32,1 SP60CV40 28,0 29,5 34,0 34,4 SP80CF20 23,0 28,4 27,4 32,8 SP70CF30 41,5 27,1 48,3 30,8 SP60CF40 30,0 28,6 35,8 33,0 Com respeito ao ângulo de atrito, pode-se dizer que para a cinza volante se acrescenta quase 2 graus por cada 10% de cinza que é adicionado na mistura solocinza e para a cinza de fundo existe variações no resultado, onde seu valor decresce para um teor de 30% de cinza de fundo, no entanto, os valores estão entre 30 graus até 33 graus. Dentro de todas estas comparações, conclui-se que as misturas SP80CV20 e SP70CF30 são as que têm melhor comportamento em comparação com as outras misturas com diferente teor de cinza Influência do Tempo de Cura Foram pesadas as amostras de corpos compactadas de misturas de solocinza depois de ser envolvidas em plástico e guardadas na câmara úmida para reter sua umidade. Pesaram-se os corpos envolvidos em plástico depois de 30 dias de tempo de cura para ser ensaiados e se notou que todos perderam umidade na faixa de 1% até 1,5% a menos do peso inicial. Foram pesados os corpos envolvidos em plástico depois de 60 dias de tempo de cura e se notou que todos perderam umidade na faixa de 1,5% até 2% a menos do peso inicial. Pode-se pensar que esta perda de umidade é devida a reação da cinza (volante ou de fundo) com a água e o solo. O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 20 % de cinza

124 124 volante (SP80CV20) sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura SP80CV20 SP80CV20 T30d SP80CV20 T60d 1000 σ d (kpa ) ε a (%) SP80CV20 SP80CV20 T30d SP80CV20 T60d -6 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP80CV kpa SP80CV20 T30d 400 kpa SP80CV20 T60d 400 kpa SP 200 kpa SP80CV kpa SP80CV20 T30d 200 kpa SP80CV20 T60d 200 kpa SP 50 kpa SP80CV20 50 kpa SP80CV20 T30d 50 kpa SP80CV20 T60d 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CV20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. Observa-se que as mistura de SP80CV20 sem tempo de cura e T30d têm comportamentos semelhantes para as tensões confinantes de 50 kpa, e 200 kpa, entretanto, acontece uma diferença para tensão confinante de 400 kpa. Também se

125 125 pode ver que esta mistura sem tempo de cura e com 30 dias têm um melhor comportamento para tensões baixas como 50 kpa, no entanto, para tensões altas o comportamento melhora com 60 dias de tempo de cura O comportamento sem tempo de cura e com 30 dias é muito mais rígido do que com 60 dias de tempo de cura. Em todo caso, os comportamentos com todos os tempos de cura são melhores do que do solo (SP). Para a variação volumétrica, nota-se que para amostras sem tempo de cura e para tensões baixas (50 kpa), a amostra primeiro sofre uma pequena expansão para depois se comprimir até o final do ensaio, e com tensões confinantes altas, 200 kpa, e 400 kpa, começa a se expandir com o aumento destas tensões. Para 30 dias de tempo de cura, as amostras se expandem nos três ensaios e a deformação volumétrica é maior com o aumento de tensão confinante. Por último para 60 dias de tempo de cura, a amostra ensaiada com uma tensão baixa (50 kpa) se expande no começo do ensaio, mas depois se comprime, e com tensões altas os corpos de prova começam se expandir com o aumento da tensão confinante. No final do caso se pode ver que com tensões altas as amostras se expandem mais com 30 dias de tempo de cura e depois começa cair para 60 dias. O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 30 % de cinza volante (SP70CV30) sem tempo de cura e com 30 dias de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura Não foram realizados os ensaios para 60 dias de tempo de cura por falta de tempo. Repara-se que o comportamento para a mistura de SP70CV30 sem tempo de cura e com 30 dias é semelhante para todas as tensões ensaiadas, entretanto, para as amostras sem tempo de cura apresenta um comportamento mais rígido que com 30 dias e do SP nas tensões de 50 kpa, e 200 kpa. Em todos os casos o comportamento da mistura é melhor que do SP sem tempo de cura e com tempo de cura. Para a variação volumétrica, nota-se que o SP, para a tensão de 50 kpa, sempre está se expandindo, entretanto, a mistura de SP70CV30 sem tempo de cura se expande até recuperar seu volume inicial com 4% de deformação axial e com 30 dias recupera seu volume inicial no final do ensaio. Para as tensões de 200 kpa as misturas sem tempo de cura e com 30 dias têm uma deformação volumétrica maior do que o corpo de prova de SP. Para a tensão de 400 kpa,

