( PDF ) Avaliação de um resíduo da construção civil beneficiado como material alternativo para sistema de cobertura

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AVALIAÇÃO DE UM RESÍDUO DA CONSTRUÇÃO CIVIL BENEFICIADO

COMO MATERIAL ALTERNATIVO PARA SISTEMA DECOBERTURA

Mauricio Correia de Barros

TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS

PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIA EM

ENGENHARIA CIVIL.

Aprovada por:

_________________________________

Prof. Maria Claudia Barbosa, D. Sc.

__________________________________

Prof. Mauricio Ehrlich, D. Sc.

___________________________________

Prof. Cláudio Fernando Mahler, D. Sc.

___________________________________

Prof. Gustavo Ferreira Simões, D. Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

MAIO DE 2005

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BARROS, MAURICIO CORREIA

Avaliação de um resíduo da construção civil

beneficiado como material alternativo para

sistema de cobertura [Rio de Janeiro]2005

XIII, 96 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc.,

Engenharia Civil, 2005)

Tese – Universidade Federal do Rio de

Janeiro, COPPE

1. Resíduos de construção e demolição (RCDs).

2. Propriedades físicas de resíduos.

3. Sistemas de cobertura.

4. Aterros de resíduos.

I. COPPE/UFRJ II. Título (série)

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Dedico este trabalho a toda minha família,

em especial, a minha esposa Adriana e a

minha filha Ana Beatriz, que me apoiaram

para que eu conseguisse realizar este

sonho.

iii

AGRADECIMENTOS

Todas as nossas vitórias e conquistas resultam não só do nosso esforço, mas

também da colaboração de outras pessoas. Por isso, agradeço a Deus e a Jesus Cristo, o

mestre por excelência por me proporcionar vida e a oportunidade de aprender.

Agradeço a professora Maria Cláudia Barbosa pela disponibilidade apresentada

em todos os momentos que necessitei e pelo companheirismo durante todo o curso.

Obrigado também por acreditar no meu trabalho. A sua maneira de orientar é um

exemplo brilhante para aqueles que estão ao seu lado.

Ao engenheiro civil e amigo Fernando Afonso pelo fornecimento do agregado

reciclado miúdo de RCD, que foi utilizado na realização desta pesquisa.

Ao professor Marcio Almeida por me fornecer subsídios didáticos e literaturas

que foram de suma importância para esta pesquisa.

Ao professor e Diretor da Geo-Rio, Rogério Feijó, pela indicação para curso de

mestrado.

Aos laboratoristas Carlos, Bororó e Elcio pela colaboração na realização de vários

ensaios.

Ao engenheiro civil Sérgio pela especial colaboração nos ensaios de

condutividade hidráulica e cisalhamento direto.

A doutoranda Tatiana que sempre me apoiou e orientou nos momentos de

dificuldades e de dúvidas.

As doutorandas Deise e Marcela que nunca mediram esforços para me

incentivarem, obrigado pela amizade e ajuda durante todo o curso. A minha conquista é

também de vocês.

As doutorandos Petrônio e Antonio que sempre acreditaram na minha

capacidade. A amizade e o companheirismo são pontos fortes da personalidade de

vocês. Hoje devo agradecer a amizade e colaboração recebida.

Aos meus chefes imediatos, Jorge Clímaco, Jair Loureiro e Alexandre José por

acreditarem no meu potencial e me apoiarem em toda trajetória desta pesquisa.

E por fim a todos que direta ou indiretamente me ajudaram a atingir o meu alvo, o

meu muito obrigado.

Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M. Sc.)

AVALIAÇÃO DE UM RESÍDUO DA CONSTRUÇÃO CIVIL BENEFICIADO

COMO MATERIAL ALTERNATIVO PARA SISTEMA DE COBERTURA

Mauricio Correia de Barros

Maio/2005

Orientadora: Maria Cláudia Barbosa

Programa: Engenharia Civil

Este trabalho apresenta o estudo do aproveitamento do resíduo da construção e

demolição beneficiado, como material alternativo para cobertura de aterros.

São apresentados os resultados da investigação das características físicas e químicas,

e ainda o comportamento geomecânico, quanto à resistência ao cisalhamento, à

erodibilidade e à condutividade hidráulica do agregado reciclado miúdo proveniente do

beneficiamento do entulho da cidade do Rio de Janeiro.

Por meio dos ensaios realizados pode-se concluir que o material estudado apresenta

características e comportamento típicos de um solo granular. Possui peso específico

aparente seco máximo – γ

dmax

: 1,93g/cm

, umidade ótima - W

ót

: 13,5%, ângulo de atrito

interno(ø) de 35°, coeficiente de permeabilidade saturada (k

sat

) na ordem de 10

-5

cm/s,

podendo atingir 10

-12

cm/s na condição não saturada para uma sucção de 200 kPa. É um

material erodível, porém não dispersivo, com

potencial de aplicação em diferentes

camadas de coberturas de aterros de resíduos, principalmente em regiões de climas

árido e semi-árido.

Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfilment of the requirements

for the degree Master's of Sciences (M. Sc.)

EVALUATION OF A RECYCLED CONSTRUCTION CIVIL WASTE AS

ALTERNATIVE MATERIAL FOR COVER SYSTEM

Mauricio Correia de Barros

May/2005

Advisor: Maria Cláudia Barbosa

Department: Civil Engineering

This work introduces the study of the application of the recycled construction and

demolition waste, as an alternative material for cover system.

The investigation results of the physical and chemical characteristics, and of the

geomechanical behavior, involving shear strength, erodibility and hydraulic

conductivity parameters of the recycled material from Rio de Janeiro, are presented.

It can be concluded that the material studied has characteristics and geomechanical

behavior similar to a granular soil. It has a maximum dry apparent specific mass of

1,93g/cm

, optimum moisture content of 13,5%, friction angle of 35°, saturated

coefficient of permeability in the order of 10

-5

cm/s and not saturated in the order of 10

cm/s for a suction of 200 kPa. This material is erodible, but it is not dispersive, with

potential application in different layers of landfill covers, particularly in areas with arid

and semi-arid climates.

SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO ......................................................................................................01

1.1 – O Resíduo da Construção e Demolição .......................................................01

1.2 - Objetivos da pesquisa ...................................................................................04

1.3 – Estrutura e apresentação da pesquisa ...........................................................05

2 - RESÍDUO DA CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO ..............................................06

2.1 – Definições, conceitos e classificação ..........................................................06

2.2 – Histórico .......................................................................................................08

2.3 – Composição do RCD ....................................................................................09

2.4 - Impurezas na composição do RCD ............................................................12

2.5 – Beneficiamento do RCD ..............................................................................13

2.5.1 – Equipamentos utilizados no beneficiamento do RCD .....................14

2.5.2 – Características do material beneficiado ............................................15

2.6 – Aspectos econômicos de produção e utilização do RCD ...........................18

3 - SISTEMAS DE COBERTURA EM ATERROS ...............................................20

3.1 – Fatores avaliados no projeto do sistema de cobertura final ........................20

3.2 – Cobertura ......................................................................................................21

3.2.1 – Tipos de cobertura ..........................................................................21

3.2.2 – Componentes de uma cobertura final ..............................................22

3.3 – Coberturas Alternativas ..............................................................................31

4 - CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA ..................................................................36

4.1 - Conceitos .....................................................................................................36

4.2 - Fatores que influenciam na condutividade hidráulica ..................................36

4.2.1 – Índice de vazios ..............................................................................36

4.2.2 – Grau de saturação ............................................................................37

4.2.3 – Estrutura dos solos .........................................................................37

4.2.4 – Peso específico e viscosidade do líquido percolante ......................38

4.2.5 – Textura e forma da partícula ............................................................39

4.2.6 – Composição mineralógica ..............................................................39

4.3 - Ensaios de permeabilidade com carga constante e variável ........................39

vii

4.3.1 – Ensaio de permeabilidade com carga constante .............................39

4.3.2 – Ensaio de permeabilidade com carga variável .................................41

4.4 –Sucção

do solo e sua correlação com condutividade hidráulica não saturada 42

4.4.1 – Conceitos de sucção do solo ...........................................................42

4.4.2 – Método de medição de sucção matricial .........................................44

4.4.3 - Curva de retenção de água do solo ..................................................47

4.4.4 – Curva característica de condutividade hidráulica não saturada .......51

5 – PROGRAMA EXPERIMENTAL ......................................................................54

5.1 – Introdução ..................................................................................................54

5.2 – Coleta de amostras ....................................................................................54

5.3 – Caracterização dos materiais ......................................................................55

5.3.1 – Análise granulométrica ...................................................................55

5.3.2 – Densidade real dos grãos ................................................................55

5.3.3 – Ensaio de compactação ...................................................................56

5.4 – Ensaios de condutividade hidráulica ..........................................................56

5.5 – Curva característica .....................................................................................57

5.6 - Ensaio de erodibilidade ...............................................................................59

5.6.1 – Ensaio de desagregação ..................................................................59

5.6.2 – Ensaio de Crumb Test ....................................................................60

5.7 – Ensaio de cisalhamento direto ....................................................................61

5.8 – Ensaio de lixiviação e solubilização ............................................................63

5.8.1 – Ensaio de lixiviação ........................................................................64

5.8.2 – Ensaio de solubilização ...................................................................65

6 – APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS E ANÁLISES ...................................66

6.1 – Ensaios de caracterização ............................................................................66

6.1.1 – Análise granulométrica ...................................................................66

6.1.2 – Densidade real dos grãos ................................................................67

