COMPORTAMENTO MECÂNICO DE UM SOLO ARGILOSO MISTURADO COM RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO PARA UTILIZAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO DISSERTAÇÃO

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Full text

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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

ECLESIELTER BATISTA MOREIRA

COMPORTAMENTO MECÂNICO DE UM SOLO ARGILOSO

MISTURADO COM RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO

PARA UTILIZAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO

DISSERTAÇÃO

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ECLESIELTER BATISTA MOREIRA

COMPORTAMENTO MECÂNICO DE UM SOLO ARGILOSO

MISTURADO COM RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO

PARA UTILIZAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Área de Concentração: Construção Civil.

Orientador: Prof. Dr. Ronaldo Luis dos Santos Izzo

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Universidade Tecnológica Federal do Paraná Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação

TERMO DE APROVAÇÃO DE DISSERTAÇÃO Nº135

A Dissertação de Mestrado intitulada COMPORTAMENTO MECÂNICO DE UM SOLO ARGILOSO MISTURADO COM RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO PARA UTILIZAÇÃO EM

PAVIMENTAÇÃO, defendida em sessão pública pelo(a) candidato(a) Eclesielter Batista Moreira, no

dia 20 de fevereiro de 2018, foi julgada para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, área de concentração Construção Civil, e aprovada em sua forma final, pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.

BANCA EXAMINADORA:

Prof(a). Dr(a). Ronaldo Luis dos Santos Izzo- Presidente - UTFPR

Prof(a). Dr(a). Adauto José Miranda de Lima - UTFPR Prof(a). Dr(a). Daniane Franciesca Vicentini – UFPR

Prof(a). Dr(a). Laura Maria Goretti da Motta – COPPE/UFRJ

Prof(a). Dr(a). Rogério Francisco Küster Puppi – UTFPR

A via original deste documento encontra-se arquivada na Secretaria do Programa, contendo a assinatura da Coordenação após a entrega da versão corrigida do trabalho.

Curitiba, 20 de fevereiro de 2018.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço, primeiramente, à Deus por todas as dádivas. À minha mãe Leonice Batista Moreira

pelo exemplo, ajuda, ensinamentos e conselhos. Ao meu pai Francisco José Sales Moreira “in

memorian” pelo exemplo e ensinamentos.

Aos meus irmãos Flávio Eduardo Batista Moreira, Francisco Erivelton Batista Moreira e Albeck Jack dos Santos Bezerra pelos conselhos, ajuda e apoio.

Meus sinceros agradecimentos à minha esposa Raquel Bianca Tavares Pinheiro Moreira, pelo total apoio nos dias “bons” e nos dias “ruins”, ajuda, companheirismo, compreensão, conselhos, etc. sem a qual, com certeza, eu não teria conseguido concluir esse sonho. Ao meu sogro Paulo Roberto dos Santos Pinheiro pelos conselhos, apoio e sem dúvida, pelo exemplo, tanto profissional quanto pessoal. À minha sogra pela ajuda e pelas caixas de frutas no café da manhã. Ao Profº Ronaldo Luis dos Santos Izzo, doutor de todos da equipe do laboratório de geotecnia da UTFPR, agradeço a sua participação e dedicação a esse trabalho. Tenho satisfação de tê-lo como orientador, amigo e seu nome vinculado a esse trabalho e tantos outros já publicados. À Juliana Lundgren Rose por toda ajuda, nas correções e “canetadas” dos trabalhos, bem como desta dissertação.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio financeiro.

Ao meu amigo Jair de Jesus Arrieta Baldovino pela amizade, apoio e ajuda nos ensaios laboratoriais ao longo desta jornada.

Aos amigos feitos na UTFPR, para a vida, João Luiz Rissardi e Wagner Teixeira.

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“Eu acredito que o amor (a um assunto ou a um hobby) é um professor melhor que um senso de dever, pelo menos para mim. ”

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RESUMO

MOREIRA, Eclesielter Batista. Comportamento Mecânico de um Solo Argiloso Misturado

com Resíduos de Construção e Demolição para utilização em Pavimentação. 2018. 144f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2018.

A quantidade de resíduo de construção e demolição (RCD) gerados a nível mundial é significativa, de forma que o crescimento contínuo deste resíduo agrava ainda mais um cenário de desperdício de matérias-primas. Um dos índices de desenvolvimento de um país advém do consumo de concreto/ano uma vez que esse indicador reflete de forma direta a quantidade de obras de construção e/ou reformas existentes. Novas construções e as demolições ou utilizam matérias-primas ou geram uma quantidade significativa de resíduos de construção e demolição (RCD), por isso há uma tendência mundial para redução da utilização de matérias-primas e da geração de resíduos de todos os tipos. Pesquisas neste sentido tem mostrado a possibilidade da aplicação do RCD em obras de pavimentação, inclusive já há normas para o aproveitamento de agregados reciclados em pavimentos. Nesta pesquisa, foi avaliada a possibilidade de utilização de RCD, proveniente de uma usina de reciclagem no município de Almirante Tamandaré (Região Metropolitana de Curitiba) misturado a um solo sedimentar argilo-siltoso da Formação Geológica Guabirotuba, em pavimentos. Para atingir os objetivos desta pesquisa foram realizados ensaios de caracterização, limites de Atteberg, químicos (pH), absorção, quebra dos grãos, expansão e caracterização mecânica (compactação, Índice de Suporte Califórnia, resistência à compressão simples, qu, resistência à tração por compressão diametral, qt, e Módulo Resiliente, MR), tanto do solo, como das misturas solo-RCD. Os ensaios de caracterização e limites mostraram o melhoramento do solo após mistura com o RCD, segundo a classificação TRB. O pH mostrou um processo de alcalinização do solo, evidenciando potenciais reações de ganho de resistência. Ensaios de absorção e quebra de grãos mostraram a peculiaridade do agregado utilizado, uma vez que o RCD sofre o processo de compactação, os grãos sofrem diminuição do seu tamanho, bem como se faz necessário o umedecimento prévio do agregado, pois há um processo de absorção da água necessária para a melhor compactação. Os ensaios de compactação e ISC, demonstraram um aumento na capacidade de resistência em função da mudança granulométrica do material. Os resultados de qu e qt demonstraram um aumento na capacidade de resistência ao longo do tempo, permitindo a aceitação da hipótese da existência de materiais não inertizados no RCD. Pelo ensaio de MR se verificou que a maior degradação do material é gerada durante o processo de compactação e não durante a aplicação de cargas repetidas. Os resultados demonstram que é possível utilizar a mistura 4 (adição de 30% Pedrisco de RCD e 30% areia de RCD em peso seco de solo) para base de pavimentos, e a mistura 3 (adição de 20% Pedrisco de RCD e 30% areia de RCD em peso seco de solo) e 4 como sub-base de pavimentos.

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ABSTRACT

MOREIRA, Eclesielter Batista. Mechanical behavior of clayey soil mixed with construction

and demolition waste for use in paving. 2018. 144f. Dissertation (Master in Civil Engineering) - Graduate Program in Civil Engineering, Federal University of Technology - Paraná. Curitiba, 2018.

The amount of construction and demolition waste (CDW) generated worldwide is significant, and the continued growth of this waste further aggravates the scenario of raw material waste. One of the development indicators of a country comes from the consumption of concrete/year since, so this indicator directly reflects the amount of construction works and/or existing reforms. New constructions and demolitions either uses raw materials or generates a significant amount of CDW, so there is an international trend towards reducing the use of raw materials and the generation of all kinds of waste. Research in this sense has shown the possibility of the application of CDW in pavement works, even though there are standards for the recycled aggregate use in pavements. In this research, the possibility of using CDW from a recycling plant in the municipality of Almirante Tamandaré (Metropolitan Region of Curitiba) mixed with a sedimentary clay-silt soil of the Guabirotuba Geological Formation in pavements was evaluated. In order to achieve the objectives of this research the following were performed or studied: characterization tests, Atteberg limits, chemical (pH), absorption, grain breaking, expansion and mechanical characterization (compaction, California Bearing Ratio, compressive strength, qu, tensile strength, qt, and the Resilient Modulus, RM) for both soil and soil-CDW blends. The characterization tests and limits showed soil improvement after mixing with the CDW, according to the TRB classification. The pH showed an alkalization process of the soil, indicating potential resistance gain reactions. Absorption and grain breakage tests showed the peculiarity of the aggregate used, once the CDW undergoes the compaction process, the grains suffer a decrease in their size, as well as the previous wetting of the aggregate is necessary, as there is an absorption process of the water required for better compaction. The compaction and CBR tests showed an increase in the resistance capacity due to the granulometric change of the material. The results of qu and qt demonstrated an increase in the capacity of resistance over time, allowing the acceptance of the hypothesis of existence of materials not inert in the CDW. By the RM test was found that the greater degradation of the material is generated during the compaction process and not during the application of repeated charges. The results demonstrate that it is possible to use the mixture 4 for the layer base, and the mixture 3 and 4 as the layer sub-base

