UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO CENTRO MULTIDISCIPLINAR DE CARAÚBAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
MEISE LOPES ARAÚJO
ESTABILIZAÇÃO DE SOLO COM ADIÇÃO DE RESÍDUO DE MÁRMORE
CARAÚBAS - RN
2018
MEISE LOPES ARAÚJO
ESTABILIZAÇÃO DE SOLO COM ADIÇÃO DE RESÍDUO DE MÁRMORE
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia civil da Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro civil.
Orientador (a): Ms. Wellington Lorran Gaia Ferreira.
APROVADO EM: 17/04/2018
BANCA EXAMINADORA
CARAÚBAS - RN
2018
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B862a
Brito, Isabel Samara.
AVALIAÇÃO DA ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS UTILIZANDO RESÍDUOS DA PRODUÇÃO DE MÁRMORE / Isabel Samara
Brito. - 2017.
41 f. : il.
Orientador: Wellington Lorran
Gaia Ferreira.
Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso
de Engenharia Civil, 2017.
1. Solos. 2. estabilização. 3. Resíduo . 4.
Mármore. I. Ferreira, Wellington Lorran Gaia , orient. II. Título.
AGRADECIMENTOS
À Deus, por me conceder saúde e força para alcançar meus objetivos, iluminado sempre meu caminho durante toda minha vida, me proporcionando fé e coragem para seguir em frente;
Ao amor da minha vida, meu filho Victor, por todo amor, carinho e compreensão;
Aos meus pais, José e Maria Betânia, por sempre apoiarem minhas decisões e não medirem esforços para realização dos meus sonhos;
A minha querida avó Iraci, por toda ajuda e dedicação de sempre, contribuindo para realização desse sonho;
Aos meus irmãos, Jakssiel e Meirilany, por sempre estarem ao meu lado nos momentos bons e ruins;
Aos meus amigos, Felipe Couto, Isabel Samara, Anderson Millano, Thiago Gurgel e Felipe Augusto por me ajudarem e me incentivarem durante esse percurso.
À meu orientador Wellington Lorran, por todo conhecimento repassado, paciência e disposição para realização desse trabalho;
À todos os professores, amigos e familiares que contribuíram para minha
formação acadêmica e torceram pela minha vitória.
“O sucesso nasce do querer, da determinação e persistência em se chegar a um objetivo. Mesmo não atingindo o alvo, quem busca e vence obstáculos, no mínimo fará coisas admiráveis.”
(José de Alencar)
RESUMO
O pavimento é formado por camadas estruturais que devem conter características que suportem as cargas provenientes do tráfego, dessa forma são necessários materiais de boa qualidade para compor essas camadas. Em contrapartida, algumas regiões do país não possuem solo com especificações adequadas e nem jazidas próximas para suprir as necessidades construtivas do pavimento. Logo, uma alternativa para melhorar as propriedades dos solos é a estabilização, que pode ser química, mecânica e granulométrica. Assim, o presente trabalho tem como objeto estabilizar um solo proveniente da jazida da cidade de Caraúbas/RN com 2% de resíduo de mármore, nas energias de compactação normal, intermediária e modificada, a fim de verificar a viabilidade desse solo para aplicação em camadas de pavimentos através dos valores obtidos no ensaio de California Bearing Ratio (CBR), comparando o mesmo com os parâmetros estabelecidos pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte (DNIT) para cada camada de pavimento. Foram realizados ensaios de granulometria, Limite de Plasticidade (LP), Limite de Liquidez (LL), de compactação e CBR no Laboratório de Geotecnia da Universidade Federal Rural do Semi Árido (UFERSA), campus Caraúbas. Por fim, os resultados mostram que à medida que se aumentou a energia de compactação, aumentou-se também a capacidade de suporte do solo. Os solos em estudo não podem ser utilizados em camada de base, pois nenhum apresentou CBR igual ou superior a 80%. No entanto, o solo da jazida compactado na energia normal e o solo estabilizado com 2% compactados na energia normal e intermediária, podem ser utilizados no reforço do subleito. Já o solo estabilizado com 2% na energia modificada pode ser aplicado na camada de sub-base e revestimento primário, pois apresentou CBR igual a 24,06%, isto é, maior que 20%..
Palavras Chave: Estabilização; Resíduo de Mármore; CBR.
ABSTRACT
The pavement is formed by structural layers that must contain characteristics to support the loads coming from the traffic, in this way good quality materials are required to compose these layers. On the other hand, some regions of the country do not have adequate ground or close deposits to meet the constructive needs of the pavement.
Therefore, an alternative to improve soil properties is your stabilization, which may be chemical, mechanical and granulometric. Thus, the present work aims to stabilize a soil from the Caraúbas/RN’s city with 2% of marble residue, in the normal, intermediate and modified compaction energies, in order to verify the viability of this soil for application in layers of pavements through the values obtained in the California Bearing Ratio (CBR), comparing the same with the parameters established by the DNIT for each pavement layer. This work consists of an experimental research. Plasticity Limit (LP), Liquidity Limit (LL), compaction and CBR tests were carried out at the Geotechnical Laboratory of the Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), Campus Caraúbas and Mossoró. Finally, the results show that as the compaction energy was increased, the soil support capacity was also increased. The soils under study can not be used in the base layer, since none had CBR equal to or greater than 80%. However the natural soil compacted in normal energy and stabilized with 2% compacted in the normal and intermediate energy, can be used in subgrade and subgrade reinforcement. However, the soil stabilized with 2% in the modified energy can be applied in the sub-base layer, since it presented CBR equal to 24.06%, that is, greater than 20%. It was also reported that the soil stabilized with 2% presented greater support capacity than the natural soil and the soil stabilized with 5%.
