ESTUDO LABORATORIAL DE MISTURAS DE SOLO TROPICAL, ESTABILIZANTES QUÍMICOS E FOSFOGESSO ANIDRO
Millena Vasconcelos Silva Universidade Federal de Goiás
Escola de Engenharia Civil Tallyta da Silva Curado Universidade Federal de Goiás
Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, Estruturas e Construção Civil, Escola de Engenharia Civil, Lilian Ribeiro de Rezende
Universidade Federal de Goiás
Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, Estruturas e Construção Civil, Escola de Engenharia Civil, Edson de Moura
Universidade de São Paulo
Departamento de Engenharia de Transportes, Escola Politécnica da USP.
RESUMO
Em Goiás, ainda há escassez de vias pavimentadas ou existência de vias que necessitam de reparos. Visando suprir essa necessidade procura-se utilizar materiais regionais. Entretanto, o solo tropical abundante na região muitas vezes não é adequado para base e sub-base de pavimento, exigindo adição de outros materiais que nem sempre estão disponíveis facilmente. Nessa linha, alguns resíduos sólidos gerados na região têm sido estudados. Como exemplo tem-se o fosfogesso, que é um subproduto da obtenção de ácido fosfórico nas fábricas de fertilizantes, e sendo objeto de estudo misturado ao solo regional visando melhorar o desempenho deste. Tem-se verificado o aumento da resistência do solo com adição de uma parcela de fosfogesso, e melhor comportamento das misturas com incorporação de estabilizantes químicos como cimento e cal. Porém, a expansão observada até então, ultrapassava os limites aceitáveis. O fosfogesso produzido na região é classificado como di-hidratado e pode sofrer alterações quando submetido a temperaturas maiores que 70°C, chegando ao estado anidro acima de 120°C. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento de misturas de fosfogesso com solo tropical, cal e cimento para aplicação em obras de pavimentação comparando o uso de fosfogesso di-hidratado com o anidro. Para isso, foram estudadas as seguintes misturas: fosfogesso (91%) + cal (9%), fosfogesso (91%) + cimento (9%), fosfogesso (11%) + solo fino (80%) + cal (9%), fosfogesso (11%) + solo fino (80%) + cimento (9%), tanto com o fosfogesso di-hidratado como com o anidro. Realizaram-se os seguintes ensaios laboratoriais: análise granulométrica com e sem uso de defloculante, determinação da massa específica, limites de Atterberg, compactação, ensaio de expansibilidade, compressão simples e com aparelho triaxial dinâmico sem e com cura de 7 e 28 dias. Pode se verificar desempenho melhor em resistência e expansibilidade com o uso de fosfogesso anidro ao invés de di-hidratado.
Palavras-chave: Ensaios de laboratório; Estabilização Química; Materiais de Pavimentação.
ABSTRACT
In Goias, there are still unpaved roads or pavements that need rehabilitation. The use of local materials aims to solve this situation. However, the abundant region tropical soil is not often appropriate for pavement base and subbase, requiring addition of other materials which are not always available. In this theme, some solid wastes generated in the region have been studied. An example is the phosphogypsum which is a by-product of phosphoric acid obtained from fertilizer industries, and being object of study mixed with the regional soil to improve its performance. It has been found the soil resistance increase with the addition of a phosphogypsum portion and better performance of mixtures with chemical stabilizers incorporating as cement and lime. However, the swelling observed exceeds the acceptable limits. The phosphogypsum produced in the region is classified as dihydrate and may change when subjected to temperatures higher than 70 °C, reaching a dry state above 120 °C. The objective of this work is to study the behavior of mixtures of phosphogypsum with tropical soil, lime and cement for use in pavements and comparing the use of phosphogypsum dihydrate and anhydrous. For this, the following mixtures were studied: phosphogypsum (91 %) + lime (9 %), phosphogypsum (91 %) + cement (9 %), phosphogypsum (11 %) + fine soil (80 %) + lime (9 %), phosphogypsum (11%) + fine soil (80 %) + cement ( 9%), both dihydrate phosphogypsum as the anhydride. The following laboratory tests were done: grain size analysis with and without use of dispersant, density, Atterberg limits, compaction, swelling test, simple compression and dynamic triaxial with and without cure of 7 and 28 days. One can noted the better resistance and swelling performance for the anhydrous phosphogypsum instead of the dihydrate.