126 126 ocorre o mesmo que os corpos de prova da mistura solo-cinza volante, expandemse mais do que o SP, mas a deformação volumétrica é maior sem tempo de cura que com 30 dias de tempo de cura. Os ensaios com 30 dias de tempo de cura sempre estão em expansão SP70CV30 SP70CV30 T30d 1000 σ d (kpa ) ε a (%) SP70CV30 SP70CV30 T30d -6-4 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP70CV kpa SP70CV30 T30d 400 kpa SP 200 kpa SP70CV kpa SP70CV30 T30d 200 kpa SP 50 kpa SP70CV30 50 kpa SP70CV30 T30d 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP70CV30 sem tempo de cura e com 30 dias em ensaios de compressão triaxial.

127 127 O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 40 % de cinza volante (SP60CV40) sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura SP60CV40 SP60CV40 T30d SP60CV40 T60d 1000 σ d (kpa ) ε a (%) SP60CV40 SP60CV40 T30d SP60CV40 T60d -6 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP60CV kpa SP60CV40 T30d 400 kpa SP60CV40 T60d 400 kpa SP 200 kpa SP60CV kpa SP60CV40 T30d 200 kpa SP60CV40 T60d 200 kpa SP 50 kpa SP60CV40 50 kpa SP60CV40 T30d 50 kpa SP60CV40 T60d 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP60CV40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial.

128 128 Para estes ensaios, observa-se a diferença que há na mistura de SP60CV40 com 30 dias de tempo de cura, apresentando um melhor comportamento para tensões altas como 200 kpa, e 400 kpa, no entanto, decresce um pouco para tensões baixas como 50 kpa. O comportamento da mistura de SP60CV40 para 60 dias de tempo de cura é mais rígido para 50 kpa e 400 kpa. Em todos os casos de tempo de cura, o comportamento da mistura solo-cinza volante é melhor que do SP, apresentando uma resistência pico de 1200 kpa, para uma tensão confinante de 400 KPa. Para a variação volumétrica, nota-se que para a tensão de 50 kpa, o SP sempre está em expansão, mas a mistura se expande no começo do ensaio, recupera seu volume inicial e depois se comprime, além disso, para maior tempo de cura, expande-se em uma menor faixa de deformação axial e a compressão é maior. Para 200 kpa, o comportamento da mistura em diferentes tempo de cura é quase semelhante ao do SP. Por último, para a tensão confinante de 400 kpa, a mistura de solo-cinza volante sem tempo de cura se expande mais que os outros (30 e 60 dias) e do que o SP. Nota-se que os valores de expansão para esta mistura SP60CV40 em diferentes tempos de cura são menores que as outras misturas apresentando uma menor deformação volumétrica de -4%, onde os outros apresentavam uma maior deformação volumétrica de quase -10% para o ensaio todo. O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 20 % de cinza de fundo (SP80CF20) sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura Nota-se que a mistura de SP80CF20 em seus diferentes tempos de cura apresenta quase o mesmo comportamento. Apenas para o tempo de cura de 60 dias apresenta uma pequena diferença entre os outros tempos de cura para a tensão confinante de 50 kpa, e ao final da tensão confinante de 400 kpa. A mistura de SP80CF20 sem tempo de cura, T30d e T60d apresentam uma resistência pico para a tensão confinante de 50 kpa, no entanto, não apresentam uma resistência de pico para as tensões confinantes maiores. Além disso, os resultados para a mistura de SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias é melhor do que do SP. Para a variação volumétrica, repara-se que a mistura SP80CF20 T0d para uma tensão confinante de 50 kpa, apenas se expande, embora, com tempos de

129 129 cura maiores, 30 e 60 dias, expande-se no começo do ensaio até uma deformação axial de 3%, onde recupera seu volume inicial e depois começa se comprimir, sendo que com 30 dias consegue se comprimir mais SP80CF20 SP80CF20 T30d SP80CF20 T60d 1000 σ d (kpa ) ε a (%) SP80CF20 SP80CF20 T30d SP80CF20 T60d -6 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP80CF kpa SP80CF20 T30d 400 kpa SP80CF20 T60d 400 kpa SP 200 kpa SP80CF kpa SP80CF20 T30d 200 kpa SP80CF20 T60d 200 kpa SP 50 kpa SP80CF20 50 kpa SP80CF20 T30d 50 kpa SP80CF20 T60d 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial. Para a tensão confinante de 200 kpa, a mistura de SP80CF20 T30d se expande mais do que com outros tempos de cura e do que o SP. Por fim, para a

