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4 Apresentação e discussão dos resultados

4.1 Ensaios de caracterização física 4.1.1 Solo argiloso 4.1.1.1 Densidade real dos grãos (Gs)

O valor da densidade real dos grãos para o solo argiloso foi obtido através

da média aritmética de quatro determinações, sendo 2,72.

A Tabela 4.1 apresenta a síntese de todos os trabalhos realizados com o

solo do Campo Experimental II. Nela se pode observar que os valores de Gs

obtidos para amostras retiradas a diferentes profundidades encontram-se na

mesma ordem de grandeza do valor obtido na presente pesquisa.

4.1.1.2 Análise granulométrica

Os resultados do ensaio de análise granulométrica do solo argiloso são

apresentados na Tabela 4.1, juntamente com os dados obtidos de pesquisas

anteriores com este mesmo solo. A curva granulométrica do solo argiloso é

apresentada na Figura 4.1.

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PUC-Rio - Certificação Digital Nº 1212872/CA

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Tabela 4.1: Pesquisas realizadas com o solo do Campo Experimental da PUC-Rio.

Autor Prof. (m) Gs Ped.+areia

(%)

Silte

(%)

Argila

(%) LL LP IP SUCS

Sertã (1986)

1,00-1,45

2,00-2,45

3,00-3,45

2,75

2,73

2,74

26,25

28,13

45,63

73,75

71,87

54,37

71

75

72

35

49

45

36

26

27

MH

MH

MH

Marinho (1986) 3,60 2,75 35,00 3,00 62,00 65 38 27 MH

Lins (1991) 2,00-2,40

3,00-3,40

2,74

2,74

34,00

34,00

4,00

4,00

62,00

62,00

78

73

32

34

46

39

MH

MH

Daylac (1994) 3,00

6,00

2,77

2,76

24,00

31,00

5,00

6,00

71,00

63,00

70

82

30

43

40

39

MH

MH

Beneveli (2002) 1,50 2,76 33,00 9,00 59,00 56 31 25 CH

Soares (2005) 1,00 2,74 41,00 5,50 53,50 54 28 26 CH

Ramirez (2012)

e Meliande

(2014)

2,00 2,72 36,40 10,80 52,70 53 39 14 CH

Figura 4.1: Curva granulométrica do solo argiloso.

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4.1.1.3 Limites de Atterberg

Foram obtidos os valores de 53% e 39% para os limites de liquidez e

plasticidade, respectivamente, resultando em um índice de plasticidade de 14%.

De acordo com o Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS),

normatizado pela ASTM D 2487 (1983), o solo em estudo é classificado como

CH, correspondendo a uma argila arenosa de média plasticidade. Na Tabela 4.1,

constam os valores dos limites de Atterberg obtidos a outras profundidades.

4.1.2 Areia 4.1.2.1 Índices físicos

Este material caracteriza-se por uma areia média, limpa e de granulometria

uniforme. Durante a caracterização do material, não foi observada a presença de

matéria orgânica. A Tabela 4.2 apresenta os índices físicos deste solo.

Tabela 4.2: Índices físicos da areia.

Índices Físicos Areia

Densidade real dos grãos (Gs) 2,65

Coeficiente de uniformidade (Cu) 1,9

Coeficiente de curvatura (Cc) 1,0

Diâmetro efetivo (D10) 0,33 mm

Diâmetro médio (D50) 0,58 mm

Índice de vazios (emín) 0,51

Índice de vazios (emáx) 0,74


Na Figura 4.2, é apresentada a curva granulométrica obtida para a areia.

Com base no sistema SUCS, as areias com menos de 5% de finos, apresentando

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Cu < 6 e 1 < Cc < 3, como o material em questão, são classificadas como SP.

Dessa maneira, trata-se de uma areia mal graduada.

Figura 4.2: Curva granulométrica da areia.

4.1.3 Cinza volante e misturas 4.1.3.1 Densidade real dos grãos

A Tabela 4.3 mostra o resumo dos resultados de densidade real dos grãos

de todos os materiais.

Tabela 4.3: Densidade real dos grãos das misturas. Material/Mistura Densidade real dos grãos

A 2,65 CV 2,147

A85/CV12/C3 2,620 A70/CV27/C3 2,583 A60/CV37/C3 2,490

A85/CV15 2,613 A70/CV30 2,459 A60/CV40 2,472

S 2,720 S85/CV12/C3 2,665 S70/CV27/C3 2,587

S85/CV15 2,651 S70/CV30 2,566

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As Figuras 4.3 e 4.4 mostram a variação da densidade real dos grãos com

relação aos teores de cinza utilizados para as misturas com os solos arenoso e

argiloso. Pode-se observar uma redução da densidade real dos grãos com o

aumento dos teores da cinza volante. Na presença do solo argiloso, essa redução é

mais significativa.

Figura 4.3: Variação da densidade real dos grãos com o teor de cinza de volante para a areia.

Figura 4.4: Variação da densidade real dos grãos com o teor de cinza de volante para o solo argiloso.

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Lopes (2011) encontrou o valor de densidade real dos grãos de 2,105 para

a cinza volante, oriunda da mesma usina termelétrica. De acordo com Ubaldo

(2005), o valor encontrado foi de 2,090 para a cinza volante. Já os resultados de

Mendonça (2004), também com a mesma cinza, porém coletada em outra época,

apontaram o valor de 2,092 para cinza volante. Ainda que os valores obtidos por

estes dois autores sejam bem parecidos, a ligeira diferença entre eles já demonstra

a influência da variabilidade da qualidade e das propriedades da cinza sobre os

resultados, devido a fatores como a composição química do carvão.


A Figura 4.5 apresenta as curvas granulométricas da areia e da cinza

volante; a Figura 4.6 mostra as curvas das misturas com areia e 15%, 30% e 40%

de cinza volante.

As curvas do solo argiloso e da cinza volante estão presentes na Figura

4.7, e por fim, as curvas das misturas com solo argiloso e 15% e 30% de cinza

volante são apresentadas na Figura 4.8, para fins comparativos.

Figura 4.5: Curvas granulométricas da areia e da cinza volante.

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Figura 4.6: Curvas granulométricas da areia, da cinza volante e das suas misturas.

Figura 4.7: Curvas granulométricas do solo argiloso e da cinza volante.

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Figura 4.8: Curvas granulométricas do solo argiloso, da cinza volante e das suas misturas.

Através das figuras, pode-se observar que a cinza volante apresenta

elevado teor de finos em sua composição, o que corresponde à granulometria silte,

além de uma fração de areia de granulometria fina.

Quanto à granulometria das misturas com areia, pode-se dizer que ela se

torna intermediária às granulometrias dos materiais puros, e apresenta maior

presença de finos do que o solo puro, o que se deve à granulometria da própria

cinza. À medida que aumenta o teor de cinza nas misturas, a fração silte torna-se

mais evidente, com a subsequente redução do teor de areia média.

Da mesma forma, com relação à granulometria das misturas com solo

argiloso, também se observa que as misturas adquirem uma granulometria

intermediária às do solo puro e da cinza, sendo que na mistura com maior teor de

cinza (S70/CV30), a presença da fração silte é mais representativa, e o teor de

argila tende a reduzir-se.

Os resultados da análise granulométrica de todos os materiais são

apresentados na Tabela 4.4, em porcentual.

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Tabela 4.4: Resultados em percentual da análise granulométrica dos materiais.

Material/Mistura Argila

(%)

Silte

(%)

Areia Pedregulho

(%) Fina

(%)

Média

(%)

Grossa

(%)

A - - - 70 30 -

CV 5,69 82,17 10,82 1,32 0 0

A85/CV15 2,50 15,50 2,90 68 11,10 0

A70/CV30 3,80 30,50 10,30 46,30 9,10 0

A60/CV40 4,10 45,10 18,40 25,10 7,30 0

S 52,70 10,80 36,40

S85/CV15 47,3 24,1 11,3 10,7 6,1 0,5

S70/CV30 31,9 40,6 14,6 7,6 4,7 0,6

Na Tabela 4.5, são apresentados os resultados da distribuição

granulométrica da cinza volante obtidos pelos autores Ubaldo (2005) e Mendonça

(2004), onde se pode observar que foi mantida a mesma proporção de materiais,

embora com um menor teor de silte em relação ao obtido no presente trabalho,

devido a fatores como a composição química do carvão.