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LISTA DE FIGURAS

Figura 2-1 - Total de geração de RCD em milhões de ton/ano na Europa, apresentado na Tabela

2-1 ... 30

Figura 2-2 - Fluxograma de reciclagem dos resíduos... 35

Figura 2-3 - Distribuição da Formação Guabirotuba na Região Metropolitana de Curitiba (RMC). ... 37

Figura 2-4 - Perfil típico da Formação Guabirotuba ... 38

Figura 2-5 - Estrutura de um pavimento flexível no Brasil. ... 40

Figura 2-6 - Modelos de Módulo de Resiliência Secante ... 40

Figura 2-7 - Modelos de Módulos de Resiliência Tangente ... 41

Figura 2-8 - Modelos de comportamento resiliente de solos observados no Brasil. ... 42

Figura 2-9 - Esquema representando as componentes de sucção ... 47

Figura 2-10 - Curvas características típicas de solos arenosos, siltosos e argilosos ... 48

Figura 2-11 - Zonas componentes da curva característica ... 49

Figura 3-1 - Localização do ponto da coleta do solo ... 50

Figura 3-2 - Retroescavadeira descarregando solo para coleta ... 50

Figura 3-3 - Local de coleta do solo ... 51

Figura 3-4 - Localização geográfica da Usina de reciclagem ... 52

Figura 3-5 - Pedrisco (a) e Areia (b) de RCD... 52

Figura 3-6 - Granulometria do material para cada faixa de projeto ... 53

Figura 3-7 – Peneiras e peneirador para ensaio de Granulometria por peneiramento ... 56

Figura 3-8 – Uma etapa do ensaio de Granulometria por Sedimentação ... 56

Figura 3-9 – Equipamento para ensaio de Limite de Liquidez ... 57

Figura 3-10 - Limite de Plasticidade ... 58

Figura 3-11 - Densidade Real dos Grãos ... 59

Figura 3-12 - PHmetro Digital ... 59

Figura 3-13 - Molde de compactação e Corpo de prova ... 60

Figura 3-14 – Passos do ensaio de Índice de Suporte Califórnia ... 61

Figura 3-15 – (a) Processo de Moldagem, (b) extração e (c)ruptura do corpo de prova à compressão simples ... 63

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Figura 3-17 - Ensaio do Módulo Resiliente: Painel de pressão (a); Estrutura da prensa montada com pistão, LVDT de deslocamento e célula triaxial (b); Detalhe do corpo de prova dentro da

célula triaxial (c) ... 67

Figura 3-18 - Extensômetros acoplados aos moldes de ISC ... 68

Figura 3-19 - Ensaio de Absorção: Areia e Pedrisco submerso durante 24 h (a); Pedrisco Saturado Superfície Seca (b); Areia Saturado Superfície Seca (c) ... 69

Figura 4-1 - Curva Granulométrica do Solo, Areia, Pedrisco e Misturas Solo-RCD... 72

Figura 4-2 - Enquadramento das Misturas Solo-RCD na Faixa "D" ... 73

Figura 4-3 - Limite de Liquidez do Solo e das Misturas Solo-RCD ... 74

Figura 4-4 - Carta de plasticidade do solo e das misturas solo-RCD ... 75

Figura 4-5 - pH do solo e das misturas solo-RCD ... 78

Figura 4-6 - Curva de compactação Proctor, nas energias Proctor Normal, Intermediário e Modificado, do solo. ... 80

Figura 4-7 – Linha ótima de compactação de cada energia de compactação ... 81

Figura 4-8 - Curva de energia de compactação Proctor nas energias normal, intermediária e modificada do solo e das misturas ... 82

Figura 4-9 - ISC do solo e das misturas ... 84

Figura 4-10 - Expansão do solo e das misturas nas três energias de compactação e os limites máximos de expansão estabelecidos pelo Manual de Pavimentação do DNIT (2006) ... 85

Figura 4-11 - Possibilidades de utilização das misturas em pavimentos flexíveis ... 85

Figura 4-12 - qu em função do tempo nas três energias de compactação com 30, 60 e 90 dias de cura. ... 86

Figura 4-13 - qt em função do tempo nas três energias de compactação com 30, 60 e 90 dias de cura ... 88

Figura 4-14 - Quantificação da Matriz de sucção dos corpos de prova de qu e qt no momento da ruptura ... 90

Figura 4-15 – Resultados de qu e qt da Mistura 0, nas três energias de compactação, em função do tempo de cura... 91

Figura 4-16 - Resultados de qu e qt da Mistura 1, nas três energias de compactação, em função do tempo de cura... 92

Figura 4-17 - Resultados de qu e qt da Mistura 2, nas três energias de compactação, em função do tempo de cura... 94

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Figura 4-19 - Resultados de qu e qt da Mistura 4, nas três energias de compactação, em função

do tempo ... 98

Figura 4-20 – Relação de qu e qt em função do tempo de cura ... 99

Figura 4-21 - qt em função de qu de todas as misturas nas três energias de compactação para 30 dias de cura ... 100

Figura 4-22 - qt em função de qu de todas as misturas nas três energias de compactação para 60 dias de cura ... 100

Figura 4-23 - qt em função de qu de todas as misturas nas três energias de compactação para 90 dias de cura ... 101

Figura 4-24 - qt em função de qu de todas as misturas nas três energias de compactação todos tempos de cura (30, 60 e 90 dias) ... 102

Figura 4-25 – Curva granulométrica dos grãos antes e após a compactação na energia Proctor Normal ... 103

Figura 4-26 - Curva granulométrica dos grãos antes e após a compactação na energia Proctor Intermediário ... 104

Figura 4-27 - Curva granulométrica dos grãos antes e após a compactação na energia Proctor Modificado ... 105

Figura 4-28 - Quantificação da quebra dos grãos por peneiras na mistura 1. ... 107

Figura 4-29 - Quantificação da quebra dos grãos por peneiras na mistura 2. ... 107

Figura 4-30 - Quantificação da quebra dos grãos por peneiras na mistura 3. ... 108

Figura 4-31 - Quantificação da quebra dos grãos por peneiras na mistura 4. ... 109

Figura 4-32 - Traçado das curvas de módulos de resiliência (MR) segundo o modelo σd, para a mistura M0 nas energias de compactação Proctor Normal (EN), Intermediário (EI) e Modificado (EM). ... 111

Figura 4-33 - Traçado das curvas de módulos de resiliência (MR) segundo o modelo σd, para a mistura M1 nas energias de compactação Proctor Normal (EN), Intermediário (EI) e Modificado (EM). ... 111

Figura 4-34 - Traçado das curvas de módulos de resiliência (MR) segundo o modelo σd, para a mistura M2 nas energias de compactação Proctor Normal (EN), Intermediário (EI) e Modificado (EM). ... 112

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Figura 4-36 - Traçado das curvas de módulos de resiliência (MR) segundo o modelo σd, para a

mistura M4 nas energias de compactação Proctor Normal (EN), Intermediário (EI) e Modificado (EM). ... 113

Figura 4-37 – Valores de MR no nível de tensão mais elevado do teste (σd = 0,412 MPa e σ3 =

0,137 MPa) das misturas nas três energias de compactação. ... 114

Figura 4-38 - Valores de MR no nível de tensão mais elevado do teste (σd = 0,412 MPa e σ3 =

0,137 MPa) das misturas nas três energias de compactação e os limites mínimos de MR segundo

a AASHTO (2008) ... 116

Figura 4-39 – Resultados de qu antes e após o ensaio de Módulo Resiliente. ... 117

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LISTA DE TABELAS

Tabela 2-1 - Geração de Resíduos em países da União Europeia ... 29

Tabela 2-2 - Granulometria padrão da amostra de rocha ... 33

Tabela 3-1 - Variáveis do sistema de equações para cálculo de estabilização granulométrica 55 Tabela 3-2 - Tensões de condicionamento dos corpos de prova. ... 65

Tabela 3-3 - Pares de tensões aplicadas nos corpos de prova do ensaio de Módulo de Resiliência. ... 66

Tabela 3-4 - Expansão máxima permitida para cada camada do pavimento ... 69

Tabela 4-1 - Valores dos percentuais de solo, areia e pedrisco para estabilizar granulometricamente na faixa D... 71