6.1.3 – Compactação da amostra ................................................................67

6.2 – Ensaios de condutividade hidráulica ...........................................................69

6.3 – Curva característica pelo método do papel filtro ........................................72

6.4 – Ensaio de erodibilidade e Crumb Test .......................................................74

6.4.1 – Ensaio de erodibilidade ...................................................................74

viii

6.4.2 – Ensaio de Crumb Test ......................................................................78

6.5 – Ensaios de Cisalhamento direto .................................................................80

6.6 – Ensaios de lixiviação e solubilização ..........................................................84

6.6.1 – Ensaio de lixiviação ........................................................................84

6.6.2 – Ensaio de solubilização ..................................................................85

7 – CONCLUSÕES .....................................................................................................87

7.1 – Verificação para cobertura final de aterros de resíduos sólidos urbanos .....88

7.2 - Verificação para coberturas alternativas ......................................................90

7.3 – Considerações finais ....................................................................................91

7.4 – Sugestões para futuras pesquisas ................................................................91

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANEXOS

LISTA DE SÍMBOLOS

k(ψ)

coeficiente de condutividade hidráulica não saturada

k coeficiente de condutividade hidráulica saturada

umidade volumétrica saturada

umidade volumétrica residual

m e n constantes empíricas

G densidade real dos grãos

diâmetro efetivo das partículas

peso específico do fluido

peso específico aparente seco

Μ viscosidade do fluido

E índice de vazios

C fator de forma

Q volume de água percolada

altura do corpo de prova

Rt fator de correção da viscosidade da água

H perda de carga hidráulica

A área do corpo de prova

T tempo decorrido

A seção do tubo do permeâmetro

L Altura do corpo de prova

carga inicial

carga final

sucção total

sucção matricial

sucção osmótica

pressão do ar

pressão da água

pF logaritmo de pressão expresso em centímetros de água

umidade do papel

sucção matricial que corresponde à entrada de ar (air entry)

sucção matricial que corresponde à umidade volumétrica residual

umidade volumétrica

parâmetro de ajuste da curva

parâmetro de ajuste, depende do tipo de solo

valor aproximado da sucção matricial de entrada de ar

τ tensão cisalhante

σ tensão normal

c coesão

ø ângulo de atrito

i gradiente hidráulico

w umidade

umidade ótima

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 2.1 – Distribuição da composição do resíduo da construção e demolição de

São Carlos/SP .....................................................................................11

FIGURA 2.2 – Composição média do entulho de Salvador/BA ...................................11

FIGURA 2.3 – Curva Granulométrica do agregado reciclado miúdo de Salvador ...... 16

FIGURA 2.4 – Curva Granulométrica do agregado reciclado graúdo de Salvador .......17

FIGURA 3.1 – Tipos de cobertura .................................................................................21

FIGURA 3.2 – Camadas de um sistema de cobertura final ............................................22

FIGURA 3.3 – Tipos de configurações de cobertura final .............................................24

FIGURA 3.4 – Modelo de sistema de drenagem de águas pluviais ...............................24

FIGURA 3.5 – Tipos de sistemas de drenagem no pé do talude ................................... 28

FIGURA 3.6 – Balanço hídrico de duas regiões semi-áridas, (a) Joanesburgo-África

do Sul e (b) Regina – Canadá ...............................................................31

FIGURA 3.7 – Exemplos de duas coberturas finais de aterro sanitário que permitem

percolação máxima ................................................................................. 33

FIGURA 3.8 – Modelos de coberturas finais alternativas para regiões áridas e semi-

Áridas...............................................................................................................................34

FIGURA 4.1 – Permeâmetro com carga constante......................................................... 40

FIGURA 4.2 – Permeâmetro de carga variável.............................................................. 41

FIGURA 4.3 – Esquema ilustrativo da definição de sucção.......................................... 42

FIGURA 4.4 – Tipos de fluxo de água do solo para o papel filtro ............................... 45

FIGURA 4.5 – Curvas características de solos argilosos e arenosos .............................47

FIGURA 4.6 – Curvas características por umedecimento e secagem ............................48

FIGURA 4.7 – Efeito da estrutura do solo na curva de retenção .................................49

FIGURA 4.8 – Curvas características obtidas para diferentes tipos de solos ................50

FIGURA 4.9 – Curva ilustrativa de condutividade hidráulica não saturada .................52

FIGURA 5.1 – Interior da usina de reciclagem da usina de Catumbi ..........................54

FIGURA 5.2 – Agregado reciclado ...............................................................................55

FIGURA 5.3 – Esquema de saturação com bomba a vácuo ..........................................57

FIGURA 6.1 – Curva de distribuição granulométrica do agregado reciclado miúdo de

RCD ................................................................................................................................66

FIGURA 6.2 – Curva de compactação do agregado reciclado miúdo de RCD ............68

FIGURA 6.3 – Curva de retenção de água do agregado reciclado miúdo de RCD .....72

FIGURA 6.4 – Curva de condutividade hidráulica não saturada ..................................73

FIGURA 6.5 – Esquema e disposição da amostra no ensaio de desagregação .............74

FIGURA 6.6 – Primeiro estágio do ensaio de desagregação ........................................75

FIGURA 6.7 – Segundo estágio do ensaio de desagregação ........................................76

FIGURA 6.8 – Terceiro estágio do ensaio de desagregação .........................................76

FIGURA 6.9 – Quarto estágio do ensaio de desagregação ...........................................77

FIGURA 6.10 – Final do ensaio de desagregação ........................................................77

FIGURA 6.11 – Primeira etapa do ensaio de Crumb Test ............................................78

FIGURA 6.12 – Segunda etapa do ensaio de Crumb Test ............................................79

FIGURA 6.13 – Envoltória para todas as tensões .........................................................80

FIGURA 6.14 – Envoltória para tensões mais baixas ....................................................81

FIGURA 6.15 – Deslocamento vertical x deslocamento horizontal ..............................82

FIGURA 6.16 – Tensão normalizada e deslocamento horizontal ................................82

xii

ÍNDICE DE TABELAS

TABELA 2.1 – Índices de composição de RCD em Hong Kong ...................................10

TABELA 2.2 - Classificação

granulométrica do agregado reciclado miúdo de Salvador17

TABELA 2.3 - Classificação

granulométrica do agregado reciclado graúdo de Salvador18

TABELA 2.4 – Custos do gerenciamento de resíduos da construção e demolição em

alguns municípios brasileiros .............................................................. 19

TABELA 4.1 – Correlações para determinação da sucção matricial com o método do

papel filtro..............................................................................................46

TABELA 5.1 – Classificação do solo quanto à dispersividade .....................................61

TABELA 6.1 – Quadro resumo dos índices físicos iniciais ..........................................69

TABELA 6.2 – Quadro resumo de ensaios de condutividade hidráulica sem

compactação - Carga Constante ............................................................70

TABELA 6.3 – Quadro resumo de ensaios de condutividade hidráulica com

Compactação Proctor Normal – Cargas constante e variável ..............70

TABELA 6.4 – Quadro resumo de ensaios de condutividade hidráulica com

compactação estática – Carga Variável ................................................71

TABELA 6.5 – Índices físicos iniciais do ensaio pelo método do papel filtro ..............72

TABELA 6.6 – Índices físicos iniciais do ensaio de desagregação ................................74

TABELA 6.7 – Índices físicos iniciais do ensaio de Crumb Test .................................78

TABELA 6.8 – Quadro resumo do ensaio de Crumb Test ........................................... 79

TABELA 6.9 – Índices físicos iniciais do ensaio de cisalhamento direto .....................80

TABELA 6.10 – Quadro resumo do ensaio de lixiviação ............................................ 84

TABELA 6.11 – Quadro resumo do ensaio de solubilização ....................................... 85

xiii

1 – INTRODUÇÃO

1.1 – O Resíduo da Construção e Demolição

A geração de resíduos e o meio ambiente

Todos os bens materiais que existem um dia serão resíduo, sejam eles casas,

automóveis, móveis, pontes, aviões. Aliados a estes existem os resíduos provenientes

dos processos de extração de matérias-primas e de produção de bens. Desta forma, a

quantidade de resíduos que são gerados todos os dias tende a superar a quantidade de

bens que são consumidos.

A geração desenfreada de resíduos, associada a uma disposição inadequada tem

como conseqüência a poluição do meio ambiente. Por este motivo a cada dia que passa,

torna-se maior a preocupação da população mundial com a preservação do meio

ambiente, que constantemente tem sido alvo de ataques pelos acidentes e catástrofes, e

que por razões diversas ocorrem em todas as partes do planeta. Um outro fator

preocupante, na atualidade, é o consumo excessivo dos recursos naturais, que ao longo

do tempo tem se tornado uma ameaça no contexto ambiental.

Com a finalidade de minimizar o impacto ambiental causado pelas atividades

humanas, todos os segmentos da sociedade têm buscado métodos de produção de forma

a não poluir o meio ambiente, tendo em vista que os bons negócios estão interligados às

atitudes e medidas tomadas para reduzir a degradação do meio ambiente.

Todos os setores industriais têm contribuído para degradação do meio ambiente

e o setor da construção civil é um destes, pois a quantidade de energia e recursos

naturais consumidos e o volume de resíduos gerados são bastante significativos. Isto se

verifica por vários motivos, um deles é a falta de qualidade dos bens e serviços

realizados por este setor, que conseqüentemente promovem a geração de entulho e

contribuem sobremaneira no volume de resíduos gerados.

