Análise do desempenho do solo utilizado em bases e sub-bases de pavimentos rodoviários com adição de rejeito da britagem das rochas (pó de pedra).

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1 Análise do desempenho do solo utilizado em bases e sub-bases de pavimentos rodoviários com adição de rejeito da britagem das rochas (pó de pedra). Sergio Tunis Martins Filho (1) Carlos Humberto Martins (2) Jeselay Hemetério Cordeiro dos Reis (3) (1) Mestrando em Engenharia Urbana pela UEM. Brasil. sergiotunis@hotmail.com (2) Professor Doutor pelo Departamento de Engenharia civil UEM. Brasil chmartins2007@gmail.com (3) Professor Doutor pelo Departamento de Engenharia civil UEM. Brasil jeselay@hotmail.com Resumo: Nesta pesquisa avaliou-se a utilização de misturas de solo, cimento e pó de pedra em camadas estruturais de pavimento, reutilizando materiais tidos como resíduos do processo de britagem de rochas do tipo basáltica, de tal modo que essa mistura possa ser usada para construção de sub-bases e bases de pavimentos rodoviários. Para isso, determinou-se a resistência a compressão simples e o módulo de elasticidade das misturas de solo, cimento e pó de pedra de modo a garantir e verificar o desempenho mecânico de bases executadas com esse tipo de misturas, por meio de ensaios de compressão simples não confinado. A validade dos resultados foi mostrada comparando-se com resultados de misturas tradicionais de solo-cimento. Determinou-se a influência da quantidade pó de pedra e do teor de cimento na compressibilidade de misturas para um solo areno-argiloso retirado na cidade Santo Inácio/PR. Permitiu-se avaliar que houve um aumento considerável da resistência a compressão simples conforme se adicionava pó de pedra e uma diminuição do módulo de deformabilidade, devido a necessidade de maior quantidade de cimento para estabilizar a adição do resíduo. O trabalho retrata que algumas propriedades físicas do solo podem ser alteradas pela inclusão de elementos e que há uma grande importância no estudo em decorrência do aproveitamento de resíduos que causam grandes impacto ambientais quando mal utilizados. Palavras-chave: Resíduos na construção civil; Pavimentos rodoviários; Pó de pedra. Abstract: In this study we evaluated the use of mixture of soil, cement and stone dust in structural layers of the pavement, and reusing waste e material taken from the rock crushing basalt type, so that the mixing process can be used to construct sub-bases and bases of road pavements. For this, we determined the compressive strength and modulus of elasticity of the soil mix, cement and rock dust to ensure the mechanical performance check carried out with bases such mixtures by means of simple compression tests unconfined, The validity of the results was shown by comparing the results with