Key-words: Laboratory tests, Chemical stabilization, Pavement. 1. INTRODUÇÃO
Os solos usados para base e sub-base de pavimento devem ser adequados, sendo que quando não se tem as características requeridas, em alguns casos se faz necessário o transporte de solo de outro lugar ou adição de materiais que desenvolvam bom desempenho, segurança e durabilidade de forma economicamente viável. O solo tropical abundante em Goiás é um caso que exige, geralmente, uso de aditivo ou outro agregado que aumente sua resistência. O cascalho laterítico que é tradicionalmente utilizado nas obras tende à diminuição de sua disponibilidade, com isso, tem-se realizado estudos de misturas de solos regionais com materiais alternativos Nesse contexto surge o fosfogesso, que é um subproduto da indústria de fertilizantes fosfatados, originário da rocha fosfática que incorporado ao solo acrescenta-lhe resistência. A disposição e destinação desse subproduto foi durante muito tempo um problema, porém com o avanço das pesquisas este material já tem aplicação na agricultura, construção civil e em outras áreas.
O fosfogesso pode ter diferentes características para origens diferentes e depende do processo de produção de cada indústria. Em geral a massa específica dos grãos varia de 2,3 g/cm³ a 2,6 g/cm³. O fosfogesso tem características siltosas e, em relação à consistência, apresenta-se como não plástico (ORTIZ, 1997).
Ortiz (1997) relata que dependendo do processo de obtenção do ácido fosfórico, o fosfogesso formado pode ter diferentes estruturas. O processo de obtenção do fosfogesso pode ser descrito pela equação química apresentada a seguir (Eq. 1):
[Ca3(PO4)2]3CaF2+10H2SO4+10nH2O → 6H3PO4+10(CaSO4+nH2O)+2HF (1)
Sendo: [Ca3(PO4)2]3CaF2= Fluoropatita, H2SO4= ácido sulfúrico, H2O= água, H3PO4= ácido
fosfórico, CaSO4+nH2O= fosfogesso, HF: ácido sulfúrico. O coeficiente n da equação
depende da temperatura. A estrutura do di-hidratado (n=2) é obtida no intervalo de 70°C a 80°C, hemi-hidratado (n=1/2) para temperaturas entre 92ºC e 120ºC e o anidro (n=0) para temperaturas acima de 130ºC.
As fábricas da região do estado de Goiás produzem ácido fosfórico por via úmida e nesse processo é obtido o fosfogesso di-hidratado (D-H) ou fosfogesso úmido. Mesquita (2007) iniciou os estudos sobre a incorporação do fosfogesso di-hidratado nos solos finos da região do estado de Goiás por meio de ensaios laboratoriais para determinação das propriedades geotécnicas, principalmente referente ao comportamento mecânico, bem como avaliação dos riscos de contaminação das misturas determinando a sua viabilidade ambiental. A conclusão da autora é que a mistura de fosfogesso e solos finos regionais pode ser utilizado na construção de aterros, camadas de reforço do subleito e até sub-base de pavimentos. No entanto, não é recomendado utilizar misturas com teores de fosfogesso superiores a 30% devido à baixa resistência mecânica. Sobre as questões ambientais e da radiação, observou-se que o fosfogesso não apresenta riscos.
Matos (2011) mostrou que o teor de fosfogesso di-hidratado no solo deve ser abaixo de 20%, pois a partir desta proporção a rigidez tende a diminuir e o comportamento hidromecânico a piorar. Verificou também que misturas com proporção de 10% de fosfogesso tem menor interferência nas características do solo, melhor granulometria, menor permeabilidade e maior
estabilidade perante a água. Por sua instabilidade, o fosfogesso di-hidratado e as misturas com proporções acima de 20% não são aplicáveis em estudos com imersão. Essa característica também foi descrita por Ortiz (1997) e Rufo (2009).
Visando a melhoria do comportamento mecânico, outras pesquisas avaliaram o seu uso combinado com estabilizantes como cal e cimento. Rufo (2009) verificou que a mistura de solo, fosfogesso e cal apresentou um problema persistente de expansibilidade alta, devido à formação do mineral etringita. Entretanto, é importante ressaltar que dependendo do tipo de solo utilizado na mistura, essa característica pode mudar e serem obtidos valores de expansão considerados aceitáveis para uso em pavimentação.
