Resíduos de Construção e Demolição Reciclados (RCD-R) com e sem Reforço Geossintético em Estradas Não Pavimentadas

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1 Resíduos de Construção e Demolição Reciclados (RCD-R) com e sem Reforço Geossintético em Estradas Não Pavimentadas Ivonne Alejandra Gutiérrez Góngora Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, ivonnegutierrez@unb.br Ennio Marques Palmeira Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, palmeira@unb.br RESUMO: Os resíduos de construção e demolição no Brasil constituem entre 41% e 7% da massa total de resíduos sólidos urbanos, sendo a indústria da construção civil a maior geradora de resíduos de toda a sociedade. O volume de entulho de construção e demolição gerado pode chegar a ser até duas vezes maior que o volume de lixo doméstico urbano, sendo os principais resíduos produzidos por esta indústria as rochas naturais, concreto, argamassas a bases de cimento e cal, tijolos, telhas, cerâmica branca, gesso, entre outros materiais. Na maioria dos casos, estes resíduos são depositados clandestinamente, o que ocasiona problemas de saúde pública, obstrução de drenagens, contaminação visual e ambiental. Este trabalho apresenta um estudo comparativo sobre o uso de Resíduo de Construção e Demolição Reciclado (RCD-R) e brita como materiais de aterro em estradas não pavimentadas sobre subleitos fracos com e sem uso de geossintéticos como reforço. Foi usado um equipamento de grande porte para realizar testes de carregamento cíclico onde se simularam estradas com e sem reforço. No estudo realizou-se também a simulação da restauração da superfície da estrada, tendo como critério para realizar essa restauração a ocorrência de uma trilha de roda com 2 mm de profundidade. Os resultados permitiram concluir que o RCD-R pode ser utilizado como material de aterro, conferindo um bom comportamento mecânico à estrada em termos de número de ciclos de carga. O uso de geossintético como reforço provocou um substancial aumento na resistência das estradas ao número de repetições de carga em comparação com a situação sem reforço. PALAVRAS-CHAVE: Resíduo de Construção e demolição reciclado (RCD-R), Estradas não pavimentadas, Geossintéticos, Reforço. 1 INTRODUÇÃO Na atualidade, a maioria da rede viária do Brasil encontra-se constituída por estradas não pavimentadas. Segundo estatísticas apresentadas por IRF (6), no Brasil têm-se em torno de 88% de estradas não pavimentadas e 12 % de rodovias pavimentadas. Desta forma, é importante destacar que este tipo de situação exige que novas técnicas e materiais sejam incorporados para reduzir custos, incrementar a resistência e durabilidade das estradas e prover maior conforto e segurança a seus usuários. As estradas não pavimentadas são fundamentais para a economia da maioria dos países do mundo, por atingir funções provisórias como acesso a obras ou, em vários casos, permanecendo em serviço por extensos períodos, servindo para transporte de produtos agrícolas e os provenientes de exploração mineira e florestal, dentre outros produtos. Diversos trabalhos na literatura mostram os benefícios da utilização de reforço geossintéticos em estradas não pavimentadas construídas sobre solos com baixa capacidade de suporte (Jessberger 1977, Giroud e Noiray 1981, Palmeira 1981, Ramalho-Ortigao e Palmeira 1982, Palmeira 1998, USACE 3, Hufenus et al. 6, Subaida et al. 9 e Bhandari e Han, por exemplo). A presença do reforço aumenta o confinamento lateral do material de aterro, reduz a intensidade das tensões transferidas ao subleito e, para deformações elevadas do subleito, o efeito