130 130 tensão confinante de 400 kpa, expande-se mais a mistura de SP80CF20 sem tempo de cura. Pode-se notar que todas as misturas sem tempo de cura encontramse em expansão em todo o ensaio. E conforme vai passando o tempo (30 e 60 dias) a deformação volumétrica vai minorando, para 30 dias de tempo de cura com uma tensão confinante de 200 kpa. O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 30 % de cinza de fundo (SP70CF30) sem tempo de cura e com 30 dias de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura Não foram realizados os ensaios para 60 dias de tempo de cura por falta de tempo. Constata-se a uma diferença muito alta entre os comportamentos da mistura SP70CF30 para 0 e 30 dias de tempo de cura, onde com o tempo de 30 dias apresenta um melhor comportamento para tensões altas como 200 kpa e 400 kpa, mas a diferença não é muita para tensões baixas como 50 kpa. Em todos os casos o comportamento da mistura de SP70CF30 sem tempo de cura e com T30d é melhor que do SP. O comportamento da mistura de SP70CF30 T30d é mais rígido que sem tempo de cura. Para a variação volumétrica, observa-se a tensão confinante de 50 kpa, a mistura SP70CF30 sem tempo de cura e com T30d se expandem no começo do ensaio até recuperar seu volume inicial com uma deformação axial de 2% para a amostra sem tempo de cura e 6% para T30d, logo após começam a se comprimir. Para tensões maiores, 200 kpa e 400 kpa, todos os corpos de prova se expandem, sendo maior expansão para a mistura SP70CF30 sem tempo de cura com 200 kpa de tensão confinante. Nota-se que para mais tempo de cura a variação volumétrica é menor para a mistura de solo-cinza de fundo. Enfim, observa-se que a deformação volumétrica com o aumento de teor de cinza de fundo é menor comparando as misturas de SP80CF20 e SP70CF30 em seus diferentes tempos de cura.

131 SP70CF30 SP70CF30 T30d 1000 σ d (kpa ) ε a (%) SP70CF30 SP70CF30 T30d -6 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP70CF kpa SP70CF30 T30d 400 kpa SP 200 kpa SP70CF kpa SP70CF30 T30d 200 kpa SP 50 kpa SP70CF30 50 kpa SP70CF30 T30d 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP70CF30 sem tempo de cura e com 30 dias em ensaios de compressão triaxial. O comportamento de tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial dos ensaios com solo (SP) e mistura de solo com 40 % de cinza de fundo (SP60CF40) sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura são apresentados e comparados na Figura Neste caso se observa que a mistura SP60CF40 T30d tem um melhor comportamento para as três tensões confinantes ensaiadas, além disso, observa-se

132 132 que a mistura com T60d chega atingir quase a mesma resistência de pico para tensões altas (200 kpa e 400 kpa) com uma deformação axial maior, entre 12% e 15%. Nota-se que a diferença não é tão significativa com o passar do tempo, embora haja uma pequena melhora no comportamento da mistura SP60CF40 T30d SP60CF40 SP60CF40 T30d SP60CF40 T60d 1000 σ d (kpa ) ε a (%) SP60CF40 SP60CF40 T30d SP60CF40 T60d -6 ε v (%) ε a ( % ) SP 400 kpa SP60CF kpa SP60CF40 T30d 400 kpa SP60CF40 T60d 400 kpa SP 200 kpa SP60CF kpa SP60CF40 T30d 200 kpa SP60CF40 T60d 200 kpa SP 50 kpa SP60CF40 50 kpa SP60CF40 T30d 50 kpa SP60CF40 T60d 50 kpa Figura Curvas tensão desviadora e deformação volumétrica versus deformação axial para o SP, misturas SP60CF40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias em ensaios de compressão triaxial.