Metogo (2010) acompanhou a execução de uma pista experimental no município de Aparecida de Goiânia-GO, realizando análises da pista por meio de ensaios de campo e laboratoriais com o objetivo de avaliar o comportamento mecânico em campo das misturas utilizadas na pista. O autor utilizou nas misturas fosfogesso do tipo di-hidratado combinado com solo e cal. O autor concluiu que houve aumento da plasticidade na mistura solo-fosfogesso assim como expansão da mistura solo-solo-fosfogesso-cal podendo prejudicar a utilização desses materiais em pavimentação. Em relação à mistura solo-fosfogesso-cal, esta foi a que apresentou o melhor desempenho mecânico pelas análises de resistência (CBR, compressão simples e módulo resiliente). Contudo fez-se necessária a melhor avaliação dessa mistura em relação à expansão já que a mesma apresenta bom desempenho mecânico.
Curado (2011) e Silva (2012) realizaram ensaios laboratoriais com as mesmas misturas abordadas nesse artigo utilizando o fosfogesso di-hidratado, de forma a caracterizá-las e determinar suas propriedades mecânicas. A diferença entre esses dois trabalhos que utilizaram fosfogesso D-H, é que Curado (2011) trabalhou com o material natural enquanto Silva (2012) trabalhou com o fosfogesso lavado com álcool metílico PA, por meio de auxílio de uma câmara à vácuo. Silva (2012) verificou que não houve melhora significativa nas propriedades das misturas com o uso do fosfogesso di-hidratado lavado. As autoras verificaram que há possibilidade de uso dessas misturas para composição de sub-bases de pavimentos, sendo que a mistura de fosfogesso, cal e solo foi a que apresentou melhores resultados. Entretanto, é necessário que se realize melhores avaliações principalmente em relação à expansão das misturas para diminuir as restrições de uso em bases de pavimentos.
Já nos estudos de Ortiz (1997) comprovou-se que o fosfogesso anidro compactado permanece estável diante a imersão em água, o que é uma vantagem, pois não se consegue isso com o di-hidratado. A obtenção do fosfogesso anidro a princípio não é utilizada pelos custos da elevação da temperatura e com manutenção das estufas que estariam mais suscetíveis à corrosão. É importante ressaltar que o fosfogesso anidro pode retornar as características de di-hidratado quando exposto a umidade, portanto é necessário providenciar armazenamento em lugares secos protegidos de umidade (ORTIZ, 1997).
Com base nesses estudos, realizou-se esta pesquisa com o objetivo principal de avaliar como a transformação do fosfogesso em anidro influencia o comportamento de misturas de solo tropical, fosfogesso, cal e cimento para serem utilizadas em obras de pavimentação. Dessa forma, também são visados os seguintes objetivos específicos:
Obter as características e comportamento mecânico das misturas com fosfogesso anidro. Comparar a capacidade resistente dessas misturas aos resultados obtidos em estudos
semelhantes com fosfogesso di-hidratado, como de Metogo (2010) e Curado (2011).
Verificar a expansibilidade das misturas em amostras utilizando fosfogesso sem a
transformação, e transformado termicamente em anidro.
2. METODOLOGIA
A seguir estão descritos quais materiais utilizados nas misturas estudadas e quais ensaios realizados para a análise.
2.1. Materiais utilizados
O fosfogesso utilizado é produzido na fábrica da Anglo American em Catalão-GO. Na empresa o produto é depositado em pilhas ao ar livre com umidade de aproximadamente 20%, como mostrado na Figura 1. Na coleta o critério foi recolher material de pilhas com aproximadamente duas semanas de deposição.
Figura 1. Deposição do fosfogesso ao ar livre
Para a transformação do fosfogesso di-hidratado em anidro o material foi mantido em estufa à 130ºC enquanto monitorava-se a variação da umidade até perceber estabilização de sua massa. Em geral, o período para transformação é de no mínimo 24 horas e dependendo da umidade inicial que a amostra possui, ela chega a perder 50% em massa durante a transformação. Após esse tratamento térmico, esperava-se um tempo de aproximadamente duas horas e passava-se o fosfogesso pela peneira 2 mm para desfazer possíveis torrões decorrentes da desidratação.
