Análise da aplicação de rejeitos de ardósia em solo natural para pavimentação

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1 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 230 Análise da aplicação de rejeitos de ardósia em solo natural para pavimentação Analysis of the application of sludge tailings in natural soil for paving Silvia Carla Pereira Santos 1 Jhallison Lázaro Soares de Lima 2 Luiz Henrique Arimura Figueiredo 3 Letícia Dayane Pereira Santos 4 INTRODUÇÃO Os resíduos gerados em qualquer atividade humana tornaram-se um problema, como a maioria das tecnologias disponíveis ainda não são suficientes para eliminar estes resíduos. Encontrar meios adequados de eliminação (sem afetar a qualidade do meio ambiente) é um tema importante no contexto atual (REZENDE et al., 2014) Os materiais adequados para utilização em camadas de pavimentos rodoviários nem sempre são acessíveis (por causa da escassez e/ou dificuldade de obter autorização ambiental), dependendo da localização da rodovia e das características dos materiais da região, acaba sendo fatores de motivação para a busca de materiais alternativos (BATALIONE, 2007). O solo natural é o material mais utilizado em obras de engenharia rodoviária, no entanto, em determinadas regiões as características do solo local não satisfazem as especificações para seu uso em camadas de pavimentos. Neste caso, deve-se optar por alternativas como adequar o projeto às restrições do solo, remover a camada de material inadequado e substituí-lo por outro de qualidade superior ou alterar as propriedades do solo existente de maneira a criar um material capaz de atender as necessidades do projeto (DNIT, 2006). A essa última alternativa dá-se o nome de estabilização de solo. A estabilização é realizada por algum meio físico ou químico que busca melhorar as condições do solo, especialmente em termo de resistência, 1 Engenheira Civil, Prefeitura de Montes Claros, silviakdc@yahoo.com.br; 2 Acadêmico do Curso de Engenharia Civil, UNIMONTES, jhallisonlima@hotmail.com; 3 Doutor, Professor do Curso de Engenharia Civil da UNIMONTES, luiz.figueiredo@unimontes.br; 4 Acadêmica do Curso de Engenharia Civil, UNIMONTES, leetdayane541@gmail.com.

2 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 231 deformabilidade, permeabilidade volumétrica (CORREIA, 2008). A adição de rejeitos da indústria e mineração, representa um processo de estabilização físico-químico do solo. Devido à escassez de materiais naturais para a utilização em pavimentação, surge então a necessidade de desenvolver técnicas que utilizem matérias alternativo que adicionado aos solos sejam capaz de atender as especificações estabelecidas pelas normas existentes no Brasil (EREN e FILIZ, 2009). Desta forma, este trabalho tem por finalidade analisar a viabilidade técnica da estabilização de um solo com rejeitos da ardósia provenientes do município de Pompéu-MG, de modo que o mesmo possa ser utilizado em bases de camadas de pavimentos. OBJETIVO Avaliar as características físicas e mecânicas de um determinado solo quando a este forem adicionados rejeitos de ardósia, e a possibilidade de utilizá-lo como camada de pavimentação. METODOLOGIA A amostra de solo coletada para a pesquisa é proveniente de uma jazida localizada na Fazenda Serra Azul, zona rural do município de Jaíba-MG A amostra de solo foi coletada manualmente com o auxílio de uma pá, evitando-se a contaminação por matéria orgânica. Após a coleta, a amostra solo foi acondicionada em sacos plásticos e, posteriormente, seco ao ar. Após seco, o solo foi destorroado e seguiu-se o procedimento de preparação das amostras de acordo o estabelecido na norma DNER-ME 041/94 (DNER, 1994a) Para efetuar a mistura solo-rejeito, foi utilizado o rejeito de ardósia resultante da mineração realizada pela empresa Ardósia Nacional, localizada no município de Pompéu-MG. Foi coletada cerca de 50 kg do material, quantidade necessária para a realização dos ensaios. A preparação das amostras seguiu-se as diretrizes especificadas na norma DNER-ME 041/94 (DNER, 1994a).

3 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 232 A mistura solo-rejeito foi realizada na proporção de 20% de rejeito de ardósia e 80% de solo natural, sendo bem homogeneizado. As análises granulométricas foram feitas em um agitador de peneira, em que cada peneira representava uma faixa de tamanho, com isto, conseguiu classificar o solo natural e a mistura solo-rejeito conforme a classificação Transportation Research Board (TRB). Neste este estudo foi utilizado o procedimento descrito na norma DNER-ME 080/94 (DNER, 1994c). Para determinar os teores de silte e argila, foi realizado o processo de sedimentação utilizando o método da pipeta, conforme descrito pelo manual de métodos de análise de solo (EMBRAPA, 1997). O limite de liquidez (LL) foi determinado utilizando o aparelho de casa grande, o limite de plasticidade (LP) foi determinado utilizado uma placa de vidro porosa e o o Indice de plasticidade (IP) foi calculado segundo DNER-ME 122/94 (DNER, 1994e) e DNER-ME 082/94 (DNER, 1994 d), respectivamente. O ensaio de compactação, de acordo o procedimento descrito na norma DNIT 164/2013-ME (DNER, 2006). Com o uso de um soquete metálico cilíndrico, de face interior plana de diâmetro igual a 5,08 cm ± 0,01 cm, massa de 4,536 kg ± 0,01 kg, e com a altura de queda igual a 45,72 cm, com uma energia de compactação normal, sendo os corpos de prova preenchido em cinco camadas e cada uma delas submetida a 12 golpes. A Figura 1 mostra um corpo de prova após o ensaio de compactação. Figura 1: Corpo de prova ensaiado com energia normal Fonte: autor