Tabela 4.5: Dados da distribuição granulométrica da cinza volante obtidos em estudos anteriores.

Areia Pedregulho

Tipo de cinza Argila

(%) Silte (%)

Fina (%)

Média (%)

Grossa (%) Fino (%)

Médio (%)

CV (Ubaldo, 2005) 8 60 29 3 - - - CV (Mendonça,

2004) 2 67 27 4 - - -

CV (Meliande, 2014)

5,69 82,17 10,82 1,32 - - -

4.1.3.3 Limites de Atterberg

Em virtude de a cinza volante apresentar uma granulometria com alto teor

de material granular, sendo isenta de características plásticas, não foi possível

determinar os limites de Atterberg dela, tampouco das misturas com areia.

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Ressalta-se que Ubaldo (2005) também a classificou como materiais não

plásticos.

4.1.3.4 Classificação SUCS

Primeiramente, convém dizer que não é muito apropriado utilizar esta

classificação para cinzas ou misturas, tendo em vista que elas fogem do espaço de

abrangência para o qual a classificação foi proposta, entretanto, para efeitos de

comparação, ela foi então aplicada para a cinza volante e as misturas utilizadas

nesta pesquisa.

Pelo fato de a cinza volante apresentar alto teor de silte, ela é classificada

de acordo com o Sistema SUCS como silte de baixa plasticidade (ML). Vale

destacar que Rohde et al (2006) encontrou esta mesma classificação para esta

cinza, que é a classificação típica das cinzas volantes de usinas termelétricas do

sul do Brasil.

Para as misturas com areia, a classificação enquadrou-se no grupo SM

(areia siltosa).

4.2 Ensaios de caracterização química e ambiental

4.2.1 Composição química

Duarte (2004 apud Soares, 2005) realizou análises químicas de capacidade

de troca catiônica (CTC) e de ataque sulfúrico do solo argiloso. A Tabela 4.6

apresenta os resultados da composição química do solo argiloso.

Sertã (1986) realizou a análise química total do solo argiloso, expressa em

porcentagem, na Tabela 4.7.

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Tabela 4.6: Análises químicas de capacidade de troca catiônica (CTC) e de ataque sulfúrico do solo argiloso (Duarte, 2004 apud Soares, 2005).

Complexo sortivo (meq/100g)

Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Al3+ H+ CTC

0,00 0,4 0,11 0,15 1,3 3,3 5,3

Ataque por H2SO4 (1:1) – NaOH (0,8%) g/kg pH (1:2,5)

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 KI Kr Água KCl

170 204 103 11,1 1,49 1,13 4,3 4,0

Tabela 4.7: Análise química total do solo argiloso, expressa em porcentagem (Sertã, 1986).

SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 TiO2 K2O Na2O

55,4 22,0 <0,05 <0,10 11,0 1,30 0,11 0,01

Os resultados revelam uma grande quantidade de Al2O3 e Fe2O3 encontrada

no solo, indicando que este sofreu um processo de laterização. Já a pequena

quantidade de CaO, MgO, K2O e Na2O encontrada sugere tratar-se de um material

altamente intemperizado, devido à lixiviação intensa dos álcalis. A presença de

cátions trocáveis deste solo revela ser ele um material de baixa atividade. Por fim,

os valores de pH indicam que o solo é ácido.

Os resultados do ensaio de composição química da cinza volante foram

coletados de Lopes (2011), que utilizou em sua pesquisa o mesmo material,

oriundo da mesma usina termelétrica. Os ensaios de composição química das

misturas foram realizados no laboratório do Departamento de Engenharia

Química da PUC-Rio. Para as misturas contendo areia, somente foram realizados

ensaios químicos para as misturas com a presença de cal, com a finalidade de

avaliar a ocorrência de reações entre a cinza e a cal. Além disso, levando-se em

conta o baixo teor de cal utilizado (3%), supõe-se que a composição das misturas

sem cal será bem similar à das misturas com cal. A fim de analisar a influência da

cura sobre a composição química das misturas, também foram ensaiadas as

misturas submetidas a 30 dias de cura. A Tabela 4.8 mostra os resultados da

composição química da cinza volante e das misturas com areia, expressos em

termos dos elementos químicos. Com relação às misturas com solo argiloso,

foram ensaiadas as misturas com cal e sem cal. Os resultados obtidos para as

misturas com solo argiloso estão presentes na Tabela 4.9.

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Tabela 4.8: Elementos químicos presentes na cinza volante (Lopes, 2011) e nas misturas com areia.

Parâmetros

Material

CV A85CV12C3 A85CV12C3

(30d) A70CV27C3

A70CV27C3

(30d) A60CV37C3

A60CV37C3

(30d)

Silício 36,289 68,439 73,052 48,463 59,624 47,704 59,599

Alumínio 22,382 14,346 11,585 28,246 20,642 29,574 21,486

Ferro 16,680 2,444 2,208 4,744 3,812 5,432 4,378

Cálcio 5,684 9,284 8,216 9,219 7,862 7,947 6,546

Potássio 12,087 3,673 3,277 6,524 5,677 6,757 5,942

Titânio 3,515 0,679 0,572 1,295 1,055 1,462 1,117

Vanádio 0,297 0,104 0,124 0,203 0,158 0,142 0,119

Manganês 0,228 - - - 0,074 0,075 -

Zircônio 0,543 0,075 0,078 0,089 0,096 0,121 0,115

Enxofre 1,817 0,817 0,311 0,917 0,878 0,664 0,490

Estrôncio 0,127 - - 0,023 0,030 0,028 0,032

Zinco 0,252 0,051 0,102 0,045 0,057 0,060 0,076

Ítrio 0,100 - - 0,025 - 0,034 0,025

Rubídio - - - - 0,035 - -

Tabela 4.9: Elementos químicos presentes nas misturas com solo argiloso.

Parâmetros Material

S85CV15 S85CV12C3 S70CV30 S70CV27C3

Silício 42,929 41,825 45,059 42,856

Alumínio 35,729 34,363 34,852 33,697

Ferro 15,710 16,131 13,744 13,948

Cálcio 0,840 3,251 1,156 4,128

Potássio 2,164 1,535 2,911 2,814

Titânio 1,700 1,725 1,675 1,832

Vanádio 0,095 0,230 0,096 0,107

Manganês 0,083 0,087 0,084 -

Zircônio 0,113 0,108 0,103 0,152

Enxofre 0,600 0,639 0,286 0,276

Zinco 0,037 0,038 0,034 0,037

Sabe-se que os principais componentes da cinza são o silício, alumínio e

ferro. Analisando a Tabela 4.8, conclui-se que, nas misturas com areia, apenas foi

mantida a representatividade dos elementos silício e alumínio, sendo que as

concentrações de cálcio e potássio foram mais representativas do que os teores de

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ferro. Já nas misturas com solo argiloso, a representatividade de todos estes

elementos foi mantida, o que sugere que eles estejam presentes em grande

quantidade no solo utilizado, como consta na Tabela 4.9. Vale ressaltar que a

quantidade de cálcio presente na cinza volante significa que o teor de óxido de

cálcio presente está em torno de 2%, sendo, portanto inferior a 10%, ou seja,

insuficiente para a ocorrência de reações entre a cinza e o solo.

Quanto à análise das misturas submetidas ao processo de cura, foi apenas

observado um aumento das concentrações de silício, o que já indica a ocorrência

de reações pozolânicas da cinza, potencializadas pela adição de cal.