Tabela 4-2 - Porcentagem de resíduo por mistura ... 71

Tabela 4-3 - Limites de Atterberg do solo e das misturas ... 74

Tabela 4-4 - Classificação TRB e SUCS do solo e das misturas solo RCD desta pesquisa .... 76

Tabela 4-5 - Tabela de Classificação TRB ... 76

Tabela 4-6 - Valores de Gs para o solo, areia, pedrisco e as misturas 1, 2, 3 e 4 ... 77

Tabela 4-7 - Resumo da classificação e caracterização do solo e das misturas ... 77

Tabela 4-8 - Teores de absorção de água encontrados em diferentes pesquisas de RCD ... 79

Tabela 4-9 - Resumo dos pesos específicos seco máximo de todas as misturas solo-RCD nas três energias de compactação. ... 83

Tabela 4-10 - Valores da relação qtquda mistura 0 nas três energias de compactação. ... 92

Tabela 4-11 - Valores da relação𝒒𝒕𝒒𝒖 da mistura 1 nas três energias de compactação. ... 93

Tabela 4-12 - Valores da relação𝒒𝒕𝒒𝒖 da mistura 2 nas três energias de compactação. ... 95

Tabela 4-13 - Valores da relação𝒒𝒕𝒒𝒖 da mistura 3 nas três energias de compactação. ... 97

Tabela 4-14 - Valores da relação𝒒𝒕𝒒𝒖 da mistura 4 nas três energias de compactação. ... 99

Tabela 4-15 – Índice de quebra dos grãos para cada mistura na energia Proctor Normal ... 103

Tabela 4-16 - Índice de quebra dos grãos para cada mistura na energia Proctor Intermediário ... 104

Tabela 4-17 - Índice de quebra dos grãos para cada mistura na energia Proctor Modificado 106 Tabela 4-18 – Coeficientes de regressão dos modelos de Aranovich e Heyn (1985) e os primeiros modelos de comportamento resiliente de solos observados no Brasil. ... 110

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LISTA DE SÍMBOLOS, NOMENCLATURA E ABREVIAÇÕES

a – Absorção da água;

AASTHO – American Association of State Highway and Transportation Officioals;

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas;

ABRELPE – Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública;

AN – Agregado Natural;

AR – Agregado Reciclado;

ARC – Agregado reciclado de concreto;

ARM – Agregado de resíduo misto;

Art – Artigo;

ARV – Agregado reciclado vermelho;

ASTM – American Society for Testing and Materials;

AT - Área transversal do corpo de prova;

A-7-6 – Solo Silto Argiloso segunda classificação TRB;

A-2-5 – Solo Silto Argiloso segunda classificação TRB;

A-3 – Material granular segunda classificação TRB;

B – Índice de quebra dos grãos (Lee e Farhoodmand);

Ca – Cálcio;

CaCO3 – Carbonato de Cálcio;

Cc – Coeficiente de curvatura;

cm – centímetros;

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CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente;

cp – corpo de prova;

Cu – Coeficiente de uniformidade;

d – dias;

D - Subtração da porcentagem inicial pela final de cada peneira

D - Diâmetro do corpo de prova;

DNER – Departamento Nacional de Estrada de Rodagem;

DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte;

DRX – Difração de Raio-X;

D10 – diâmetro efetivo;

D15 inicial - Diâmetro da peneira que passa 15% dos finos antes da compactação;

D15 final - Diâmetro da peneira que passa 15% dos finos depois da compactação;

E – Módulo de Young;

ES – Especificação de serviço;

EN’- Energia de compactação Proctor Normal;

EI’- Energia de compactação Proctor Intermediário;

EM’- Energia de compactação Proctor Modificado;

et al. – e outros;

g – Grama;

Gs – Densidade específica dos grãos;

H - Altura do corpo de prova;

H+ - Prótons de hidrogênio;

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ISC – Índice de suporte Califórnia;

IDp – Índice de quebra dos grãos por compactação Proctor;

IP – Índice de Plasticidade;

ISC – Índice de Suporte Califórnia

KCl – Cloreto de potássio;

Kgf – Quilograma força;

kN – Quilo Newton;

kPa – Quilo Pascal;

k1 – constantes ou parâmetros de resiliência determinados experimentalmente;

k2 – constantes ou parâmetros de resiliência determinados experimentalmente;

k3 – constantes ou parâmetros de resiliência determinados experimentalmente;

k4 – constantes ou parâmetros de resiliência determinados experimentalmente;

Lf - leitura final;

Li - leitura inicial;

LP – Limite de plasticidade;

LL – Limite de Liquidez;

m – metros;

ME – Método de ensaio;

MH – Silte de alta plasticidade segunda classificação SUCS;

ML – Silte de baixa plasticidade segunda classificação SUCS;

mm – milímetros;

mm³ - milímetros cúbicos;

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MPa – Mega Pascal;

MR – Módulo de resiliência;

Ms - Massa, ao ar, do agregado seca em estufa;

MSSS - Massa, ao ar do agregado na condição saturada superfície seca

mm/min – milímetro por minuto;

M0 – Mistura 0 ou solo sem adição de RCD;

M1 – Mistura 1 ou mistura com 60% de solo 30% de areia de RCD e 10% de pedrisco e RCD;

M2 – Mistura 2 ou mistura com 60% de solo 20% de areia de RCD e 20% de pedrisco e RCD;

M3 – Mistura 3 ou mistura com 50% de solo 30% de areia de RCD e 20% de pedrisco e RCD;

M4 – Mistura 4 ou mistura com 40% de solo 30% de areia de RCD e 30% de pedrisco e RCD;

N – Newton;

“N” – número de solicitações do eixo padrão;

Nº - Número;

NBR – Norma Brasileira;

NE – Não especificado;

P – pressão;

Pa – pascal;

P’ – Pressão corrigida;

pH - Potencial hidrogeniônico;

PhH2O – É o pH da água destilada;

pHKCl – É o pH do Cloreto de potássio;

PPADRÃO - Pressão padrão;

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PVC – Poli cloreto de vinila;

qu - Resistência à compressão simples ou resistência à compressão não-confinada;

qt - Resistência à tração por compressão diametral ou resistência à tração;

R² - Coeficiente de determinação;

RCD – Resíduo de Construção e demolição;

RCS – Resistência à compressão simples ou resistência à compressão não-confinada;

RTC – Resistência à tração por compressão diametral ou resistência à tração;

RSU – Resíduo Sólidos Urbano;

S – Saturação;

SM – Areia Siltosa segunda classificação SUCS;

SUCS – Sistema Unificado de Classificação de Solos;

Su – Succção;

t – Tempo de cura;

ton per capita – Tonelada por cabeça;

ton/ano – Tonelada por ano;

TRB – Transportation Research Board;

ua – pressão do ar;

uω – pressão da água;

UTFPR – Universidade Tecnológica Federal do Paraná;

𝑞

𝑞 – Relação entre qt e qu;

γd – Peso específico aparente seco;

γdmáx. – Peso específico aparente seco máximo;

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ε – Deformação;

εr - Deformação resiliente, corresponde a um número particular de repetição da tensão desvio;

σd – Tensão desvio;

σ1 – Tensão normal;

σ3 – Tensão confinante;

σΔ – Incremento de Tensão;

σ'ij - Tensor de tensões efetivas;

σij - Tensor de tensões totais;

χ - Parâmetro relacionado com o grau de saturação;

δij - Delta de Kroneeker;

π – valor de pi;

ω – Teor de umidade;

ωót – Teor de umidade ótima;

ϕ – diâmetro dos grãos;

% - porcentagem;

# – peneira;

= - Igual a;

< - Menor que;

> - Maior que;

≤ - Menor ou igual que;

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 24 1.1 OBJETIVOS ... 26 1.1.1 Objetivo Principal ... 26 1.1.2 Objetivos Específicos ... 26 1.2 JUSTIFICATIVA ... 27 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 28 2.1 Resíduos de Construção e Demolição ... 28 2.1.1 Definição ... 28 2.1.2 Classificação ... 28

2.1.3 Geração de Resíduos de Construção e Demolição (panorama Global e no Brasil)

28

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4.10 Expansão ... 84 4.11 Compressão Simples ... 86 4.12 Tração por compressão Diametral ... 87 4.13 Grau de saturação das amostras ensaiadas ... 89 4.14 Relação entre qu e qt ... 91 4.15 Quebra de Grãos ... 102 4.16 Módulo Resiliente ... 109 4.17 Compressão Simples após o ensaio de Módulo Resiliente ... 117 5 CONCLUÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS... 122 5.1 Conclusões ... 122 5.2 Sugestões para pesquisas futuras ... 125 REFERÊNCIAS ... 127

APÊNDICE A – Dados estatísticos dos limites de Atterberg ... 137

APÊNDICE B – Dados estatísticos dos ensaios de ISC ... 139

APÊNDICE C – Dados estatísticos dos ensaios de compressão simples ... 141

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1 INTRODUÇÃO

Quase toda atividade industrial e humana produz resíduos, e o incremento e acumulação desses causam sérios problemas ambientais e econômicos ao redor do mundo

(CARDOSO et al. 2016). O crescimento urbano, bem como a geração de resíduos,

particularmente os de construção e demolição (RCD), trouxeram sérios problemas de

gerenciamento às cidades (RODRIGUEZ et al., 2007). O problema ambiental resultante da

disposição irregular desses resíduos é uma das causas da preocupação governamentista, em função dos impactos que a disposição ilegal tem nas cidades e seus arredores (MELO; GONÇALVES; MARTINS, 2011).