No Brasil, PINTO (1986) estimou um índice médio de produção de entulho de

0,9 tonelada por metro quadrado construído e, aplicando este índice para a cidade de

São Carlos, por exemplo, obteve o cálculo de treze mil toneladas de entulho ao mês.

Dados do mesmo autor, em 1999, segundo LEITE (2001) mostram que no Brasil é

gerado 0,52 tonelada de entulho por habitante por ano, representando de 54% a 61% da

massa total de resíduos sólidos urbanos.

Outro fator de grande relevância na geração de resíduos da construção é o nível

de desenvolvimento sociocultural e econômico dos centros urbanos, pois o crescimento

econômico ocasiona, também, o crescimento do setor de construção, o que acarreta um

aumento na demanda de matéria prima e energia, e que por ingerência dos processos

produtivos pode aumentar também a geração de resíduos. Vale ainda salientar que no

Brasil, por exemplo, o déficit habitacional é um dos agentes propulsores para construção

de novas habitações, o que conseqüentemente contribui para geração de resíduos.

Segundo LEVY e HELENE (2000) um outro fator que contribui para geração de

resíduos foram as construções, em um passado não muito distante, de muitas estruturas

de concreto confeccionadas sem o conhecimento técnico necessário sobre a sua

durabilidade, o que levou, e leva, ainda hoje, à redução da vida útil das estruturas,

causando sério aumento no volume dos resíduos gerados.

Aliado a estes fatores tem-se ainda a falta de cultura de reciclagem nas reformas

e demolições, o que contribui de forma significativa na geração de resíduos.

Existe ainda o fator desastre que pode ser tanto de ordem natural (terremotos e

avalanches) como causado pelo homem, ou seja, guerras e bombardeios, ou ainda os

decorrentes de falhas estruturais, que culminam com a geração de resíduos de

construção e demolição.

Diante do exposto acima pode-se verificar que são várias as fontes geradoras de

resíduos da construção e demolição, mas não é só a geração de resíduos que preocupa o

setor. À medida que o tempo passa tornam-se cada vez mais escassas as fontes de

recursos naturais não renováveis, próximo aos grandes centros urbanos, como as de

agregados a serem utilizados no setor da construção civil. Aliado a isto, os problemas

com o gerenciamento dos resíduos gerados, o escasseamento de áreas de disposição e a

limpeza urbana, entre outros, são pontos de grande relevância e que precisam ser

avaliados na análise do impacto ambiental causado por um determinado setor.

Porém, o somatório de todos estes fatores impulsiona a busca de soluções e de

alternativas a fim de minimizar o impacto ambiental gerado pela indústria da

construção.

A nova geração de engenheiros geotécnicos tem se despertado na busca de

soluções dos problemas ambientais que são causados pela alta geração de resíduos da

construção civil, pois são sabedores que o desenvolvimento sustentável requer uma

redução do consumo de matérias primas não renováveis.

Reciclagem do resíduo da construção civil

A reciclagem desponta como a melhor alternativa para reduzir o impacto que o

ambiente pode sofrer com o consumo de matéria prima e a geração desordenada de

resíduos.

Ultimamente a reciclagem de resíduos tem sido incentivada em todo o mundo,

seja por questões de ordens políticas, econômicas ou ambientais. Esta técnica de

minimização de resíduos é importante, pois com a reciclagem de resíduos de construção

e demolição haverá uma diminuição do impacto ambiental nos grandes centros e uma

elevada contribuição no gerenciamento dos problemas causados pelo alto volume que

diariamente é produzido. Haverá um crescimento da vida útil dos aterros sanitários,

diminuição dos pontos de descarte clandestinos, (causadores do agravamento das

enchentes urbanas) e redução dos custos de gerenciamento de resíduos.

Porém, para que haja aceitação no mercado de um produto resultante da reciclagem

é necessário conhecê-lo muito bem quanto às suas propriedades físicas, químicas e

tecnológicas, bem como a viabilidade econômica de sua produção e utilização. Quanto

ao aspecto físico deve-se levar em consideração que um dos maiores problemas do

agregado reciclado do resíduo da construção e demolição é a heterogeneidade, pois a

sua composição mineral pode variar com a etapa em que se encontra a obra, podendo o

mesmo apresentar alto teor de material cerâmico, durante a execução de alvenaria de

tijolo cerâmico, ou de argamassa na fase de revestimentos, ou ainda de concreto na fase

estrutural. Com relação às propriedades químicas é necessário avaliar qualitativa e

quantitativamente os impactos ambientais que podem ser causados com a utilização

desse produto, tais como as possíveis contaminações químicas das águas subterrâneas e

superficiais e as interações deste produto com o solo. A economia também deve ser

avaliada, pois a viabilidade de produção do agregado reciclado está condicionada ao

fato do mesmo ter um custo inferior ao do agregado natural.

Utilização do resíduo da construção e demolição reciclado

Quanto à utilização dos resíduos de construção e demolição, atualmente, várias

são as suas aplicações e algumas delas já estão bem difundidas, tais como, a utilização

na confecção de blocos de concreto, argamassa para revestimentos, em base e sub-base

de pavimentos, na produção de concretos magros sem fins estruturais, entre outros.

Especificamente, quanto ao uso do resíduo da construção e demolição (RCD)

reciclado como material alternativo na cobertura de aterros sanitários, não existem

muitas publicações em literaturas técnicas. Porém, segundo KOERNER e DANIEL

(1997), alguns materiais de construção e demolição podem ser usados no sistema de

cobertura final. Tem-se conhecimento que o resíduo da construção e demolição, sem

passar por um processo de beneficiamento, vem sendo utilizado empiricamente em

vários centros urbanos, como por exemplo no aterro metropolitano de Jardim

Gramacho, Duque de Caxias – RJ. Sabe-se também que na cidade de Belo Horizonte -

MG, existe um aterro sanitário, em que o resíduo da construção e demolição (sem passar

por um processo de beneficiamento) tem sido utilizado como camada de cobertura

diária, porém com acompanhamento e avaliação da compactação deste material

(SIMÕES et al, 2003).

1.2 – Objetivos da pesquisa:

Este trabalho tem como objetivo geral avaliar a possibilidade de utilização do

agregado reciclado miúdo proveniente do beneficiamento do resíduo da construção e

demolição (RCD) como material substitutivo, total ou parcial, dos agregados naturais

que são usados nas diversas camadas de um sistema de cobertura final de aterros.

Os objetivos específicos são:

• avaliar algumas propriedades físicas do agregado reciclado miúdo produzido a partir

do resíduo de construção e demolição, comparando os resultados obtidos com as

especificações da Norma Brasileira para agregados naturais (por exemplo:

granulometria, densidade, entre outras);

• avaliar os parâmetros geotécnicos exigidos para cada camada do sistema de

cobertura final, e quais os que se assemelham aos encontrados no agregado

reciclado miúdo de RCD.

• avaliar o comportamento mecânico do agregado reciclado miúdo, em termos de

resistência ao cisalhamento;

• avaliar, por análises químicas, se o agregado reciclado miúdo possui substâncias

consideradas contaminantes; e

• avaliar em quais camadas do sistema de cobertura final de aterros o agregado

reciclado miúdo do RCD pode ser aplicado como material substituto do agregado

natural.

1.3 – Estrutura da apresentação da pesquisa

Esta dissertação está dividida em sete capítulos. Uma breve introdução, com

abordagem de questões relativas à justificativa e importância da pesquisa, bem como

seus objetivos, estão apresentados no Capítulo 1.

O segundo capítulo apresenta a revisão bibliográfica sobre resíduos de

construção e demolição no tocante a assuntos mais genéricos como a quantidade,

composição, métodos e equipamentos de beneficiamento disponíveis para este tipo de

resíduo, uma avaliação dos tipos de impurezas que podem estar presentes na sua

composição e, por fim, alguns aspectos econômicos relativos ao resíduo.

No terceiro capítulo apresenta-se a revisão bibliográfica de alguns tipos de

sistema de cobertura de aterros, sua composição por camadas, os materiais mais

comumente utilizados nestas camadas e, por fim, a questão das possíveis alternativas de

cobertura para regiões de clima árido e semi-árido.

O quarto capítulo apresenta a revisão bibliográfica sobre a condutividade

hidráulica saturada e não saturada, tipos de sucção no solo e correlações com a

condutividade não saturada.

O quinto capítulo descreve o programa experimental da pesquisa. Neste capítulo

apresentam-se a caracterização do agregado reciclado, os métodos utilizados para a

realização dos ensaios de condutividade hidráulica, erodibilidade, cisalhamento direto,

solubilização e lixiviação.

O sexto capítulo apresenta a análise e discussão dos resultados obtidos.

No sétimo capítulo são feitas as conclusões finais e sugestões para trabalhos

futuros. Na bibliografia constam as principais referências que serviram de base para a

pesquisa e nos anexos, planilhas de ensaios realizados durante a pesquisa.

2 – RESÍDUO DA CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO

2.1 – Definições, conceitos e classificação

Definição:

O resíduo da construção e demolição pode ser definido como as sobras e rejeitos

de materiais provenientes de obras de construções novas ou de reformas e de

demolições.

A Resolução CONAMA nº 307, de 5 de julho de 2002, define este resíduo com

os seguintes termos:

Resíduo da construção civil: são os 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.

