UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DE BENEFICIAMENTO DE PEDRAS
SEMI-PRECIOSAS EM GEOCÉLULAS
USE OF SEMI-PRECIOUS GEM PROCESSING WASTE IN GEOCELLS
Miguel, Gustavo Dias; Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, 112893@upf.brAbido, Luiz Carlos; Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, 124526@upf.br Baruffi, Aline; Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, 85799@upf.br
Floss, Márcio Felipe; Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, marciofloss@upf.br
RESUMO
No processo de extração e beneficiamento de pedras semipreciosas, grande quantidade de resíduo sólido acaba sendo gerado, que acabam sendo armazenados no pátio das empresas podendo causar danos ambientais. Estes impactos têm chamado a atenção das indústrias em relação à utilização deste material como matéria prima no desenvolvimento de novos materiais. Uma alternativa de utilizar o resíduo de beneficiamento de pedras semi-preciosas é como material de preenchimento de geocélulas. A Geocélula (GL) é um geossintético composto por séries de células interligadas que confinam mecanicamente os materiais nela inseridos, possui como principal função melhorar a capacidade do solo. Neste contexto, o trabalho tem como objetivo analisar o desempenho mecânico da geocélula, por meio de ensaios de placa, empregando como material de preenchimento o resíduo de beneficiamento de pedras semi-preciosas.
ABSTRACT
In the process of extraction and processing of semi-precious stones, lots of solid waste ends up being generated, which is stored in the courtyard of the companies and can cause environmental damage. This impact has led some industries to test the use of this waste as a raw material in the development of new materials. An alternative use for the solid waste from semi-precious stones processing is as geocell filling material. The geocell (GL), a geosynthetic composed of interconnected cells series that mechanically confine the materials inserted in it, has as main function to improve the capacity of the soil. In this context, the study aims to analyze through plate load tests the geocell mechanical performance, using as filling material solid waste from semi-precious stone processing.
1 - INTRODUÇÃO
Após a Segunda Guerra mundial, com o crescimento da indústria petroquímica iniciou-se a produção de geossintéticos em obras costeiras na União Europeia (Vertematti, 2001).
A cada dia novos geossintéticos vem sendo desenvolvidos para diferentes finalidades, gerando uma onda de pesquisas que buscam otimizar seu emprego e melhorar seu desempenho.
Dentre os geossintéticos existentes há as geocélulas, que são definidas como uma série de células interligadas que apresentam estrutura tridimensional aberta, onde confinam mecanicamente os materiais nelas inseridos (NBR ISO 10318, 2013). Possuem a função de aumentar a capacidade de suporte do solo, tendo como base o confinamento celular para o ganho de resistência.
As geocélulas absorvem parte das tensões dos carregamentos impostos à superfície e os redistribuem às camadas adjacentes com menor intensidade e reduzem também os deslocamentos e recalques laterais (Avesani Neto e Bueno, 2010), possibilitando seu uso em locais onde o solo é geotecnicamente inviável, sem necessitar de intervenções e tratamentos no mesmo.
O material de preenchimento das geocélulas é definido em função dos esforços que serão impostos à estrutura (Vertematti, 2001), sendo uma das alternativas o resíduo de beneficiamento de pedras semipreciosas.
Os resíduos de beneficiamento de pedras semipreciosas são gerados na lapidação e fabricação de obras e artefatos de pedras, na forma de refugos, peças semiacabadas, defeituosas, entre outros, que acabam sendo armazenados inadequadamente nos pátios das próprias empresas formando grandes pilhas de rejeitos de dezenas de toneladas (Abreu e Lima., 2012). Estes por sua vez podem vir a causar significativos impactos econômicos e ambientais, como alteração nas condições estéticas e sanitárias do meio ambiente e afetar a biota.
Visando expandir o conhecimento, o emprego de geocélulas e um adequado destino ao resíduo de beneficiamento de pedras semipreciosas, o presente trabalho emprega o resíduo como forma de preenchimento de geocélulas, buscando aumentar a resistência do solo.
2 - LOCAL DE ESTUDO
O estudo foi desenvolvido no Campo Experimental de Geotecnia (Figura 1) da Universidade de Passo Fundo, localizado na cidade de Passo Fundo, região norte do estado do Rio Grande do Sul.
Figura 1 – Campo experimental
O solo do campo experimental, utilizado como base para a aplicação das geocélulas, é de origem residual de basalto, classificado como argila de alta compressibilidade, apresenta peso específico real dos grãos igual a 26,7 kN/m³ (Korf, 2011), coesão de 10 kN/m² e ângulo de atrito de 24º (Ferreira, 2010).