A construção civil é reconhecida como uma das atividades mais importantes para o desenvolvimento de qualquer país, no entanto, é, também, uma das mais poluidoras, devido ao

intenso consumo de matéria-prima, desperdício e geração de resíduos (DELONGUI et al.,

2010). A indústria da construção civil, em função das características particulares do seu processo produtivo, constitui-se uma grande geradora de resíduos, que são denominados resíduos de construção e demolição – RCD.

O gerenciamento desses resíduos, bem como o dos resíduos sólidos urbanos (RSU) são essenciais na formação, crescimento e renovação de áreas urbanas (MELO, GONÇALVES, MARTINS, 2011). Fazem parte desse processo de gerenciamento não apenas a população em geral, no caso dos RSU, mas também as construtoras, e diversos outros entes, tais como geradores, transportadores, destinatários, agentes licenciadores e de fiscalização, fornecedores, clientes, consultores, auditores e pesquisadores (NAGALLI, 2016).

Esta questão é amplamente debatida e tem estimulado interesse em soluções ambientalmente sustentáveis. Dentro deste contexto, a legislação ambiental brasileira tornou-se mais rigorosa, com uma tendência a fazer dos geradores de resíduos os responsáveis pelos seus próprios resíduos, levando à adoção de medidas de minimização de geração desses resíduos e adoção de políticas de reciclagem por estes geradores (EKANAYAKE; OFORI, 2004).

(26)

Dentre os empreendimentos da construção civil, as obras rodoviárias são uma das que mais utilizam certas matérias-primas, necessárias durante a construção e manutenção. O Brasil, de um modo geral, utiliza como matéria-prima para as camadas abaixo do revestimento, materiais granulares, tais como solo, brita e seixo. Quando esse material natural não atinge a resistência necessária, se lança mão de técnicas para o melhoramento do comportamento mecânico do mesmo.

Segundo Prabakar, Dendorkar e Morchhale (2004) vários são os materiais alternativos empregados para melhorar a capacidade de suporte dos solos. Alguns são ditos “clássicos”, como cal, cimento e cinzas volantes, e outros são considerados “alternativos”, como, por exemplo, fibra de coco, sisal, bambu, madeira, folha de palmeira, folha de coco, metal, nylon, RCD (cerâmico, vidro, concreto e misto), fresado asfáltico (contendo ligante asfáltico convencional, modificado por polímero ou por borracha de pneus) e resíduos agrícolas (CARDOSO et al., 2016; CONSOLI et al., 2017, 2009, 2007; CERATTI et al., 2016; YADAV et al., 2017; LEANDRO, 2005; PRABAKAR et al., 2004; ARULRAJAH et al., 2013, 2014, 2015; CETIN; AYDILEK; LI, 2012; CEYLAN; GOPALAKRISHNAN; KIM, 2010; DISFANI et al., 2014; DU et al., 2014; HOYOS; PUPPALA; ORDONEZ, 2011; LI et al., 2008; LI; EDIL; BENSON, 2009; GOMEZ, 2011; JIMÉNEZ, 2013; 2016; MOHAMMADINIA et al., 2015; 2016; PUPPALA; HOYOS; POTTURI, 2011; TAM et al., 2016).

O emprego de RCD como material alternativo em uma nova construção não é uma técnica recente e há diversos estudos elaborados com o intuito de aproveitar o RCD como agregado reciclado (PRABAKAR, DENDORKAR, MORCHHALE, 2004; GÓMEZ

JIMÉNEZ, 2011; LUCENA et al., 2014; CARDOSO et al., 2016; YADAV, 2017). Uma das

possibilidades de se reaproveita-lo é a sua utilização em construção de pavimentos (MOTTA,

2005; RAHARDJO et al., 2011, LUCENA et al., 2014), sendo, de longe, a maior aplicação de

agregados reciclados em trabalhos geotécnicos no mundo (CARDOSO et al., 2016).

(27)

Dentro dessa perspectiva, esta pesquisa foi desenvolvida abordando a possibilidade de utilização e RCD misturado à um solo (Formação Guabirotuba) como material para camadas de pavimentação. Para isso, foi necessário classificar o solo e o RCD com base nas classificações TRB e SUCS, estabilizar granulometricamente as misturas solo-RCD para enquadramento na faixa D da especificação de serviço ES 141 (DNIT, 2010), determinar os

pesos específicos aparente seco máximo (γdmáx.) e umidades ótimas (ωót) do solo e das misturas

nas três energias de compactação, afim de analisar o efeito da adição do RCD no solo, assim como o efeito das energias de compactação nestes. A partir da obtenção dos pesos específicos

aparente seco máximo (γdmáx.) e umidades ótimas (ωót) do solo e das misturas nas três energias

de compactação, determinar o comportamento mecânico e resiliente do solo e das misturas em função da resistência máxima à compressão simples, tração por compressão diametral, índice de suporte Califórnia e Módulo resiliente nos pontos ótimos. Durante os ensaios de ISC e limites de Atterberg, pode-se observar o comportamento do solo das misturas sob a ação da água.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo Principal

Investigar, mediante ensaios laboratoriais, os efeitos no comportamento mecânico da mistura de resíduos sólidos da construção civil com o solo argilo siltoso da 3ª camada da Formação Guabirotuba, visando o aproveitamento desta mistura na construção e estrutura de pavimentos.

1.1.2 Objetivos Específicos

 Identificar e classificar o solo e as misturas solo-RCD (granulométricas, índices

físicos, expansibilidade, peso específico aparente seco máximo (γdmáx.) e umidade

ótima (ωót) na energia normal, intermediária e modificada);

 Determinar o comportamento mecânico (resistência a compressão simples e a tração

por compressão diametral) do solo e das misturas, o efeito do ensaio Módulo resiliente na resistência à compressão simples e encontrar uma relação entre a resistência a compressão simples e a tração por compressão diametral;

 Verificar a possibilidade de utilização da mistura solo e RCD em obras rodoviárias em

(28)

1.2 JUSTIFICATIVA

A realização deste trabalho se justifica devido à pouca utilização dos resíduos da construção civil como agregado no Brasil, e como a utilização em pavimentação é, de longe, a maior aplicação na área da geotecnia no mundo (MOTTA, 2005) há o interesse de utiliza-lo como agregado em camadas de pavimentos no País. Desta forma, estudar e adequar as normas brasileiras para a utilização dos RCD como agregados para as obras de pavimentação no País, é um viés promissor e importante para a área geotécnica, tanto nacional quanto internacional. Em Curitiba há uma atuação por parte da prefeitura, pois além de legislar sobre os resíduos gerados exige dos construtores o cumprimento por meio do Decreto Municipal nº 852 (Curitiba, 2007) que obriga a utilização de RCD em obras de pavimentação das vias públicas no Município.

A aplicação dos RCD gerados em Curitiba associada ao solo da formação Guabirotuba para fins rodoviários trará vantagens econômicas e ambientais à região, haja vista que o solo desta Formação não é utilizado como material para as camadas de pavimentos, em função da sua baixa capacidade de suporte e alta expansibilidade. Mas o principal entrave às construções na região é a necessidade de licença ambiental, que por vezes, são morosas para o descarte desse solo, o “famoso” bota-fora, e a busca por jazidas de exploração com solo adequado para o projeto e que sejam legalizadas para construção. Este caminho agride o meio ambiente, transformando-o em locais de depósitos de materiais inservíveis, bem como utiliza reservas naturais que estão se tornando cada vez mais escassas. Logo, a utilização do solo local, bem como de agregados reciclado a um baixo custo, trará a diminuição do custo, tanto financeiro quanto ambiental, do empreendimento.

A mistura desses materiais ambientalmente ajuda a resolver o problema da escassez de material natural, e resolve e/ou minimiza o problema da disposição irregular de RCD, o que propicia um aumento da vida útil dos aterros em funcionamento.