A mesma Resolução também conceitua e define outras terminologias que são

importantes para um melhor entendimento deste trabalho, dentre os quais destacam-se

as seguintes:

Geradores: são pessoas, físicas ou jurídicas, públicas ou privadas,

responsáveis por atividades ou empreendimentos que gerem os resíduos

definidos nesta Resolução;

Agregado Reciclado: é o material granular proveniente do beneficiamento

de resíduos de construção que apresente características técnicas para a aplicação

em obras de edificação, de infra-estrutura, em aterros sanitários ou outras obras

de engenharia;

Gerenciamento de resíduos: é o sistema de gestão que visa reduzir,

reutilizar ou reciclar resíduos, incluindo planejamento, responsabilidades,

práticas, procedimentos e recursos para desenvolver e implementar as ações

necessárias ao cumprimento das etapas previstas em programas e planos;

Reutilização: é o processo de reaplicação de um resíduo sem

transformação do mesmo;

Reciclagem: é o processo de reaproveitamento de um resíduo, após ter

sido submetido à transformação;

Beneficiamento: é o ato de submeter um resíduo a operações e/ ou

processos que tenham por objetivo dotá-los de condições que permitam que

sejam utilizados como matéria-prima ou produto;

Aterro de resíduos da construção civil: é a área onde serão empregadas

técnicas de disposição de resíduos da construção civil Classe “A” no solo,

visando a reservação de materiais segregados de forma a possibilitar seu uso

futuro e/ ou futura utilização de área, utilizando princípios de engenharia para

confiná-los ao menor volume possível, sem causar danos à saúde pública e ao

meio ambiente;

Áreas de destinação de resíduos: são áreas destinadas ao beneficiamento

ou à disposição final dos resíduos.

Classificação

Para classificação dos resíduos da construção e demolição tomam-se por base os

parâmetros estabelecidos na norma brasileira, que trata da classificação de resíduos

sólidos, a NBR 10004 (2004).

A Resolução CONAMA nº 307, de 5 de julho de 2002 classifica o resíduo da

construção civil dentro das seguintes classes:

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 infra-estrutura, 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;

Classe B – são resíduos recicláveis para outras destinações, tais como plásticos,

papel/papelão, metais, vidros, madeiras e outros;

Classe C - são 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;

Classe D – são 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.

2.2 – Histórico

Ao contrário do que se imagina, a prática do uso de agregado reciclado

proveniente dos resíduos da construção e demolição não é recente. Alguns estudos

registram que os romanos já faziam uso de alvenaria britada para produção de concreto

(SCHULZ e HENDRICKS, 1992, apud LEITE, 2001).

Porém, a primeira utilização significativa de resíduo da construção e demolição

se evidenciou após o término da 2ª guerra mundial, pois devido à destruição de

inúmeras edificações, milhares de escombros ficaram espalhados pelas cidades e alguns

fatores como o destino a ser dado ao enorme volume de entulho gerado, a necessidade

de aquisição de matéria-prima e da própria reconstrução das cidades, culminaram com a

reutilização parcial dos resíduos.

Na Europa, cidades alemãs e inglesas são exemplos do uso dos escombros

deixados pela guerra. A partir daí vários trabalhos e pesquisas vêm sendo desenvolvidos

na tentativa de melhorar a utilização de resíduos da construção e demolição. Baseados

nestes fatos LEVY e HELENE (2000) afirmam que 1946 foi o marco para o início do

desenvolvimento de técnicas para utilização do resíduo da construção e demolição.

No Japão, na década de 70, foram propostas as primeiras normas para utilização

de agregado reciclado de concreto (LEITE, 2001). E, segundo VÁSQUEZ e BARRA

(2000), neste país dois terços do resíduo de concreto demolido é utilizado na

pavimentação.

No Brasil, o arquiteto Tarcísio de Paula Pinto (1986) apresentou o primeiro

estudo sistemático sobre a utilização de resíduos da construção e demolição. Seu estudo

visava o uso do agregado reciclado na produção de argamassas (PINTO, 1986).

Porém, foi na década de 90 que efetivamente a reciclagem começou no Brasil,

mais especificamente na cidade de Belo Horizonte. Atualmente a técnica está em

expansão e existem usinas de reciclagem em alguns estados do país (LEITE, 2001).

2.3 – Composição do resíduo da construção e demolição

Vários estudos foram realizados, tanto no Brasil como no exterior, para

determinação da composição do resíduo da construção e demolição e, em todos eles,

ficou comprovado que a sua composição final depende muito da fonte que o originou.

Segundo CARNEIRO (2001), além dos fatores regionais, as diferenças observadas na

composição do entulho podem ser atribuídas ao período de amostragem, à técnica de

amostragem utilizada e ao local de coleta da amostra (canteiro/aterro). Por fim, os tipos

de obras predominantes podem influenciar na composição do entulho, conforme o

exemplo da cidade de Hong Kong, demonstrado na tabela 2.1.

TABELA 2.1 – Índices de composição de RCD em Hong Kong

Componentes

presentes

Trabalhos

rodoviários (%)

Escavações

(%)

Sobras de

demolição

(%)

Obras

diversas

(%)

Sobra de

limpeza (%)

concreto 48,0 6,1 54,1 17,5 18,4

tijolos - 0,3 6,3 12,0 5,0

areia 4,6 9,6 1,4 3,3 1,7

Solo, poeira e

lama 16,8 48,9 11,9 16,1 30,5

rocha 7,0 32,5 11,4 23,1 23,9

asfalto 23,5 - 1,6 - 0,1

metais - 0,5 3,4 6,1 4,4

Madeira de

construção 0,1 1,1 7,2 18,3 10,5

Papel e mat.

orgânica - 1,0 1,6 2,7 3,5

outros - - 0,9 0,9 2,0

Fonte: Hong Kong, Polytechnic (1993), citado por LEVY (1997)

De acordo com as análises feitas por PINTO (1986), em estudo que realizou

sobre a composição do resíduo de construção proveniente dos canteiros de obras da

cidade de São Carlos, no estado de São Paulo, cerca de 64% da composição do resíduo é

de argamassa, 30% de componentes cerâmicos e os 6% restantes de outros materiais.

Sendo que para este estudo foram avaliadas 33 amostras de diferentes pontos de coleta

na cidade. A figura 2.1 ilustra estes percentuais.

Argamassa (63,67%) Tijolos maciços (17,98%)

Telhas, lajotas, etc. (11,11%) Concreto (4,38%)

Pedras (1,38%) Ldrilhos de concreto (0,39%)

Cimento Amianto (0,38%) Papel e matéria orgânica (0,20%)

Solo (0,13%) Blocos de concreto (0,11%)

Madeira (0,11%)

FIGURA 2.1- Distribuição da composição do resíduo da construção e demolição de São

Carlos/SP - (PINTO, 1986)

Em estudos apresentados por CARNEIRO (2001) na determinação da

composição dos resíduos da construção da cidade e de Salvador, chegou-se a conclusão

que, na sua composição, cerca de 94% de materiais possuem alto potencial para

reciclagem e utilização posterior na construção civil. E ainda que 53% da composição

são provenientes de concreto e argamassa, 14% de cerâmicas vermelha e branca, 5% de

rochas naturais, que juntos perfazem 72% do entulho estudado. Esses materiais, após

um processo de britagem, podem produzir agregados graúdos com alto potencial de

utilização na construção civil. Outra parte significativa desse entulho é composta por

solo e areia (22%), que após a britagem será ainda maior. Pela figura 2.2 (composição

média do entulho de Salvador ) podem-se visualizar estes percentuais.

Concreto e argamassa (53%)

Cerâmica vermelha (9%)

Cerâmica branca (5%)

Solo e areia (22%)

outros (2%)

Pláticos (4%)

Rocha naturais (5%)

FIGURA 2.2 - Composição média do entulho de Salvador/BA (CARNEIRO, 2001)

Pode-se observar nestes estudos que existem diferenças na composição final do

resíduo da construção e demolição, tanto em cidades de diferentes regiões do Brasil

como São Carlos - SP (região sudeste) e Salvador – BA (região Nordeste), bem como

no exterior (Hong Kong). Estas diferenças são justificadas por diversos fatores, que

estão diretamente associados ao local estudado, dentre os quais se destacam:

• O tipo de obras desenvolvidas (edificações, metrô, esgotamento sanitário,

restauração de centros históricos);

• O desenvolvimento econômico e cultural;

• Os tipos de materiais predominantes na região;

• O tipo de arquitetura das edificações; e

• As técnicas de construção e demolição empregadas.

2.4 – Impurezas na composição do resíduo da construção e demolição

Não se deve descartar a possibilidade de encontrar nestes resíduos substâncias

contaminantes, pois a sua composição química e o risco de contaminação estão

relacionados diretamente com os materiais utilizados na obra que o originou. Apesar de

a maioria das construções e demolições produzirem resíduos inertes, pode haver casos

em que a matéria-prima utilizada altere a classificação do entulho.

Um exemplo é o agregado gerado pela reciclagem de concretos produzidos com

escória com alto teor de metais pesados, que estavam encapsuladas na matriz do

cimento e que podem ser prejudiciais ao meio ambiente e à saúde dos trabalhadores e

usuários (CASSA et al, 1998).

È importante a realização de estudos mais minuciosos sobre os agregados

reciclados a fim de se detectar a existência e os tipos de contaminantes. Estes estudos

devem relacionar os possíveis contaminantes que são passíveis de serem encontrados

nos agregados reciclados e explicitar os seus valores orientadores, para viabilizar ou não

a sua aplicação.

2.5 – Beneficiamento do resíduo da construção e demolição

O processo de beneficiamento dos resíduos da construção e demolição inicia-se

com a coleta, passando na seqüência pelo transporte, triagem, britagem, peneiramento, e

termina na estocagem.