3 - MATERIAIS 3.1 - Geocélula
Para o estudo, foram empregadas geocélulas da marca Ober, conhecidas como FortCell, FC 02/30, na altura de 5cm, confeccionadas em polipropileno (Figura 2). No Quadro 1 tem-se as características das mesmas.
Figura 2 – Geocélula (Catálogo Ober S.A., 2016)
Quadro 1 – Características da geocélula (Adaptado de Ober S.A., 2016) Especificações Técnicas
Propriedades FC 02/30
Altura da célula (cm) 5
Dimensão média da célula (cm) 27x27
Área nominal da célula (cm) 729
Dimensão da peça expandida (m) min. 3,00x2,60/máx. 6,00x2,60 Área da peça expandida (m) min. 7,80/máx. 15,60
Peso da peça (Kg) 1,7 - 3,4
3.2 - Resíduo do beneficiamento de pedras
O material de preenchimento das geocélulas é resíduo originário da trituração de pedras semipreciosas (Figura 3), proveniente do município Soledade, norte do estado do Rio Grande do Sul.
Figura 3 – Resíduo do beneficiamento de pedras semipreciosas
A caracterização física do mesmo está apresentada no Quadro 2.
Quadro 2- Caracterização do resíduo
PARÂMETROS DO RESÍDUO VALOR
Argila (%) 6
Silte (%) 29
Areia (%) 55
Pedregulho (%) 10
Peso Específico Real dos Grãos (kN/m³) 25,7 Limite de Liquidez não apresenta Limite de Plasticidade não apresenta Teor de umidade ótimo (%) 11,29 Massa Específica Aparente Seca (kN/m³) 18,73 4 - MÉTODOS
4.1 - Fixação e preenchimento das geocélulas
Para a prática do ensaio de placa empregou-se um sistema de reação constituído por duas sapatas móveis, uma viga metálica e sobrecarga de blocos de concreto. Como o espaçamento entre as saparas do sistema de reação é inferior a 6m, optou-se por utilizar duas geocélulas com as dimensões iguais a 2,00x1,30m cada, como indicado na Figura 4 e Figura 5.
Figura 5 – Instalação das geocélulas entre o sistema de reação (vista frontal)
A fixação das geocélulas é realizada por meio de hastes metálicas nas suas extremidades (Figura 6).
Figura 6 – Fixação das geocélulas
O resíduo, no preenchimento, apresentava umidade ótima, determinada por meio do ensaio de compactação. A mesma era averiguada através do ensaio Speed, com base na norma do DNER-ME 052 (1994). Após a verificação adiciona-se água ao resíduo até que o mesmo alcançasse a umidade desejada, sendo misturado em uma betoneira.
Com o auxílio de um carrinho de mão transportava-se o resíduo até as geocélulas despejando-o sobre as mesmas com o auxílio de pás manuais. Em seguida, realizava-se a compactação com a placa vibratória, até que o resíduo alcançasse peso específico aparente seco e cobrisse a geocélula em 3cm, a fim de assentar melhor a placa. Verificava-se o peso específico pelo ensaio de cone de areia, seguindo instruções da norma DNER-ME 092 (1994).
4.2 - Ensaio de placa
Os ensaios de placa foram realizados primeiramente no solo, denominado ensaio “branco” (Figura 7) e em seguida nas geocélulas (Figura 8).
Figura 8 – Ensaio de placa (geocélula)
Para a realização dos ensaios de placa, utilizava-se três sistemas: um sistema de reação, um sistema de transmissão de carga (macaco hidráulico) e um sistema de medição de deslocamentos (extensômetros). Os ensaios de placa seguiam os prescritos da NBR 6489 (1984), onde aplicavam-se incrementos de carga de 20% da tensão admissível do solo. As leituras eram obtidas em tempos dobrados de 1, 2, 4, 8, 15, 30 minutos e assim consecutivamente caso necessário. Se o recalque total se estabilizasse ou se mantivesse inferior a 5% após meia hora de ensaio, partia-se para um novo acréscimo de carga, caso contrário dava-se dava-sequência na leitura dos deslocamentos.
Após a realização do ensaio, eram feitas as descargas, em estágios sucessivos inferiores a 25% da carga total, as leituras dos deslocamentos eram encontradas de maneira idêntica à do carregamento.
Os ensaios ocorriam, de acordo com as exigências da norma, até que o recalque estivesse maior ou igual a 25mm, ou que a carga do incremento atingisse o dobro da carga admissível. Caso o solo não rompesse, a carga máxima deveria ser mantida por 12 horas.
4.2.1 - Critérios de ruptura
Os critérios de ruptura adotados foram os mais usuais, apresentados por Cudmani (1994, apud Dalla Rosa, 2003) são citados a seguir:
Critério n° 1: recalque igual a 25mm;
Critério n° 2: recalque máximo igual a 10% D (D é o valor do diâmetro da placa); Critério n° 3: recalque máximo igual a D/30;
Critério n° 4: tangente da curva - plotar os valores de carga x recalque, obtendo o valor da carga de ruptura pelo ponto de inserção das tangentes dos trechos inicial e final da curva.