No caráter econômico ajuda com a diminuição do custo de operação de aterros sanitários, já que haverá a exclusão dos RCD recicláveis, e reduzirá as descargas clandestinas deste tipo de material ao longo das vias públicas, melhorando o aspecto visual da cidade e reduzindo os gastos com a remoção dos mesmos das vias. Haverá, também, redução dos custos do empreendimento, haja vista que a utilização do material reciclado, em muitos casos, é mais

(29)

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Resíduos de Construção e Demolição

2.1.1 Definição

Segundo a resolução nº 307 do Conselho Nacional do Meio Ambiente, em seu Art. 2º, inciso I, resíduos da construção civil são aqueles

(...) provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos, tais como: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, solos, rochas, metais, resinas, colas, tintas, madeiras e compensados, forros, argamassa, gesso, telhas, pavimento asfáltico, vidros, plásticos, tubulações, fiação elétrica etc., comumente chamados de entulhos de obras, caliça ou metralha; (CONAMA, 2002).

2.1.2 Classificação

A resolução CONAMA nº 307 (Art. 3º e incisos), classifica os resíduos da construção civil da seguinte forma:

I - Classe A - são os resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tais como: a) de construção, demolição, reformas e reparos de pavimentação e de outras obras de infraestrutura, inclusive solos provenientes de terraplanagem;

b) de construção, demolição, reformas e reparos de edificações: componentes cerâmicos (tijolos, blocos, telhas, placas de revestimento etc.), argamassa e concreto; c) de processo de fabricação e/ou demolição de peças pré-moldadas em concreto (blocos, tubos, meios-fios etc.) produzidas nos canteiros de obras;

II - Classe B - são os resíduos recicláveis para outras destinações, tais como: plásticos, papel/papelão, metais, vidros, madeiras e outros;

III - Classe C - são os resíduos para os quais não foram desenvolvidas tecnologias ou aplicações economicamente viáveis que permitam a sua reciclagem/recuperação, tais como os produtos oriundos do gesso;

IV - Classe D - são os resíduos perigosos oriundos do processo de construção, tais como: tintas, solventes, óleos e outros, ou aqueles contaminados oriundos de demolições, reformas e reparos de clínicas radiológicas, instalações industriais e outros (CONAMA, 2002).

Os resíduos classificados como classe A por essa resolução são conhecidos popularmente como resíduos de construção e demolição (RCD)

2.1.3 Geração de Resíduos de Construção e Demolição (panorama Global e no Brasil)

(30)

do resíduo sólido total gerado por ano. Só a cidade de Hong Kong gerava, em 1991, gerava 22.000 toneladas/dia de resíduos de construção. No Japão, avanços significativos vêm sendo obtidos, pois só na década de 1980 observou-se a geração nacional de RCD saltar de 30,4 toneladas/ano para 83,6 milhões de toneladas/ano. (FANG, SHEN; LI, 2011; FERNANDES, 2004).

Nos EUA, calcula-se que em 1996, a produção desses resíduos chegou a ser de 136

milhões de tonelada, ou seja, 1,27 kg per capita por dia, excluindo resíduos de pavimentos e

pontes, sendo 43% desses resíduos de origem residencial e 57% referentes a RCD (FERNANDES, 2004; EPA, 1999). Na Europa, o avanço da quantidade de resíduos gerados, pode ser analisado na Tabela 2.1.

Tabela 2-1 - Geração de Resíduos em países da União Europeia

País População 1999 (milhões de hab.)(b) Total de geração em milhões de tol. (1999)(b)

População 2004 (milhões de hab.)(c)

Total de geração em

milhões de tol. (2004)(c)

População 2005 (milhões de hab.)(c)

Total de geração em milhões de tol. (2005)(c) Alemanha 82.012 350.9475 82.5 72.4 82.4 72.3

França 58,492(a) 27.594 62.8 62.1 63.2 62.6 Itália 57,461(a) 23.3965 58.5 46.8 58.8 47

República Tcheca - - 10.2 14.7 10.3 14.8

Bélgica 10.17 40.5515 10.4 11.1 10.5 11.1

Grécia 10,487(a) 2.336 11.1 10.4 11.1 10.5

Hungria - - 10.1 9.5 10.1 9.5

Bulgária - - 7.8 7.3 7.7 7.3

Austria 8.068 30.879 8.2 6.6 8.3 6.7

Finlandia 5.132 11.0595 5.2 5.2 5.3 5.2

Dinamarca 5.275 12.5195 5.4 4.5 5.4 4.5

Irlanda 3.652 2.2265 4 2.5 4.1 2.6

Letônia - - 2.3 2.2 2.3 2.2

Estônia - - 1.3 1.5 1.3 1.5

Holanda 15.567 23.506 - - - -

Reino Unido 58.92 78.11 - - - -

Suécia 8.844 6.8985 - - - -

Espanha 39,299(a) 15.2205 - - - -

Portugal - - 9,934(a) 3.504 - -

Chipre - - 0.7 0.7 0.8 0.7

(a) Não são considerados resíduos de pavimentação, escavação, vegetação e tubulações de drenagem, água,

gás ou eletricidade;

(b) Comissão Européia, 1999;

(c) Comissão Européia, 2011.

(31)

Pode-se observar o esforço da Europa em minimizar a geração de RCD, bem como a sua utilização, ao longo do tempo. Na Figura 2-1, observa-se esse decréscimo na geração de RCD. Como alguns países que não tiveram seus resíduos incluídos nos relatórios da Comissão Européia no relatótio de 1999, estes dados não foram registrados no gráfico da análise do comportamento da geração de RCD por país.

Figura 2-1 - Total de geração de RCD em milhões de ton/ano na Europa, apresentado na Tabela 2-1 Fonte: Adaptado de Comissão Europeia (1999; 2011)

Observa-se, por exemplo, que os países que tem pouca matéria-prima disponível, tais como Holanda, Bélgica e Dinamarca, são os que mais reciclam RCD, ainda assim, ainda precisam importar areia da Sibéria e RCD da Inglaterra, por exemplo (FERNANDES, 2004).

No Brasil, a reciclagem de resíduos de construção iniciou-se ainda nos anos 1980, com a utilização de pequenos moinhos instalados durante a construção de edifícios, onde os resíduos

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

G

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)

Total de geração em milhões de tol. (1999)

Total de geração em milhões de tol. (2004)

(32)

de alvenaria eram reaproveitados para a produção de argamassas (LIMA, 1999; MOTTA, 2005). A construção civil é responsável por cerca de 50% do total de resíduos sólidos gerados

no País. Segundo a ABRELPE, os municípios brasileiros coletaram, em 2010, 31 milhões de

toneladas de RCD, 8,7% a mais que 2009 (GERAÇÃO SUSTENTÁVEL, 2011).

A geração de RCD per capita é de 130 à 3000 kg/hab.ano em países como o Brasil

(KOCHEM; POSSAN, 2016) e no Estado do Paraná a geração de RCD é de 80.000 à 100.000 m³/mês (ABRELPE, 2012; KOCHEM; POSSAN, 2016). A composição do RCD de Curitiba é composto por .15,18% de concreto, 28% de argamassa, 29,84 de pedra, 26,33 cerâmicos, 0,39 outros e não há dados para plásticos.

2.1.4 Propriedades do RCD

O agregado de RCD é uma alternativa atrativa para materiais de basee sub-base de

pavimentos devido à alta resistência mecânica e comportamento não expansivo (LEITE et al., 2011). Segundo Motta (2005), o agregado reciclado absorve muita água devido à sua maior porosidade, implicando na necessidade de maior quantidade de água para a compactação, uma vez que esse procedimento que promove significativa alteração na granulometria do agregado reciclado, alterando o material ao longo de todo o processo.

Uma característica física do RCD é possuir maior cubicidade do que o agregado convencional, apresentando melhor intertravamento entre os grãos compactados (RON et al., 2008). Essa predominância de partículas cúbicas, representada por materiais cimentíceos e rochas quebradas, pode contribuir para a melhor densificação e aumento da resistência ao cisalhamento desses materiais (LEITE et al, 2011).

Ainda segundo Leite et al. (2011), a maioria das quebras dos grãos do RCD durante a

compactação ocorre no início, quando o material ainda não está totalmente compactado, facilitando a mobilidade das partículas. Portanto, no campo, esta quebra ocorre durante a construção e não ao longo da vida útil do pavimento.

A composição química dos RCD está intrinsicamente relacionada à fração granulométrica, em que abaixo de 4,8mm representa até 50% em massa de todo resíduo de construção e demolição (ULSEN et al, 2010).