Neste processo estão inseridas as usinas de reciclagem, compostas por

equipamentos trituradores, que são os mais importantes na linha de produção dos

agregados reciclados. Estes trituradores são denominados de britadores, que podem ser

do tipo mandíbulas ou de impacto.

Quanto à implantação de uma usina de reciclagem ou unidade recicladora,

alguns aspectos devem ser observados, dentre os quais destacam-se: o local de sua

instalação e volume de entulho a ser reciclado.

No que tange ao local de instalação deve ser analisado se o mesmo está inserido

dentro do contexto urbano e o mais próximo possível das fontes geradoras. Deve-se

observar ainda se as vias de acesso facilitam o tráfego e transporte do agregado

reciclado.

Outro fator de grande relevância na implantação de uma unidade recicladora é o

impacto ambiental que a mesma pode causar. Para evitar danos ao meio ambiente e às

populações que porventura habitarem no entorno, faz-se necessário a instalação de

equipamentos que reduzam os ruídos causados pelos britadores bem como a emissão de

poeiras.

Num trabalho realizado por CARNEIRO (2001), na cidade de Salvador/BA

foram implantados pontos de coleta de entulho espalhados em pontos estratégicos na

cidade, denominados de Pontos de Descarga de Entulho (PDE), com limite de recepção

diária de 2 m

por transportador. Esta alternativa obteve resultados positivos, pois

diminuiu o descarte de entulhos nos terrenos baldios e nos cursos d’água. Os PDE são

importantes no processo de reciclagem porque funcionam como elo de ligação entre o

gerador e a usina de reciclagem.

No Brasil, algumas prefeituras têm implantado usinas de reciclagem de entulho e

são exemplos de sucesso, tais como a da cidade de Belo Horizonte/MG; São Paulo/SP;

São José dos Campos/SP; Ribeirão Preto/SP; Piracicaba/SP; Londrina/ PR; e Muriaé/RJ

entre outras.

2.5.1- Equipamentos utilizados no beneficiamento do resíduo da construção e

demolição

Dentre os vários equipamentos existentes, destacam-se os britadores. Cada tipo

de britador, segundo alguns autores, possui vantagens e desvantagens.

Britadores de mandíbula

É um equipamento que fratura o resíduo da construção e demolição por

esmagamento das partículas. Este tipo de britador, segundo LIMA (1999), não reduz

muito o tamanho das partículas, sendo utilizado como britador primário. Desta forma

produz agregados graúdos em grande quantidade, sendo necessária uma rebritagem em

moinhos de martelo ou britadores de mandíbula de pequeno porte, entre outros

equipamentos.

Vantagens do equipamento:

Segundo HANSEN (1992) este equipamento:

o Proporciona distribuição granulométrica de agregados mais adequada

para o uso em concreto;

o Produz apenas 20% de finos abaixo de 4,8 mm.

Desvantagens do equipamento:

Segundo LIMA (1999) este equipamento:

o Necessita de uma segunda britagem, que aumenta o custo do processo;

o Não é recomendável para britagem de peças de madeira ou de maiores

dimensões, pois geralmente quebram o eixo do britador;

o Apresenta alta emissão de ruídos.

Britador de Impacto

Este equipamento pode ser utilizado em britagem primária e secundária, a

depender da necessidade. Possui uma câmara de impacto na qual o material é britado

através do choque de martelos maciços fixados por um rotor e pelo choque com placas

fixas (LIMA, 1999).

Vantagens do equipamento:

Segundo LIMA (1999) este equipamento:

o É robusto e processa tanto peças de concreto armado, quanto vigas de

madeira;

o Promove alta redução das peças britadas. Às vezes dispensa a

rebritagem, pois gera uma quantidade de finos razoável;

o Gera grãos de forma cúbica, com boas características mecânicas;

o Apresenta baixa emissão de ruídos.

Desvantagens do equipamento:

Segundo HANSEN (1992) este equipamento apresenta desvantagens devido ao

seu alto custo de manutenção, com alto desgaste.

2.5.2 – Características do material beneficiado

CARNEIRO (2001), apresentou um trabalho de caracterização do agregado

reciclado da cidade de Salvador, onde se buscou definir parâmetros adequados ao seu

emprego na produção de materiais de construção e ainda identificar aplicações que

maximizassem sua utilização na construção civil. Neste trabalho o entulho foi

fragmentado por um britador de mandíbulas e separado granulometricamente por uma

peneira vibratória, o que resultou na produção de dois tipos de materiais com

granulometrias distintas, ou seja, o agregado reciclado miúdo (material passante na

peneira 4,8mm) e o agregado reciclado graúdo (material passante na peneira 19mm). A

amostragem dos agregados seguiu os procedimentos da NBR 7216/87.

As características do material beneficiado, resultado deste processo foram as

seguintes:

Agregado reciclado miúdo - a distribuição granulométrica (figura 2.3) e sua

classificação de acordo com a ABNT (NBR 6502/95); ASTM - American Society for

Testing Material (1980) e ME 083/98 do DNER, citados por CARNEIRO (2001)

indicam tratar-se de um material predominantemente constituído de areia (grossa, média

e fina), com baixo percentual de argila e silte (18% ABNT e 20% DNER). Esse

resultado constata que o agregado reciclado miúdo apresenta uma classificação

granulométrica arenosa. Pela USCS – Unified Soil Classification (CASAGRANDE,

1998), citados por CARNEIRO (2001) esse material é classificado como SM, ou seja,

material granular, com uma quantidade apreciável de partículas finas, no entanto não

plástico.

FIGURA 2.3 - Curva Granulométrica do agregado reciclado miúdo de Salvador.

Fonte: CARNEIRO (2001).

A tabela 2.2 apresenta os percentuais de materiais obtidos de acordo com

ABNT, ASTM e DNER.

TABELA 2.2 – Classificação granulométrica do agregado reciclado miúdo de

Salvador

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

ABNT ASTM DNER

Pedregulho 0% 0% 0%

Areia grossa 0% 6% 10%

Areia média 10% 31% -

Areia Fina 72% 2% 70%

Silte 2% 47% 4%

Argila 16% 14% 16%

Fonte: CARNEIRO (2001)

Agregado reciclado graúdo – A distribuição granulométrica (figura 2.4),

conforme as classificações da ABNT, ASTM e DNER indicou uma predominância de

pedregulho, notando-se, ainda, uma fração significativa de areia grossa, média e fina.

Além disso, o percentual de silte e argila é bastante baixo, indicando que este material

possui pouca quantidade de material fino.

FIGURA 2.4 - Curva Granulométrica do agregado reciclado graúdo de Salvador

Fonte: CARNEIRO (2001)

A tabela 2.3 apresenta os percentuais de materiais obtidos de acordo com

ABNT, ASTM e DNER.

TABELA 2.3 – Classificação granulométrica do agregado reciclado graúdo de

Salvador

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

ABNT ASTM DNER

Pedregulho 50% 59% 59%

Areia grossa 9% 8% 13%

Areia média 13% 18% -

Areia Fina 22% 2% 21%

Silte 3% 11% 4%

Argila 3% 2% 3%

Fonte: CARNEIRO (2001)

2.6 – Aspectos econômicos da produção e utilização do RCD

Dentre os vários fatores que são considerados quanto à viabilidade de produção

e lançamento no mercado de um produto reciclado está o fator econômico.

No caso do agregado reciclado é necessário verificar o seu custo final e

compará-lo com o custo dos agregados naturais.

Segundo o estudo realizado por PINTO (1999), apud CARNEIRO (2001), o

custo do agregado reciclado, incluindo os custos de manutenção com os equipamentos

da usina, provisão de água, força e luz, custos de mão-de-obra, juros, amortização e

equipamentos para manejo interno, tem apontado para valores na ordem de R$ 5,00 por

tonelada processada. Este valor, se comparado ao de um agregado natural, é bem

inferior.

Segundo MACHADO Jr. e LATTERZA (1997), o custo por metro cúbico de

agregado reciclado é aproximadamente 20 % do custo do agregado natural. Dados

levantados por BRITO FILHO (1999) na usina de reciclagem de São Paulo, indicam o

custo dos agregados reciclados entre R$ 5,20 a R$7,80 por metro cúbico (R$ 4,00 a R$

6,00 por tonelada), contra valores da ordem de R$ 20,00 por metro cúbico de agregado

natural comercializado na região, ou seja, uma economia de cerca de 67 %,em média.

Outro fator importante quanto ao aspecto econômico do resíduo da construção e

demolição é o seu gerenciamento.

Pelos levantamentos realizados pela I&T em Belo Horizonte/MG e nas cidades

de São José do Rio Preto, Jundiaí e Santo André, todas no estado de São Paulo, de

acordo com LIMA (1999), os custos de remoção e aterramento dos resíduos estão cada

vez mais altos, devido ao escasseamento dos locais de disposição e pelo aumento das

distâncias a serem percorridas. A tabela 2.5 expõe os custos de gerenciamento de

resíduos da construção e demolição em alguns municípios brasileiros.

TABELA 2.4 - Custos do gerenciamento de resíduos da construção e demolição

em alguns municípios brasileiros.

MUNICÍPIO FONTE CUSTO

Belo Horizonte/MG SLU – 1993 US$ 7,92/t

São José dos Campos/SP I&T – 1995 US$ 10,66/t

Ribeirão Preto/SP I&T – 1995 R$ 5,37/t

São José do Rio Preto/SP I&T - 1997 R$ 11,38/t

Fonte: LIMA (1999)

O mesmo autor também afirma que o gerenciamento de resíduos, que envolve

coletá-los, transportá-los e aterrá-los, é mais dispendioso do que reciclá-los.