2 traditional soil-cement mixtures. Determined the influence of the quantity of stone dust and cement content on the compressibility of mixtures for sandy clay soil removed in the city Santo Inácio / PR. Allowed to assess that greatly increased resistance to simple compression was added as stone dust and a decrease of the deformability modulus, because the need for greater amount of cement to stabilize the waste addition. The work portrays some soil physical properties can be altered by the inclusion of elements and there is a great importance in the study due to the use of residues that cause major environmental impact when misused. Keywords: Waste in construction; Road pavements; Stone dust. 1. INTRODUÇÃO Um dos grandes desafios da construção civil consiste em atender as necessidades da sociedade, usando cada vez menos recursos naturais (CHAMBERS; CHEN, 1999 apud JOHN, 2000). De acordo com Brandalise (2002), considerando o impacto ambiental e a sustentabilidade, o uso indiscriminado de recursos naturais (materiais de construção), não é mais aceito, desse modo, deve-se desenvolver novas técnicas de utilização e beneficiamento de resíduos. Nos processos de desmonte e beneficiamento de rochas para uso como agregado (britagem), a geração de resíduos têm ocasionado um grande passivo ambiental. Neste sentido, muitos pesquisadores têm se dedicado a encontrar formas de aproveitamento e reutilização desses rejeitos, contribuindo para mitigar ou eliminar o desequilíbrio ambiental. Processos industriais que utilizem o pó de pedra em larga escala surgem com uma das formas de diminuir a quantidade de rejeito estocados, aproveitar integralmente o produto dos processos de britagem e desmonte de rochas, diminuir a necessidade de novas áreas de exploração e reduzir os custos com insumos na construção civil. Neste sentido, Cavallari (2007) desenvolveu uma série de misturas de solo, cimento tipo Portland e pó de pedra para uso como base e sub-base de pavimentos rodoviárias. Nesta pesquisa, o autor demonstra uma melhora nos valores de resistência a compressão simples com o aumento do teor de pó de pedra. No entanto, essa análise é limitada uma vez que o desempenho das camadas de um pavimento é caracterizado principalmente pela sua capacidade de deformação quando submetido as condições de trafego. De modo geral, a propriedades de deformações de misturas de solo-cimento dependem da de sua microestrutura ou de seu esqueleto sólido, caracterizado pelo peso específico, volume de vazios, volume de sólidos, teor de umidade, porosidade e composição granulométrica (LAMBE e WHITMAN, 1969) Um dos modelos reológicos mais utilizados em sistemas mecânicos em regime de pequenas deformações é o modelo elástico linear, cujas propriedades de material são o módulo de elasticidade (E) e o coeficiente de Poisson (ν). Do ponto de vista físico e reológico, o solo dificilmente pode ser classificado como elástico linear (E e ν não são constantes), no entanto, o uso de modelos elásticos equivalentes são plenamente justificáveis em função do nível de tensões atuantes em serviço e da dificuldade de determinação dos parâmetros de modelos mais sofisticados. O módulo de elasticidade (E), também conhecido como módulo de Young e módulo de deformabilidade, resulta do ajuste linear da curva tensão-deformação de um material qualquer e que, para o caso unidirecional ou uniaxial (Figura 1), pode ser obtido pela Equação 01.

3 E z (01) z Figura 1-Módulo de Elasticidade. Fonte: LAMBE e WHITMAN (1969) Segundo Nilsson e Montanhini (2000), o uso de modelos elásticos lineares em materiais de camadas de pavimentos consiste em uma aproximação e que o comportamento desses materiais de fato são não lineares, dependendo da natureza do material, do nível de tensão aplicado, do tipo de carregamento (transiente ou estático). Segundo Gerscovich (2010), as propriedades de compressibilidade e deformação estática dos solos podem ser obtidas usando ensaios de compressão do tipo axial confinados e não-confinados (compressão simples, triaxial, odométrico.), compressão diâmetral e cisalhamento torsional (ring shear). No ensaio de compressão não confinada, um corpo-de-prova cilíndrico é submetido a ação de uma carga axial, medindo-se as deformações longitudinais correspondentes (Figura 2) 2.OBJETIVOS Figura 2- Grafico Tensão-Deformação Autor: Cavalare (2006) Nesse contexto, este trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho de misturas solo-cimento utilizado em bases e sub-bases de pavimentos rodoviários com adição de rejeito da britagem das rochas (pó de pedra), por meio da determinação do Módulo de deformabilidade (E) de misturas de solo, cimento e pó de pedra (resíduos do processo de britagem de rochas do tipo basáltica) e da, correspondente, resistência a compressão simples usando ensaios axiais não confinados cíclicos. Os corpos de provas cilíndricos com 10 cm de altura e 5 cm de diâmetro compactados nas condições