5 - RESULTADOS OBTIDOS 5.1 - Ensaio de placa
Os ensaios de placa foram realizados no solo e nas geocélulas, utilizando como referência a norma ABNT NBR 6489 (1984).
A Figura 9 mostra os resultados encontrados no ensaio de placa no solo, onde é possível visualizar que a cada estágio, quando um incremento de carga era aplicado, os recalques elevavam-se rapidamente.A ruptura foi identificada como sendo por puncionamento, uma vez que a placa simplesmente afundou no solo.
Figura 9 – Curva carga x recalque - Solo
Os ensaios de placa realizados nas geocélulas apresentam diferenças em seus valores; essas diferenças podem estar atreladas ao fato de um ensaio ter sido realizado em um período de chuva e o outro de seca, mas em ambos nota-se (Figura 10) que a resistência do solo aumentou consideravelmente em relação ao ensaio realizado somente no solo.
Figura 10 – Curva carga x recalque – Geocélulas
5.1.1 - Verificação da carga de ruptura
A análise do comportamento da Carga x Recalque, foi realizada por meio dos critérios descritos no Item 4.3.1. A carga de ruptura e seus respectivos recalques encontrados através dos quatro critérios estão apresentados a partir da Figura 11 até a Figura 18Error! Reference source not found.. O Quadro 3 apresenta um comparativo desses valores.
Figura 12 – Aplicação do critério I - Geocélulas
Figura 13 – Aplicação do critério II - Solo
Figura 15 – Aplicação do critério III - Solo
Figura 16 – Aplicação do critério III - Geocélulas
Figura 18 – Aplicação do critério IV – Geocélulas Quadro 3- Carga de ruptura e recalque
Critérios
SOLO GEOCÉLULA I GEOCÉLULA II
Carga Recalque Carga média Carga Recalque média Carga Carga Recalque média Carga (ton.) (kN) (mm) (kN) (ton.) (kN) (mm) (kN) (ton.) (kN) (mm) (kN) I 5,22 51,21 25 46,92 6,61 64,84 25 61,80 7,76 76,13 25 74,87 II 3,61 35,41 10 5,76 56,51 10 7,48 73,38 10 III 5,25 51,50 30 6,73 66,02 30 7,83 76,81 30 IV 5,05 49,54 19,29 6,10 59,84 14,33 7,46 73,18 10,93
Através dos dados, é possível visualizar que os critérios apresentam uma significativa dispersão entre seus resultados, a carga de ruptura chega a variar 16kN no ensaio do solo e 10kN para a geocélula I, somente a geocélula II não apresenta tanta variação, o máximo chega a aproximadamente 3kN.
A carga de ruptura média dos critérios para o ensaio realizado no solo encontra-se próxima aos valores obtidos pelo critério IV. A carga obtida pelo critério II apresenta-se a mais conservadora nos três ensaios. A resistência do solo aumentou em 24% e 37% com o emprego da geocélula preenchida com resíduo de beneficiamento de pedras semipreciosas. Na Figura 18 podemos ver esse ganho de resistência nitidamente, também nota-se que a umidade do solo reduz em 17% a eficiência da geocélula, mas mesmo nas condições mais desfavoráveis o emprego da geocélula é benéfico.
CONCLUSÕES
As conclusões a seguir foram identificadas como resultados do atual estudo:
1) Houve um aumento da resistência do solo quando reforçado com as geocélulas preenchidas com o resíduo de beneficiamento de pedras, estando aprovado seu uso.
2) O critério II possui resultados mais conservadores por apresentar um recalque inferior aos demais. 3) As cargas não apresentaram muita variação para os critérios I e II, onde o recalque passava de
25mm para 30mm.
4) O emprego do resíduo de beneficiamento de pedras como preenchimento de geocélulas proporciona benefícios, pois, além de aumentar os espaços disponíveis em aterros industriais e nos pátios das empresas, auxilia também na redução do uso de matéria-prima de recursos naturais.
REFERÊNCIAS
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Avesani Neto, J.O.; Bueno, B. de S. (2010) Capacidade de carga de solos reforçados com geocélula, COBRAMSEG 2010: Engenharia Geotécnica para o desenvolvimento, inovação e sustentabilidade.
Dalla Rosa, F. (2003) Caracterização geotécnica e estudo do comportamento carga x recalque do solo do campo experimental de geotecnia da Universidade de Passo Fundo. 2003. Trabalho de Conclusão de Curso (Grau de Engenheiro Civil). Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Universidade de Passo Fundo.
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