Vale ressaltar que Mendonça (2004) também realizou ensaios químicos

das cinzas volante e de fundo provenientes da mesma usina termelétrica, sendo os

resultados apresentados na Tabela 4.10, onde se pode notar uma concentração de

ferro menor e um teor de silício maior do que os resultados obtidos por Lopes

(2011).

Tabela 4.10: Composição química das cinzas volante e de fundo (Mendonça, 2004 apud Ubaldo, 2005).

Composição química

Símbolos Mendonça (2004)

Cinza de

fundo

Cinza

volante

SiO2 57,90 57,10

Al2O3 27,30 28,70

Fe2O3 5,50 4,40

CaO 1,40 2,00

K2O 2,50 2,60

MgO 0,64 0,72

TiO2 1,10 1,30

ZrO2 0,12 0,13

S <200ppm 0,40

PbO - <200ppm

Cl- 1,70 0,09

SO3 <200ppm 1,00

ppm – partes por milhão.

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Chies et al (2003 apud Ubaldo, 2005) realizou análises químicas das cinzas

de carvão mineral de outras usinas termelétricas no território brasileiro. A Tabela

4.11 mostra os resultados, dos quais se pode perceber uma pequena variabilidade

entre as concentrações dos principais elementos químicos, devido a fatores já

ditos anteriormente, como variações na composição química do carvão mineral

utilizado, originado de diferentes ou até da mesma jazida; diferenças entre os

sistemas de queima do carvão, dentre outras.

Tabela 4.11: Composição química da cinza volante de diversas usinas termelétricas (Chies et al, 2003 apud Ubaldo, 2005).

Composição química da cinza volante (%)

Componentes Copesul Tubarão Charqueadas Candiota

SiO2 66,40 56,50 62,20 65,70

Al2O3 18,20 28,00 26,00 24,30

Fe2O3 6,50 6,40 2,90 4,60

TiO2 0,80 1,31 1,10 0,69

CaO 2,15 0,92 1,26 0,37

MgO 0,88 0,45 0,35 0,46

K2O 1,41 2,50 1,41 1,12

Na2O 0,34 0,23 0,18 0,10

C 0,14 0,21 1,09 0,05

S 0,09 <0,05 <0,05 <0,05

4.2.2 Teor de matéria orgânica

A determinação do teor de matéria orgânica do solo argiloso foi feita por

Quispe (2013) através da técnica de oxidação com dicromato de potássio em meio

sulfúrico, no Laboratório de Geotecnia/Química de Solos da COPPE/UFRJ.

Obteve-se um valor de 0,85%.

Ubaldo (2005) verificou um teor de matéria orgânica na cinza volante de

1,03%, o que é um fator positivo, uma vez que a presença de matéria orgânica

tende a retardar ou até mesmo inibir a ocorrência das reações pozolânicas.

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4.2.3 Ensaio de lixiviação

O ensaio de lixiviação da cinza volante foi realizado pelo laboratório

TASQA Serviços Analíticos Ltda., e seus resultados são coletados da pesquisa de

Lopes (2011), sendo apresentados nas Tabelas 4.12 e 4.13.

Tabela 4.12: Tabela: Resultados analíticos dos ensaios de lixiviação – parâmetros orgânicos (TASQA, 2010 apud Lopes, 2011).

Parâmetros orgânicos Parâmetros Limite de

quantificação (LQ) (mg/L)

Cinza volante (mg/L)

VMP NBR 10005:2004 Lixiviado

(mg/L) Aldrin e Dieldrin 0,001 <LQ 0,003

Benzeno 0,004 <LQ 0,5 Benzo(a)pireno 0,002 <LQ 0,07

Clordano (isômeros) 0,001 <LQ 0,02 Cloreto de vinila 0,4 <LQ 0,5

Clorobenzeno 0,01 <LQ 100 Clorofórmio 0,004 <LQ 6

m-cresol 0,01 <LQ 200 o-cresol 0,01 <LQ 200 p-cresol 0,01 <LQ 200

Cresol total 0,01 <LQ 200 2,4-D 0,01 <LQ 3

DDT (p,p-DDT+p,p-DDE+p,p-DDD)

0,001 <LQ 0,2

1,4-diclorobenzeno 0,004 <LQ 7,5 1,2-dicloroetano 0,004 <LQ 1

1,1-dicloroetileno 0,004 <LQ 3 2,4-dinitrotolueno 0,01 <LQ 0,13

Endrin 0,001 <LQ 0,06 Heptacloro e seu

epóxido 0,001 <LQ 0,003

Hexaclorobenzeno 0,001 <LQ 0,1 Hexaclorobutadieno 0,004 <LQ 0,5

Hexacloroetano 0,01 <LQ 3 Lindano (g BHC) 0,001 <LQ 0,2

Metiletilcetona 0,5 <LQ 200 Metoxicloro 0,001 <LQ 2

Nitrobenzeno 0,01 <LQ 2 Pentaclorofenol 0,01 <LQ 0,9

Piridina 0,01 <LQ 5 2,4,5-T 0,002 <LQ 0,2

Tetracloreto de carbono 0,004 <LQ 0,2 Tetracloroetileno 0,004 <LQ 4

Toxafeno 0,002 <LQ 0,5 2,4,5-TP 0,01 <LQ 1

Tricloroetileno 0,004 <LQ 7 2,4,5-triclorofenol 0,01 <LQ 400 2,4,6-triclorofenol 0,01 <LQ 20

LQ – limite de quantificação.

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Tabela 4.13: Resultados analíticos dos ensaios de lixiviação – parâmetros inorgânicos (TASQA, 2010 apud Lopes, 2011).

Parâmetros inorgânicos Parâmetros Limite de



VMP NBR 10005:2004 Lixiviado

(mg/L) Arsênio 0,04 <LQ* 1 Bário 0,005 0,21 70

Cádmio 0,003 <LQ 0,5 Chumbo 0,03 <LQ 1

Cromo total 0,002 <LQ 5 Fluoretos 0,05 0,1 150 Mercúrio 0,005 <LQ 0,1

Prata 0,003 <LQ 5 Selênio 0,05 <LQ 1


Através da análise dos resultados, conclui-se que todos os parâmetros

analisados no ensaio de lixiviação apresentaram concentrações adequadas às

indicadas no Anexo F da norma NBR 10004 (2004).

4.2.4 Ensaio de solubilização

O ensaio de solubilização da cinza volante também foi realizado pelo

laboratório TASQA Serviços Analíticos Ltda., e seus resultados são coletados da

pesquisa de Lopes (2011), sendo apresentados nas Tabelas 4.14 e 4.15.

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Tabela 4.14: Resultados analíticos dos ensaios de solubilização – parâmetros orgânicos (TASQA, 2010 apud Lopes, 2011).

Parâmetros orgânicos Parâmetros Limite de



VMP NBR 10006:2004 Solubilizado

(mg/L) Aldrin e Eldrin 0,00002 <LQ 0,00003

Clordano (isômeros)

0,0002 0,21 0,0002

2,4-D 0,01 <LQ 0,03 DDT (isômeros) 0,001 <LQ 0,002

Endrin 0,0002 <LQ 0,0006 Fenóis totais 0,0025 0,028 0,01

Heptacloro e seu epóxido

0,00002 <LQ 0,00003

Hexaclorobenzeno 0,001 <LQ 0,001 Lindano (g BHC) 0,001 <LQ 0,002

Metoxocloro 0,001 <LQ 0,02 2,4,5-T 0,002 <LQ 0,002

2,4,5-TP 0,01 <LQ 0,03 Toxafeno 0,002 <LQ 0,005


Tabela 4.15: Resultados analíticos dos ensaios de solubilização – parâmetros inorgânicos (TASQA, 2010 apud Lopes, 2011).