4 ótimas de compactação na energia normal, foram submetidos a três ciclos de carga e descarga para determinação do Módulo (E) e em seguida conduzidos a ruptura. As proporções das misturas testadas foram aplicadas em um areno-argiloso (22% de argila) natural da cidade de Santo Inácio/PR com frações de pó de pedra de 0%, 40% e 50 % da massa total de sólidos e teores de cimento do tipo CP II- F 32 de 2,0% e 4,0%. 3.MATERIAIS E MÉTODOS As amostras de solos foram recolhidas em jazidas ao longo rodovia PR-218, entre os municípios de Ângulo e Atalaia, enquanto as amostras de pó de pedra foram coletadas na pedreira Carlos Borges, da empresa Extracon, situada na rodovia do Contorno Sul em Maringá/PR, As misturas de solo e pó de pedra foram realizadas de modo se enquadrar o material resultante em uma das faixas granulométricas especificadas na norma DNIT ES 305/94 e DNER ES 304/94 que definem os valores de granulometria para misturas de solo-cimento e solo melhorado com cimento, respectivamente. Os ensaios de granulometria dos solos e do pó de pedra foram realizados conforme as normas DNER-ME 041/94, DNER-ME 051/94, DNER-ME 080/94 e DNER-ME 083/98. O solo de Santo Inácio apresentam em média 52% de material passante na peneira nº 200. Demonstrando a necessidade de uma estabilização granulométrica e a possibilitando a adição de pó de pedra para esta finalidade. Como a fração de pó de pedra que passa na peneira de nº 200 é da ordem 20%, o enquadramento do solo de Santo Inácio (52% de finos) na faixa de trabalho especificada para solocimento resultou nas proporções mostradas na Figura 4. Os ensaios de compactação na energia normal das misturas foram realizados seguindo os procedimentos das normas DNER-ME 213/94 e DNER-ME 216/94. Os ensaios de compactação foram realizados com misturas do solo com as porcentagens de pó de pedra citadas anteriormente e com teores de cimento Portland de 2% e 4%. 3.1 Materiais Pó de pedra O pó de pedra utilizado foi obtido junto ao depósito deste material existente na pedreira da empresa Extracon Mineração e Obras Ltda., situada na Estrada Carlos Borges em Maringá. O ensaio granulométrico foi realizado com o auxílio do laboratorista da respectiva empresa e os resultados são apresentados na Figura 4.

5 Figura 4- Curva de distribuição granulométrica do pó de pedra utilizado. Fonte: Autor (2014) Solos O solo usado neste trabalho foi coletado na cidade Santo Inácio a cerca de 1,80 m de profundidade. O ensaio de caracterização granulométrica apresentou resultados apresentados na Figura 5: Figura 5- Curva de distribuição granulométrica do solo de Santo Inácio. Autor (2014). Os índices físicos encontrados para este solo são: LL = 46%, LP = 38% e IP = 8%, sendo este solo, classificado segundo a HRB como A-5.

6 3.1.3 Cimento O cimento empregado nos ensaios foi o CP II-F 32 da marca VOTORAN. Por possuir diversos selos de qualidade, pode-se afirmar que o respectivo cimento possui as características previstas na norma técnica NBR 11578/ Métodos Ensaios de compactação (Proctor Normal). O ensaios de compactação foi utilizado para determinação do peso específico seco máximo e teor de umidade ótima (Proctor Normal). Os ensaios foram realizados para misturas do solo com as porcentagens de pó de pedra citadas anteriormente e com teores de cimento de 2% e 4%. Um resumo dos resultados dos ensaios de compactação com os valores dos pesos específico secos máximos e dos teores de umidades ótimos podem ser vistos na Tabela 01. Solo, Cimento e Pó de pedra Teor de pó 0% de pó 40% de pó 50% de pó Teor de Solo 100% de solo 60% de solo 50% de solo Teor de Cimento 2,00% 4,00% 2,00% 4,00% 2,00% 4,00% Umidade Ótima (%) 12,6% 12,5% 13,4% 12,4% 13,2% 12,4% Densidade Máxima (g/cm³) 1,926 1,901 1,920 1,960 1,920 1,960 Tabela 01-Resumo dos resultados dos ensaios de compactação usando o solo de Santo Inácio Fonte:Autor (2014) O módulo de deformabilidade foi determinado usando ensaios de compressão simples em corpos de prova cilíndricos de 10 cm de altura e 5 cm de diâmetro aplicando os procedimentos para determinação do módulo de elasticidade em corpos-de-prova cilíndricos de argamassas e concretos, cujo esquema de montagem é mostrado na Figura 6. Figura 6 Esquema de montagem de ensaio de compressão simples. Fonte: Autor (2014).

