15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental AVALIAÇÃO DO MÓDULO DE RESILIÊNCIA DE MISTURAS DE SOLO, CAL E RESÍDUO DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO (RCD) Fernando Santiago Santos 1 ; Juliana Azoia Lukiantchuki 2 ; Jesner Sereni Ildefonso 3, Jeselay Hemetério Cordeiro dos Reis 4 Resumo A construção civil é uma das atividades que mais geram resíduos, de modo que o aproveitamento ou a reutilização desses resíduos é fundamental para que se tenham procedimentos de construção mais sustentáveis. Várias pesquisas têm indicado como alternativa o emprego desses resíduos como materiais de base e sub-base de pavimentos rodoviários. Neste caso, o desempenho do material pode ser definido em função do módulo de resiliência. Desta modo, este trabalho tem como objetivo avaliar o módulo de resiliência de misturas de solo, cal e resíduos de construção e demolição (RCD) em comparação com o módulo de elasticidade estático e resistência à compressão simples. Utilizou-se um solo arenoso, proveniente do município de Mandaguaçu/PR, misturado ao RCD nas proporções de 75% de solo e 25% de RCD, e 50% solo e 50% RCD, estabilizados com cal com teores de 6%, 8% e 10% em massa seca dos sólidos de solo-rcd. Os corpos de prova foram moldados nas condições ótimas de compactação obtidas com energia normal e ensaiados com 7 dias de cura em câmara úmida para determinação do módulo de elasticidade estático, resistência a compressão simples e módulo de resiliência. Os resultados obtidos mostram uma tendência de crescimento do módulo de resiliência, do módulo de elasticidade estático e da resistência compreensão simples com o aumento da porcentagem de RCD na mistura e concluiu-se que a adição de RCD em misturas de solo estabilizadas com cal, contribuiu para a melhoria das propriedades geotécnicas do solo. Abstract The construction industry is one of the activities that generate more waste, so that the use or reuse of this waste is essential in order to have a more sustainable construction. Several research has indicated as an alternative employment of such waste as source materials and subbase of road pavements. In this case, the performance of the material can be set depending on the modulus of resilience. In this way, this study aims to evaluate the resilient modulus of soil mixtures, lime and construction and demolition waste (CDW) compared with the static modulus of elasticity and mechanical strength. We used a sandy soil from Mandaguaçu/PR, mixed with the RCD in the proportions of 75% soil and 25% of RCD, and 50% soil and 50% RCD, stabilized with lime to 6% levels, 8 % to about 10% by dry weight of soil-rcd solids. The specimens were cast in great compression conditions obtained with normal energy and tested with 7 days of curing in a moist chamber for determining the static modulus of elasticity, compressive strength and modulus of resilience. The results obtained show a tendency to increase the modulus of resilience of the static modulus of elasticity and strength easily understood by increasing the percentage of RCD and the mixture was concluded that the addition of RCD in soil mixtures stabilized with lime contributed for improving the geotechnical properties of the soil. Palavras-Chave Deformação; Módulo de elasticidade estático; Materiais alternativos; RCD, método mecanístico. 1 2 3 4 Eng., Universidade Estadual de Maringá, (44) 3011-4322, email@xmail.com Profa. Dra., Universidade Estadual de Maringá, (44) 3011-4322, jazoia@yahoo.com.br Prof. Dr., Universidade Estadual de Maringá, (44) 3011-4322, jsildefonso@uem.br Prof. Dr., Universidade Estadual de Maringá, (44) 3011-4322, jeselay@hotmail.com 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1