Parâmetros inorgânicos Parâmetros Limite de



VMP NBR 10006:2004 Solubilizado

(mg/L) Alumínio 0,07 3,65 0,2 Arsênio 0,001 <LQ 0,01 Bário 0,005 0,17 0,7 Cádmio 0,003 <LQ 0,005 Chumbo 0,002 <LQ 0,01 Cianetos 0,005 0,011 0,07 Cloretos 2,00 5,97 250 Cobre 0,003 0,02 2 Cromo total 0,002 0,01 0,05 Ferro 0,002 <LQ 0,3 Fluoretos 0,05 2,52 1,5 Manganês 0,002 0,02 0,1 Mercúrio 0,0005 <LQ 0,001 Nitrato (como N) 0,1 0,1 10 Prata 0,003 <LQ 0,05 Selênio 0,002 <LQ 0,01 Sódio 0,05 36,3 200 Sulfato 1,00 163 250 Surfactantes 0,03 0,065 0,5 Zinco 0,006 0,2 5


DBD


96

Segundo as diretrizes do Anexo G da Norma NBR 10004 (2004), que

apresentam os valores máximos permitidos no ensaio de solubilização, a cinza

volante foi classificada como pertencente à Classe II A – Resíduo não inerte, já

que as concentrações de Alumínio, Fluoretos e Fenóis totais foram superiores a

estes valores.

Os resultados de Ubaldo (2005), que utilizou a mesma cinza em sua

pesquisa, também a enquadrou na Classe II A – Resíduo não inerte, pelo fato de a

mesma ter apresentado no ensaio de solubilização concentrações de Alumínio,

Cromo e Sulfatos acima das permitidas.

Apesar de a cinza volante ser classificada com um resíduo não inerte, isto

não inviabiliza a sua utilização como agente cimentante em misturas com o solo,

já que no ensaio de lixiviação, que representa a infiltração da água da chuva no

solo, todos os parâmetros analisados encontram-se dentro dos limites permitidos

pela norma. No entanto, Lopes (2011) sugeriu para estudos futuros a análise da

influência dos parâmetros que ultrapassam os limites da norma, para o solo e o

meio ambiente.

De acordo com a Resolução CONAMA 420 (2009), a concentração

máxima tolerável em reservatórios de água subterrânea para o alumínio é de

3500 µg/L, o que confirma o fato de que a concentração apresentada pela cinza

volante não causa dano à saúde humana.

4.3 Ensaios de caracterização mecânica 4.3.1 Solo argiloso 4.3.1.1 Ensaio de compactação

Os ensaios de compactação foram realizados para o solo puro, a cinza

volante e as misturas, com e sem a adição de cal, sob a energia Proctor normal. A

Tabela 4.16 apresenta um resumo dos valores de umidade ótima (wotm) e peso

específico seco máximo (γd máx) do solo, da cinza e das misturas. As curvas de

compactação das misturas sem e com a adição de cal estão dispostas nas Figuras

4.9 e 4.10.

DBD


97

Tabela 4.16: Resultados dos ensaios de compactação para as misturas com solo argiloso.

Material/Mistura wotm (%) γd máx(g/cm³)

S 26,3 1,55

S85/CV15 24 1,55

S70/CV30 23,5 1,5

S85/CV12/C3 24 1,55

S70/CV27/C3 25,5 1,49

CV 22,8 1,925

Figura 4.9: Curvas de compactação do solo puro e das misturas sem a adição de cal.

DBD


98

Figura 4.10: Curvas de compactação do solo puro e das misturas com a adição de cal.

Pode-se notar que ocorre uma redução do peso específico seco máximo

com o aumento do teor de cinza, tanto para as misturas sem cal, como para as

misturas com cal. Para as misturas com menores teores de cinza, o peso específico

é aproximadamente igual ao do solo puro, como pode ser visto na Figura 4.11.

Pode-se dizer que também ocorre uma redução da umidade ótima à medida que se

aumenta o teor de cinza, porém, na presença de cal, ela diminui com 12% de

cinza, mas volta a aumentar para um teor de 27% (Figura 4.12), o que explica

parte da queda de densidade.

DBD


99

Figura 4.11: Variação do peso específico seco com o teor de cinza volante.

Figura 4.12: Variação da umidade ótima com o teor de cinza volante.

A Figura 4.13 mostra a curva de compactação da cinza volante. Ubaldo

(2005), ao realizar a curva de compactação para a mesma cinza (Figura 4.14),

encontrou valores de 11,8 KN/m³ e 29% para o peso específico seco máximo e a

umidade, respectivamente. Estes valores foram um pouco diferentes dos

encontrados na presente pesquisa, o que pode ser justificado pelo grande intervalo

DBD


100

de tempo existente entre ambos e pelos fatores que podem influenciar nas

propriedades físico-químicas das cinzas.

Figura 4.13: Curva de compactação da cinza volante.

Figura 4.14: Curva de compactação da cinza volante do Complexo Jorge Lacerda (Ubaldo, 2005).

Com relação ao comportamento do solo argiloso, Ramírez (2012) afirma

que Beneveli (2002), em sua pesquisa, obteve o mesmo resultado para este

material, coletado entre os primeiros dois metros de profundidade do Campo

Experimental II da PUC-Rio. A Figura 4.15 mostra a curva de compactação

obtida por Beneveli.

DBD


101

Figura 4.15: Curva de compactação Proctor normal obtida por Beneveli (2002 apud

Ramirez, 2012).

4.3.1.2 Ensaio de cisalhamento

Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados para o solo puro, as

misturas com 15 e 30% de cinza volante, e as misturas com cal, sem cura. Os

corpos de prova foram moldados nas condições de umidade ótima e peso

específico seco máximo, determinadas nos ensaios de compactação. Os ensaios

foram realizados sob as tensões de 50, 200 e 300 kPa, a fim de se determinar seus

parâmetros de resistência ao cisalhamento (coesão e ângulo de atrito). Quanto ao

solo puro, foi observado no momento de finalização do ensaio que a tensão de

execução do ensaio foi de 160 kPa, ao invés de 200 kPa, devido a algum problema

gerado pelo equipamento. A Tabela 4.17 apresenta os dados específicos dos três

ensaios realizados para cada material.

DBD


102

Tabela 4.17: Dados específicos dos ensaios de cisalhamento direto para misturas com solo argiloso.

Material/ mistura

Massa aplicada

(kg)

Tensão vertical aplicada

(kPa)

Velocidade da

engrenagem (mm/min)

Duração do ensaio (horas)

Intervalo de leitura

(min)

S 7 50

0,0819 3 0,17 30 160 58 300

S85/CV15 7 50

0,098 2,54 0,17 39 200 60 300

S70/CV30 7 50

0,174 1,43 0,17 39 200 60 300

S85/CV12/C3 7 50

0,393 0,63 0,17 39 200 60 300

S70/CV27/C3 7 50

0,098 2,54 0,17 39 200 60 300

Devido ao fato de o ensaio de cisalhamento direto ser sempre drenado, não

havendo controle da drenagem, ele deve ser executado lentamente, no intuito de

impedir o estabelecimento de poropressões nos poros da amostra. Vale ressaltar

que a condição drenada implica na total dissipação de poropressões durante o

cisalhamento, sendo que ela ocorre rapidamente em solos arenosos, devido a sua

alta permeabilidade; e no caso dos solos argilosos, ocorre lentamente, a uma baixa

velocidade de deformação. Contudo, comparando com os dados da areia, mais à

frente, os valores de velocidade de cisalhamento obtidos para as misturas foram

bem parecidos.

Em um ensaio de cisalhamento direto, realizam-se leituras de 3 medidas:

deslocamento horizontal, deslocamento vertical e força cisalhante. A partir delas,

são então calculadas as tensões cisalhantes e plotados os gráficos de tensão

cisalhante vs deslocamento horizontal.