133 133 Para a variação volumétrica, observa-se que para a mistura SP60CF40 sem tempo de cura e T30d têm quase o mesmo comportamento para a tensão confinante de 50 kpa, onde se expande no início do ensaio até uma deformação axial de 5%, recupera seu volume inicial, e começa se comprimir até o fim do ensaio. Para as tensões confinantes maiores (200 kpa e 400 kpa) todos os ensaios em diferentes tempos de cura e para o SP se expandem, tendo como diferença, que para 200 kpa a mistura de SP60CF40 T60d, a expansão foi menor que do SP para a mesma tensão confinante. Além disso, nota-se que as misturas solo-cinza de fundo têm um comportamento de expansão para maior tempo de cura e para maiores tensões confinante. Enfim, observa-se que a deformação volumétrica com o aumento de teor de cinza de fundo é menor em comparação com a mistura de SP80CF20 e SP70CF30 em seus diferentes tempos de cura mostrados nas Figuras 4.21 e Chegando atingir uma expansão mínima de -6% para a mistura de SP60CF40 T30d Envoltórias e Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento comparando a influência do tempo de cura A Figura 4.24 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a mistura SP80CV20 sem tempo de cura, 30 e 60 dias de tempo de cura, que são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr. Observa-se a diferença que existe entre o solo (SP) e a misturas do solocinza volante, onde a mistura apresenta uma melhora notável ao longo da trajetória. Também, para a mistura em diferentes tempos de cura não há muita diferença, no entanto, pode-se notar que em comparação com o SP, seus parâmetros de resistência aumentaram mais que o dobro e o ângulo de atrito estão entre 29.5º e 30.5º que é 3 graus mais do que do SP.

134 q (kpa) q (kpa) Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0 Φ = 26,4 SP80CV20 a = 45 kpa c = 51,77 kpa α = 26,3 Φ = 29,6 SP80CV20 T=30DIAS a = 39,0 kpa c = 44,54 kpa α = 25,8º Φ = 28,9º SP80CV20 T=60DIAS a = 49,5 kpa c = 57,41 kpa α = 26,9º Φ = 30,4º p (kpa) 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP80CV20 SP80CV20 T30D SP80CV20 T60D Figura 4.24 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP80CV20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. A Figura 4.25 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a mistura SP70CV30 sem tempo de cura e com 30 dias de tempo de cura, que são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0 φ = 26,4 SP70CV30 a = 35,5 kpa c = 41,9 kpa α = 28,0 φ = 32,1 SP70CV30 T=30DIAS a = 37,0 kpa c = 43,7 kpa α = 28,0 φ = 32,1 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP70CV30 SP70CV30 T30D p (kpa) Figura 4.25 Comparação entre as envoltórias do SP, misturas SP70CV30 sem tempo de cura e com 30 dias. Neste caso a mistura de SP70CV30 apresenta uma melhora com respeito ao SP, mas esta mistura não apresenta diferença entre as misturas sem tempo de cura

135 q (kpa) 135 e com 30 dias pelo qual se pode dizer que o tempo de cura não afeta nos parâmetros de resistência da mistura. Esta mistura apresenta um parâmetro de coesão maior do que o dobro do SP, e menor do que da mistura de SP80CV20 o qual será visto em uma tabela comparativa no final deste item. Nota-se que os ângulos de atrito para as amostras sem tempo de cura e com 30 dias são os mesmos e são maiores em 5º ao do SP. A Figura 4.26 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a mistura SP60CV40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura, que são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0 Φ = 26,4 SP60CV40 a = 28 kpa c = 34,0 kpa α = 29,5 Φ = 34,4 SP60CV40 T=30DIAS a = 55,0 kpa c = 65,88 kpa α = 28,8º Φ = 33,4º SP60CV40 T=60DIAS a = 63,0 kpa c = 74,46 kpa α = 28,1º Φ = 32,2º 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP60CV40 SP60CV40 T30D SP60CV40 T60D p (kpa) Figura 4.26 Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP60CV40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. No caso da mistura SP60CV40, é notável que para as amostras com tempos de cura maiores (30 e 60 dias) o parâmetro de resistência de coesão aumenta e o ângulo de atrito se mantem na faixa de 32º a 34º. Em todos os casos o comportamento da mistura com diferentes tempos de cura é melhor que do SP, apresentando uma diferença alta para tensões de confinamento baixas (50 kpa), tendendo a igualar-se com as tensões de confinamento altas (200 kpa e 400 kpa). Nota-se que para a mistura SP60CV40 T60d houve um aumento na coesão mais que o triplo do SP e o ângulo de atrito foi maior que do SP em 5º.