Key-words: Stabilization; Marble Residue; CBR.
LISTA DE FIGURAS
Figura 01: Estrutura de Pavimento Flexível. ... 15
Figura 02: Estrutura de Pavimento Rígido. ... 15
Figura 03: Materiais selecionados para base e sub-base ... 17
Figura 04: Classificação dos solos pelo TRB...18
Figura 05:Valores provaveis de CBR pela classificação TRB...19
Figura 06: Local de retirada de solo ... 23
Figura 07: Local da retirada de resíduo de mármore ... 24
Figura 08: Preparação da amostra ... 25
Figura 09: Execução de ensaios de limite de consistência ... 27
Figura 10: Ensaio de Compactação ... 28
Figura 11: Ensaio de CBR ... 29
Figura12: Ensaio de LP...29
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 -
Valores de CBR com energias de compactação diferentes... 31
Gráfico 2 - Curva granulométrica do solo estabilizado e do não estabilizado ... 31
Gráfico 3 – Curva de compactação na energi normal...31
Gráfico 4 - Curva de compactação para a energia intermediária e modificada ... 32
Gráfico 5 –Resultados de CBR e Expansão ... 34
LISTA DE SIGLAS
ADF – Areia Descartada de Fundição BTC – Blocos de Terra Comprimida CBR – California Bearing Ratio CP – Corpo de Prova
CC – Coeficiente de Curvatura
CNT – Confederação Nacional do Transporte CNU – Coeficiente de Não Uniformidade
DNER – Departamento Nacional De Estradas De Rodagem DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes IP – Índice de Plasticidade
ISC – Índice de Suporte Califórnia LL – Limite de Liquidez
LP – Limite Plasticidade
RCC – Resíduo da Construção Civil RT – Resistência à Tração
MR – Módulo de Resiliência
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 11
2. OBJETIVOS ... 13
2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 13
3. REFERENCIAL TEÓRICO ... 14
3.1. PAVIMENTO ... 14
3.2. CAMADAS DOS PAVIMENTOS ... 16
3.2.1. Reforço do Subleito ... 16
3.2.2. Base e Sub-base ... 16
3.2.3. Revestimento ... 17
3.3. ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS ... 17
3.3.1. Estabilização granulométrica ... 18
3.3.2. Estabilização mecânica ... 20
3.3.3. Estabilização química... 21
4. METODOLOGIA DA PESQUISA ... 23
4.1. MATERIAIS ... 23
4.1.1. Solo natural ... 23
4.1.2. Resíduo de mármore ... 24
4.2. MÉTODOS ... 25
4.2.1. Ensaio de Granulometria ... 25
4.2.2. Limites de Consistência ... 26
4.2.3. Ensaio de Compactação ... 27
4.2.4. CBR ... 28
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 31
5.1. LIMITES DE CONSISTÊNCIA ... 32
5.2. GRANULOMETRIA ... 31
5.3. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO ... 33
5.4. ENSAIO DE CBR ... 35
CONCLUSÃO ... 37
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 38
11 1. INTRODUÇÃO
O desenvolvimento socioeconômico de um país está relacionado diretamente com os meios de transportes, pois promovem o deslocamento de pessoas, exportações e importações de produtos etc. No Brasil, o principal sistema de transporte é o rodoviário, visto que representa, aproximadamente, 90% de todo o transporte de pessoas do país e 60% do transporte de cargas (CNT, 2017). A falta de investimento em infraestrutura rodoviária prejudica a economia brasileira, pois aumenta o número de acidentes, além de aumentar o custo com manutenção e combustíveis (BERNUCCI et al, 2006).
Segundo a Confederação Nacional do Transporte (CNT, 2017) em seu relatório anual intitulado Pesquisa CNT de Rodovias, em um total de 1,7 milhões de km de rodovias, a malha viária pavimentada do Brasil apresenta apenas 12,3%, o que não vem acompanhando o acréscimo da frota de veículos durante os anos. Além disso, comparada com outros países de dimensões análogas, essa quantidade é considerada pequena. Ainda conforme a mesma pesquisa, a região Nordeste apresenta maior percentual de rodovias com pavimento no país (30,6%), logo após vem o Sudeste com 19,4%, seguido do Sul (18,6%), do Centro-Oeste (17,6%) e do Norte (13,8%).
O pavimento é composto por camadas estruturais que devem conter propriedades que suportem as cargas que são submetidas, ou seja, deve apresentar uma boa resistência mecânica que promova estabilidade do mesmo. Os principais tipos de pavimentos usados no sistema viário são os pavimentos rígidos (concreto) e os flexíveis (asfalto). Na maioria dos países o revestimento asfáltico é o mais utilizado, no Brasil, mais de 95% das estradas foram pavimentadas com esse tipo de material (ARAÚJO et al, 2016).