(33)

NBR 11804 (ABNT, 1991) recomenda uma distribuição granulométrica com maior parte em fração fina para base e sub-base de pavimentos estabilizados.

2.1.4.1 Propriedades Cimentantes

Em função da heterogeneidade do RCD, há a necessidade de se investigar a composição mineralógica para determinar os minerais presentes que ainda podem reagir com a água e gerar novas cadeias cimentantes, aumentando a resistência do material ao longo do tempo.

Os RCD apresentam componentes com propriedade relevantes para seu desempenho enquanto materiais de construção, como, por exemplo, as partículas de cimento não inertizadas e as partículas de cal que não reagiram, ambas reagirão entre si e com a água, com o tempo. Há, também, as partículas cristalizadas que funcionarão como catalisadores para a formação de uma nova rede cristalina, pois as partículas de material cerâmico têm alto potencial pozolânico que poderão reagir com a cal hidratada (PINTO, 1988 apud GÓMEZ, 2011).

Desta forma dependendo do tipo de RCD há diferenças de reações com a mistura com outros materiais, por exemplo, RCD oriundos de construção onde o cimento, cal, argamassa, concreto são novos, há uma maior cimentação deste com o tempo, ao passo que quando oriundos de processos de demolição onde os mesmos materiais mencionados já realizaram a maior parte das suas ligações químicas.

2.1.4.2 Quebra de Grãos

(34)

Várias pesquisas têm demonstrado que o processo de quebra se dá no momento da compactação. Como resultado desta quebra, pode haver a diminuição do módulo de resiliência e aumento da deformação permanente do pavimento (ZEGHAL, 2009), no entanto Cinconegui (2004) discorreu sobre o assunto, e a maior quebra de grãos está associada ao processo de compactação e não durante à vida útil do pavimento. Park (2003), em seu estudo, mostra que há diferença da quebra dos grãos dependendo do método de compactação, haja visto que quando o processo de compactação é por impacto o grão apresenta uma forma angulosa, gerando uma textura superficial rugosa, e, por conseguinte, incrementa a coesão ou intercepto coesivo, e quando a compactação é dinâmica, a estrutura dos grãos fica mais dispersos.

As quebras dos grãos podem ocorrer mesmo sob baixas tensões, dependendo das características do grão de RCD. Há vários ensaios propostos para quantificar essa quebra de grãos, como, por exemplo, os de Lee e Farhoodmand (1967 apud GOMÉZ, 2011) que desenvolveram uma técnica para medir a quebra de grãos enquanto pesquisavam sobre materiais granulares como filtro de barragens. O método desenvolvido por eles, baseia-se na relação do diâmetro dos grãos que correspondem à 15% de finos (Equação 2.1).

B = D15 inicial / D15 final (2.1)

Onde B é o índice de quebra de partículas, D15 inicial é o diâmetro da peneira que passa

15% dos finos antes da compactação e D15 final é o diâmetro da peneira que passa 15% dos finos

depois da compactação. A natureza destes ensaios é empírica, uma vez que se baseia na variação do diâmetro das partículas antes e depois da compactação.

No Brasil, o ensaio que quantifica esse fenômeno é preconizado pela norma do Departamento Nacional de Estrada de Rodagem DNER - ME 398/99, (DNER, 1999), que, originalmente, foi proposta para amostras de rocha britada para uma curva granulométrica padrão passantes em seis peneiras (19 mm, 9,5 mm, 4,8 mm, 2,0 mm, 0,42 mm e 0,075 mm), conforme Tabela 2.2.

Tabela 2-2 - Granulometria padrão da amostra de rocha

Fonte: ME 398/99 (DNER, 1999)

Peneiras % Quantidade (g)

25 mm - 19 mm 15 900

19 mm - 9,5 mm 20 1200

9,5 mm - nº 4 15 900

nº 4 - nº 10 15 900

nº 10 - nº 40 15 900

nº 40 - nº 200 15 900

< nº 200 5 300

(35)

O cálculo do Índice de Degradação (IDp) é feito pela fórmula:

IDP = ∑D/ 6 (2.2)

Onde D é a subtração da porcentagem inicial pela final de cada peneira.

2.1.4.3 Absorção de Água

Medir a absorção de água dos agregados reciclados se faz necessária uma vez que o RCD, de um modo geral, tem baixa densidade, o que indica alta porosidade (TAM et al., 2008). O RCD estudado por Motta (2005), têm 2% a mais de porosidades do que a brita comum. No Brasil, o ensaio de absorção de água pelo agregado é preconizado pela norma DNER ME – 81/98 (DNER, 1998), e se dá pela relação entre a massa seca e o aumento de massa do agregado devido ao preenchimento por água dos vazios permeáveis, conforme a expressão:

a = (MSSS - MS) / MS (2.3)

Onde:

a = Absorção;

Ms = massa, ao ar, do agregado seca em estufa;

Msss = massa, ao ar, do agregado na condição saturada superfície seca.

2.2 Usinas de Reciclagem

O procedimento básico da reciclagem consiste em britar o resíduo, obtendo agregado nas dimensões desejadas (FIGURA 2-2) (HANSEN, 1992 apud LIMA, 1999). Pode-se britar apenas uma vez o resíduo ou realizar mais de uma britagem, para diminuição das dimensões das partículas e para maior controle da granulometria do reciclado (LIMA, 1999).

(36)

• Agregado reciclado de concreto (ARC): chamado também de cinza ou branco, é principalmente composto por materiais cimentícios, como concretos e argamassas;

• Agregado reciclado vermelho (ARV): com predominância de materiais

cerâmicos, como tijolos, telhas e pisos cerâmicos (porém não há descrição de agregado reciclado vermelho na NBR 15115 (ABNT, 2004);

• Agregado reciclado misto (ARM): quando possui menos de 90% em massa de

fragmentos à base de cimento Portland e rochas.

Figura 2-2 - Fluxograma de reciclagem dos resíduos Fonte: Lima e Lima (2011)

De modo geral, os equipamentos utilizados na usina de reciclagem de resíduos de construção e demolição são provenientes do setor de mineração, que são adaptados ou simplesmente utilizados na reciclagem. Entretanto, a reciclagem exige um sistema de controle de qualidade diferenciado devido à variabilidade e contaminação do RCD, necessitando de separação manual dos contaminantes. Além disso, são instaladas, nas correias transportadoras, sistemas para realizar a separação magnética de elementos metálicos, como armaduras e pregos (LIMA, 1999; JADOVSKI, 2005; LEITE, 2007).

(37)

inseridas no contexto urbano (LIMA, 1999; LEITE, 2001). No município de Curitiba a usina de reciclagem encontrasse instalada em uma cidade circunvizinha, Almirante Tamandaré, que recebe RCD de Curitiba. Deve-se levar em conta, igualmente, se a usina passa por um pólo de atração de caminhões e se o resíduo recebido necessitará de muitos descartes de partículas contaminadas, o que tornaria o processo inviável operacional e economicamente (LEITE, 2001). É interessante que a unidade recicladora não se situe em áreas predominantemente residenciais, nem em áreas centrais, para não sobrecarregar o tráfego circunvizinho. Assim, o ideal é que essa unidade seja instalada o mais próximo possível de aterros, onde toda infraestrutura necessária já existe, e que ocorra uma boa distribuição geográfica dos pontos de coleta desse resíduo, isto é, que os pontos de coleta de RCD estejam estrategicamente espalhados pela cidade, o que daria suporte ao sistema, eliminando a necessidade de se percorrer grandes distâncias e, por conseguinte, reduziriam os pontos de descarte clandestinos. Deste modo, haveria um bom funcionamento dos programas de reciclagem, pois não seria necessário percorrer grandes distâncias para descartar o resíduo, diminuindo, assim, os custos de manutenção desses programas (LEITE, 2001).

A britagem de RCD é atividade que deve ser prioritariamente realizada no próprio canteiro do empreendimento, mas que pode, também, ser executada fora do mesmo. O ideal seria que a reutilização e reciclagem dos resíduos da obra fossem práticas constantes e incorporadas ao dia-a-dia das construtoras, como parte integrante do plano de gerenciamento e execução das obras (LIMA; LIMA, 2011). Em Curitiba, todo o RCD gerado é tratado em uma usina de reciclagem.

Após a Resolução CONAMA nº 307 (CONAMA, 2002), a quantidade de usinas de reciclagem instaladas cresceu, mas utilizando ainda um sistema simples de reciclagem. Apesar do crescimento de usinas recicladoras, a capacidade brasileira de produção de agregados reciclados está muito abaixo da geração de RCD em todo o País (MIRANDA et al, 2009).