2 membrana (Giroud e Noiray 1981) melhora o desempenho da estrada, em comparação com a situação sem reforço. A presença de reforço também melhora o desempenho da estrada após manutenções superficiais (Palmeira 1998, Palmeira e Antunes ). Neste trabalho avaliou-se o emprego de materiais alternativos de aterro (Resíduo de Construção e Demolição Reciclado RCD-R) em estradas não pavimentadas, com o objetivo de obter estradas mais resistentes e duradouras usando material alternativo. Além disso, foram usados geossintéticos como reforço considerando a existência de subleito fraco. Foram realizados ensaios de carregamento cíclico simulando a passagem de veículos numa estrada não pavimentada. Nos ensaios foi utilizado um equipamento de grande porte capaz de simular tais carregamentos. No estudo foi feita também a simulação da restauração da superfície da estrada, que ocorria quando o afundamento na sua superfície atingia 2 mm. 2 MATERIAIS EMPREGADOS 2.1 Materiais de Aterro Foram empregados brita e Resíduo de Construção e Demolição Reciclado (RCD-R) como aterro, visando estimar a influência do tipo de material de aterro e a interação destes materiais com geossintéticos usados como reforço Resíduo de Construção e Demolição (RCD-R) O resíduo usado neste trabalho foi resultado do processo de britagem do RCD gerado em Brasília e nas suas cidades satélites. O principal componente deste material é o concreto, e em menor proporção tijolo e cerâmica. Na Figura 1 é apresentada a curva de distribuição granulométrica do RCD-R. Figura 1. Curva granulométrica do RCD-R utilizado. Na Tabela 1 são mostradas as características geotécnicas do RCD-R empregados nos ensaios realizados neste trabalho. Tabela 1 Propriedades geotécnicas do RCD-R utilizado. PARÂMETRO VALOR Densidade relativa (dos sólidos) 2,74 Peso Especifico Seco Máximo (kn/m 3 ) 16,9 Umidade Ótima (%) 18 Ângulo de atrito ( ) 41 Coesão (kpa) 6, Brita A brita empregada como material de aterro é de uso convencional na construção de rodovias no Distrito Federal e produzida a partir de rocha de origem calcárea. Na Figura 2 é apresentada a curva granulométrica da brita usada e na Tabela 2 suas principais propriedades geotécnicas. Figura 2. Curva granulométrica da brita empregada.

3 Tabela 2. Propriedades geotécnicas da brita. PROPRIEDADE VALOR Densidade relativa (dos sólidos) 2,6 Peso Específico Seco (kn/m 3 ) 17,6 Absorção de Água (%), Abrasão Los Angeles (%) 36, Umidade Ótima (%) 2, A Figura 4 apresenta uma vista geral da geogrelha utilizada. 2.2 Solo de Subleito Como material de subleito foi utilizado um solo fino, cuja curva granulométrica é apresentada na Figura 3. Este solo foi coletado no Campo Experimental de Fundações e Ensaios de Campo da Universidade de Brasília, a uma profundidade de 1, m. Visando simular um subleito fraco ou de baixa resistência, o solo foi preparado com uma umidade de 27,1%, de maneira que fornecesse um Índice de Suporte Califórnia (CBR) de aproximadamente 4 %. Figura 4. Geogrelha utilizada nos ensaios. 3 EQUIPAMENTOS USADOS 3.1 Tanque Rígido Nos ensaios foi utilizado um tanque cilíndrico metálico rígido com diâmetro interno de,7 m e altura de,3 m. Um cilindro hidráulico aplicava as cargas verticais em uma placa metálica rígida, com cm de diâmetro, simulando a tensão de contato típica transmitida por pneus de caminhões a estradas no Brasil. Na Figura é esquematizado o equipamento de ensaios. ESTRUTURA DE REAÇÃO Figura 3. Curva granulométrica do solo de subleito. (Guimarães, 2). 2.3 Geossintético Usado como Reforço Para os ensaios de carregamento cíclico foi utilizada uma geogrelha fabricada com fios de poliéster revestidos por capa de PVC. Na Tabela 3 são apresentadas as principais características do reforço usado..23m CÉLULA DE CARGA SUBLEITO.m CILINDRO HIDRÁULICO ATERRO LVDT.3 m TANQUE RIGIDO Tabela 3 Propriedades geotécnicas do RCD-R utilizado. CARACTERÍSTICA GEOGRELHA Abertura (mm) 3 x 3 Resistência à Tração (kn/m) Rigidez à Tração a % de deformação (kn/m).7m Figura. Equipamento para ensaio de carregamento cíclico.