4.3.1.2.1 Comportamento tensão cisalhante vs deslocamento horizontal

A Figura 4.16 mostra as curvas tensão cisalhante vs deslocamento

horizontal para o solo puro, sob as tensões de 50, 160 e 300 kPa.

DBD


103

Figura 4.16: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para o solo puro.

As Figuras 4.17 a 4.20 mostram as curvas tensão cisalhante vs

deslocamento horizontal para as misturas S85/CV15, S70/CV30, S85/CV12/C3 e

S70/CV27/C3, respectivamente, submetidas às tensões de 50, 200 e 300 kPa.

Figura 4.17: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura S85/CV15.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)

Deslocamento horizontal (mm)

50 kPa

160 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

200 kPa

300 kpa

S85/CV15

S

DBD


104

Figura 4.18: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura S70/CV30.

Figura 4.19: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura S85/CV12/C3.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

200 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

200 kPa

300 kPa

S85/CV12/C3

S70/CV30

DBD


105

Figura 4.20: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura S70/CV27/C3.

4.3.1.2.2 Influência do teor de cinza

O comportamento da tensão cisalhante versus deslocamento horizontal

para o solo argiloso e as misturas com 15% e 30% de cinza volante (S85/CV15 e

S70/CV30) são apresentados e comparados na Figura 4.21.

Pode-se notar que para a tensão normal de 50 kPa, ambas as misturas

apresentaram um comportamento melhor do que o solo argiloso. Observa-se

claramente a ruptura da mistura S70/CV30, a 5 mm de deslocamento horizontal,

devido à formação de pico, seguida por uma queda na curva; o que não ocorre

com o solo puro, tampouco com a mistura com 15% de cinza. Neste caso, o

critério utilizado para determinação dos pontos de ruptura foi a observação de

uma constância nos valores de tensão cisalhante após um determinado tempo, não

só no gráfico, como também na planilha com os resultados dos ensaios. Para

deslocamentos inferiores a 6,6 mm, a mistura S70/CV30 apresenta um

comportamento melhor do que o solo puro e a mistura com 15% de cinza,

contudo, a 6,6 mm, as resistências das misturas se igualam e a mistura com 15%

passa a apresentar uma resistência maior quando submetida a este nível de tensão,

mantendo-se constante.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

200 kPa

300 kPa

S70/CV27/C3

DBD


106

Para a tensão normal de 160 kPa, até um deslocamento horizontal de 2,8

mm, o solo apresenta uma resistência maior do que as misturas, ensaiadas a 200

kPa, sendo que ambas revelam um comportamento similar, se encontrando neste

ponto. No entanto, para deslocamentos superiores, tanto para 15% de cinza, como

para 30%, as resistências obtidas são maiores do que a do solo puro, com destaque

para a mistura S85/CV15, que apresenta um comportamento melhor.

Para a tensão normal de 300 kPa, o solo puro e a mistura com 15% de

cinza apresentam resistências maiores que a mistura S70/CV30, sendo que o

comportamento do solo puro é ligeiramente melhor do que a mistura S85/CV15.

A 2 mm de deslocamento, suas resistências se igualam, quando então a mistura

S85/CV15passa a apresenta resistências maiores do que o solo puro, mantendo

certa constância com o acréscimo de deslocamento. A mistura contendo 30% de

cinza mantém um comportamento inferior aos demais materiais até alcançar um

deslocamento de 11,2 mm, quando passa a interceptar a curva do solo puro e a

tornar-se um pouco maior do que ele.

Desse modo, comparando as duas misturas, convém dizer que, de forma

geral, para deslocamentos superiores a 6 mm, aproximadamente, a mistura com

15% de cinza volante foi a que apresentou um melhor comportamento, tanto para

baixas como para altas tensões normais, o que pode ser atribuído à existência de

uma maior coesão entre as partículas desta mistura. Para tensões maiores, foi

observada uma tendência de as curvas de ambas as misturas interceptarem e

ultrapassarem os valores do solo puro, não só para baixos como também para altos

deslocamentos horizontais.

DBD


107

Figura 4.21: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal do solo argiloso e misturas S70/CV30 e S85/CV15.


para o solo argiloso e as misturas com 3% de cal em substituição ao peso seco da

cinza volante (S85/CV12/C3 e S70/CV27/C3) são apresentados e comparados na

Figura 4.22.

Para a tensão normal de 50 kPa, o solo puro mantém um comportamento

ligeiramente melhor do que as misturas até um deslocamento de 2,4 mm. Para

deslocamentos superiores, a mistura S85/CV12/C3 atinge resistências maiores do

que o solo e a mistura com 27% de cinza. Pode-se observar a ausência de um pico

de ruptura bem definido.

Para a tensão normal de 160 kPa, o solo puro apresenta um

comportamento melhor do que a mistura com 27% de cinza (ensaiada a 200 kPa)

até um deslocamento de 4,4 mm, quando esta torna a ultrapassar o solo puro. Com

relação à mistura com 12% de cinza, também ensaiada a 200 kPa, o solo puro

apresenta resistências maiores até um deslocamento de 1,6 mm. Após este valor, a

mistura apresenta um ganho representativo de resistência, se destacando do solo

puro e da mistura S70/CV27/C3. Para deslocamentos baixos e elevados, a mistura

com 12% de cinza se apresenta melhor do que a mistura com 27% de cinza.

Para a tensão normal de 300 kPa, também se pode observar que o solo

puro apresenta um comportamento melhor do que a mistura com 12% de cinza até

3,2 mm de deslocamento horizontal, quando então esta torna a apresentar um

DBD


108

ganho considerável de resistência, mantendo-se acima do solo puro e da mistura

com 27% de cinza. Quanto à mistura S70/CV27/C3, ela mantém-se inferior à

mistura com 12% de cinza e ao solo puro até 4,4 mm de deslocamento, contudo, a

partir deste ponto, ela passa a apresentar um comportamento melhor do que o solo

puro, mantendo-se inferior à mistura S85/CV12/C3.

Dessa forma, pode-se dizer que, a baixos deslocamentos horizontais, o

comportamento do solo puro é melhor do que o das duas misturas para todas as

tensões normais aplicadas. De modo geral, para um deslocamento horizontal

acima de aproximadamente 3 mm, a mistura com 12% de cinza é a que apresenta

melhor comportamento, para baixas e altas tensões normais, o que também pode

ser explicado por uma coesão mais significativa existente entre as partículas desta

mistura. Além disso, para todas as tensões, foi observada uma tendência de as

curvas de ambas as misturas interceptarem e ultrapassarem os valores do solo

puro, não só para baixos como também para médios deslocamentos horizontais.

Figura 4.22: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal das amostras S e misturas S85/CV12/C3 e S70/CV27/C3.

Conforme exposto anteriormente, com exceção da mistura S70/CV30, as

curvas tensão cisalhante vs deslocamento horizontal das demais misturas não

apresentaram picos de ruptura bem definidos. Dessa forma, para este caso os

DBD


109

pontos de ruptura de cada curva foram determinados com base na observação de

uma constância dos valores de tensão cisalhante máxima após um determinado

tempo. Esta constância foi observada em torno de 12 mm de deslocamento, não só

para estas misturas como também para o solo puro, de onde foram extraídos os

valores das tensões normal e cisalhante. A Tabela 4.18 apresenta os dados das

tensões normal e cisalhante dos materiais.

Tabela 4.18: Dados de tensão normal e cisalhante no deslocamento dos materiais. Mistura σ (kPa) τmáx (kPa)

S

56,9 43,6

183,8 106,3

340 166,4

S85/CV15

51,2 68,8

205,6 143,3

307 173,8

S70/CV30

47,7 62,3

193,5 129,5

304 166,7

S85/CV12/C3

51,3 64,8

230,1 167,5

307 199

S70/CV27/C3

49,4 32

205,6 119,2

298 168,2

Segundo o critério de ruptura Mohr-Coulomb, ao se plotar os pares de

dados tensão cisalhante e tensão normal em um gráfico, obtém-se os parâmetros

de resistência desejados: coesão (c) e ângulo de atrito (ø). Com o objetivo de

avaliar a influência do teor de cinza nas misturas, as Figuras 4.23 e 4.24

apresentam as envoltórias de ruptura das misturas variando os teores de cinza, na

ausência e na presença de cal.

