Fadel, Amanda Wajnberg

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Lume 5.8

DESENVOLVIMENTO DE NOVOS MATERIAIS GEOTÉCNICOS ARTIFICIALMENTE CIMENTADOS E SUA APLICAÇÃO NA CONTENÇÃO DE CONTAMINANTES E NA ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS  Amanda W. Fadel¹ Nilo C. Consoli² Rodrigo Caberlon³ ¹Estudante de Engenharia Ambiental e Bolsista; ²Professor Departamento Eng. Civil e Orientador; ³Estudante de Pós Doutorado e Coorientador  INTRODUÇÃO A presente pesquisa teve por objetivo determinar a influência de parâmetros, tais como: porosidade, teor de agente cimentante e teor de umidade na resistência à compressão simples do caulim artificialmente cimentado e determinar a influência destes mesmos parâmetros para misturas de arenito-cinza de casca de arroz-cal (solo-cinza-cal) submetidas à compressão simples. O programa experimental e os resultados encontrados encontram-se descritos abaixo.  MATERIAIS E MÉTODOS Caracterização do Material Caulim  Um dos solos utilizados nesta pesquisa é o caulim rosa. De acordo com o Sistema Unificado de Classificação o caulim é considerado um silte de baixa plasticidade. Para a caracterização complementar do material foram executados ensaios de compactação utilizando energia Proctor modificada, seguindo a Norma NBR 7182/86. O ensaio consiste em compactar determinada quantidade de solo em um cilindro com volume conhecido. A compactação é realizada de forma estática, em três camadas, com o número de golpes aplicada em cada, definido pela NBR 7182/86. Faz-se variar o teor de umidade a fim de obter-se a umidade ótima de compactação. O resultado do ensaio de compactação para o caulim e para uma mistura caulim + cimento é apresentado na figura 1.  Figura 1: curva de compactação energia Proctor modificado para o caulim, mistura caulim e cimento, e curva de saturação do caulim. Arenito Botucatu O solo residual de arenito Botucatu (SRAB) é segundo a classificação unificada uma areia fina siltosa (SM) fracamente plástica, proveniente da formação Botucatu da Bacia do Paraná. Sua composição granulométrica é composta de aprox. 8,8% de areia média, 47,3% de areia fina, 29,9% de silte e 14% de argila (Figura 2).   Figura 2 – Curva granulométrica do solo residual de arenito Botucatu.   Cinza de casca arroz  A cinza utilizada é proveniente da calcinação da casca de arroz.O processo de calcinação da casca de arroz passou por queima da mesma em uma temperatura de 650 graus celsius por três horas em forno mufla. Posteriormente a mesma foi moída em um moinho de bolas por três horas para atingir o diametro de grão desejado, com bolas numa proporção de 6:1.  DESENVOLVIMENTO Moldagem e Cura dos Corpos-de-Prova Foram moldadas amostras para ensaios de resistência à compressão simples nas amostras de caulim-cimento e solo-cinza -cal. Para tal foram moldados cilindros de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura. Os corpos-de-prova foram moldados com um peso específico, porosidade e umidade pré-estabelecidos. Para a moldagem o solo, cimento e água foram pesados, e então misturados até completa homogeneização. Duas cápsulas de solo foram retiradas da mistura para determinação do teor de umidade. O corpo-de-prova foi compactado estaticamente em três camadas dentro de um molde tripartido. Após a moldagem, o espécime foi imediatamente retirado do molde e então foi pesado e teve seu diâmetro e altura medidos. O tempo para preparar a mistura e compactar os espécimes foi inferior a uma hora, que é inferior ao tempo de pega do cimento de alta resistência inicial (CP V – ARI). Já para as amostras de solo-cinza-cal o mesmo não acontece. Os CP foram então acondicionados em sacos plásticos para evitar perda de umidade e então curados durante seis dias. Ensaios de Resistência à Compressão Simples Os testes de resistência à compressão simples seguiram a Norma Brasileira NBR 12025/90. Uma prensa automática com capacidade de 50 kN, e anéis dinamométricos de 10 e 50 kN foram utilizados nos testes. Para o caulim artificialmente cimentado, após o período de cura de seis dias, os CP foram submergidos em água por vinte e quatro horas para atingir a saturação, elevando assim o tempo total de cura para sete dias. Somente após esse período de sete dias, foram realizados os ensaios de resistência à compressão simples. Já para as misturas solo-cinza-cal as amostras estão em fase de moldagem e cura, onde as mesmas serão submetidas a ensaios de resistência a compressão simples após 90 dias de cura. O programa de ensaios de resistência à compressão simples foi concebido de forma a avaliar, separadamente, a influência do teor de cimento, teor de umidade e porosidade na mistura solo-cimento estudada. Os pontos de moldagem são mostrados na figura 3, juntamente com a curva de compactação Proctor modificado e as curvas de saturação de 90% e 100%.  