4 3.2 Instrumentação Cada um dos ensaios executados foi monitorado por meio da instrumentação adequada. Em cada ensaio utilizou-se uma célula de carga, cinco células de tensões totais e cinco medidores de deslocamento linear na superfície do aterro. Estes instrumentos serviram para controlar a carga aplicada pelo cilindro na superfície do aterro, medir as tensões transferidas à camada de subleito e o afundamento da placa de carregamento e da superfície da estrada, respectivamente. Os sinais emitidos pelos instrumentos foram monitorados por meio de um sistema de aquisição de dados ADS acoplado a um microcomputador. 4 METODOLOGIA Cada um dos ensaios realizados foi executado da seguinte forma: em primeiro lugar foi colocada uma camada de plástico lubrificada (vaselina) com o objetivo de minimizar o atrito lateral produzido pelo contato entre os solos e a superfície interna do tanque metálico. A seguir, foi disposta a camada de solo de subleito com uma espessura de,3 m, que foi compactado em três camadas para garantir uma compactação mais uniforme (processo de compactação estática). Nesta camada foram instaladas células de tensões totais para medir as tensões transferidas para o solo de subleito (ver disposição das células de tensão na Figura 6). Em seguida, colocou-se a camada de reforço para os ensaios realizados com este material e, por fim, foi disposta a camada de aterro, também compactada estaticamente. No aterro instalaram-se os medidores de deslocamento linear para controlar os afundamentos da estrada. Após a execução da estrada, procediase à aplicação de carregamento cíclico. Foi tomado como critério de interrupção do ensaio um valor de afundamento da placa de carregamento igual a 2 mm. Após tal valor ser atingido, a estrada simulada era restaurada. A restauração da superfície da estrada foi realizada uma vez para cada ensaio. Figura 6. Disposição das células de tensão nos ensaios. Maiores detalhes e informações sobre o equipamento, materiais e metodologia empregados podem ser encontrados em Góngora (11). RESULTADOS A seguir serão apresentados os resultados obtidos para os ensaios de carregamento cíclico, utilizando brita e RCD-R como materiais de aterro com e sem a presença de reforço..1 Primeiro Estágio de Carga A Figura 7 apresenta os resultados obtidos nos testes de carregamento cíclico das estradas não pavimentadas simuladas sem presença de reforço. Foi possível observar que a estrada construída com RCD-R conseguiu suportar 17 repetições de carga (N), enquanto que a construída com brita suportou 163 repetições até um afundamento de 2 mm. Estes valores não mostram diferenças relevantes no comportamento da estrada quando usados materiais de aterro distintos. Na figura 8 são apresentados os resultados para os testes de carregamento cíclico para as estradas não pavimentadas com presença de reforço. Pode-se estabelecer que o geossintético contribuiu como reforço, potencializando a durabilidade da estrada em termos de suporte a quantidade de ciclos de carga. O material de aterro que melhor interagiu com o reforço foi o RCD-R.

5 RCD R (N=1.7) BRITA (N=1.63) RCD R+R (N=7.23) BRITA+R (N=24.64) Figura 7. Deslocamento da placa de carregamento versus número de ciclos de carga em ensaios sem reforço no primeiro estágio de carga..2 Segundo Estágio de Carga A Figura 9. mostra os resultados obtidos nos testes de carregamento cíclico no segundo estágio de carga para as estradas sem presença de reforço. Percebe-se neste gráfico que novamente a estrada que melhor respondeu à aplicação de carga foi a construída com RCD- R. Como observou-se que levaria muito tempo para que a estrada com RCD-R atingisse o afundamento de 2 mm, inundou-se a estrada em torno de N = 1.. Embora o afundamento tenha aumentado após esse procedimento, ainda assim foi bem menor que o esperado (2 mm) até o final do ensaio (em torno de N = ). Esta maior resistência do RCD-R no segundo estágio de carregamento pode ter ocorrido devido ao fato deste material apresentar uma composição heterogênea, sendo possível que na restauração da superfície, o material de aterro utilizado possa ter sido composto predominantemente de grãos maiores e mais resistentes. Na Figura. são apresentados os deslocamentos da superfície da estrada versus o número de ciclos de carga para as configurações dos ensaios com reforço, testadas no segundo estágio de carga, após a restauração da superfície da estrada. Novamente observa-se que a presença da camada de reforço contribui para o aumento do número de ciclos de carga suportado pelas estradas. Figura 8. Deslocamento da placa de carregamento versus número de ciclos de carga em ensaios com reforço no primeiro estágio de carga RCD R (N=.698) BRITA (N=12.3) Figura 9. Deslocamento da placa de carregamento versus número de ciclos de carga em ensaios sem reforço no segundo estágio de carga RCD R+R (N=98.423) BRITA+R (N=42.146) Figura. Deslocamento da placa de carregamento versus número de ciclos de carga em ensaios com reforço no segundo estágio de carga.