Dentre as camadas do pavimento, podem-se citar as camadas granulares, como a base e a sub-base. Essas camadas geralmente são construídas utilizando os materiais de boa qualidade que se encontram nas proximidades da rodovia a ser construída. Entretanto, em algumas regiões no Brasil não são encontrados solos com características geotécnicas apropriadas para pavimentação e não possuem jazidas próximas para substituição de solo existente. Logo, uma alternativa é a estabilização do solo com outros materiais que provoque alterações satisfatórias nas propriedades do solo de baixa qualidade.
Dessa forma, a estabilização de solos pode ser tratada como o melhoramento do
mesmo através da adição, utilização de técnicas ou processos que acarretem na melhoria
de suas propriedades, no sentindo geotécnico. A estabilização é empregada em diversas
12 obras correntes de engenharia, tais como: fundações, aterros, taludes e, na pavimentação, em bases e sub-bases (GUIMARÃES, 2002).
Nesse contexto, diante da necessidade de se realizar a estabilização de solos, o município de Apodi/RN, inserido no semiárido potiguar, é conhecido pela extração de vários tipos de mármore (FERNANDES, 2017). Algumas empresas, como a Limestone Mármores do Brasil LTDA vende o produto para as regiões. Dessa forma, com o aumento no ramo de rochas ornamentais, aumentou-se também a quantidade de resíduos gerados pelas marmorarias oriundos de cortes e acabamentos da produção de peças de mármores.
Alguns desses resíduos como o pó de mármore, por exemplo, muitas vezes são descartados de maneira incorreta no meio ambiente agredindo o mesmo, pois não tem uma aplicabilidade que garanta o seu reaproveitamento, como é o caso da Limestone Mármores do Brasil LTDA que não reaproveita esse resíduo.
Alguns trabalhos no ramo da pavimentação já foram desenvolvidos com o resíduo de mármore produzido em Apodi/RN, como na utilização por Fernandes (2017) para fabricação de revestimento asfáltico, onde comprovou-se que a mistura asfáltica dosada com 2% de resíduo da marmoraria apresentou resultados satisfatórios de Resistência à Tração (RT) e Módulo de Resiliência (MR). Brito (2017) realizou um estudo inicial sobre a utilização do mesmo resíduo de mármore na estabilização de solos e verificou que para um teor de 5% de mármore os resultados não foram satisfatórios. Entretanto, ainda há a necessidade de outros estudos para se comprovar a viabilidade do uso desses resíduos em solos para estabilização.
Na cidade de Caraúbas/RN, Santos (2017) analisou as vias não pavimentadas quanto a utilização de revestimento primário, com intuito de melhorar as características dessas vias. Ele constatou que das vias analisadas 33,33% é possível o uso do revestimento primário, pois apresentaram CBR inferior a 20%. No entanto, quando analisado o material da jazida do Açude Grande (principal jazida utilizada em Caraúbas/RN) compactado na energia normal, a mesma apresentou CBR menor que 20%, não atendendo as especificações construtivas para revestimento primário da norma DER- SP/2006.
Neste sentido, a estabilização de solo com a utilização de outros tipos de materiais,
como o resíduo de mármore, surge como uma alternativa para regiões onde há escassez
de solos de qualidade, como é o caso da Cidade de Caraúbas/RN. Dessa forma, o
aproveitando do resíduo gerado pelas marmorarias locais tornam-se uma opção a ser
13 estudada com benefícios tanto do ponto de vista técnico quanto do ponto de vista ambiental.
2. OBJETIVOS
Avaliar o comportamento mecânico de solos estabilizados com 2% de resíduos provenientes da produção de mármore.
2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Estabilizar um solo proveniente da jazida da cidade de Caraúbas/RN com 2% de resíduo de mármore em diferentes energias de compactação;
● Avaliar o comportamento mecânico do solo estabilizado por meio do ensaio de California Bearing Ratio (CBR);
● Analisar a viabilidade do solo estabilizado para utilização em camadas de
pavimentos.
14 3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1. PAVIMENTO
Pavimento é definido como uma estrutura composta por várias camadas de espessuras finitas, construída ao longo da superfície final do terraplenagem, com a finalidade de resistir aos esforços externos provenientes do tráfego e do clima, deve proporcionar condições de segurança, conforto e economia aos usuários (BERNUCCI et al, 2016).
De um modo geral, os pavimentos são classificados como rígidos, semirrígidos e flexíveis (BRASIL, 2006):
● Rígido: Aquele em que o revestimento absorve quase todas as tensões oriundas do carregamento aplicado, pois possui uma alta rigidez comparada com às camadas inferiores. Como exemplo tem o pavimento formado por lajes de concreto de cimento Portland.
● Flexível: Aquele em que todas as camadas absorvem parcela equivalente das tensões do carregamento aplicado, a carga é distribuída pois as mesmas sofrem deformação elástica.
● Semirrígido: Possui propriedades tanto do pavimento rígido, quanto do flexível.
Pois contém a base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias.
Os pavimentos são compostos por várias camadas: revestimento, base, sub-base e
reforço do subleito. O desempenho estrutural dos pavimentos depende da interação dessas
camadas, além de suas espessuras e rigidez (BERNUCCI, et al 2006). A Figura 1 mostra,
a título de exemplo, a estrutura do pavimento flexível.
15
Figura 1: Estrutura de Pavimento Flexível.Fonte: BERNUCCI et al., (2006).
Os pavimentos rígidos são constituídos geralmente por uma camada superficial de concreto de cimento Portland, apoiado pela sub-base que pode ser um material granular ou estabilizada com cimento, assentes sobre o subleito ou reforço do subleito quando preciso (BERNUCCI, et al. 2006), como mostra a Figura 2.