7 A determinação do módulo foi feita de acordo com o procedimento preconizado pela NBR 8522:2003 (Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva tensãodeformação): A deformação específica ( ) foi calculada em termos adimensionais como sendo a relação entre a variação do comprimento da base de medida de um corpo de prova e seu comprimento inicial. A tensão ( ) foi calculada como sendo a relação entre a força axial aplicada no corpo de prova e a área de sua seção transversal. Neste trabalho, optou-se em se determinar o módulo de deformação inicial (Figura 7), devido a necessidade de se eliminar o efeito das deformações permanentes. Figura 7- Representação esquemática do módulo de elasticidade ou módulo de deformação tangente inicial. Fonte: NBR 8522:2003 O carregamento crescente foi realizado com velocidade constante de 0,66 mm/min até 0,3% da resistência a compressão simples, em cujo nível a carga foi mantida por um período de 60 segundos (Figura 8). Figura 8 Representação esquemática do carregamento para a determinação do módulo de elasticidade. Fonte: NBR 8522:2003

8 O módulo de deformação foi calculado pela Equação 03. E c b a (03) b a onde: b é a tensão maior, em megapascals (sb =0,3fc ); é a tensão básica, em megapascals (sa= 0,5 MPa) ; b a é a deformação específica média dos corpos-de-prova ensaiados sob a tensão maior; é a deformação específica média dos corpos-de-prova ensaiados sob a tensão básica. a 4.RESULTADOS Os resultados dos ensaios realizados em laboratório feitos com as misturas de solo, cimento e pó de pedra, realizadas com solos da cidade de Santo Inácio e rompidos aos 7,0 dias de cura em câmara úmida são mostrados na Tabela 02 e Tabela 03, obtido a resistência a compressão simples o e o modulo de doformabilidade respectivamente. Teor de Cimento 2% 4% Mistura de solo com 0% de pó de pedra 0,867 1,19 Mistura 60% de solo com 40% de pó de pedra 1,03 1,153 Mistura 50% de solo com 50% de pó de pedra 2,32 2,35 Tabela 02-Resultado de resistência a compressão simples (RCS) em MPa- Solo de Santo Inácio/PR. Fonte: Autor (2014). Teor de cimento Teor de Pó de Pedra 0% 40 % 50 % 2% 3267,2 1870,2 1207,8 4% 3719,0 2982,9 2954,2 Tabela 03-Resultados de módulo de deformação solo de Santo Inácio/PR (MPa). Fonte: Autor (2014).

9 5.CONCLUSÃO De um modo geral, o aumento da porcentagem de cimento na mistura provoca o aumento do módulos de deformabilidade, tal como ocorre na resistência a compressão simples. O aumento da porcentagem de pó de pedra resultou em diminuição do módulo de deformabilidade da mistura: Possivelmente este fenômeno seja explicado pelo fato do aumento da quantidade pó de pedra necessitar uma maior quantidade de cimento para estabilização. A adição de pó de pedra em misturas solo-cimento aumenta sua resistência a compressão simples (RCS) em relação ao solo-cimento comum. Conhecer o comportamento dos materiais é de fundamental importância para descobrir a sua melhor aplicabilidade, e fica como sugestão para trabalhos futuros realizar misturas com outros teores de cimento e pó de pedra em solos areno-argilosos, como o de Santo Inácio/PR, e analisar o desempenho e o limite de aplicação de rejeito de britagem de rochas (pó de pedra). REFERÊNCIAS Associação Brasileira De Normas Técnicas ABNT (2003): NBR 8522 Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva tensão-deformação. Rio de Janeiro. BRANDALISE, Lorenni Teresinha. A aplicação do método Gaia (gerenciamento de aspectos e impactos ambientais) em um Laboratório de Análises Clínicas. Cascavel: Edunioeste, CAVALLARI, L. G. S. Estabilização de solos através de mistura de pó de pedra e cimento. Monografia (Graduação). Departamento de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Maringá, Maringá, GERSCOVICH, D.M.S. Compressibilidade e Adensamento dos Solos Notas de Aula. UERJ JOHN, V. M. Reciclagem de resíduos na construção civil: Contribuição para metodologia de pesquisa e desenvolvimento f. Tese (Livre Docência) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Departamento de Engenharia de Construção Civil, São Paulo, LAMBE, T. W., WHITMAN, R. V., 1969, Soil Mechanics. New York, John Wiley & Sons (2006). MARTINS, I.S.M. Adensamento dos Solos Notas de Aula. UFRJ-COPPE NILSSON, T.U., MONTANHINI, L. R. A.; Os "módulos" de mecânica dos solos. 32ª REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, B R A S I L I A -D F, 2000.