Analisando os fatores citados acima, verifica-se que existe viabilidade quanto ao

aspecto econômico na produção de agregado reciclado.

3 – SISTEMA DE COBERTURA FINAL EM ATERROS

Quando os aterros encontram-se com suas áreas de disposição totalmente

utilizadas, tendo ocupado todo o espaço físico previsto em projeto, e se deseja prover a

separação física entre o resíduo e o meio ambiente, visando à proteção da saúde pública,

existe a necessidade da construção de um sistema de cobertura final.

3.1 – Fatores avaliados no projeto do sistema de cobertura final

Para a confecção de um projeto do sistema de cobertura final de aterros de

disposição de resíduos devem ser considerados e avaliados vários fatores, dentre os

quais destacam-se:

- O tipo e a classe de resíduo a ser coberto, se ele é um resíduo sólido urbano

( RSU), resíduo perigoso, resíduo radioativo, etc;

- O balanço hídrico do local onde está implantado o aterro. Tal fator é de suma

importância para determinação do tipo de material a ser utilizado como cobertura, tendo

em vista que quanto maior o índice pluviométrico do local, menor deverá ser a

permeabilidade do solo a ser aplicado como cobertura;

- O clima do local também é um fator relevante, pois o clima influencia

diretamente não só na definição do tipo de solo a ser utilizado na cobertura, como

também no dimensionamento da espessura da camada da cobertura. Por isso, o projeto

de um sistema de cobertura para atender um aterro localizado em uma região de clima

árido ou semi-árido terá especificações e dimensionamentos um tanto quanto diferentes

dos projetos que atenderão a aterros construídos em regiões de clima úmido;

- A estabilidade dos taludes do sistema de cobertura é outro fator a ser avaliado.

Para isto deverão ser verificados a erodibilidade e a resistência ao cisalhamento do solo

que se pretende usar como cobertura, projetando de forma que a inclinação dos taludes

proporcione segurança e estabilidade a todo o sistema de cobertura final. Ainda com

relação à estabilidade vale ressaltar que os impactos adversos à mesma podem ser

minimizados ou até mesmo eliminados por meio de um sistema adequado de drenagem;

- A recuperação da área do aterro, o que pode ser realizado por meio de um

sistema de revegetação.

3.2 – Cobertura

3.2.1 – Tipos de Cobertura

Dependendo do propósito a ser atingido e do que for definido no projeto do

sistema de cobertura final, poderão existir vários tipos de cobertura. De acordo com a

ilustração ( figura 3.1 ) existem três condições diferentes de cobertura final.

FIGURA 3.1 – Tipos de cobertura

Fonte: KOERNER e DANIEL (1997)

A configuração apresentada na:

- Figura 3.1(a) representa um tipo de cobertura final que tem por objetivo o controle

de infiltração de água para o interior do aterro, minimizando a percolação.

- Figura 3.1(b) o controle de liberação de gases de dentro do aterro.

- Figura 3.1(c) prove a separação física entre o resíduo e o meio ambiente,

visando a proteção da saúde pública.

3.2.2 – Componentes de um sistema de cobertura final

O sistema de cobertura final de aterros de resíduos sólidos urbanos, aterros de

resíduos perigosos e os projetos de ações corretivas (incluindo os depósitos de resíduos

abandonados) possui um número muito similar de componentes, em todas estas

condições. Conforme ilustrado na figura 3.2, existem 6 ( seis) componentes básicos em

um sistema de cobertura final, que são:

FIGURA 3.2 – Camadas de um sistema de cobertura final

Fonte: KOERNER e DANIEL (1997)

No entanto, nem todos os componentes são necessários em todos os tipos de sistema

de cobertura final. A camada de drenagem, por exemplo, pode não ser necessária em

sistemas de cobertura final de regiões áridas. Da mesma forma, a camada de coleta de

gás pode ser exigida para algumas coberturas, mas não para outras. Isto dependerá se o

resíduo ou o material contaminado produzem gases que necessitem de coleta e

gerenciamento.

Algumas camadas podem ser também combinadas. Por exemplo, tem-se

verificado que a camada de superfície pode ser combinada com a camada de proteção,

formando uma única camada. Da mesma forma, a camada de coleta de gás (composta

por solo granular) é freqüentemente combinada com a camada de base, formando uma

única camada. Vale ressaltar que para a construção dessas camadas, além dos solos

naturais, são utilizados também os materiais geosintéticos (KOERNER e DANIEL,

1997).

Camada de superfície

A função primária desta camada é separar os componentes que se encontram

abaixo da mesma do meio ambiente. Para esta camada são utilizados solos naturais

(misturados ou não), cascalhos, concreto asfáltico e outros materiais, inclusive alguns

materiais de demolição e construção.

Quando esta camada é construída por solos naturais, proporciona suporte para o

plantio de vegetação e conseqüentemente promove a transpiração da água de volta para

a atmosfera e reduz a erosão, pois a vegetação nesta camada diminui o impacto da

chuva e o efeito da velocidade do vento.

Geralmente o melhor material a ser utilizado na construção desta camada é uma

mistura de argila, silte e areia.

Outro aspecto importante na camada de superfície é a sua inclinação, que deve

ser avaliada a fim de garantir a estabilidade do conjunto e evitar a erosão.

Conforme ilustra a figura 3.3, muitas coberturas finais possuem uma seção

inclinada relativamente plana no topo e mais íngremes nas laterais, sendo que o

potencial de erosão é maior nas seções laterais. Para controlar a erosão é necessário

prover o desvio da água da superfície ao longo da seção, principalmente nas seções com

inclinações acima de 5% (KOERNER e DANIEL, 1997).

FIGURA 3.3 – Tipos de configurações de cobertura final

Fonte: KOERNER e DANIEL (1997)

A figura 3.4 ilustra o desvio da água de superfície, o qual é feito por meio de

bancadas perpendiculares à seção inclinada, as quais interceptam o fluxo ao longo da

seção.

FIGURA 3.4- Modelo de sistema de drenagem de águas pluviais

Fonte: ROBERT e DANIEL (1997)

Quanto à espessura de projeto da camada de superfície, foi verificado que pode

ser maior que 150 mm, mas isto depende de muitos fatores, como por exemplo as raízes

de plantas cultivadas nesta camada. Se as raízes penetram a uma profundidade além dos

150mm é recomendada uma espessura de solo maior, de forma a acomodar o

crescimento das raízes.

Se, no entanto, a camada de superfície for composta de material granular a

espessura mínima usual é de 150 mm.

Deve ser observada também a questão da seleção de espécies de plantas, tendo

em vista que arbustos e árvores são inadequados, devido a suas raízes se estenderem a

profundidades que normalmente invadem as camadas que se encontram abaixo,

podendo provocar trincamentos e comprometer o sistema de cobertura final.

Camada de proteção

A camada de proteção encontra-se diretamente abaixo da camada de superfície, e

em alguns casos as duas podem ser combinadas, formando uma única camada. É

utilizada para proteger as camadas do sistema de cobertura que se encontram abaixo e

armazenar a água que percola através da camada de superfície.

Enquanto a grande maioria das coberturas possui uma camada de proteção,

algumas não possuem. Nestes casos a camada de superfície pode ser colocada de forma

direta sobre a camada de drenagem ou barreira. Porém tal prática não é muito

apropriada, pois caso haja erosão na camada de superfície, poderá haver

conseqüentemente um rompimento desta camada e das subjacentes.

No caso de aterros de resíduos perigosos, onde a percolação mínima através do

sistema de cobertura final é necessária, a camada de proteção é recomendada e

usualmente necessária.

Caso o projeto do sistema de cobertura exija que a camada de superfície seja

composta de vegetação, a camada de proteção deve ser capaz de sustentar o crescimento

das espécies para minimizar a erosão.

Quanto à espessura da camada de proteção, deve-se ressaltar que a espessura

mínima necessária para esta camada depende de muitos fatores específicos do local e

que o dimensionamento da mesma deverá atender a vários requisitos, de forma que esta

espessura seja adequada para:

a) acomodar o sistema de raízes das plantas que se espera crescer na

camada de superfície;

b) diminuir a intrusão das raízes das plantas para dentro dos demais

componentes do sistema de cobertura;

c) prover uma adequada retenção de água com capacidade de atenuar a

infiltração da água de chuva para a camada de drenagem e sustentar a

vegetação em períodos secos;

d) prevenir para que os componentes do sistema de cobertura não sejam

danificados pela invasão de animais ou intrusão humana acidental;

e) proteger, caso necessário, os componentes do sistema de cobertura

contra os efeitos da umidade e dos ciclos de gelo e degelo; e

f) ser confeccionada com solo suficiente para acomodar ao longo do

tempo a perda por erosão.

Segundo KOERNER e DANIEL (1997) existem uma variedade de solos que

podem ser utilizados como camada de cobertura e a escolha do tipo de solo a ser usado

deve ser precedida de uma avaliação dos existentes no local onde se pretende construir a

cobertura. Os solos de granulometria média têm em geral características melhores para

germinar sementes e desenvolvimento de raízes das plantas. Os solos de textura fina,

como as argilas, são freqüentemente férteis, podendo apresentar dificuldades em

períodos úmidos para o estabelecimento inicial da vegetação. Solos arenosos podem ser

um problema devido à baixa retenção de água e à perda de nutrientes por lixiviação.