6 6 CONCLUSÕES Este estudo apresentou o comportamento de uma estrada não pavimentada simulada num tanque rígido circular onde se avaliou o uso de diferentes tipos de materiais de aterro com e sem uso de reforço geossintético. É importante considerar que empregando Resíduo de Construção e Demolição Reciclado (RCD-R) como material de aterro, pode-se contribuir na redução da exploração de recursos naturais e minimização dos impactos gerados no ambiente. Em função dos resultados obtidos, a seguir são apresentadas as principais conclusões obtidas nesse estudo: O resíduo de construção e demolição reciclado (RCD-R) utilizado nos ensaios apresentou desempenho melhor que o da brita comumente utilizada em construção de estradas na região.. A utilização de RCD-R como material de aterro pode se constituir em uma prática viável dos pontos de vista técnico e ambiental. O uso do reforço na estrada não pavimentada aumentou o número de ciclos de carga suportados, mostrando que a vida útil da estrada pode ser significativamente aumentada com a utilização de reforço geossintético. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem as seguintes instituições pelo suporte à pesquisa descrita nesse trabalho: Universidade de Brasília, Conselho Nacional para o Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP-DF) e Huesker Geossintéticos. REFERÊNCIAS Giroud, J.P. & Noiray, L. (1981). Geotextile-reinforced unpaved road design. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 7, No. 9, Góngora, I.A.G. (11). Utilização de Geossintéticos como Reforço de Estradas Não Pavimentadas: Influência do Tipo de Reforço e do Material de Aterro. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós- Graduação em Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, 76 p. Guimarães, R.C. (2). Análise das Propriedades e Comportamento de um Perfil de Solo Laterítico Aplicada ao Estudo do Desempenho de Estacas Escavadas. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, 183 p. Hufenus, R., Rueegger, R., Banjac, R., Mayor, P., Springman, S.M. & Brönnimann, R. (6). Fullscale field tests on geosynthetic reinforced unpaved roads on soft subgrade. Geotextiles and Geomembranes, 24, No. 1, IRF (6). World Road Statistics 6: Data 1999 to 4. International Road Federation. Jessberger, H.L. (1977). Load-bearing behaviour of a gravel subbase - non-woven fabric-soft subgrade system. Proceedings of the International Conference on the Use of Fabrics in Geotechnics, Paris, France, Vol. 1, p Palmeira, E.M. & Antunes, L.G.S. (). Large scale tests on geosynthetic reinforced unpaved roads subjected to surface maintenance. Geotextiles and Geomembranes, 28, No. 6, Palmeira, E.M. (1981). Geotextiles as reinforcement of embankments on soft soils. MSc Thesis, Federal University of Rio de Janeiro, Brazil, 282 p. (in Portuguese). Palmeira, E.M. (1998). Geosynthetic reinforced unpaved roads on very soft soils: construction and maintenance effects. Proceedings of the 6 th International Conference on Geosynthetics, IGS/IFAI, Atlanta, USA, Vol. 2, p Ramalho-Ortigao, J.A. & Palmeira, E.M. (1982). Geotextile performance at an access road on soft ground near Rio de Janeiro. Proceedings of the 2 nd International Conference on Geotextiles, IFAI, St. Paul, Minnesota, USA, Vol. 1, p Subaida, E.A., Chandrakaran & Sankar, N. (9). Laboratory performance of unpaved roads reinforced with woven coir geotextiles. Geotextiles and Geomembranes, 27, No. 3, 4-2. USACE (3). Use of geogrids in pavement construction. Technical Letter , United States Army Corp of Engineers, Washington, DC, 38 p. Bhandari, A., Han, J. (). Investigation of geotextile soil interaction under a cyclic vertical load using the discrete element method, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 28, p