DBD


110

Figura 4.23: Envoltórias de ruptura do solo puro e das misturas S85/CV15 e S70/CV30.

Figura 4.24: Envoltórias de ruptura do solo puro e das misturas S85/CV12/C3 e S70/CV27/C3.

Comparando as misturas com 15% e 30% de cinza, pode-se observar que

ambas possuem um comportamento melhor do que o solo puro, com destaque

para a mistura S85/CV15, que apresenta um ganho considerável na coesão, devido

DBD


111

às características cimentantes conferidas pela cinza. Sendo assim, pode-se

concluir que, para efeitos de ganho de resistência e estabilidade, não é necessário

adicionar grandes quantidades de cinza ao solo. Com relação ao ângulo de atrito,

foi observada uma redução do mesmo com o aumento do teor de cinza. Atkinson

(1993 apud Benedetti, 2011) explica que isto se deve ao fato de, no caso de solos

ou sedimentos com granulometria fina, o ângulo de atrito diminuir com o aumento

da plasticidade, sendo, portanto, a cinza um material que contribui para o aumento

da plasticidade do solo.

Quanto às misturas com cal, pode-se dizer que a mistura S85/CV12/C3

obteve melhores parâmetros de resistência, mesmo com teor de cinza inferior ao

da mistura S70/CV30/C3, o que possivelmente sinaliza para um “teor ótimo” de

cinza volante para o solo estudado. Estudos futuros podem pesquisar mais teores

para “acertar” melhor o alvo, talvez em torno de 12% de cinza em peso.

4.3.1.2.3 Influência da adição de cal

O objetivo da adição de cal às misturas consiste em potencializar a

ocorrência de reações cimentantes com os minerais argílicos do solo e com a cinza

volante, melhorando os parâmetros de resistência do solo. Nas Figuras 4.25 e 4.26

são apresentados os gráficos comparativos das misturas com e sem cal, para os

mesmos teores de solo e cinza, a fim de verificar os efeitos da adição de cal ao

solo.

DBD


112

Figura 4.25: Influência da cal nas misturas S85/CV12/C3 e S85/CV15.

Figura 4.26: Influência da cal nas misturas S70/CV27/C3 e S70/CV30.

Analisando as misturas S85/CV15 e S85/CV12/C3, pode-se dizer que,

apesar de a mistura S85/CV15 apresentar maior ganho de coesão, a mistura com

cal apresenta, de modo geral, um comportamento melhor. Não se pode dizer o

mesmo para a mistura S70/CV30, o que pode ter ocorrido devido ao baixo teor de

cal adicionado à mistura, dificultando a ocorrência das reações.

DBD


113

A Tabela 4.19 apresenta os resultados obtidos para os parâmetros de

resistência do solo puro e das misturas.

Tabela 4.19: Parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo argiloso e das misturas.

Parâmetros S S85/CV15 S70/CV30 S85/CV12/C3 S70/CV27/C3

c (kPa) 21,8 50,3 44,9 39,1 5,4

ø(graus) 23,4 22,6 22,3 28 28,7

4.3.2 Areia

4.3.2.1

Ensaio de cisalhamento direto

Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados para a areia, as

misturas com 15%, 30% e 40% de cinza volante; e para as misturas com 3% de

cal, em substituição ao peso seco das cinzas, sendo que estas últimas foram

submetidas a períodos de cura de 0, 30, 100, 125 e 140 dias. O material foi

compactado diretamente na caixa de cisalhamento, uma vez que a areia é um

material não coesivo, não sendo possível moldá-lo fora do equipamento. Para

cada mistura, foram realizados ensaios sob as tensões de 50, 150 e 300 kPa, a fim

de se determinar seus parâmetros de resistência ao cisalhamento. A Tabela 4.20

apresenta os dados específicos dos três ensaios realizados para cada material.

DBD


114

Tabela 4.20: Dados específicos dos ensaios de cisalhamento direto para misturas com areia.

Material/ mistura

Massa aplicada

(kg)

Tensão vertical aplicada

(kPa)

Velocidade da

engrenagem (mm/min)

Duração do ensaio (horas)

Intervalo de leitura

(min)

A 7 50

0,393 0,63 0,17 28 150 60 300

A85/CV15 7 50

0,098 2,54 0,17 28 150 60 300

A70/CV30 7 50

0,393 0,63 0,17 28 150 60 300

A60/CV40 7 50

0,393 0,63 0,17 28 150 60 300

A85/CV12/C3 7 50

0,174 1,42 0,17 28 150 60 300

A70/CV27/C3 7 50

0,393 0,63 0,17 28 150 60 300

A60/CV37/C3 7 50

0,121 2,06 0,17 28 150 60 300

4.3.2.1.1 Comportamento tensão cisalhante vs deslocamento horizontal

A Figura 4.27 mostra as curvas tensão cisalhante vs deslocamento

horizontal para a areia, obtidas para as tensões de 50, 150 e 300 kPa.

DBD


115

Figura 4.27: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a areia.


deslocamento horizontal para as misturas A85/CV15, A70/CV30 e A60/CV40

respectivamente, submetidas às tensões de 50, 150 e 300 kPa.

Figura 4.28: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A85/CV15.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

A85/CV15

A

DBD


116



As Figuras 4.31 e 4.32 mostram as curvas tensão cisalhante vs

deslocamento horizontal para a mistura A85/CV12/C3, a 0 e 30 dias de cura,

respectivamente, submetida às tensões de 50, 150 e 300 kPa.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

A70/CV30

A60/CV40

DBD


117

Figura 4.31: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal para a mistura A85/CV12/C3 a 0 dias de cura.



deslocamento horizontal para a mistura A70/CV27/C3, a 0, 30, 100, 125 e 140

dias de cura, respectivamente, submetida às tensões de 50, 150 e 300 kPa.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

A85/CV12/C3-

0d

A85/CV12/C3-

30d

DBD


118



0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(k

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

A70/CV27/C3-

0d

A70/CV27/C3-

30d

DBD


119



0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

A70/CV27/C3-

100d

A70/CV27/C3-

125d

DBD


120



deslocamento horizontal para a mistura A60/CV37/C3, a 0, 30, 100, 125 e 140

dias de cura, respectivamente, submetida às tensões de 50, 150 e 300 kPa.


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

A70/CV27/C3-

140d

A60/CV37/C3-

0d

DBD


121



0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

A60/CV37/C3-

30d

A60/CV37/C3-

100d

DBD


122



4.3.2.1.2 Influência do teor de cinza


para a areia e as misturas com 15%, 30% e 40% de cinza volante são apresentados

e comparados na Figura 4.43.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)


50 kPa

150 kPa

300 kPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o c

isa

lha

nte

(K

Pa

)

Deslocamento horizontal(mm)

50 kPa

150 kPa

300 kPa

A60/CV37/C3-

125d

A60/CV37/C3-

140d

DBD


123

Figura 4.43: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal da areia e das misturas com cinza.

Analisando as misturas areia-cinza, pode-se dizer que qualquer melhora no

seu comportamento mecânico deve-se apenas à cinza, visto que a areia é

considerada material inerte.

Para baixas tensões, o comportamento das misturas manteve-se semelhante

ao comportamento da areia. Já para tensões elevadas, a mistura com 15% de cinza

apresentou melhores resistências quando comparada às outras misturas e à areia.

Para a tensão de 150 kPa, verificou-se, para elevados deslocamentos, que a areia

apresentou-se melhor em relação às misturas.


para a areia e as misturas A85/CV12/C3, A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 a 0 dias

de cura, são apresentados e comparados na Figura 4.44.