136 q (kpa) 136 A Figura 4.27 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a mistura SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura, que são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr. Para a mistura SP80CF20, constata-se que não há muita diferença no seu comportamento para diferentes tempos de cura, no entanto, existe um aumento no parâmetro de coesão com o passar do tempo e a diferença é notável de 0 para 30 dias de tempo de cura. O ângulo de atrito se mantém em 32º e 32.5º para a mistura solo-cinza de fundo, com diferentes tempos de cura. Em todos os casos o comportamento do SP80CF20 sem tempo de cura e com T30d e T60d é melhor que do SP. O aumento da coesão da mistura SP80CF20 em comparação com SP80CV20 sem tempo de cura é notável, tendo esta última um melhor comportamento Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0 φ = 26,4 SP80CF20 a = 23 kpa c = 27,4 kpa α = 28,4 φ = 32,8 SP80CF20 T=30DIAS a = 29 kpa c = 34,25 kpa α = 28,0 φ = 32,1 SP80CF20 T=60DIAS a = 31 kpa c = 36,8 kpa α = 28,3 φ = 32,6 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP80CF20 SP80CF20 T30D SP80CF20 T60D p (kpa) Figura 4.27 Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP80CF20 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. A Figura 4.28 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a mistura SP70CF30 sem tempo de cura e com 30 dias de tempo de cura, que são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr.

137 q (kpa) Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0 φ = 26,4 SP70CF30 a = 41,5 kpa c = 48,3 kpa α = 27,1 φ = 30,8 SP70CF30 T=30DIAS a = 39,5 kpa c = 48,2 kpa α = 29,8 φ = 35, kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP70CF30 SP70CF30 T30D p (kpa) Figura 4.28 Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP70CF30 sem tempo de cura e com 30 dias. Nota-se que para a mistura SP70CF30 atinge uma maior coesão que com SP80CF20 para seus diferentes tempos de cura, além disso, a mistura de SP70CF30 apresenta a mesma coesão para amostras sem tempo de cura e T30d, com o passar do tempo, o ângulo de atrito aumenta. Em todos os casos a mistura SP70CF30 tem um melhor comportamento que do SP. Nota-se que a diferença do ângulo de atrito é de 10º em comparação com o obtido para o SP para tempo de cura de 30 dias. A Figura 4.29 apresenta as envoltórias de resistência para o solo (SP) e a mistura SP60CF40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura, que são comparadas em suas trajetórias e parâmetros de resistência de Lambe e Mohr. Nota-se que para a mistura de SP60CF40 não existe muita diferença com relação aos tempos de cura. Os três tempos de cura apresentam quase o mesmo ângulo de atrito, que está entre 33º e 34º, mas existe uma diferença apenas no tempo de cura de 30 dias, onde a coesão é maior do que as outras amostras com outros tempos de cura. Em todos os casos a mistura sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura têm um melhor comportamento que o SP. Nota-se que a diferença do ângulo de atrito é de 6º a 7º em comparação com o obtido para o SP. Por último, pode-se dizer que para esta mistura os parâmetros de resistência chegam a um pico com 30 dias de tempo de cura e depois começa cair, mas não é menor que do obtido sem tempo de cura.

138 q (kpa) Resultados: Solo Puro a = 19 kpa c = 21,22 kpa α = 24,0 φ = 26,4 SP60CF40 a = 30 kpa c = 35,78 kpa α = 28,6 φ = 33,0 SP60CF40 T=30DIAS a = 43 kpa c = 51,65 kpa α = 29,0 φ = 33,6 SP60CF40 T=60DIAS a = 31 kpa c = 37,39 kpa α = 29,2 φ = 34,0 400 kpa 200 kpa 50 kpa Solo Puro SP60CF40 SP60CF40 T30D SP60CF40 T60D p (kpa) Figura 4.29 Comparação entre as envoltórias do SP e mistura SP60CF40 sem tempo de cura e com 30 e 60 dias. A Tabela 4.24 apresenta os parâmetros de resistência do solo (SP) e das misturas do solo com cinza volante e cinza de fundo para os diferentes teores ensaiados nos tempos de cura de 0, 30 e 60 dias. Tabela 4.24 Resumo de coesão e ângulo de atrito para o solo (SP) e as misturas solo-cinza sem tempo de cura e com 30 e 60 dias de tempo de cura. Comparação de resultados Misturas do Solo Parâmetros de Lambe Parâmetros de Mohr a (kpa) α ( ) c (kpa) φ ( ) Solo Puro 19,0 24,0 21,2 26,4 SP80CV20 45,0 26,3 51,8 29,6 SP80CV20 T30d 39,0 25,8 44,5 28,9 SP80CV20 T60d 36,0 27,7 42,3 31,6 SP70CV30 35,5 28,0 41,9 32,1 SP70CV30 T30d 37,0 28,0 43,7 32,1 SP60CV40 28,0 29,5 34,0 34,4 SP60CV40 T30d 55,0 28,8 65,9 33,4 SP60CV40 T60d 63,0 28,1 74,5 32,2 SP80CF20 23,0 28,4 27,4 32,8 SP80CF20 T30d 29,0 28,0 34,3 32,1 SP80CF20 T60d 31,0 28,3 36,8 32,6 SP70CF30 41,5 27,1 48,3 30,8 SP70CF30 T30d 39,5 29,8 48,2 35,0 SP60CF40 30,0 28,6 35,8 33,0 SP60CF40 T30d 43,0 29,0 51,7 33,6 SP60CF40 T60d 31,0 29,2 37,4 34,0