O solo e a cal utilizados no estudo foram os mesmos utilizados na construção da pista experimental estudada por Metogo (2010) e nas pesquisas realizadas por Curado (2011). O solo foi coletado em uma jazida em Aparecida de Goiânia-GO, a uma profundidade de aproximadamente meio metro. A cal hidratada utilizada foi a CH-III e o cimento Portland utilizado foi o CP II Z-32 RS, o mais comum na região. Com esses materiais constituíram-se as seguintes misturas: mistura A, composta de fosfogesso (91%) + cal(9%); mistura B, composta da fosfogesso(11%) + solo(80%) + cal(9%); mistura C, composta de fosfogesso(91%) + cimento(9%), e mistura D com fosfogesso(11%) + solo(80%) + cimento(9%). As umidades higroscópicas de fosfogesso e solo foram obtidas em estufa à 105ºC. A composição das misturas considerou a massa seca de fosfogesso e solo, enquanto o cimento e cal foram adicionados da forma em que se encontravam.
2.2. Ensaios
2.2.1. Caracterização e Compactação
Para todos esses ensaios as amostras foram preparadas segundo a NBR 6457 (ABNT, 1986a) e a umidades higroscópicas obtidas em estufa a 105°C. A princípio realizou-se o ensaio da NBR 6508 (ABNT, 1984a) para determinação da massa específica dos grãos. Em seguida recorreu-se a outro tipo de ensaio realizado na Universidade de Brasília através do aparelho pentapyc, ou penta-picnômetro. Seguindo as instruções de uso do fabricante, Quantacrome
Instruments, neste ensaio a amostra é previamente seca em estufa à 60ºC durante 16 horas. As
amostras são colocadas em cápsulas e suas massas são pesadas. O aparelho usa injeção de gás hélio, ao invés de água. Esse gás preenche os vazios e pelo volume de gás que foi injetado ele calcula o volume ocupado pela massa da amostra. Esse aparelho pode ensaiar até cinco amostras simultaneamente, por isso o prefixo penta. Os resultados são processados e registrados em um computador.
Os ensaios seguintes foram realizados no Laboratório de Geotecnia da Universidade Federal de Goiás, sendo estes: análise granulométrica NBR 7181 (ABNT, 1984b), limites de liquidez (ABNT, 1984c), limite de plasticidade (ABNT, 1984d), compactação (ABNT, 1986b) com cilindro pequeno, energia Proctor intermediário sem reuso de material. Para a determinação da granulometria dos grãos foi feito peneiramento fino e sedimentação sem e com uso de defloculante hexametafosfato de sódio. Na preparação das amostras de fosfogesso+cal (9%) e fosfogesso+cimento (9%) em alguns ensaios, adotou-se não umedecer previamente as amostras para ficarem em repouso nos tempos prescritos, procedimento justificado pelo comportamento singular das amostras em presença de água que será mais bem descrito nos itens seguintes.
2.2.2 Expansibilidade
Este ensaio foi realizado para as misturas preparadas com fosfogesso di-hidratado sem passar pela transformação e fosfogesso anidro usando o equipamento e metodologia segundo a norma ME 160 (DNIT, 2012). Neste ensaio é possível avaliar a expansão em relação ao tempo e a variação de volume total devida à absorção de água por capilaridade permitindo verificar a diferença de comportamento pra os dois tipos de fosfogesso. Nas pesquisas anteriores era medida a expansão em corpos de prova formados com material passante na peneira 4,8 mm, para as misturas estudadas, compactados na umidade ótima que passariam posteriormente pelo ensaio de Índice de suporte Califórnia (ISC) segundo a NBR 9895 (ABNT, 1987). A expansão é um parâmetro diferente da expansibilidade analisada nesta pesquisa, pois a expansibilidade, por sua vez, é medida apenas com porção passante na peneira de 0,42mm, e a compactação é feita com este material previamente seco na estufa. Na execução deste ensaio as amostras foram armazenadas em saco plástico fechado após serem retiradas da estufa.