DBD


124

Figura 4.44: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal da areia e misturas A85/CV12/C3, A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 a 0 dias.

A análise da figura permite concluir que, em geral, o comportamento das

misturas com cal também se manteve semelhante ao comportamento da areia,

devido ao fato de a adição de cal ser de apenas 3%. A mistura A85/CV12/C3 foi a

que apresentou melhores resultados, coincidindo com o mesmo comportamento

apresentado pela mistura A85/CV15 a tensões mais elevadas.

Dessa forma, analisando as curvas tensão vs deslocamento horizontal das

misturas solo-cinza e solo-cinza-cal a 0 dias de cura, além das misturas a outros

períodos de cura, separadamente, constatou-se que elas não apresentaram pontos

de ruptura bem definidos, assim, estes também foram determinados com base na

observação de uma constância dos valores de tensão cisalhante máxima após um

determinado tempo. Assim como nas misturas com solo argiloso, esta constância

também foi observada em torno de 12 mm de deslocamento para as misturas com

areia. No entanto, com relação à areia pura, considerou-se um deslocamento

correspondente a 14 mm. A Tabela 4.21 apresenta os dados das tensões normal e

cisalhante no ponto correspondente ao deslocamento de 12 mm para as misturas; e

no ponto referente ao deslocamento de 14 mm para a areia.

DBD


125

Tabela 4.21: Dados de tensão normal e cisalhante no deslocamento de 12 mm para as misturas, e no deslocamento de 14 mm para a areia.

Mistura σ (kPa) τmáx (kPa)

A

58,7 37,1

174,7 98,1

351,3 214

A85/CV15

57,3 35,2

170,7 96,6

343,5 189,6

A70/CV30

57,3 36,1

170,7 85,8

343,4 191,3

A60/CV40

57,4 31,5

170,7 81

343,5 198,1

A85/CV12/C3-0 d

57,3 34,6

170,7 101,6

343,4 195

A85/CV12/C3-30 d

57,3 36,4

170,7 100

343,4 186

A70/CV27/C3-0 d

57,3 18

170,7 83,6

343,5 194,6

A70/CV27/C3-30 d

57,3 39

170,7 87,6

343,6 171

A70/CV27/C3-100 d

57,3 36,4

170,7 92,8

343,6 186,5

A70/CV27/C3-125 d

57,3 47,1

170,7 113

343,4 197,3

A70/CV27/C3-140 d

57,4 39

170,7 105,3

351,3 219

A60/CV37/C3-0 d

57,3 30,2

170,7 82,1

343,4 179,3

A60/CV37/C3-30 d

57,3 41,5

170,7 100,5

343,5 214,3

A60/CV37/C3-100 d

57,3 32,9

170,7 86,6

343,6 163,2

A60/CV37/C3-125 d

57,3 32,5

170,7 97,8

343,4 207,5

A60/CV37/C3-140 d

57,3 35

170,7 100,7

343,4 192,1

DBD


126

Com o objetivo de avaliar a influência do teor de cinza nas misturas, as

Figuras 4.45 a 4.49 apresentam as envoltórias de ruptura das misturas solo-cinza-

cal, nos mesmos tempos de cura.

Figura 4.45: Influência do teor de cinza volante nas misturas A85/CV12/C3, A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 no tempo de cura de 0 dias.

Figura 4.46: Influência do teor de cinza volante nas misturas A85/CV12/C3, A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 no tempo de cura de 30 dias.

DBD


127

Figura 4.47: Influência do teor de cinza volante nas misturas A70/CV27/C3 e A60/CV37/C3 no tempo de cura de 100 dias.


DBD


128


A 0 dias de cura, o comportamento da areia foi melhor do que o das

misturas, na medida em que se acredita que não houve tempo suficiente para a

estabilização química. Já a 30 dias de cura, a mistura com 37% de cinza apresenta

um resultado ligeiramente melhor do que a areia. A 100 dias de cura, quando era

esperado um incremento das reações pozolânicas, provocando melhora dos

parâmetros de resistência; a areia apresenta-se melhor do que as misturas. A 125

dias, a areia e a mistura com 37% de cinza apresentaram resultados semelhantes, e

a mistura A70/CV27/C3 passa a apresentar um comportamento melhor, que

permanece a 140 dias de cura. Dessa forma, pode-se observar que a mistura com

27% de cinza foi a que apresentou, no âmbito geral, melhores resultados,

entretanto, não foi observado um padrão nos resultados obtidos, uma vez que os

mesmos oscilaram de acordo com o período de cura, ao invés de melhorarem à

medida que a cura progredia.

Vale destacar que o objetivo do uso da areia nas misturas foi verificar a

ocorrência de reações entre a cinza e a cal, uma vez que ela, a princípio, seria um

material inerte. No entanto, diante dos resultados obtidos, e levando-se em conta

que a areia utilizada é proveniente de região de praia, contendo sal em sua

composição, possivelmente podem ter ocorrido reações deste sal com a cinza

DBD


129

volante e a cal, o que pode ter inibido a ocorrência das reações pozolânicas, não

resultando em melhoras significativas no comportamento das misturas.

Além disso, outro fator que pode ter influenciado negativamente na

ocorrência das reações pode ter sido a “quebra” dos grumos que se formaram nas

misturas ao longo do processo de cura, sendo estes grumos um indicativo de uma

maior “adesão” entre as partículas. Tal “quebra” foi feita ao colocar o material na

caixa de cisalhamento, com o objetivo de compactá-lo melhor, ajustando-o para a

execução do ensaio.

Na Figura 4.50, constam os gráficos com o comportamento das misturas

sem cal, o que proporciona a análise individual do papel das cinzas.

Figura 4.50: Influência do teor de cinza volante nas misturas A85/CV15, A70/CV30 e A60/CV40.

Nas misturas somente com cinza volante, sem adição de cal, a relação da

tensão cisalhante com a tensão normal mostrou-se semelhante para todas as

porcentagens de cinza utilizadas, o que é explicado pela similaridade existente

entre as curvas granulométricas dessas misturas. Este fato confirma que, ao se

adicionar somente cinza volante a este tipo de solo, não foi possível conferir a ele

alguma estabilização, e como os resultados foram inferiores à areia, não vale a

pena o uso deste material em substituição aos materiais convencionais.

DBD


130

4.3.2.1.3 Influência da adição de cal

As Figuras 4.51 a 4.53 apresentam os gráficos comparativos das misturas

com e sem cal, para os mesmos teores de solo e cinza, no intuito de verificar os

efeitos da adição de cal às misturas.

Figura 4.51: Influência da cal nas misturas A85/CV12/C3 e A85/CV15 a 0 dias de cura.


DBD


131


Comparando as misturas sem cal e com cal a 0 dias de cura, verificou-se

que as misturas com 12% e 15% de cinza apresentaram um ligeiro ganho de

coesão, contudo, devido à redução do ângulo de atrito, todas foram inferiores à

areia. Já com relação às misturas A70/CV30 e A70/CV27/C3, ambas

apresentaram comportamento semelhante, também inferior à areia, assim como as

misturas com 37% e 40% de cinza, que se mostraram piores do que a areia, o que

indica que, sem cura, não é recomendável o emprego destes materiais em

aplicações geotécnicas.

4.3.2.1.4 Influência do tempo de cura

A Figura 4.54 mostra a influência do tempo de cura sobre o

comportamento tensão cisalhante vs deslocamento horizontal da mistura

A85/CV12/C3, submetida a 0 e 30 dias de cura.

DBD


132

Figura 4.54: Curvas tensão cisalhante x deslocamento horizontal da mistura A85/CV12/C3 a diferentes períodos de cura.

Para tensões baixas, o comportamento da mistura A85/CV12/C3 a 0 e 30

dias manteve-se bem similar à da areia. Já a tensões intermediárias, houve a

tendência de, a 0 e 30 dias de cura, esta mistura possuir resultados melhores do

que a areia, mas a altas deformações, interceptá-lo. Comparando entre si, a 0 dias

de cura, o comportamento obtido foi melhor do que a 30 dias.