1. INTRODUÇÃO O crescimento urbano cria diversos desafios para a sociedade, entre eles, definir um destino adequado para os resíduos da indústria da construção. Esses resíduos representam mais de 50% dos resíduos sólidos urbanos gerados em cidades brasileiras com mais de 100 mil habitantes (PINTO, 1999). Para minimizar seus impactos, vários estudos apontam para a reutilização desses materiais em camadas de base e sub-base pavimentos, substituindo parcialmente os materiais naturais e não-renováveis como areia ou rocha britada. No entanto, os agregados reciclados de RCD possuem características e comportamento mecânico distintos quando comparados com os materiais convencionais empregados na pavimentação, de modo que sua utilização devido à alta variabilidade de composição, torna-se comprometida (MOTTA et al., 2004). Nesse contexto, a utilização de misturas de solo, RCD e cal em base e sub-base de pavimentos é uma alternativa interessante devido a possibilidade de melhoramento das características naturais do solo proporcionada pela ação da carbonatação e das reações pozolânicas. Segundo Senço (2008), o pavimento consiste em um sistema de várias camadas de espessuras finitas, destinados a resistir aos esforços verticais originados do tráfego de veículos e distribuí-los adequadamente no subleito, garantindo as condições adequadas de rolamento quanto ao conforto e segurança do usuário. Desse modo, o bom comportamento estrutural de um pavimento ocorre quando se obtém baixa deformação sob a variação do estado tensões imposta pela ação de cargas repetidas e transientes. A análise mecânica de sistemas de múltiplas camadas para previsão de rupturas, fadiga, fissuração, entre outros defeitos encontrados dos pavimentos é realizada em termos do Módulo de Resiliência (Mr). Define-se Módulo de Resiliência como a relação entre tensão axial aplicada e a deformação específica recuperável. Os materiais empregados na construção de base e sub-base de pavimentos são constituídos por agregados e solos. Os solos, quando necessário, são estabilizados com aditivos químicos, tais como o cimento, cal ou emulsão asfáltica. Essas adições são usadas para proporcionar maior capacidade de suporte e rigidezes compatíveis com as condições de tráfego resultando em pequenas deformações. A estabilização do solo com cal melhora a capacidade de suporte do solo, reduz sua susceptibilidade à dilatação e retração, bem como o ponto de umidade ótima. Segundo Senço (2008), os solos adequados para estabilização com Cal correspondem aos solos com textura de areias argilosas ou siltes arenosos. No entanto, a mistura de solos com resíduo de construção civil (RCD) promove uma mudança significativa das características do material, sejam de compactação ou de resistência, provocando uma considerável diminuição de desempenho em solos arenosos. Villibor et al. (2007), defendem que os solos tropicais lateríticos devam ser usados como alternativa na construção bases e sub-bases de pavimentos urbanos de baixo custo. Entretanto, ao se incorporar o RCD, faz-se necessária a estabilização do material para conferir melhores propriedades de rigidez e capacidade de suporte. Assim, este trabalho apresenta uma avaliação do Módulo de Resiliência de misturas de solo, cal e RCD comparando-o com Módulo de Elasticidade Estático (E) e Resistência à compressão simples (RCS). 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 2

PORCENTAGEM PASSANTE (%) 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Materiais Os solos usados na pesquisa são provenientes do município de Mandaguaçu/PR, cuja gênese se caracteriza pelo intemperismo da formação do arenito Caiuá. Estas amostras estavam depositadas em taludes de corte com profundidades variando de 1 a 2 m. Em sua preparação, essas amostras foram secas ao ar, destorroadas e passadas na peneira #4 (4,8 mm). A Figura 1a mostra o local de escavação para extração das amostras de solo e a Figura 1b mostra o material coletado sendo destorroado. (a) (b) Figura 1. Coleta e preparação de amostras de solo. Os solos da cidade de Mandaguaçu possuem limite de liquidez 30 %, limite de plasticidade de 15 % e índice de plasticidade de 15 % (Tabela 1). A massa específica dos sólidos foi de 2,73 g/cm 3, sendo constituído por 77,5% de areia, 18,2% de argila e 4,3% de silte (Figura 2), de modo a ser classificado como do grupo A-2-6 e denominado de Areia Argilosa. Tabela 1 - Massa específica dos sólidos e limites de consistência das misturas Mandaguaçu Mistura Solo 75/25 50/50 Massa específica dos sólidos (g/cm³) 2,73 2,70 2,68 Limite de liquidez (%) 30 - - Limite de plasticidade (%) 15 - - Indice de plasticidade (%) 15 NP NP 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,0010 0,0100 0,1000 1,0000 10,0000 DIÂMETRO DOS GRÃOS (mm) Figura 2. Curva de distribuição granulométrica. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 3