4 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 233 Neste ensaio, os corpos de prova foram moldados no ensaio de compactação com energia normal. Após a compactação, os corpos de prova foram imersos em um tanque com água e permaneceram por quatro dias. Após esse período foi possível a determinação da expansão final, por meio do extensômetro acoplado. Depois de 96 horas, os corpos de prova foram retirados do tanque e deixados em repouso por 15 minutos para que o saísse o excesso de água, sendo, em seguida, foram colocados na prensa, onde foram submetidos à penetração do pistão com seção transversal de 49,6 mm de diâmetro, este penetra na amostra a uma velocidade de 1,27mm/min (Figura 2) segundo DNER-ME 049/94 (DNER, 1994b). Figura 2: Ensaio de California Bearing Ratio (CBR) Fonte: autor RESULTADOS Os resultados dos ensaios de granulometria realizados com o solo natural e com a mistura solo-rejeito são apresentados a seguir, nas Figuras 3 e 4.

5 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 234 Figura 3: Curva Granulométrica do solo natural Figura 4: Curva Granulométrica da mistura solo-rejeito O rejeito de ardósia apresentou a seguinte composição: 0,2% de areia média, 1% de areia fina e 98,8% que passaram na peneira nº 200. Enquanto que o solo no estado natural apresenta em sua composição 0,1% de pedregulho, 54,5% de areias, sendo 49,8% de areia fina, 4,3% de areia média e 0,4% de areia grossa, e 45,3% que passam na peneira nº 200 (silte e argila).

6 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 235 A mistura de 20% do resíduo de ardósia no solo natural modificou a distribuição das partículas do solo da seguinte forma: composição 0,1% de pedregulho, 49,9% de areias, sendo 45,8% de areia fina, 3,8% de areia média e 0,2 de areia grossa, e 50,1% que passam na peneira nº 200 (silte e argila). Verifica-se, a partir desses dados, que ocorreu um aumento de aproximadamente de 5% na quantidade de material passante na peneira nº 200. Para o material com diâmetro menor que 0,075 mm, foi realizado o ensaio de granulometria por sedimentação. Os resultados mostraram que o rejeito de ardósia apresentou 95% de silte e 3,8% de argila, o solo natural possui 11,3% de silte e 34% de argila e a mistura solo-rejeito 22% de argila e 27,8% de silte, portanto, é possível observar que, após a mistura o solo, apresentou aumento na quantidade de silte, isso se deve ao alto índice de finos presentes no rejeito de ardósia. Após análise dos resultados obtidos com os ensaios de caracterização do solo natural e da sua mistura com rejeitos de ardósia, constatou-se por meio da classificação TRB (DNIT, 2006), que tanto o material natural como a mistura enquadram-se como materiais siltosos. Na Tabela 1 são apresentados os valores dos limites de plasticidade e de liquidez, bem como o índice de plasticidade. Tabela 01: Resumo dos Limites de Atterberg Caracterização do solo Solo natural Mistura solo rejeito Limite de liquidez (%) Limite de Plasticidade (%) Índice de Plasticidade (%) De acordo as especificações do DNIT (2006), o solo para ser utilizado em camadas de base e sub-base de pavimento deverá apresentar Limite de Liquidez 25% e Índice de Plasticidade 6%. Observa-se pelos resultados, que a adição de rejeito de ardósia no solo não influenciou no comportamento plástico do mesmo, uma vez que a mistura solorejeito apresenta os mesmos limites de consistência do solo quando no estado natural.

7 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 236 O resultado do ensaio de compactação para as amostras de solo natural e mistura solo-rejeito, são apresentados nas Figuras 5 e 6 nas curvas de compactação. Figura 5: Curva de compactação do solo natural Figura 6: Curva de Compactação da mistura solo-rejeito Analisando os gráficos, é possível notar que o solo natural apresentou uma umidade ótima de compactação de 8% e uma densidade máxima específica seca de