Para tensões de 300 kPa, foi observada esta mesma tendência para a

mistura a 0 dias de cura, que se apresentou superior à areia, ao contrário da

mistura a 30 dias, que foi inferior à areia.



A70/CV27/C3, submetida a 0, 30, 100, 125 e 140 dias de cura.

DBD


133


Para tensões da ordem de 50 kPa, os resultados de todas as misturas foram

superiores à areia, com exceção da mistura a 0 dias de cura. Destacou-se a mistura

submetida a 125 dias de cura.

Para tensões intermediárias, a 125 e 140 dias de cura, o comportamento

desta mistura é melhor do que o da areia, sendo que a de 125 dias foi a que

apresentou maior resistência.

Já a tensões elevadas, também a 125 e 140 dias, o comportamento da

mistura é bem semelhante, no entanto, para deslocamentos elevados, a de 125 dias

se aproxima da areia e a de 140 dias se destaca.



A60/CV37/C3, submetida a 0, 30, 100, 125 e 140 dias de cura.

DBD


134


Para tensões de 50 kPa, a 30 e 140 dias, a mistura obtém melhores

resultados, comportando-se melhor do que a areia; já para tensões de 150 kPa, a

30, 125 e 140 dias, também se obtém um comportamento melhor do que a areia,

com uma tendência de, a altas deformações, as curvas interceptarem a areia. Para

tensões de 300 kPa, a mistura, quando submetida a estes mesmos períodos de

cura, também se comporta melhor do que a areia.

Com o objetivo de avaliar a influência do período de cura nas misturas, as

Figuras 4.57 a 4.59 apresentam as envoltórias de ruptura nos diferentes tempos de

cura, para cada mistura.

DBD


135

Figura 4.57: Variação da tensão cisalhante vs tensão normal para a mistura A85/CV12/C3 para os diferentes tempos de cura.


DBD


136


No caso da mistura A85/CV12/C3, o processo de cura provocou aumento

da coesão, contudo, houve uma redução do ângulo de atrito em relação à areia,

fazendo com que esta mantivesse um comportamento melhor.

Com relação à mistura com 27% de cinza, o gráfico mostra que há um

ganho de coesão ao longo do processo de cura, não sendo este, contudo,

proporcional aos dias de cura, quando se esperava que, quanto maior a cura, maior

fosse a ocorrência de reações pozolânicas e, consequentemente, melhores os

parâmetros de resistência. Esta falta de padrão nos resultados, já mencionada

anteriormente, pode ter ocorrido pela quebra dos grumos que se formaram ao

longo do processo de cura, ou pelo fato de a areia, por ser oriunda de região de

praia, possuir sal em sua composição química que pode ter reagido com os

componentes da cinza e da cal, inibindo o desempenho das reações pozolânicas.

Embora tenha havido este ganho de coesão, da mesma forma que na

mistura anterior, ocorre uma diminuição do ângulo de atrito em relação à areia

para períodos de cura distintos, exceto para a cura de 140 dias, que proporciona a

esta mistura um aumento de ambos os parâmetros de resistência, ainda que estes

permaneçam bem próximos aos da areia. Assim, pode-se dizer que o uso de

DBD


137

misturas com 27% de cinza é aplicável em obras geotécnicas quando as mesmas

são submetidas a elevados períodos de cura.

Já para a mistura A60/CV37/C3, quando submetida a 125 dias de cura,

exibe um comportamento semelhante à areia; para outros períodos de cura, exibe

um ganho de coesão acompanhado de uma redução do ângulo de atrito, o que não

acontece para a cura de 30 dias, que provocou um ligeiro aumento de ambos os

parâmetros de resistência.

A Tabela 4.22 apresenta a síntese dos resultados obtidos para a areia e as

misturas.

Tabela 4.22: Parâmetros de resistência ao cisalhamento da areia e das misturas.

Material/Parâmetros c (kPa) ø (graus)

A 0 30,9

A85/CV15 4,3 28,3

A70/CV30 0 28,7

A60/CV40 0 29,1

A85/CV12/C3-0 d 3,8 29,2

A85/CV12/C3-30 d 8,2 27,5

A70/CV27/C3-0 d 0 28,6

A70/CV27/C3-30 d 10,9 24,8

A70/CV27/C3-100 d 5,1 27,7

A70/CV27/C3-125 d 19,7 27,6

A70/CV27/C3-140 d 2,5 31,5

A60/CV37/C3-0 d 0 27,2

A60/CV37/C3-30 d 2,8 31,3

A60/CV37/C3-100 d 7,6 24,4

A60/CV37/C3-125 d 0 30,8

A60/CV37/C3-140 d 5 28,7

4.4 Considerações sobre os resultados

A disparidade existente entre os resultados obtidos em amostras com solo

argiloso e areia permitiu confirmar o fato de o tratamento com a adição de cal ser

eficiente em solos argilosos, uma vez que o melhoramento das propriedades

DBD


138

mecânicas do material está intimamente relacionado às reações que se

desenvolvem entre a cal e os minerais argílicos.

No entanto, na ausência de cal, as misturas de solo argiloso com cinza

também apresentaram um ganho significativo de resistência, refletida no ganho de

coesão, o que se explica pelas características cimentantes conferidas pela cinza.

Desse modo, a função da cal foi potencializar estas reações, melhorando os

parâmetros de resistência.

Vale ressaltar, contudo, que este incremento nas reações não foi observado

na mistura com maior teor de cinza (30%), o que pode ter ocorrido em função do

baixo teor de cal adicionado à mistura, havendo pouca quantidade de cal para

grande quantidade de cinza, dificultando, assim, a ocorrência das reações.

É importante destacar também que, comparando as misturas sem cal e com

cal, a resistência aumentou com o aumento da massa específica aparente seca

dessas misturas, o que também ocorreu no trabalho de Rosa (2009), que utilizou a

mesma cinza da presente pesquisa.

Com relação aos resultados obtidos com a areia, pode-se dizer que os

mesmos não foram tão satisfatórios como se esperava. A princípio, solos mal

graduados e desprovidos de finos, como a areia utilizada nesta pesquisa, não são

indicados para processos de estabilização de solos, uma vez que o maior volume

de vazios das partículas e o menor número de contatos entre elas tendem a

dificultar o processo de cimentação, como afirma Nardi (1975).

Dessa forma, o emprego da cinza volante nas misturas com areia foi

justamente substituir a fração fina do solo, auxiliando nas reações com a cal.

Contudo, como dito anteriormente, estas reações podem ter sido inibidas em

função da quebra dos grumos formados ao longo do processo de cura e de

possíveis reações do sal da areia com a cinza e a cal.

Devido à falta de padrão observada nos resultados obtidos com a cura, foi

difícil determinar um teor ótimo de cinza a ser utilizado. Ainda que tenha ocorrido

ganho de coesão das misturas a determinados dias de cura, este ganho veio

acompanhado de uma redução no ângulo de atrito, fazendo com que a areia

obtivesse um comportamento melhor. No entanto, o teor de 27%, sob a cura de

140 dias, proporcionou ao solo um aumento de ambos os parâmetros de

resistência, o que sinaliza que, para a ocorrência das reações pozolânicas para este

DBD


139

tipo de material, é necessário tempo, podendo a resistência aumentar mesmo após

alguns anos.

Ao contrário do que foi observado, Rosa (2009) verificou um aumento

proporcional da resistência à compressão simples com o aumento do teor da cinza

volante. Para as misturas com teores mais elevados de cinza, a autora constatou

que o tempo de cura das misturas exerceu forte influência sobre a resistência dos

materiais, que aumentou com o aumento do tempo de cura, independentemente da

quantidade de cal e da massa específica aparente seca utilizada.

DBD


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