Usou-se uma cal hidratada do tipo CH-III da marca Solos Finos, cuja composição do material é formada por hidróxidos de cálcio e magnésio. O resíduo de construção e demolição (RCD) usado como constituinte da mistura é composto de restos de blocos cerâmicos e argamassas. Estes resíduos foram triturados e moídos até serem reduzidos ao material com 100% das partículas passando na Peneira #10 (2 mm). Sua caracterização foi realizada pela determinação da granulometria e da massa especifica dos sólidos obtidos em três determinações feitas na mesma amostra. Apresentando assim, massa específica seca de 2,63 g/cm 3 e distribuição granulométrica com 100% do material passando na Peneira #10 e apenas 24% passando na Peneira. #200 (0,075mm) 2.2. Métodos Foram estudadas três misturas, variando as proporções de solo e RCD. Utilizou-se em todas as misturas porcentagens de 6%, 8% e 10% de Cal. Adotou-se a nomenclatura das misturas de acordo com a proporção de resíduo que compõe cada mistura em: Solo para mistura com 100% de solo e 0% de resíduo, sendo esta a mistura base para controle, 75/25 para mistura com 75% de solo e 25% de resíduo e 50/ 50 para mistura com 50% de solo e 50% de resíduo. As curvas de compactação obtidas nos ensaios de compactação do tipo Proctor, realizados com energia normal, segundo a NBR 7182/86, são mostradas na Figura 3. Com base nas curvas de compactação foi possível determinar os valores de umidade ótima e peso específico aparente seco máximo para cada mistura. Figura 3 - Curvas de compactação de todas as misturas estudadas. Os valores de massa específica seca máxima e umidade ótima foram obtidos nos ensaios de compactação realizados na energia em amostras de solo misturado ao RCD nas proporções de 75% de solo e 25% de RCD, e 50% solo e 50% RCD, estabilizados com cal com teores de 6%, 8% e 10%. Observando-se os parâmetros de compactação, nota-se claramente que o RCD em misturas de solo Cal aumentou, significativamente, o teor de umidade ótimo e diminuiu o peso específico seco máximo. Para determinação da resistência à compressão simples, moldou-se corpos de prova cilíndricos com 5 cm de diâmetro e 10 de altura, compactados na energia normal, em cinco 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 4

camadas, com a massa específica seca máxima e o teor de umidade ótimo. Estes foram deixados em câmara úmida para cura por um período de sete dias, carregados com velocidade constante de 1,27 mm/min até atingirem a ruptura. O módulo de elasticidade do solo axial foi determinado usando ensaios de compressão simples com carregamento em corpos de prova cilíndricos também de 10 cm de altura e 5 cm de diâmetro, aplicando os procedimentos da para determinação do módulo de elasticidade estático em corpos-de-prova cilíndricos de argamassas e concretos. 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. O Módulo de Resiliência foi obtido em ensaios de compressão diâmetral realizados em corpos de prova cilíndricos com altura de 6,2 cm e diâmetro de 10 cm compactados em uma única camada, sobre os quais foram aplicados três intensidades de diferentes (50 N, 100 N e 150 N), cujo Módulo de Resiliência for determinado como a média dos valores obtidos em cinco pulsos carga e descarga. Para cada configuração, foram ensaiados 3 corpos de prova de cada uma das 9 misturas de solo, cal e RCD, resultando em 27 corpos de prova, sendo que em cada Corpo de Prova foram aplicados três níveis de carga (impulso), totalizando-se 81 ensaios para o tempo de cura de 7 dias. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS A resistência a compressão simples (RCS) obtida em corpos de prova cilíndricos com sete dias de cura em câmara úmida moldados com os solos Mandaguaçu é mostrada na Figura 4. Nota-se que os ganhos de RCS são influenciados principalmente pela adição de RCD na mistura. Isso possivelmente ocorre devido à correção granulométrica provocada pela parcela arenosa do RCD ou pelas as reações pozolânicas da cal disponível no próprio resíduo. Figura 4 - Curvas de compactação de todas as misturas estudadas. O módulo de elasticidade estático (E), determinado pela média dos valores obtidos em 03 ciclos de carga e descarga até o nível de 30 % da RCS é mostrado na Figura 5. Pode-se verificar que o E aumenta com o aumento do teor de cal e adição de RCD na mistura. Contudo, da mesma forma como para a resistência a compressão simples, o aumento devido a adição de RCD é maior que o provocado pelo aumento do teor de cal. A Tabela 2 mostra os resultados de Módulo de Resiliência obtidos em ensaios de compressão diametral confeccionados com as misturas de solo, Cal e RCD carregados após 7 dias de cura em câmara úmida. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 5