Figura 2: Estrutura de Pavimento Rígido.
Fonte: BERNUCCI et al., (2006).
16
3.2. CAMADAS DOS PAVIMENTOS
3.2.1. Reforço do Subleito
De acordo com Marques (2006), o subleito é o terreno de fundação onde o pavimento será assentado, devendo se analisar até a profundidade onde ocorre significativamente atuação das cargas oriundas do tráfego.
O reforço do subleito é uma camada que constitui o pavimento assentada sobre uma camada de regularização do subleito, se necessário, com função de complemento da sub-base, têm propriedades tecnicamente superiores à regularização do subleito e inferiores a sub-base. É uma camada com espessura constante, por sua vez resiste e distribui as cargas verticais, não tendo a função de absorver completamente esses esforços, o que é função específica do subleito (SENÇO, 2007).
Essa camada é necessária dependendo do solo do subleito e do esforço requisitado do pavimento, desse modo não é obrigatório, pois as camadas superiores com espessuras maiores podem, no geral, aliviar as tensões sobre o subleito (ROSSI, 2017).
3.2.2. Base e Sub-base
Segundo Mezzomo (2014) as camadas de base e sub-base possuem a finalidade de amenizar as tensões sobre as camadas de solo inferiores, além de também realizarem função importante na drenagem superficial dos pavimentos. Balbo (2007) complementa explicando que nas situações em que a camada da base é utilizada com o intuito de distribuir as tensões para as demais camadas, usualmente utiliza-se uma espessura maior;
devido a isso, por razões construtivas e econômicas, se sugere o emprego da camada de
sub-base logo abaixo da base, que possui um custo de execução inferior à da base. O
Manual de Pavimentação do DNIT (2006) divide os materiais para construções de base e
sub–base dos pavimentos, como mostra a Figura 3.
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Figura 3: Materiais selecionados para base e sub-baseFonte: DNIT, (2006).
3.2.3. Revestimento
O revestimento é a última e também a mais onerosa camada da estrutura do pavimento, onde sua espessura está estritamente ligada à resistência do subleito: quanto maior a resistência do subleito, menor a necessidade de grandes espessuras de outras camadas do pavimento e do próprio revestimento (ROSSI, 2017). A camada de revestimento, por sua vez, tem como função receber diretamente os carregamentos estáticos e dinâmicos oriundos do tráfego, sem a perda de compactação, desagregação de componentes e deformações elásticas (MEZZOMO, 2014).
3.3. ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
Estabilizar um solo consiste em alterar suas propriedades, visando sempre melhorias em termos geotécnicos, ao aumentar sua resistência à esforços, erosão e desgaste relacionados ao tráfego. Esta técnica é aplicada para modificar as características do solo natural que são inadequados para determinadas obras da engenharia (SOUSA, 2014).
Métodos que visam a melhoria dos solos são essenciais para solução de problemas,
seja pelas restrições ambientais, pelo custo excessivo do transporte devido à escassez de
jazidas próximas de solos adequados para rodovias, dentre outros (FERREIRA e ROSA,
2006). Dentre algumas técnicas de estabilização do solo, se destacam a estabilização
granulométrica, mecânica e/ou química.
18 3.3.1. Estabilização granulométrica
Esta técnica baseia-se na incorporação ou retirada de partículas do solo, com a finalidade de modificar as características do mesmo. Consiste sobretudo na utilização de um material ou na mistura de dois ou mais materiais, de forma a se ajustarem dentro de uma determinada faixa granulométrica de modo a atender as especificações normativas (SARTORI, 2015).
Wallau (2004) realizou ensaios de estabilização granulométrica produzidas com solo residual de basalto e agregado pétreo. Os ensaios feitos indicaram que modificações nos teores de agregado acarretavam em grandes alterações nas propriedades das misturas na seguinte forma: o aumento da porcentagem de agregados promove um aumento da resistência do solo como mostra, em contrapartida torna o material mais permeável. Além disso, o mesmo verificou grande influência da estabilização granulométrica nos parâmetros de CBR do solo (ou Índice de Suporte Califórnia – ISC), onde o aumento do teor de agregado na mistura acarreta no aumento de resistência na capacidade de suporte do solo. A Tabela 1 mostra os resultados obtidos por Wallau (2004).
Tabela1: Resultado de estabilização granulométrica
Mistura CBR (%)
90% Agregado 10% Solo 45,78
80% Agregado 20% Solo 21,15
70% Agregado 30% Solo 19,03
60% Agregado 40% Solo 17,04
50% Agregado 50% Solo 19,32
Fonte: Wallau, (2004)
O ensaio de CBR, por sua vez, determina a resistência à penetração de uma amostra, ou seja, é um ensaio que fornece a capacidade de suporte de um solo, com umidade e densidades conhecidas (BUFFON, 2014). Para o dimensionamento das camadas dos pavimentos, o CBR é uma das características fundamentais (SENÇO, 2017).
A parti dos valores de CBR é determinado às espessuras da camada do pavimento.
De acordo com o DNIT (2006), quanto maior a capacidade de suporte do subleito, menor será a espessura do pavimento.
.A Tabela 2 mostra os valores de CBR recomendados para as diversas camadas do
pavimento, conforme apresentado no Manual de Pavimentação do DNIT (2006).