139 139 Ressalta-se que todas as misturas ensaiadas apresentam um comportamento melhor do que o solo (SP), pelo qual se pode dizer que a inserção da cinza, seja volante ou de fundo, ajuda a melhorar o comportamento do solo e melhora seus parâmetros de resistência. Para a cinza volante, o melhor comportamento foi da mistura SP60CV40 T60d, porque atingiu uma coesão de 74,5 kpa, e o ângulo de atrito ficou em 32,2º em comparação com as outras misturas de cinza volante para o mesmo tempo de cura, que tiveram resultados mais baixos para o parâmetro de coesão e maiores para o parâmetro de ângulo de atrito. Para a cinza de fundo, a mistura com melhor comportamento foi de SP60CF40 T30d porque atingiu uma coesão de 51,7 kpa, e o ângulo de atrito ficou em 33,6º, em comparação com as outras misturas de cinza de fundo, mas se observa que os resultados para este teor de cinza de fundo é muito variável com o tempo. Dentro dos resultados das misturas com cinza volante, é notável que para a mistura de SP80CV20 os valores de coesão começam a decrescer com o tempo e seu ângulo de atrito aumenta; o contrário ocorre com as outras 2 misturas (SP70CV30 e SP6CV40) as quais melhoram seus parâmetros de resistência com o tempo, mantendo o ângulo de atrito dentro de uma faixa de 32º e 34º. Para os resultados das misturas de cinza de fundo, existe um aumento na coesão para a mistura de SP80CF20 com relação ao tempo, mas seus valores são menores com relação à mistura de SP70CF30 e SP60CF40. Comparando os mesmos teores de cinza volante e cinza de fundo, nota-se que com cinza volante se conseguiram melhores resultados, com a diferença que para o teor de 30% de cada tipo de cinza ocorreu o contrário e apresentaram uma diferença na coesão de 5 kpa, a 7 kpa, e 3º no ângulo de atrito. Conclui-se que os dois tipos de cinza servem para estabilizar o solo coluvionar argiloso estudado, recomendando-se a cinza volante com um teor de 40%, como melhor material de adição para mistura ou 30% de cinza de fundo porque se bem não apresenta o maior valor de coesão como apresenta a mistura com 40% de cinza de fundo para 30 dias de tempo de cura, mas não apresenta uma queda significativa como é apresentado pela mistura com 40% de cinza de fundo para 60 dias de tempo de cura. As Figuras 4.30 e 4.31 apresentam a variação dos parâmetros de coesão e ângulo de atrito respectivamente para as misturas solo-cinza de diferente tipo, teor e tempo de cura, para uma melhor visualização da variação dos parâmetros de resistência com diferentes variáveis.

140 140 Figura 4.30 Variação da coesão para diferentes misturas solo-cinza e tempo de cura. Figura 4.31 Variação do ângulo de atrito para diferentes misturas solo-cinza e tempo de cura. As Figuras 4.32 e 4.33 apresentam as fotografias das amostras rompidas das misturas de SP60CV40 T60d e SP70CF30 sem tempo de cura para cada nível de tensão o qual apresentou os melhores parâmetros de resistência.

141 141 (a) (b) (c) Figura 4.32 Corpos de prova de SP60CV40 T60d - (a) Amostra cisalhada a 50 kpa; (b) Amostra cisalhada a 200 kpa; (c) Amostra cisalhada a 400 kpa. (a) (b) (c) Figura 4.33 Corpos de prova de SP70CF30 sem tempo de cura - (a) Amostra cisalhada a 50 kpa; (b) Amostra cisalhada a 200 kpa; (c) Amostra cisalhada a 400 kpa.