Relação MR/ME Relação MR/RCS Figura 5 - Módulo de elasticidade estático em MPa Os valores da relação entre Mr/E demonstram uma tendência decrescente com o aumento do teor de cal para as misturas com proporção Solo/RCD de 100/00 e 50/50. Para a mistura com 25% de RCD, a relação se manteve praticamente constante, já a comparação entre os valores da relação entre Mr/RCS mostra uma tendência de manter-se constante (Figura 6). Tabela 2. Resumo dos valores médios dos módulos de resiliência das misturas. Solo/RCD Solo 75/25 50/50 Teor de cal (%) Módulo de Resiliência (MPa) Tempo de Cura de 7 dias Carga 50 N Carga 100 N Carga 150 N 6% 630 670 670 8% 670 730 670 10% 700 770 700 6% 700 1100 930 8% 830 970 1070 10% 900 930 1000 6% 2070 2070 2000 8% 1930 1930 1930 10% 1670 1800 1770 35 30 25 20 29,9 17,0 2500,0 2000,0 1500,0 2312,8 2087,9 2154,2 1739,2 1687,2 1561,9 2343,8 2156,0 1863,1 15 10 5 11,6 7,8 8,0 7,7 6,2 4,6 3,5 1000,0 500,0 0 0,0 6% 8% 10% 6% 8% 10% 6% 8% 10% 6% 8% 10% 6% 8% 10% 6% 8% 10% 100/00 75/25 50/50 100/00 75/25 50/50 Figura 6 Relação Módulo de Resiliência com RCS e Módulo de elasticidade estático 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 6

4. CONCLUSÕES O aumento do teor de cal e da adição de RCD na mistura gerou a diminuição do peso específico aparente seco máximo e aumento da umidade ótima. Isso pode ser explicado pela absorção de água pelos materiais porosos que compõe o RCD. Nota-se também, que a adição de RCD na mistura contribuiu para o incremento da RCS e para o aumento do Módulo de Elasticidade Estático (E). De maneira geral, o valor do módulo de resiliência aumentou conforme o carregamento. A adição do RCD na mistura contribuiu para o melhoramento da propriedade de resiliência, aumentando em até 226% o valor do Mr na mistura com teor de cal 6% e proporção Solo/RCD de 50/50 em relação à mistura sem RCD e mesmo teor de cal. Como esperado a adição de cal também contribui para o aumento do Mr, com exceção das misturas do Solo/RCD na proporção de 50/50, não verificado um padrão entre o aumento do Mr e o teor de cal. Relação entre E e Mr: foi possível obter uma equação com R²=0,87 para o cálculo do Mr a partir do valor de resistência a compressão simples (RCS) de simples e Modulo de Elasticidade Estático (E). Os valores calculados pela equação e determinados no ensaio apresentaram diferenças menores que 10% nas misturas com Solo/RCD na proporção de 100/00 e 75/25. Entretanto, para a proporção 50/50 os valores apresentaram discrepâncias de até 22,3%. Observou-se, ainda, uma tendência de decrescimento da relação Mr/E com o aumento da cal e da proporção de RCD na mistura. Considerando que, para o tempo de cura de 7 dias e uma Constancia na relação MR/RCS conforme o aumento de teor de cal e proporção de RCD na mistura. A adição de RCD nas misturas de solo-cal contribuiu para o aumento do desempenho mecânico e, dessa forma, a adoção dessas misturas parece ser uma solução interessante para a destinação final dos resíduos da construção civil. REFERÊNCIAS ABNT NBR 7182. Solo Ensaio de Compactação. Associação Brasileira de Normas Técnicas: Rio de Janeiro, Brasil, 1988 MOTTA, R. S.; BERNUCCI, L. L. B.; MOURA, E. Aplicação de agregado reciclado de resíduo sólido da construção civil em camadas de pavimentos. In: CONGRESSO DE PESQUISA E ENSINO EM TRANSPORTES, 18., 2004, Florianópolis. Anais. Florianópolis. 2004. p. 259-269. PINTO, T.P. Metodologia para a gestão diferenciada de resíduos sólidos da construção urbana. Tese (Doutorado) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. São Paulo, 1999. 189p. SENÇO, W. Manual de técnicas de pavimentação. São Paulo: Pini, 2008. v.1 e v.2. VILLIBOR, D.F., NOGAMI, J.S., BELIGNI, M., CINCERRE, J.R. Pavimentos com solos lateríticos e gestão de manutenção de vias urbanas. ABPv e UFU: São Paulo, Brasil, 2000. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 7