2.2.3 Compressão simples
A resistência à compressão não confinada (ou simples) foi obtida de acordo com o método de ensaio descrito na NBR 12770 (ABNT, 1992). Os corpos de prova foram compactados no cilindro pequeno (10x12cm), na umidade ótima e energia Proctor intermediária. Em seguida foram moldados com o torneador até chegar ao diâmetro de 50 mm. Neste ensaio, para cada amostra moldada foi feita a ruptura sem e com cura de 7 e 28 dias. Durante o tempo de cura os corpos de prova eram mantidos envolvidos em plástico para manutenção da umidade de
compactação. A prensa usada para ruptura registrava a tensão com controle da velocidade de deformação.
2.2.4 Triaxial Dinâmico
Este ensaio permite a determinação do módulo de resiliencia para diversas tensões e torna-se interessante por simular as cargas aplicadas em um pavimento devido ao tráfego. Os ensaios triaxiais dinâmicos foram realizados no Laboratório de Pavimentação da Universidade de São Paulo (USP), conforme norma ME-134 (DNIT, 2010). Os corpos de prova nas dimensões 10x20cm foram moldados na umidade ótima e na energia Proctor intermediária. Os corpos de prova compactados foram envolvidos por tubos de PVC, depois ensacados e conservados em câmara úmida durante o período de cura. Antes dos ensaios os mesmos passaram por capeamento com gesso para regularização das bases. Os ensaios foram realizados com as quatro misturas compostas pelo fosfogesso anidro com 0, 7 e 28 dias de cura.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Para a comparação entre as misturas com fosfogesso do tipo anidro e do tipo di-hidratado foram realizadas análises entre os resultados obtidos nos ensaios relatados no item anterior e outros estudos que abordaram as mesmas misturas.
3.1. Caracterização
Durante a preparação das amostras as misturas de fosfogesso anidro e aglomerante adquiriam comportamento singular em presença de água. Tais misturas endureciam devido à reação com água e aglomerante em poucas horas tornando alguns ensaios difíceis ou inviáveis de se executar. Outra preocupação era a de ocorrer transformação química do fosfogesso em di-hidratado novamente. Para os ensaios de massa específica, sedimentação, limites de consistência e compactação, a alternativa foi umedecer os materiais apenas antes do ensaio e não esperar um tempo grande de repouso.
O ensaio para determinação da massa específica dos grãos pela NBR 6508 (ABNT, 1964a) pode ser concluído apenas para as misturas B e D. Isso porque as misturas A e C, que não continham solo, comportavam-se como um aglomerante, mesmo após a dispersão, os grãos se agrupavam em torrões rijos. Dessa forma, era muito dispendioso transferir a amostra do copo dispersor para o picnômetro, além de lidar com o risco da amostra se agregar e colar nas paredes internas do picnômetro, uma vez que a simples agitação não foi capaz de dispersar as partículas. A alternativa de utilizar o penta-picnômetro resultou em massas específicas aceitáveis e razoavelmente semelhantes às obtidas com o procedimento convencional. Os valores foram usados pra cálculo das curvas de sedimentação e saturação e nas misturas com solo os valores de massa específica obtidas pelos dois métodos geraram curvas semelhantes mostrando que o ensaio foi satisfatório. A Tabela 1 mostra os resultados obtidos para massa específica dos grãos e limites de consistência das misturas.
Tabela 1 - Valores de Massas específicas e limites de consistência
Misturas Convencional ρ (g/cm³) Pentapyc wL(%) wP (%) IP (%)
A (Fosfogesso+9%Cal) - 2,771 ± 0,02% - - NP
B (Solo+11%Fosfogesso+9%Cal) 2,515 2,671 ± 0,11% 34,2 26,8 7,4
C (Fosfogesso+9%Cimento) - 2,831 ± 0,06% - - NP
D (Solo+11%Fosfogesso+9%Cimento) 2,695 2,475 ± 0,09% 33,6 26,7 6,9
plasticidade (IP).