2.3 Solos da formação Guabirotuba

A Formação Guabirotuba é a unidade estratigráfica que preenche em maior parte a Bacia Sedimentar de Curitiba e região metropolitana. Situa-se na porção centro – sul do Primeiro Planalto Paranaense, perfazendo cerca de 3.000 km², e está enquadrada entre os paralelos 25º15’00” e 25º55’00” de latitude sul e entre os meridianos 49º00’00” e 49º35’00” de longitude oeste (PEREIRA, 2004; CUNHA, 2011), conforme mostrado na Figura 2-3.

(38)

Figura 2-3 - Distribuição da Formação Guabirotuba na Região Metropolitana de Curitiba (RMC). Fonte: Felipe (2011)

(39)

Figura 2-4 - Perfil típico da Formação Guabirotuba Fonte: Felipe (2011)

A litologia principal da Formação Guabirotuba é composta por depósitos argilítos que ocorrem nas colorações cinza esverdeado e esbranquiçado (SALAMUNI; SALAMUNI, 1999). A fração argila, representada pelo grupo das esmectitas, tem a composição mineralógica representado, principalmente, por argilas siltosas e siltes argilosos (MINEROPAR, 1994;

KORMANN, 2002; PIRES et al., 2007).

0,5

à

5

,0

0,5

à

2

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Escala em metro (m)

0,5

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2

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1,0

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5

,0

1,0

à

5

(40)

As argilas rijas e duras desta formação são conhecidas como “sabão de caboclo”, por serem bastante duras em seu estado natural, mas se tornam escorregadias e desagrega quando umedecidas. Tal comportamento torna frequente a ocorrência de acidentes em obras de

fundações e encostas na região (KORMANN, 2002; PIRES et al., 2007).

2.4 Potencial Hidrogeniônico

O potencial hidrogeniônico (pH) é calculado como –log10H+, sendo H+ a concentração

de prótons. O pH vai de uma escala de 1 a 14, sendo 7 a interseção entre o meio ácido e básico,

logo, para pH<7, o meio é ácido, ou seja, alta concentração de prótons (H+), para pH>7, o meio

é básico, ou seja, baixa concentração de prótons (H+).

Santos (2004) disse que o solo pode ser classificado como ácido (pH < 5,5), moderadamente ácido (5,5 < pH < 6,4), praticamente neutro (6,4 < pH < 6,9), neutro (pH = 7) e alcalino (pH > 7). O pH influencia a solubilidade de alguns elementos como ferro e alumínio. A carga elétrica das partículas coloidais varia com o pH, influenciando, notavelmente, os fenômenos de absorção e trocas iônicas, e os fenômenos de dispersão e floculação.

Segundo Santos (2004), a diferença aritmética entre o pH em solução com KCl e o pH

em solução com água representa um ∆pH, cujo valor positivo indica um predomínio de óxidos

de ferro e alumínio, e que a quantidade de alumínio trocável é baixa, e um valor negativo indica a predominância de argila de sílica, e a quantidade de alumínio trocável é alta. O ensaio de pH pode indicar um potencial de reação entre as misturas do solo, gerando um aumento da resistência das misturas com o tempo.

2.5 Pavimento

Segundo a NBR 7207 (ABNT, 1982), o pavimento:

(...)é uma estrutura de multicamadas construídas após a camada de terraplenagem e destinada, econômica e estruturalmente a a) resistir e distribuir ao subleito esforços verticais produzidos pelo tráfego; b) melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança; c) resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento.

(41)

asfáltico, pois é o mais comum no Brasil. A Figura 2-5 apresenta, de forma sucinta, as camadas mais utilizadas no pavimento flexível.

Figura 2-5 - Estrutura de um pavimento flexível no Brasil. Fonte: Autor

O pavimento recebe as cargas oriundas dos veículos na camada de revestimento, absorve e distribui para as camadas adjacentes, de forma que, essa carga, de uma maneira geral, se dissipa a cerca de 1,20 a 1,50cm de profundidade (MEDINA; MOTTA, 2015).

2.5.1 Comportamento resiliente dos solos

O termo resiliência significa energia armazenada num corpo deformando elasticamente, a qual é devolvida quando cessam as tensões causadoras das deformações, correspondendo à energia potencial de deformação (MEDINA; MOTTA, 2015). Na mecânica

dos pavimentos, o módulo de Young (E) é representado pelo módulo de resiliência (MR).

Apresenta-se na Figura 2-6 e Figura 2-7 um ciclo de histerese de tensão-deformação típica para o material granular sujeito a carregamentos cíclicos.

Figura 2-6 - Modelos de Módulo de Resiliência Secante Fonte: Theyse (2007)

Base

Sub-base

Reforço do Subleito

Subleito (Fundação do Pavimento) - Sem espessura definida

Camada de Revestimento Flexível

(42)

Figura 2-7 - Modelos de Módulos de Resiliência Tangente Fonte: Theyse (2007)

Essa representação assume que as deformações plásticas não permanecem após a remoção das cargas. O módulo de resiliência pode ser obtido como o módulo tangente ou secante como ilustrado na Figura 2-6 e Figura 2-7, respectivamente. O módulo secante representa a inclinação do ciclo de histerese da parte inicial até o carregamento total da curva tensão deformação. De outro lado, o módulo tangente representa a inclinação instantânea do ciclo de histerese em qualquer ponto durante o ciclo de carregamento (THEYSE, 2007).

O comportamento resiliente dos materiais granulares claramente não é linear e é uma propriedade que caracteriza a rigidez dos materiais e a deformação elástica das camadas de base

e sub-base. No método de dimensionamento empírico-mecanístico para pavimentos, o MR é o

parâmetro para determinar a espessura de cada uma das camadas da estrutura (UZAN, 1985) e é calculado pela expressão:

MR = σd / εr (2.4)

Onde:

MR = módulo de resiliência;

σd = tensão desvio cíclica (σ1 – σ3);

εr = deformação resiliente, corresponde a um número particular de repetição da tensão

desvio.

(43)

A resiliência dos materiais granulares se obtém, usualmente, pelos ensaios triaxiais

cíclicos, com tensão confinante constante. O MR é definido como a relação entre a tensão de

desvio aplicada, repetidamente, e a deformação axial recuperável da amostra.

As deformações resilientes são deformações elásticas no sentido em que são recuperáveis. Entretanto, não variam, necessariamente, de modo linear com as tensões aplicadas e dependem de vários fatores que não são considerados no conceito convencional de elasticidade segundo o Manual de Pavimentação do DNIT (2006). As deformações recuperáveis diminuem com o acúmulo dos ciclos de carga e descarga. A deformação permanente é definida como a deformação não recuperável durante o descarregamento e se acumula com a repetição de carregamentos e descarregamentos, podendo crescer e levar gradualmente à ruptura do material ou atingir um patamar e permanecer constante sem o colapso do material.

O modelo proposto por Aranovich (1985) é conhecido como combinado ou misto (Figura 2-8).

(44)

O modelo foi proposto com base nos resultados dos ensaios triaxiais de um grande número de solos lateríticos provenientes das camadas dos pavimentos de rodovias vicinais, localizadas nos Estados de Goiás, Paraná, São Paulo e Mato Grosso do Sul, quando de uma pesquisa financiada pelo BNDES (BNDES, 1985). Tal modelo considera a influência conjunta

das tensões desvio e confinante na obtenção do valor de MR, sendo expressas por três equações

(Equação 2.5, 2.6 e 2.7) e cinco constantes.

σd < k1∴M = k σ (2.5)

σd < k1∴ MR= k2+k4(σd-k1) (2.6)

MR= k1 σdk2 (2.7)

Onde:

MR = módulo de resiliência;

σd = tensão desvio cíclica (σ1 – σ3);

k1, k2, k3 e k4 = constantes ou parâmetros de resiliência determinados

experimentalmente, em ensaios triaxiais de carregamento repetido.

O estudo de SVENSON (1980) teve como principais objetivos a avaliação do comportamento resiliente de solos tropicais argilosos compactados e das influências de fatores tais como: métodos de compactação, umidade de compactação e a influência do tempo de cura (ou seja, o tempo entre a moldagem do CP e a realização do ensaio) no modulo de resiliência destes materiais.