Outros materiais, como cascalhos, também podem ser usados como camada de proteção,

em aplicações especiais.

Camada de drenagem

A água que penetra para o interior do sistema de cobertura pode ser removida

usando-se uma camada de drenagem.

A camada de drenagem possui três funções principais, que são:

a) reduzir a carga hidráulica (do líquido) na camada inferior que

funciona como barreira, minimizando assim a quantidade de água

que infiltra para as camadas inferiores, do resíduo ou do solo

contaminado;

b) drenar a água do solo acima, permitindo absorver e reter a água

adicional; e

c) eliminar a poropressão na interface da barreira subjacente.

O grande problema na camada de drenagem é a sua obstrução excessiva ao

longo do tempo. A obstrução ocorre tanto em drenos de solos naturais como nos de

geossintéticos.

É importante ressaltar que, se por exemplo a estabilidade do talude depende do

funcionamento apropriado da camada de drenagem e esta camada encontra-se obstruída

excessivamente, a ruptura do talude se torna uma possibilidade muito real (KOERNER

e DANIEL, 1997). Portanto a camada de drenagem deve ser projetada, construída e

operada para funcionar sem obstrução excessiva durante o tempo útil de sua instalação.

Este tipo de problema pode ser evitado e prevenido com a incorporação de filtro

de solo ou geotêxtil entre a camada de drenagem e a camada superior.

Em regiões áridas, a necessidade e o projeto de uma camada de drenagem devem

ser baseados na freqüência e intensidade da precipitação e capacidade de retenção das

outras camadas do sistema de cobertura. Para estes locais pode ser possível a construção

de uma camada de superfície e de proteção que absorverá a maioria, se não toda a

precipitação que infiltra nestas camadas, eliminando assim a necessidade da construção

de uma camada de drenagem.

Os materiais mais comumente utilizados na construção desta camada são os

granulares, sendo que para esta camada, segundo KOERNER e DANIEL (1997), devem

ser observadas as seguintes especificações:

a) espessura mínima de 300 mm e seção inclinada (talude) com o

mínimo de 3% de inclinação, no fundo da camada;

b) condutividade hidráulica do material drenante não deve ser inferior a

1x10

– 2

cm/s;

c) não deve conter nenhum detrito ou partícula que possa causar danos

excessivos à geomembrana, nem devem conter finos que possam

obstruir excessivamente ou migrar para dentro da camada e obstruir a

área de saída; e

d) prever a inclusão de uma camada de filtro entre a camada de

drenagem e a camada de proteção acima para prevenir a obstrução

excessiva da camada de drenagem por partículas finas.

A figura 3.5 exemplifica três tipos de configurações de sistemas de drenagem

com a especificação dos materiais utilizados na sua construção.

FIGURA 3.5 – Tipos de sistemas de drenagem no pé do talude

Fonte: KOERNER e DANIEL (1997)

Camada de barreira hidráulica ou de gás

Esta camada tem a função de controlar o movimento de líquidos e/ou gases.

Para construção desta camada geralmente são utilizadas as seguintes categorias de

materiais:

•

Geomembranas;

Liner (revestimento) de argila geossintética (GCL); e

Liner (revestimento) de argila compactada (CCL).

Geomembranas:

As geomembranas formam uma parte essencial nesta camada.

Segundo KOERNER e DANIEL (1997), os critérios gerais esperados com a

utilização de geomembranas são os seguintes:

•

Prover uma barreira hidráulica capaz de impedir a entrada de água no

resíduo ou de diminuir a infiltração na camada de solo abaixo,

Prover uma barreira de gás, prevenindo contra a migração

descontrolada de gases para a atmosfera,

Funcionar como barreira hidráulica e/ou de gás por toda vida útil da

instalação e após o seu fechamento,

Funcionar de forma que não haja um contato íntimo com o CCL

subjacente ou GCL, isto no caso de estar sendo utilizado como um

liner composto,

Prover resistência por atrito adequada entre as superfícies e os

materiais adjacentes de forma que a estabilidade da seção inclinada

esteja assegurada,

Ser capaz de ter uma instalação razoável e competir dentro do

contexto de geomembranas com outros materiais de barreira, e

Ser de custo razoável e ter disponibilidade para competir com outras

geomembranas e outros materiais de barreira.

Liner de argila geossintética (GCLs)

Este material consiste de um produto fabricado com uma camada de bentonita

colocada entre geotêxteis ou adesivos unidos a uma geomembrana. A bentonita é um

componente de baixa condutividade hidráulica, sendo que o GCL constituído por

bentonita sódica apresenta uma condutividade hidráulica na ordem de 1x10

-9

a 5x10

-9

cm/s.

Liner de argila compactada (CCLs)

Este liner é constituído primariamente de solos naturais que são ricos em argila,

embora possa conter materiais processados como a bentonita.

Camada de coleta de gás

Esta camada fica localizada entre a camada de base e a camada de barreira

hidráulica/gás. Na construção desta camada devem ser observadas as seguintes

especificações (KOERNER e DANIEL, 1997):

• Quando for utilizado solo natural, a camada deverá ter espessura

mínima de 300 mm,

• Geossintéticos podem ser usados, desde que tenham características

de transmissividade equivalentes,

• Os materiais utilizados nesta camada deverão ser granulares e

altamente permeáveis (como cascalhos e pedregulhos),

• Quando for utilizado solo natural nesta camada, deverá existir um

ponto de abertura para o exterior para a disposição e tratamento,

• O número de tubos de elevação verticais, através do sistema de

cobertura, deverão ser diminuídos e localizados em pontos altos da

seção da camada. Eles deverão ser projetados de forma a impedir a

infiltração de água por meio deles ou em seus entornos.

Os materiais usados na construção da camada coletora de gás deverão ter

especificações similares aos materiais granulares usados na camada de drenagem ou

similares aos materiais geossintéticos de drenagem. Estes materiais deverão ser

dispostos de tal forma que facilitem a construção e compactação.

Camada de fundação

Esta camada é construída imediatamente sobre o resíduo e serve de base para as

outras camadas que compõem o sistema de cobertura final. Dependendo do tipo de

resíduo que esteja sendo coberto, ela pode ser a última camada de solo colocado

diariamente, ou uma cobertura de solo temporária, ou ainda uma camada de solo

colocada previamente à construção do sistema de cobertura.

Quando esta camada possuir espessura superior a 300 mm e for de solo granular

poderá atuar também como uma camada de coleta de gás.

3.3 – Coberturas Alternativas

Em função dos vários fatores que são avaliados num projeto de cobertura final,

em particular aqueles que estão relacionados ao balanço hídrico e ao clima local, tem

sido incentivada a pesquisa e a descoberta de materiais alternativos para coberturas,

bem como de coberturas com diferentes números e espessuras de camadas. Alguns

estudos foram realizados e os resultados apresentados vêm demonstrando que as

coberturas finais construídas em aterros de locais de clima árido e semi-árido podem ter

especificações diferentes em relação a locais de outras condições climáticas.

Pesquisas nesta área foram realizadas por BLIGHT e FOURIE (1999) em dois

aterros sanitários em regiões semi-áridas, um em Joanesburgo (África do Sul) e outro

em Regina (Canadá). Para ambos foi considerado o balanço hídrico e as condições

climáticas (figura 3.6).

FIGURA 3.6- Balanço hídrico de duas regiões semi-áridas, (a) Joanesburgo-

África do Sul e (b) Regina - Canadá

BLIGHT e. FOURIE (1999)

A figura 3.6 ilustra a precipitação e a evapotranspiração durante todos os meses

do ano. A parte “a” da figura é relativa a Joanesburgo (África do Sul), local de clima

quente, e a parte “b” é relativa a Regina (Canadá), local de clima frio. Nestes dois locais

a precipitação é menor que a evaporação. Para Joanesburgo pode-se observar que existe,

em média, um déficit de água com potencial acumulado de evapotranspiração, durante

todo o ano. Para Regina este déficit é verificado entre os meses de abril a outubro

(meses mais quentes para o local).Vale ressaltar que a medida de evapotranspiração (E)

está relacionada a E

que é uma medida de evaporação realizada dentro de um padrão

americano.

Através destes estudos BLIGHT e FOURIE (1999) concluíram que a produção

de líquido lixiviado nestes aterros é muito pequena ou em quantidade pouco

significativa. Tomando-se por base as evidências disponíveis verificou-se também que

não é necessário seguir rigorosamente os padrões para as camadas do sistema de coleta

de líquido lixiviado, sendo isto plenamente justificável em regiões áridas e em muitas

semi-áridas.

Já os estudos realizados em vários aterros nos Estados Unidos, por BENSON et

al (2003) apontam uma cobertura monolítica como uma alternativa mais comum para

aterros em regiões de clima árido e semi-árido. Esta nova opção está sendo considerada

como uma solução mais natural e de menor custo efetivo. Nos projetos destas coberturas

são avaliados e conhecidos a evapotranspiração e o balanço hídrico. É avaliada também

a textura do solo, com o intuído de verificar a infiltração das águas de chuva no mesmo.

A camada monolítica tem a função de limitar a percolação da água para dentro das

camadas de resíduo. Ela funciona como uma esponja que acumula a água infiltrada de

forma que as plantas retornem esta água para a atmosfera pelo fenômeno da

evapotranspiração.