Para obtenção dos limites de consistência, as misturas A e C não apresentaram trabalhabilidade necessária para a realização dos ensaios. Ao umedecer a amostra de acordo com o método de ensaio e deixar em repouso, as misturas endureciam. Sem o repouso devido era possível iniciar o ensaio de liquidez, porém com o passar do tempo o enrijecimento não permitia continuar o ensaio. A determinação do limite de plasticidade foi impraticável para essas duas misturas, assim como foi observado para o fosfogesso D-H nos estudos de Ortiz (1997), Mesquita (2007) e Matos (2011), que o classificaram como não plástico (NP).
A análise granulométrica das misturas mostrou que para as misturas A, C e D, a porcentagem de finos encontrada no ensaio sem defloculante foi maior do que nos ensaios com defloculante. Isso não ocorreu com as misturas estudadas por Curado (2011) em fosfogesso D-H. Uma hipótese é que ao entrar em contato com água e defloculante as partículas reagiram mais rapidamente se agregando e por isso apresentaram diâmetros maiores. A Tabela 2 faz uma comparação entre as frações granulométricas encontradas no ensaio sem defloculante e com defloculante e a Figura 2 mostra a distribuição granulométrica de cada mistura. Durante a sedimentação, as misturas A e C apresentaram uma região mais densa ao completar uma hora de ensaio. O comportamento do material nessa região, nos ensaios com e sem defloculante, pode ter influenciado na medição, tendo uma porcentagem praticamente constante para partículas menores que 0,01 mm.
Tabela 2 – Resultados na análise granulométrica, sem e com defloculante
Misturas
Sem defloculante Com defloculante Areia (%) Silte (%) Argila (%) Areia (%) Silte (%) Argila (%) A (Fosfogesso+9%Cal) 22,45 74,89 2,66 47,19 50,79 2,02 B (Solo+11%Fosfogesso+9%Cal) 83,97 16,03 0 54,34 32,19 13,56 C (Fosfogesso+9%Cimento) 45,08 54,92 0 67,22 32,59 0,19 D (Solo+11%Fosfogesso+9%Cimento) 78,46 15,42 6,13 78,98 17,59 3,42
Figura 2. Curvas granulométricas, sem e com defloculante. Obs.: F=Fosfogesso, S=Solo, Ca=Cal, Ci=Cimento.
3.2. Compactação
As misturas estudadas foram ensaiadas com fosfogesso anidro. Para não acorrer a transformação do fosfogesso em (D-H) quando umedecido, a compactação foi realizada logo após a homogeneização. Curado (2011) estudou as mesmas misturas utilizando o fosfogesso D-H. Resultados de massa específica seca máxima (ρdmax) de compactação e umidade ótima
(wot) correspondente estão apresentados na Tabela 3.
Tabela 3. Resultados de compactação para misturas com fosfogesso anidro e di-hidratado
Misturas Anidro Di-hidratado (CURADO, 2012)
wot (%) ρdmax (g/cm³) wot (%) ρdmax (g/cm³)
A (Fosfogesso+9%Cal) 33,3 1,342 24,4 1,330
B (Solo+11%Fosfogesso+9%Cal) 24,9 1,505 21,9 1,540
C (Fosfogesso+9%Cimento) 27,9 1,340 25,6 1,330
D (Solo+11%Fosfogesso+9%Cimento) 22,6 1,573 20,9 1,520
Obs.: massa específica seca máxima (ρdmax) e umidade ótima (wot)
Comparando-se aos resultados de Curado (2011), verifica-se que os valores de ρdmax das
misturas permaneceram praticamente os mesmos, independente do tipo do fosfogesso. As misturas com fosfogesso anidro apresentaram valores de wot superiores às misturas com
fosfogesso D-H. Esse aumento pode ser devido ao estado desidratado do fosfogesso, que demanda maior umidade.
3.3. Expansibilidade
As misturas com fosfogesso di-hidratado levaram de dois a cinco dias para estabilizarem os volumes. Entretanto aquelas compostas com o fosfogesso anidro estabilizaram já no primeiro dia de ensaio, com exceção da mistura B, com três dias. As variações de volume devidas à expansão com o tempo estão representadas nas Figuras 3 e 4.
Figura 3. Variação volumétrica com o tempo no ensaio de expansibilidade para as misturas A e B.Obs.: F=Fosfogesso, S=Solo, Ca=Cal, Ci=Cimento.
Figura 4. Variação volumétrica com o tempo no ensaio de expansibilidade para as misturas C e D. Obs.: F=Fosfogesso, S=Solo, Ca=Cal, Ci=Cimento.