2.5.2 Utilização de RCD na pavimentação

(45)

Japão, dois terços do resíduo de concreto demolido já é utilizado para pavimentação de rodovias. Na Europa, onde mais se usa o reciclado é na pavimentação (LIMA, 1999; LEITE 2001)

O aproveitamento dos RCD reciclados para pavimentação como materiais destinados

a camadas de base e sub-base apresenta as seguintes vantagens (ÂNGULO et al., 2003;

CARNEIRO et al, 2001apud RIBEIRO, 2005; TRICHES; KRYCKYJ, 1999 e (CARDOSO et

al. 2016):

 Do ponto de vista econômico, exceto em alguns casos especiais, o uso de agregado

natural (AN) é mais caro do que o agregado reciclado (AR), pois o AN é mais difícil de ser encontrado. Nos casos especiais as usinas que vendem o AR estão localizadas longe do local do empreendimento, e o seu transporte por longas distâncias poderá deixa-lo mais caro que o AN;

 Utilização de material reciclado tanto na fração miúda quanto na graúda;

 Simplicidade nos processos de execução do pavimento e de produção do agregado

reciclado, contribuindo para a redução dos custos e a difusão dessa forma de reciclagem;

 Quando há a mistura de AR com AN, além de definir a maioria dos níveis de mistura

(que depende das características de ambos, AR e AN), a incorporação do AR pode melhorar as características do AN.

 Possibilidade de utilização dos diversos materiais componentes do RCD;

 Utilização de parte do material em granulometrias graúdas, reduzindo o consumo de

energia necessária para a reciclagem do RCD.

 Do ponto de vista geotécnico, o AR é não plástico, e por isso pode ser empregado em

local onde o lençol freático é elevado;

 Pode ser empregado para redução da plasticidade de solo de fundação, o que permite a

construção mesmo em períodos de precipitação;

 Expansibilidade baixa ou nula, ou seja, com a saturação não ocorre à expansão das

camadas compactadas;

 Em relação à limpeza pública, o beneficiamento do RCD da construção garante uma

redução nos gastos públicos uma vez que:

(46)

 Menores serão os custos de operação de aterros sanitários com a exclusão dos entulhos recicláveis, o que propicia um aumento da vida útil dos aterros em funcionamento;

 Inibe a descargas clandestinas ao longo das vias públicas, melhorando

o aspecto visual da cidade e inibindo gastos adicionais para remoção do mesmo.

Para a maior parte das aplicações geotécnicas, não é comum a utilização do AR, e o AN é preferido (CARDOSO, 2016), pois:

 A variabilidade da composição do AR é maior que do AN em função das diferentes

fontes desse agregado. A composição e a distribuição granulométrica do AR devem estar compatíveis ao usual do AN. Portanto, o AR deve ser sujeito a processos rigorosos de seleção e caracterização, que pode ser demorado e caro;

 A compactação do AR pode mudar suas propriedades (devido, principalmente, ao

crushing). Portanto, para sua aplicação, requer investigações prévias realizadas por testes experimentais em laboratório e no campo;

 Em casos de camadas de pavimentos e aterros, o número de ensaios necessários, quando

se usa AR, é maior do que o AN, pois as propriedades do AR não são conhecidas. Somando-se a isto, durante o procedimento de compactação, segundo a variabilidade do AR, devem ser atualizadas as características do AR (peso específico aparente seco

máximo (γdmáx.), umidade ótima, curva tensão-deformação, resistência à compressão,

resistência ao cisalhamento, mudança de volume, dissipação de poro pressão e permeabilidade), bem como suas mudanças durante a construção e exploração;

 Projetistas e empreiteiros tem grande experiência no comportamento do AN para vários

tipos de estruturas geotécnicas, aplicações e o conhecimento para lidar com suas variabilidades naturais. Eles favorecem abordagem conservadoras, e o caminho para a utilização do AR não será fácil enquanto houver recursos naturais em abundância;

 Por meio das Normas de Projetos Geotécnicos, tal como o Bond (EC7, 2013), projetos

(47)

As propriedades dos agregados definem as condições de compactação, como acontece com o caso particular de camadas de pavimentos (BARATA; CARDOSO; 2013; CARDOSO

et al., 2012; MITCHELL; SOGA, 2005 apud CARDOSO et al., 2016). Os agregados reciclados,

quando compactados, apresentam valores razoáveis de resistência, força, permeabilidade, expansividade e resistência ao congelamento e descongelamento, que são propriedades necessárias para as aplicações geotécnicas. O entendimento do efeito do AR no comportamento do material compactado, em comparação com o AN, é fundamental para promover o uso mais

abrangente deste material em aplicação em pavimentos (CARDOSO et al., 2016).

2.6 Princípio das Tensões Efetivas

O Princípio das Tensões Efetivas foi proposto por Terzaghi (1943) e tem como fundamento o comportamento do solo em condição saturada, ou seja, quando o grau de saturação é igual a 100%. Como o grau de saturação é a relação do volume de água pelo volume de vazios, entende-se que quando o solo está saturado, os vazios do solo estão preenchidos apenas por água. Fredlund (2012) diz que o solo está saturado quando este está com a saturação acima de 80%.

À medida que o solo tem seus vazios preenchidos por água, isto é, a saturação vai aumentando, o seu comportamento mecânico também muda, pois, o mesmo perde resistência mecânica, dependendo da natureza do solo (OTÁLVARO CALLE, 2013).

A primeira tentativa de generalizar o comportamento do solo não saturado foi pela generalização do princípio das tensões efetivas na década de 1950. Considerando o equilíbrio de forças, a tensão efetiva foi definida como o excesso de tensão aplicada em relação à poro-pressão no fluido, empregando na formulação matemática um fator empírico para considerar a contribuição da sucção (OTÁLVARO CALLE, 2013; CRONEY et al., 1958; BISHOP, 1960; LAMBE, 1960; AITCHISON, 1961; JENNINGS, 1961; RICHARDS, 1966). Bishop (1960) considerou a pressão do ar e da água simultaneamente, com a expressão:

(48)

Onde:

σ'ij = Tensor de tensões efetivas; σij = Tensor de tensões totais; ua = Pressão do ar;

uw = Pressão da água; δij = Delta de Kroneeker

χ = Parâmetro relacionado com o grau de saturação. Varia de 0 (solos secos) a 1 (solos saturados). Os valores intermediários dependem da trajetória de tensões.

2.7 Sucção

A sucção do solo pode ser definida como sendo uma pressão negativa em relação a pressão externa, e é composta por duas parcelas, sucção osmótica e sucção matricial, como pode ser visto na Figura 2.9.

Figura 2-9 - Esquema representando as componentes de sucção Fonte: Hillel (2004)

(49)

pura e uma solução do solo, a sucção matricial, é a diferença de pressão através de uma membrana permeável à água, e a sucção total é a soma dessas duas parcelas (HILLEL, 2004).

2.8 Curva Característica

A curva característica fornece um entendimento conceitual entre a massa (e/ou volume) de água em um solo e a sucção (FREDLUND, 2012). A curva característica é um modelo interpretativo que utiliza o modelo capilar elementar para fornecer uma compreensão da distribuição de água nos vazios. Os efeitos da textura do solo e da distribuição granulométrica também se tornaram parte da interpretação dos resultados da curva característica obtida no laboratório (FREDLUND, 2012). A Figura 2.10 é uma representação das curvas características típicas para três tipos de solos (arenosos, siltosos e argilosos).

Figura 2-10 - Curvas características típicas de solos arenosos, siltosos e argilosos Fonte: Fredlund; Xing (1994)

(50)

constante. Essa separação de zonas é ilustrada na Figura 2.11 (VANAPALLI; FREDLUND; PUFAHL, 1999).

Figura 2-11 - Zonas componentes da curva característica Fonte: Vanapalli; Fredlund; Pufahl (1999)

É possível perceber a diferença entre as trajetórias de umedecimento e secagem, ou seja, uma histerese, isto é, para um mesmo valor de sucção, mais água fica retida nos poros durante a secagem do que durante o umedecimento. Isso ocorre devido à diferença entre os poros primários e suas conexões, pois há uma mudança no ângulo de contato das partículas (durante a secagem e umedecimento), e na quantidade de ar enclausurado nos vazios, devido ao fenômeno da histerese (NAKASHIMA, 2016; SILVA, 2009). Assim, dado um grau de saturação, a sucção matricial é maior na drenagem em relação à sorção (TINJUM; BENSON; BLOTZ, 1997).

(51)

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Coleta do solo

O solo desta pesquisa foi coletado no dia 14 de setembro de 2016, em uma obra de construção de um condomínio habitacional no município Fazenda Rio Grande. Sua localização geográfica é representada na Figura 3-1.

Figura 3-1 - Localização do ponto da coleta do solo Fonte: Google Earth, 2014

Esse solo é representativo da terceira camada da formação Guabirotuba, sendo um solo argiloso siltoso de cor vermelha, típico da região metropolitana de Curitiba (Figura 3-2 e Figura 3-3).

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