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Tabela 2: Valores de CBR para camadas de Pavimentos.
Camada CBR Expansão
Base ≥ 80% ≤ 0,5 %
Sub-base ≥ 20% ≤ 1 %
Reforço de Subleito > que o subleito ≤ 1 %
Subleito ≥ 2% ≤ 2%
Fonte: DNIT, (2006)
O Manual de Pavimentação do DNIT (2006), apresenta a classificação MCT (Miniatura Compactado Tropical) desenvolvido Nogami e Villibor , através da análise de 355 amostras de solos tropicais. Essa metodologia indica através da classificação de solos da TRB (Transportation Research Board), os valores prováveis de CBR (Figura 5).
Na Classificação TRB os solos são classificados em grupos e subgrupos, de acordo com sua granulometria, limites de consistência e índice de grupo, como mostra a Figura 4.
.Figura 4: Classificação dos solos pelo TRB
Fonte: DNIT, (2006)
20
Figura 5: Valores prováveis de CBR para grupo da classificação TRB
Fonte: DNIT, (2006)
Silva et al. (2017), em seu trabalho, buscou verificar a viabilidade de se utilizar resíduos da construção civil (RCC) em bases de pavimentos flexíveis. Os ensaios feitos indicaram que o material não atende aos requisitos exigidos pela norma DNIT 141/2010 – ES (2010), uma vez que o CBR apresentou valores inferiores a 80%. Em outras palavras, o autor verificou que a utilização do RCC tanto em seu estado natural quanto estabilizado com pó de pedra da brita graduada não obtiveram valores de CBR suficientes para utilização em camadas de base de pavimentos.
Ademais, Ferreira (2014) verificou a viabilidade técnica e ambiental da aplicação de Areia Descartada de Fundição (ADF) na estabilização granulométrica de uma amostra de solo laterítico argiloso para utilização nas camadas granulares de um pavimento.
Verificou-se que a adição a partir de um teor de 70% de ADF nas misturas mostrou-se viável para utilização como sub-base de um pavimento flexível, considerando a viabilidade técnica (classificação e CBR) e os parâmetros ambientais (classificação ambiental e toxicidade).
3.3.2. Estabilização mecânica
Este método consiste geralmente através de processos de compactação,
aumentando a densidade do solo e reduzindo o volume de vazios através da energia
imposta. Esta técnica melhora a resistência mecânica e a durabilidade do solo (SANTOS,
2012).
21 Teixeira (2014) analisou o efeito da estabilização mecânica de um solo natural, nas energias de compactação normal, intermediária e modificada. Verificou-se que o aumento da energia de compactação provocou um acréscimo de aproximadamente 5% e 9% nos valores de massa específica aparente seca na energia intermediária e modificada, e diminuiu a umidade ótima em cerca de 7% e 13%, em relação a energia normal. Com relação ao valor de CBR também ouve um aumento significado quando aplicada diferente energia, o solo compactado na energia normal apresentou CBR igual a 19%, nas energias intermediária e modificada foram obtidos valores de 33% e 42% respectivamente (Gráfico 1), ou seja, ouve um aumento de aproximadamente 74% e 121% em relação a energia normal. Já no ensaio de expansão a medida que se aumentou a energia diminui a expansão.
Gráfico 1 – Valores de CBR com energias de compactação diferentes
Fonte: Adaptado (Teixeira, 2014)
3.3.3. Estabilização química
A estabilização química é o processo na qual se adiciona uma quantidade de
determinado material químico ao solo natural, para beneficiar as propriedades do solo no
uso de obras da engenharia. Os materiais para estabilização podem ser betumes, cimento
Portland, cal, pozolanas, entre outros (SANTOS, 2012).
22 Corteleti (2013) estudou o método de estabilização química dos solos com adição de cal, para se avaliar os efeitos de sua adição em diferentes dosagens nas propriedades mecânicas do solo. O autor chegou à conclusão de que a resistência à compressão simples aumenta de forma linear com o aumento do teor de cal para o tipo solo utilizado (solo residual de basalto), onde amostras compactadas com um alto peso específico aparente seco apresentaram um aumento de 150% na resistência.
Goularte e Pedreira (2008) propôs uma alternativa de estabilização química de
solos com material local da cidade de Pelotas/RS melhorando sua capacidade resistente e
reduzindo sua expansibilidade. Percebeu-se que todos os solos estabilizados com 5% e
10% de cimento alcançaram um ganho médio de resistência de 100% e, para a
estabilização com cal, apenas uma amostra alcançou um ganho de resistência significativa
com um percentual de cal da ordem de 15%.
23 4. METODOLOGIA DA PESQUISA
Este trabalho consiste em uma pesquisa experimental. Os ensaios de granulometria, Limite de Plasticidade (LP), Limite de Liquidez (LL), compactação e CBR foram realizados no Laboratório de Geotecnia da Universidade Federal Rural do Semi- Árido (UFERSA), no campus Caraúbas e no campus Mossoró. Foram realizados ensaios a fim de verificar o desempenho do solo da principal jazida da cidade de Caraúbas/RN e do solo da jazida estabilizado com 2% de resíduo proveniente da produção de mármore.
4.1. MATERIAIS 4.1.1. Solo natural
O solo em estudo foi coletado na jazida localizada nas proximidades da Barragem do Açude Grande na cidade de Caraúbas/RN. Principal jazida utilizada para realização de aterro na cidade. A Figura 6 apresenta o local onde foi retirado o solo para realizar os ensaios em laboratório.