(DNIT, 2007) para o cascalho laterítico comumente utilizado na região, verificou-se que as misturas com fosfogesso anidro apresentaram menor expansão quando comparadas com as misturas de fosfogesso di-hidratado, melhorando essa característica. Apenas para a mistura B, com solo e cal o fosfogesso anidro apresentou expansão maior que o D-H. A Tabela 4 apresenta os resultados desses estudos, sendo demonstrado o percentual máximo que cada mistura expandiu. Verifica-se, então, que o tratamento térmico do fosfogesso pode resolver o problema da expansão identificada nas misturas com o fosfogesso di-hidratado.
Tabela4. Resultados de expansibilidade para misturas com fosfogesso anidro e di-hidratado
Misturas Tipo de Fosfogesso
Di-hidratado Anidro A (Fosfogesso+9%Cal) 11,0% 1,9% B (Solo+11%Fosfogesso+9%Cal) 1,8% 5,7% C (Fosfogesso+9%Cimento) 14,9% 0,3% D (Solo+11%Fosfogesso+9%Cimento) 4,6% 4,1% 3.4. Compressão Simples
Houve dificuldade para moldagem no torneador dos corpos de prova das misturas A e C, que recém-compactadas já apresentavam elevada dureza. Esse comportamento deve-se à rápida reação do fosfogesso anidro com aglomerante na presença de água, potencializada pela aplicação da energia de compactação. As misturas B e C apresentavam relativa facilidade de moldagem. Porém, ao esperar o tempo de cura, essas misturas endureciam consideravelmente. Metogo (2010) e Curado (2011) também realizaram esse tipo de ensaio para misturas com o fosfogesso D-H. As Figuras 5 e 6 apresentam as comparações dos resultados obtidos e Tabela 5 mostra qual a relação entre os dados.
Figura 5. Resistência a Compressão simples para as misturas A e B em função do tempo de cura
Figura 6. Resistência a Compressão simples para as misturas C e D em função do tempo de cura
Tabela 5. Relação entre os valores de resistência à compressão simples em função do tempo de cura para misturas com fosfogesso anidro e D-H
Tempo de cura (dias) 0 7 28
Misturas Relação Anidro/D-H
A (Fosfogesso+9%Cal) 15,3 17,3 20,9
B (Solo+11%Fosfogesso+9%Cal) 1,8 1,6 1,1
C (Fosfogesso+9%Cimento) 14,9 5,8 5,3
D (Solo+11%Fosfogesso+9%Cimento) 5,4 1,4 2,0
Verifica-se elevada resistência para as misturas compostas pelo fosfogesso anidro, principalmente nas misturas A e C, atingindo valores 20,9 vezes superior na mistura A em relação ao D-H com 28 dias de cura. A presença do fosfogesso anidro influencia no aumento da resistência até mesmo nas misturas que contém solo, atingindo o dobro do valor obtido com o D-H na mistura D aos 28 dias. Isso mostra o quanto o fosfogesso anidro apresenta melhor comportamento mecânico que o D-H. A menor variação na resistência foi verificada na mistura B. Porém, deve-se atentar que a moldagem do corpo de prova nas dimensões do ensaio sem uso de torneador pode fornecer valores maiores de resistência.
3.5. Triaxial Dinâmico
A Tabela 6 apresenta o resumo dos resultados obtidos nos ensaios triaxiais dinâmicos realizados. Observa-se que com exceção da Mistura D sem cura, os valores de módulos de resiliência do modelo matemático em função da tensão confinante (3) representou melhor os
dados obtidos nos ensaios.