Figura 3: Pontos de moldagem Ensaios de Resistência à Compressão Diametral Os ensaios de resistência à compressão diametral seguirão a Norma Brasileira NBR 7222/94. Uma prensa automática com capacidade de 50 kN, e anéis dinamométricos de 10 e 50 kN serão utilizados nos testes. As misturas solo-cinza-cal as amostras serão moldadas e curadas por 90 dias, onde posteriormente as mesmas serão submetidas a ensaios de resistência a compressão diametral. O programa de ensaios de resistência à compressão diametral foi concebido de forma a avaliar, separadamente, a influência do teor de cimento, teor de umidade e porosidade na mistura solo-cimento estudada. As porcentagens de cinza utilizadas são de 12,5 e 25%, e de cal, serão utilizadas porcentagens de cal de 5, 7 e 9%, tendo-se uma variação no peso específico seco do material, que será de 1,4; 1,5 e 1,6g/cm3. Todas amostras serão moldadas na umidade de 14%.  RESULTADOS Efeito do Teor de Cimento, Teor de Umidade e Porosidade na Resistência à Compressão Simples A variação da resistência à compressão simples (qu) com o teor de cimento (C) é mostrada na figura 4. Uma função linear se aproxima bem dos resultados encontrados para qu versus C. Percebe-se o aumento da resistência à compressão simples com o aumento do teor de cimento. Contudo, a taxa de crescimento da resistência é mais pronunciada para pesos específicos aparentes secos mais altos.   Figura 4: variação da resistência à compressão simples (qu) com o teor de cimento (C) para um teor de umidade de 23% A figura 5 mostra a variação da qu com a porosidade ( ) para diferentes teores de cimento. Percebe-se um aumento exponencial da resistência à compressão simples com a redução da porosidade.  Figura 5: resistência à compressão simples (qu) versus a porosidade ( ) para a mistura solo-cimento com C = 3, 5, 7 e 9% e teor de umidade de 20%. Em relação ao teor de umidade, a presente pesquisa, demonstrou que a resistência à compressão simples aumenta de maneira linear (figura 6) com o teor de umidade ( ), para os teores de umidade estudados.  Figura 6: resistência à compressão simples (qu) versus teor de umidade ( ) com um d = 14 kN/m³ Efeito da Relação Vazios/Cimento na Resistência à Compressão Simples As figuras 4 e 5 mostram que para um dado teor de umidade a resistência à compressão simples é dependente da porosidade e do teor de cimento. Portanto, propõe-se o uso da razão vazios/cimento ( /Civ) para a estimativa da qu do caulim artificialmente cimentado.  Figura 7: variação da resistência à compressão simples (qu) com expoente da relação vazios/cimento ( /Civ) ajustado, considerando todas as massas específicas aparentes secas e diferentes teores de cimento e teores de umidade de 17, 20 e 23%. Percebe-se pelas figuras 4 e 5 que a taxa de crescimento da qu com a porosidade e com o teor de cimento são diferentes. Uma maneira de tornar essas taxas de variação compatíveis é através da utilização de um expoente. Neste trabalho, optou-se por aplicar o expoente ao fator Civ. O melhor ajuste foi encontrado com um expoente de 0,35, como apresentado na figura 7. Verifica-se na figura 7, que quanto maior o teor de umidade maior a resistência à compressão simples da mistura solo-cimento estudada, dado um CP com mesmo teor de cimento e mesma porosidade. Com base nas equações expressas na figura 7, observa-se que é possível atingir a qu desejada com a variação do parâmetro desejado ( ou Civ). As equações também permitem a verificação de campo, por exemplo, caso seja verificada uma condição de compactação aquém da necessária, é possível, através das equações, verificar a qu que será obtida e então tomar a decisão adequada.  REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7.182: ensaio de compactação. Rio de Janeiro, 1986. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12.025: solo-cimento – ensaio de compressão simples de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1990. CONSOLI, N. C.; FOPPA, D.; FESTUGATO, L.; HEINECK, K. S. Key parameters for strenght control of artificially cemented soils. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, New York, v. 133, n. 2, p. 197-205, Feb. 2007. CONSOLI, N. C., CRUZ, R. C., FLOSS, M. F., FESTTUGATO, L. Parameters controlling tensile and compressive strength of artificially cemented sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, New York: ASCE, v. 136, n. 5, p. 759-764, 2010. 

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