Figura 6: Local de retirada de solo
(a) Jazida
(b) Localização de jazida
Fonte: Autor
24 4.1.2. Resíduo de mármore
O resíduo de mármore utilizado foi proveniente da empresa Limestone Mármores do Brasil LTDA, localizada no Sítio Aurora, zona rural da cidade de Apodi- RN. Esses resíduos são gerados em grande quantidade com a produção, acabamento e corte de peças de mármore.
O mesmo não tem nenhuma destinação, com isso acumulam-se toneladas nos arredores da própria marmoraria. Daí surge à importância de se estudar uma aplicabilidade para esse material, que garanta seu reaproveitamento de forma positiva em questões técnicas, econômicas e ambientais. A Figura 7 mostra o local de onde foi retirado o resíduo da marmoraria.
Figura 7: Local da retirada de resíduo de mármore
(a) Localização em relação a cidade de Apodi/RN
(b) Local de retirada do material
Fonte: Autor
25 4.2. MÉTODOS
4.2.1. Ensaio de Granulometria
Para o ensaio de granulometria, inicialmente, foi feito o quarteamento do solo com auxílio do separador de amostra mecânico como mostrado na Figura 8a seguindo a norma DNER-PRO 199/96, logo após pesou-se 7,0 kg do material, massa mínima da amostra estabelecida pela norma (DNER-ME 083/98). Para amostra de solo estabilizado com 2%
de resíduo de mármore, pegou-se 7 kg de solo seco e retirou–se 2% que corresponde a 140 gramas do material, em seguida adicionou-se a amostra a mesma quantidade de resíduo de mármore, como mostra a Figura 8b.
Figura 8: Preparação da amostra
(a) Separador de amostra (b) Adição de resíduo ao solo Fonte: Autor
As peneiras utilizadas para distribuição granulométrica do solo foram as de
diâmetro: 19,0; 9,5; 4,75; 2,36; 2,0; 1,18; 0,6; 0,425; 0,3; 0,15 e 0,09 mm. O peneiramento
foi feito manualmente, em seguida pesou-se cada fração de solo retida nas peneiras para
obtenção das curvas granulométricas dos solos: natural e estabilizado. Após a obtenção
da curva granulométrica foi feita a classificação do solo analisando os Coeficientes de
Não Uniformidade (CNU) e Coeficiente de Curvatura (CC), conforme a Equação 1 e
Equação 2., devido verificar que o solo apresentava características arenosas pela análise
tátil visual e apresentar frações de solo mais grossa na curva granulométrica.
26
𝐶𝑁𝑈 =
𝐷60𝐷10
(1)
𝐶𝐶 =
𝐷302(𝐷60∗𝐷10)
(2) Onde:
𝐷60= Diâmetro das partículas do solo em relação a 60% do material que passa;
𝐷30= Diâmetro das partículas do solo em relação a 30% do material que passa;
𝐷10= Diâmetro das partículas do solo em relação a 10% do material que passa.
4.2.2. Limites de Consistência
O ensaio de Limite de Plasticidade (LP) foi realizado conforme a norma do DNER-ME 082/94, utilizando amostras do solo da jazida e do solo estabilizado com 2%
com resíduo de mármore. Primeiramente, foi feita a preparação da amostra para cada tipo de solo, foi separada 50g do solo passante na peneira N°40 (0,42mm) e colocada a uma determinada umidade. Logo após, colocou-se a massa sobre uma placa de vidro, tentando moldar em formato cilíndrico até atingir um diâmetro com espessura de 3 mm e 10 cm de comprimento como mostra a Figura 9a.
O ensaio de Limite de Liquidez (LL) se procedeu no laboratório de geotecnia da
UFERSA campus Mossoró, com auxílio de um técnico especializado na área. O
experimento foi realizado de acordo com a norma do DNER-ME 122/94, foi separada
uma amostra de 70g de cada solo (jazida e estabilizado) passante na peneira N°40 (0,42
mm). Adicionou-se água até que a amostra apresenta se uma consistência homogênea e
colocou- se a mesma no aparelho Casagrande. Em seguida foi feita ranhura na pasta e
ligou-se o aparelho, fazendo com que na pasta ocorra golpes de 1cm de altura com
intensidade constante.
27 Figura 9: Execução de ensaios de limite de consistência
(a) Limite de plasticidade (b) Limite de Liquidez Fonte: Autor
4.2.3. Ensaio de Compactação
Para este ensaio foi seguido a norma do DNIT 164/2013-ME. A quantidade de material da amostra foi de acordo com o tipo de solo, seguindo as recomendações da norma, utilizou-se 7 kg por se tratar de solo com especificações arenosas. A amostra foi reduzida com o auxílio do separador de amostra mecânico, em seguida deixou-se a amostra secar ao ar, e passou-se na peneira de 19mm. Logo após a amostra de solo foi umedecida, e a mesma foi compactada em um recipiente cilíndrico em cinco camadas, com um soquete com massa de 4,536 kg com queda de aproximadamente 30,5 cm de altura cada golpe, como mostra a Figura 10a. Esse ensaio foi executado de acordo com o ensaio Proctor nas energias normal, intermediária e modificada, sendo aplicada para cada energia uma quantidade 12, 26 e 56 golpes respectivamente em cada camada.