Tabela 6. Módulo resiliente em função da tensão desviadora (d) e confinante (3)
Misturas Cura MR = k1*σdk2 R² MR = k1*σ3k2 R² A (Fosfogesso+9%Cal) 0 dias MR = 4.260* d0,0835 0,37 MR = 5.474 * 30,1536 0,86 7dias MR = 4.283* d0,0941 0,41 MR = 5.628 * 30,1696 0,92 28 dias MR = 4.650* d0,0873 0,48 MR = 5.816 * 30,1469 0,94 B (Solo+11%Fosfogesso+ 9%Cal) 0 dias MR = 612,4* d-0,014 0,01 MR = 765,9 * 30,0672 0,21 7dias MR = 1.055* d0,106 0,46 MR = 1.405 * 30,1836 0,94 28 dias MR = 1.507* d 0,0851 0,38 MR = 1.973 * 3 0,1615 0,91 C (Fosfogesso +9%Cimento) 0 dias MR = 2.518* d0,070 0,35 MR = 3.141 * 30,133 0,84 7dias MR = 3.565* d 0,023 0,29 MR = 3.869 * 3 0,046 0,85 28 dias MR = 4.237* d 0,174 0,67 MR = 5.907* 3 0,2529 0,99 D (Solo+11%Fosfogesso+9%Cimento) 0 dias MR = 1.358* d-0,047 0,64 MR = 1.408 * 3-0,025 0,12 7dias MR = 2.088* d0,034 0,28 MR = 2.374 * 30,072 0,82 28 dias MR = 2.727* d0,117 0,58 MR = 3.534 * 30,183 0,95
Os valores dos módulos de resiliência (MR) apresentados na Tabela 7 foram obtidos para a tensão confinante de 0,371 MPa e a tensão desvio de 0,126 MPa. Essas tensões foram baseadas em valores determinados por Metogo (2010), como sendo as tensões atuantes na base considerando a estrutura do pavimento experimental executado em Aparecida de Goiânia-GO. Na Tabela 7 está apresentado também o valor de MR obtido por Metogo (2010)
para a mistura B composta de fosfogesso di-hidratado.
Tabela 7. Valores de módulo resiliente em MPa obtidos para as misturas com e sem cura Misturas Tipo de fosfogesso Tempo de cura (dias)
0 7 28
A (Fosfogesso+9%Cal) Anidro 5303 3961 4290
B (Solo+11%Fosfogesso+9%Cal) Di-Hidratado (METOGO, 2010) 322 - -
Anidro 666 961 1412
C (Fosfogesso+9%Cimento) Anidro 2385 3517 3498
D (Solo+11%Fosfogesso+9%Cimento) Anidro 1497 2045 2419
Os valores de MR obtidos para as misturas compostas de fosfogesso anidro é elevado e superior aos valores obtidos para materiais granulares tradicionalmente utilizados na região, o que demonstra a viabilidade técnica da utilização desses materiais e a possibilidade de construir pavimentos que apresentem durabilidade.
Nas misturas com solo (misturas B e D), os valores obtidos ficaram menores que as demais, mas já são suficientes para prever o bom desempenho desse tipo de base. Neste caso, dependendo do tipo de mistura asfáltica utilizada como revestimento, a base ainda poderá apresentar o comportamento estrutural e a distribuição de tensões comumente existente num pavimento flexível.
Já nas misturas sem solo (misturas A e C), os valores de MR obtidos foram muito altos e quando essas misturas forem utilizadas como base, dependendo do tipo de revestimento, podem até ultrapassar os valores de MR da mistura asfáltica, alterando o comportamento da estrutura. Sendo assim, esse fato deve ser considerado no momento do dimensionamento do pavimento.
4. CONCLUSÕES
A pesquisa realizada mostrou que houve elevado ganho de resistência, tanto em termos de resistência à compressão simples como de módulo resiliente, e queda de expansão das misturas com o uso do fosfogesso anidro quando comparados com os resultados obtidos para as misturas com fosfogesso di-hidratado. Portanto, esse tipo de fosfogesso melhorou as características das misturas para uso em pavimentação, já que a expansão elevada era um dos aspectos que mais dificultavam o uso dessas misturas. E o aumento considerável da resistência, possibilita a utilização desse material para a construção de base e sub-base de pavimentos com durabilidade satisfatória.
A partir disso, torna-se interessante aplicar essas misturas em pistas experimentais monitoradas, visando avaliar o comportamento desse material “in situ” ao longo do tempo e quantificar o impacto ambiental e econômico do processo de transformação do fosfogesso di-hidratado em anidro para avaliar a sua viabilidade em todos os aspectos envolvidos.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem às empresas e instituições que apoiaram a pesquisa: Anglo American, CNPq, FAPEG, UFG, IFG, USP e UnB.
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