8 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 237 2,046 kg/dm³, já para a mistura solo-rejeito a umidade ótima foi aproximadamente de 13% e densidade máxima de 1,923 kg/dm³. Por meio dos dados obtidos, pode-se verificar que a massa específica seca para a amostra de solo com adição de rejeito foi menor que a apresentada pelo solo natural, já a umidade ótima do solo-rejeito sofreu um acréscimo. A alteração observada nas propriedades físicas do solo devido a adição do rejeito de ardósia, deve - se ao elevado percentual de finos presentes na composição do rejeito que apresenta alta concentração de material argilosilicatado com densidade real menor que o grão de quartzo presente na fração de areia do solo e aumento da superfície de contato. O ensaio de expansão foi realizado em conjunto com o CBR. Como se verifica na Tabela 2 os valores de expansão do solo natural foi de 0,41%, atendendo o limite estabelecido pelo DNIT (2006) que é de 1%. Com a adição de 20% do rejeito no solo natural, este apresentou uma redução em 54% de sua expansão, de 0,41% para 0,19%. Melhorando assim seu comportamento com relação a variação volumétrica. Tabela 02:Resultados dos ensaios de expansão e California Bearing Ratio (CBR) Caracterização do solo Solo natural Solo rejeito de ardósia Expansão (%) 0,41 0,19 CBR (%) Como se observa nos resultados, reduziu-se pela metade a capacidade de suporte do solo quando a este foi adicionado o rejeito. Isso pode ser explicado devido a quantidade de finos a ele adicionado. O DNIT (2006) determina que o solo a ser utilizado como reforço de subleito deve apresentar CBR maior que o do subleito e expansão 1%. A mistura de solorejeito de ardósia pode ser usada para reforço de subleito desde que o projeto do subleito indique um CBR menor que 10%. O solo, como recurso natural, tem que ser usado de maneira racional, evitando a sua degradação. Neste estudo, observamos que a mistura do solo com 20% de rejeito de ardósia apresenta duas vantagens para o meio ambiente:

9 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 238 A primeira vantagem seria o aproveitamento deste rejeito nas camadas de pavimentação de rodovias (reforço de subleito ou subleito) diminuiria a quantidade de material descartado na natureza, a maioria desses rejeitos da ardósia serem descartados em margens de rodovias, terrenos baldios, beira de cursos d água e botas-foras clandestino, na região de Pompeu/MG. A segunda vantagens da utilização do rejeito de ardósia é a diminuição da quantidade de solo necessário para a composição das camadas de pavimentação, diminuindo o volume de material retirado das áreas de empréstimo. CONCLUSÕES Verificou-se que os limites de liquidez e índice de plasticidade solo puro não sofreram alterações com a adição dos rejeitos, mantendo-se o índice de plasticidade em uma faixa superior ao limite ditado pelo DNIT, impossibilitando o uso do solo natural como também o da mistura em camadas de base e sub-base de pavimentos. Constatou-se um aumento no teor da umidade ótima, em consequência da alteração da granulometria. Observou-se uma redução na expansão do solo após a adição do rejeito de ardósia, estando as amostras dentro do limite estabelecido na norma. Com relação à capacidade de suporte, a amostra de solo natural só pode ser aplicada na camada de reforço de subleito e subleito. Após a adição de rejeito ao solo, foi verificado um decréscimo no CBR da mistura em relação ao solo, porém esta mistura ainda pode ser usada como reforço de subleito, dependendo da exigência do projeto. REFERÊNCIAS BATALIONE, G. Estabilização de solos tropicais com a utilização de rejeitos finos de pedreira de uma rocha granítica. (Dissertação de Mestrado em Geotecnia Universidade de Brasília), Brasília, CORRÊA, J. F. Avaliação das melhorias das propriedades físicas e mecânicas de solos originados de rochas sedimentares pela adição de cal para fins de pavimentação. (Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil- Universidade Federal de Santa Catarina). Florianópolis, 2008.

10 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 239 DNER DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. Glossário de Termos Técnicos Rodoviários. Rio de Janeiro (RJ): Instituto de Pesquisas Rodoviárias, DNER. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ME 041/94. Solos Preparação de amostras para ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, 1994a. DNER. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER 049/94 - ME. Solos Determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas. Rio de Janeiro, 1994b. DNER. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ME 080/94. Solos Análise granulométrica por peneiramento. Rio de Janeiro, 1994c. DNER. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ME 082/94. Solos Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 1994d. DNER. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM DNER-ME 122/94. Solos - Determinação do limite de liquidez método de referência e método expedito. Rio de Janeiro, 1994e. DNER. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNIT 164/ ME. Solos Compactação utilizando amostras não trabalhadas. Rio de Janeiro,2006. DNIT. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Manual de Pavimentação. 3 ed. Rio de Janeiro (RJ): Instituto de Pesquisas Rodoviárias, EMBRAPA. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Manual de Métodos de Análise de Solo. 2 ed. Rio de Janeiro, EREN, Ş.; FILIZ, M. Comparing the conventional soil stabilization methods to the consolid system used as an alternative admixture matter. Isparta Darıdere material. Construction and Building Materials, V.23, n.7, p

11 Revista Intercâmbio - vol. XI /ISNN x - Página 240 REZENDE, L. R.; SILVEIRA, L. R.; ARAÚJO, W. R.; LUZ, M. P. Reuse of Fine Quarry Wastes in Pavement: Case Study in Brazil. Journal of Materials in Civil Engineering. Vol. 26, Nº 8, August 2014.