Logo após o processo de compactação, o corpo de prova (CP) foi pesado com o
cilindro para obtenção do seu peso úmido (Figura 10b), em seguida, com o auxílio do
macaco hidráulico retirou-se o corpo de prova do molde (Figura 10c) e coletou-se uma
amostra para realizar o ensaio de umidade. Foram determinadas a massa úmida dessas
amostras, em seguida as mesmas foram colocadas para secar em estufa numa temperatura
de 105°C à 110°C. Após determinados os valores de peso específico e umidade, obteve-
se a umidade ótima do solo através da curva de compactação.
28 Figura 10: Ensaio de Compactação
(a) Compactação do material
(b) Peso do molde com solo compactado
(c) Retirada do solo compactado
Fonte : AutorPara este ensaio foi utilizado o solo da jazida e o solo estabilizado com 2% de resíduo de mármore, com umidades diferentes. Foram moldados cinco corpos de prova para cada energia de compactação com quantidades de água de 300, 440, 580, 620 e 760ml.
4.2.4. CBR
O ensaio de CBR foi executado conforme especificado pela norma DNIT 172/2016 – ME, para este ensaio foram moldados corpos de prova com solo natural e estabilizado, com a umidade ótima obtidas na curva de compactação para cada energia.
A amostra foi preparada seguindo o mesmo processo do ensaio de compactação. Após a
moldagem, os corpos de provas (CP) foram colocados invertidos sob um prato de base
perfurado e mediu-se com auxílio de um paquímetro (Figura 11a) a altura da superfície
do solo até a extremidade do molde, a fim de verificar a medida antes da expansão, visto
que esse procedimento foi feito por adaptação, devido ao laboratório não possuir o
extensômetro especificado pela norma para ensaio de expansão. Os moldes são colocados
imersos (Figura 11b) pelo um período de quatro dias (96 horas), após esse período os
mesmos são retirados para escoar a água durante 15 minutos, em seguida mediu–se
novamente a altura entre a superfície do solo até a extremidade do molde, para obtenção
29 da expansão. Posteriormente realizou-se o ensaio de CBR em uma prensa conforme especificado na norma.
Figura 11: Ensaio de CBR
(a) Medida para expansão
(b) Corpos de provas imersos (c) Prensa CBR
(d) Corpos de prova após ensaio de CBR Fonte : Autor
O índice de suporte de Califórnia é obtido em função da pressão calculada e a pressão padrão, como mostrado na Equação 3.
𝐶𝐵𝑅 =
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 𝑜𝑢 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑎𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜
(3)
30
Onde, a pressão calculada é o produto da leitura no extensômetro pela constante K do anel (K=0,102) e a pressão padrão para as penetrações 0,1” e 0,2” são 70 Kg/cm² e 105 Kg/cm², respectivamente. Adotando o valor do CBR o maior dos valores obtidos nas penetrações 0,1” e 0,2”.
Os ensaios de CBR do solo estabilizado com 2% foram executados novamente, para viabilizar os resultados, daí calculou-se a média dos valores obtidos de CBR e expansão.
Com os valores obtidos no ensaio de CBR, compararam-se os valores obtidos com
os valores pré-estabelecidos pelo DNIT, comparando com a Tabela 1 os valores de CBR
para cada camada do pavimento, mostrado anteriormente nesse trabalho.
31
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Nos tópicos abaixo serão apresentados os resultados obtidos a partir dos ensaios especificados na metodologia, além de uma análise crítica no quesito de se avaliar a utilização de solo estabilizado com resíduo proveniente de marmoraria, seja em relação a quesitos técnicos e, não menos importante, econômicos.
5.1. GRANULOMETRIA
O Gráfico 2 exibe as curvas granulométricas referentes ao solo estabilizado com 2% de resíduo de mármore e ao solo não estabilizado.
Gráfico 2: Curva granulométrica do solo estabilizado e do não estabilizado (Natural)
Fonte: Autor
Com o Gráfico 2 fica evidente que com a adição de resíduo de mármore na mistura provocou um aumento na porcentagem de material para a mesma abertura de peneira a partir da série Nº40, isto é, com abertura de 0,425 milímetros. Fato este que é retrato da granulometria mais grossa do resíduo e não pulverulento. Com os dados obtidos no Gráfico 2, tornou-se possível interpolar os valores de D60, D30 e D10 (Tabela 2).
0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0
0,01 0,1 1 10 100
Passante (%)
Abertura das Peneiras (mm) Solo estabilizado com 2% de
pó de mármore.
Solo não estabilizado
32
Tabela 3 – Valores interpolados para D10, D30 e D60
# Abertura (mm)
Solo Não estabilizado Estabilizado 2%
D10 0,130 0,126
D30 0,346 0,318
D60 1,694 1,050
Fonte: Autor
Com os valores acima, foram calculados os coeficientes CNU e CC. Para ambos os solos, o CNU foi superior a 6, o que caracteriza que o solo é bem graduado tanto para areia quanto para pedregulho.
5.2. LIMITES DE CONSISTÊNCIA
No ensaio de LP, não foi possível moldar os solos analisados como mostra a Figura 12, porque o solo possui características arenosa, sendo classificado como não plástico, já que o LP é baseado no cálculo da porcentagem de umidade em que não é capaz moldar o solo no formato cilíndrico de 3mm.
Figura 12: Ensaio de LP
Fonte: Autor
Do mesmo modo não foi possível executar o ensaio, de LL. Na primeira tentativa
com o solo da jazida, o número de golpes foi 10, na segunda tentativa com a umidade
maior que a primeira, o número de golpes foi 6. No solo estabilizado, ocorreu basicamente
33 o mesmo, a fenda aberta para realização do ensaio, se fecha antes de 10 golpes, indicando um solo arenoso.
Como já explicitado acima, os solos estabilizados e não estabilizados não possuíram limite de liquidez, assim como no ensaio de LP, já que esses ensaios são indicados para solos argilosos e o solo da pesquisa em questão se trata de um solo com características arenosas, logo sendo classificado como não plástico.
Com os resultados dos limites de consistência e granulometria, o solo da jazida e o solo estabilizado segundo a classificação TRB (Transportation Research Board), possui características de areia fina com pouco ou sem silte plástico ou argila plástica, em outras palavras, sem plasticidade, sendo classificado então como A-3.
5.3. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
O ensaio de compactação na energia normal foi realizado para o solo da jazida e para o solo estabilizado com 2%, foram compactados cinco corpos de provas com umidades diferentes para cada solo, de onde se obteve uma umidade ótima de 9,63% e peso especifico seco de 1,37 g/ cm ³ para o solo da jazida e para o solo estabilizado obteve peso específico de 2,04g/ cm³ e teor de umidade de 7,26%, como mostra o Gráfico 3.
Gráfico 3: Curva de compactação na energia normal
Fonte: Autor
34
O ensaio de compactação para o solo estabilizado com 2% de resíduo de mármore foi realizado nas energias de compactação normal, intermediária e modificado. Gráfico 4 refere-se a curva plotada com os dados de umidade e peso específico seco para o solo estabilizado com 2%, na energia intermediária e modificada.
Gráfico 4: Curva de compactação na energia intermediária e modificada
Fonte: Autor
Houve uma diminuição na umidade ótima necessária para obtenção do maior peso específico do solo. Pode-se perceber que a umidade ótima diminuiu para 6,55% na energia intermediária, havendo uma redução na faixa de 10% de água necessária para o maior valor de peso específico seco possível. Peso específico este obtido na ordem de 2,10 g/cm³, isto é, um aumento de cerca de 7% em relação ao normal. O mesmo efeito de aumento na energia de compactação ocorreu para a energia modificada, como esperado.
O solo apresentou umidade ótima na faixa de 4,09% para uma massa específica seca máxima de 2,18 g/cm³.
Assim, como explicitado na metodologia, com os valores de umidade ótima obtida pela curva de compactação foi possível moldar novos corpos de prova para o ensaio de CBR.
1,90 1,95 2,00 2,05 2,10 2,15 2,20 2,25
1,00 3,00 5,00 7,00 9,00 11,00 13,00
Yd ( g/ cm³)
W%
Intermediaria
Modificada
35 5.4. ENSAIO DE CBR
Através dos valores obtidos de CBR e expansão foi possível definir para qual camada do pavimento o solo estabilizado pode ser utilizado. A Tabela 4 mostra os resultados obtidos no ensaio de CBR para o solo da jazida na energia normal, e para o solo estabilizado com 2% de resíduo de mármore nas energias normal, intermediária e modificada, para o solo estabilizado foi realizado o ensaio duas vezes.
Tabela 4: Valores de CBR e Expansão para o solo da jazida e solo estabilizado em diferentes energias de compactação
Solo Energia de
Compactação
CBR 1 CBR 2 Expansão 1 Expansão 2
Jazida Normal
7,43% - 1,58% -
Estabilizado com
2% Normal
7,77% 8,46% 0,04% 0,81%
Estabilizado com
2% Intermediária
19,04% 18,85% 0,93% 0,41%
Estabilizado com
2% Modificada
24,09% 24,67% 0,69% 0,09%
Fonte: Autor
Podemos observar que o solo estabilizado com 2%, compactado na energia normal, apresentou um aumento de 0,69% do valor de CBR comparada com o solo da jazida compactado na mesma energia. À medida que se aumentou a energia de compactação, houve aumento também da capacidade de suporte do solo, esse aumento também foi verificado no trabalho de Teixeira (2014).
O solo da jazida compactado na energia normal e os solos estabilizados com 2%
compactados na energia normal e intermediaria apresentaram valores de CBR menores que 20%, podendo ser utilizado apenas para a camada de reforço do subleito. No entanto, o solo estabilizado com 2% na energia modificada apresentou CBR igual a 24,09% e expansão menor que 1% podendo conforme especificado DNIT 141/2010 – ES (2010) ser utilizado na camada de sub-base, além disso atende também as especificações construtivas para revestimento primário da norma DER-SP/2006, tornando-se uma solução para as vias não pavimentadas da cidade de Caraúbas/RN.
Brito (2017), já havia feitos outros estudos utilizando 5% de resíduo de mármore
em estabilização de solo na energia normal e intermediária, onde o mesmo obteve
resultados de 3,64% para energia normal e 5,20% para energia intermediária.
36 O Gráfico 5 apresenta os valores obtidos por Brito (2017), para estabilização com 5% nas energias normal e intermediária, e os valores obtidos nesta pesquisa através dos ensaios de compactação do solo da jazida e estabilizado com 2% de resíduo de mármore.
Gráfico 5: Resultados de CBR e Expansão
Fonte: Autor