Com relação à cobertura final para atender a aterros de resíduos sólidos urbanos

nos Estados Unidos, KOERNER e DANIEL (1997) citam a questão da percolação

passando pelas camadas e chegando até o resíduo e consideram três categorias de

cobertura final para resíduos sólidos urbanos, que são:

• Mínima percolação permitida, usando camadas de geomembrana e

GCL combinadas, além do liner de argila;

• Média percolação permitida, usando uma camada de geomembrana e

liner; e

• Máxima percolação permitida, usando apenas camada de argila, além

da camada de superfície.

Sendo que a categoria de máxima percolação permitida é utilizada para atender

regiões de clima áridos e semi-áridos.

Também apresenta exemplos de coberturas finais com os respectivos materiais e

espessuras para cada camada, utilizadas em aterros de resíduos sólidos urbanos nos

Estados Unidos, que podem ser vistos na figura 3.7 (adaptada de KOERNER e

DANIEL, 1997).

FIGURA 3.7- Exemplos de duas coberturas finais de aterro sanitário que

permitem percolação máxima.

A figura 3.7 (a) apresenta uma cobertura com apenas duas camadas, sendo a

primeira camada composta de solo vegetativo com espessura de 150mm e a segunda

camada composta de um solo com coeficiente de permeabilidade K< 10

-5

cm/s e

espessura de 450mm.

A figura 3.7 (b) mostra uma cobertura composta também por duas camadas,

sendo a primeira camada constituída por material granular (cascalhos ou pedras para

pavimentação) com espessura de 300mm e a segunda de um solo com coeficiente de

permeabilidade K< 10

-5

cm/s e espessura de 450mm.

Segundo KOERNER e DANIEL (1997), as coberturas finais em regiões de

clima árido e semi-árido devem possuir configurações e especificações de solos a serem

utilizados diferentes das coberturas convencionais construídas em aterros de regiões de

clima úmido. Apresentam modelos alternativos de sistema de cobertura final, sendo que

em um deles é utilizado apenas o solo nativo, ou seja, o solo existente na própria região

árida ou semi-árida, onde se pretende construir a cobertura.

A figura 3.8 (adaptada de KOERNER e DANIEL, 1997) ilustra estes tipos de

coberturas alternativas.

FIGURA 3.8- Modelos de coberturas finais alternativas para regiões áridas e

semi-áridas (adaptada de KOERNER e DANIEL, 1997)

Com a análise das diversas configurações de cobertura, tanto convencional como

alternativas, pode-se perceber que cada camada do sistema de cobertura possui

características e funções específicas. Sendo que existem camadas em que a baixa

permeabilidade é primordial para que ocorra o funcionamento adequado, enquanto

outras não. A erosão é outro fator importante e que precisa ser evitado, pois

compromete a estabilidade do sistema de cobertura.

Verifica-se também que um mesmo material pode ser aplicado em diferentes

camadas, desde que haja adequabilidade entre os seus parâmetros geotécnicos e as

características e funções das camadas. Desta forma:

• Um solo fino (como a argila) que possui baixo coeficiente de

permeabilidade pode ser utilizado na camada de proteção, pois atenua a

infiltração da água de chuva para camada de drenagem, bem como nas

camadas de barreira hidráulica, barreira capilar e de fundação; e

• Um solo granular (como a areia) por ser mais permeável pode ser

utilizado como barreira capilar, bem como camada de fundação e em

condições não saturadas como barreira hidráulica. Pode também ser

aplicado na camada de superfície, sendo que para isto deverá ser feito o

plantio de vegetações e/ou a sua construção em taludes.

4 – CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA

4.1 – Conceitos

Condutividade hidráulica ou permeabilidade é uma propriedade que os solos

apresentam de permitirem a passagem (percolação) de um determinado fluido, como por

exemplo a água, através deles, sendo o seu grau expresso numericamente pelo

coeficiente de permeabilidade.

HEAD (1982) define a condutividade hidráulica como a taxa na qual um fluido

(geralmente água) sob pressão pode difundir através dos vazios de um solo. O

coeficiente de permeabilidade (k) é a velocidade de escoamento média do fluxo de água

em um solo sob a ação de um gradiente hidráulico unitário. É geralmente expresso em

metros por segundo (m/s) ou centímetros por segundo (cm/s).

A condutividade hidráulica pode ser saturada e não saturada.

•

Saturada: é aquela que ocorre quando o solo atinge o grau de saturação, de

forma que o volume de vazios é totalmente preenchido com água.

Não saturada: é aquela que ocorre no solo em qualquer condição de

umidade menor do que a de saturação.

4.2 – Fatores que influenciam a condutividade hidráulica

A condutividade hidráulica depende de vários fatores, dentre os quais destacam-

se o índice de vazios, o grau de saturação, a estrutura, textura e composição

mineralógica do solo, o peso específico e viscosidade do líquido percolante.

4.2.1 - Índice de vazios

O modo como o solo é preparado para ser ensaiado tem um efeito considerável

no tamanho e disposição dos vazios entre as suas partículas, e conseqüentemente na

condutividade hidráulica.

Segundo TAYLOR (1948), quanto mais fofo o solo mais permeável ele é.

4.2.2 – Grau de saturação

O grau de saturação de um solo tem uma influência importante sobre sua

condutividade hidráulica. A proporção na qual os vazios são preenchidos com água é

crucial nas medidas de condutividade hidráulica. Bolhas de ar podem bloquear os canais

de percolação entre as partículas, reduzindo significativamente a condutividade

hidráulica. Se o grau de saturação é inferior a 85% , o ar é provavelmente contínuo, ao

invés de bolhas isoladas, o que invalida a lei de Darcy. Vale lembrar que a lei de Darcy

é válida para escoamento laminar, tal como é possível e deve ser considerado o

escoamento na maioria dos solos naturais, e aplica-se a solos saturados. Por isso nos

ensaios de permeabilidade são feitos esforços para eliminar o ar de modo que o solo

possa ser assumido como saturado.

No que tange a um solo não saturado, a percolação da água não remove todo o ar

que se encontra dentro do mesmo, de forma que as bolhas de ar nele contidas pela

tensão superficial da água, permanecem e tornam-se um obstáculo para o fluxo da água.

Por isso, segundo PINTO (2000) o coeficiente de permeabilidade de um solo não

saturado é menor do que ele apresentaria se estivesse saturado.

4.2.3 – Estrutura dos solos

A estrutura do solo e a disposição relativa dos grãos também influenciam na

condutividade hidráulica dos solos. Por exemplo, os solos residuais, em virtude dos

macroporos de sua estrutura, tendem a apresentar permeabilidades maiores. Deve-se

observar também a compacidade, a consistência e ainda se o solo apresenta-se

compactado ou encontra-se no seu estado natural, tendo em vista que o solo compactado

apresenta uma condutividade hidráulica menor que no seu estado natural. Geralmente

quando o solo é compactado mais seco, a disposição de suas partículas, por apresentar

uma estrutura floculada, tende a apresentar uma condutividade hidráulica maior em

relação a um solo compactado mais úmido, onde a estrutura encontra-se dispersa,

mesmo que possuam o mesmo índice de vazios (e).

Outro aspecto importante na estrutura dos solos é que eles não são isotrópicos

em relação à condutividade hidráulica. A exemplo têm-se os solos sedimentares, que

tendem a apresentar maiores coeficientes de permeabilidade na direção horizontal do

que na vertical. Isto se explica, pois as partículas tendem a se posicionar com suas

maiores dimensões orientadas na direção horizontal.

4.2.4 – Peso específico e viscosidade do líquido percolante

PINTO (2000) apresenta uma equação para o coeficiente de permeabilidade

deduzida por TAYLOR (1948), onde este correlacionou o fluxo do líquido pelo solo à

percolação de água por um conjunto de tubos capilares, associando-se à lei de Darcy.

××=

)1(

equação 4.1

Em que:

k – condutividade hidráulica de Darcy [L/T]

– diâmetro efetivo das partículas [L]

- peso específico do fluido [F/L

]

µ - viscosidade do fluido [MT/L

]

e – índice de vazios

C – fator de forma

Por esta equação pode-se observar que o coeficiente de permeabilidade depende do

peso específico (γ

) e da viscosidade do líquido (µ). E estas duas propriedades da água

variam com a temperatura. O peso específico tende a variar pouco, porém a viscosidade

tende a variar mais, sendo o seu efeito mais sensível.

Um aumento na temperatura causa uma redução na viscosidade da água, ou seja,

a água torna-se mais “fluida”, o que afeta o valor da condutividade hidráulica medida.

A fim de se obter uma uniformidade, foi adotado por convenção o coeficiente

referido à água na temperatura de 20º C.

4.2.5-Textura e forma da partícula

A forma e a textura dos grãos influenciam a condutividade hidráulica. Partículas

alongadas ou irregulares criam trajetórias de fluxos mais tortuosos do que aqueles ao

redor de partículas aproximadamente esféricas. Partículas de superfície de textura

áspera apresentam maior resistência por atrito ao fluxo do que partículas de superfície

lisa. Desta forma os efeitos das partículas alongadas e irregulares, bem como a textura

áspera, tendem a reduzir a velocidade de fluxo de água através do solo, ou seja, a

reduzir sua condutividade hidráulica.

4.2.6 - Composição mineralógica

Em solos finos a composição mineralógica é um fator adicional, pois os diferentes

tipos de minerais conservam diferentes espessuras de água adsorvida e,

consequentemente, o diâmetro efetivo dos poros varia. Por esta razão, o tipo de mineral

pode influenciar a condutividade hidráulica de argilas mais do que o tamanho das

partículas. Nos solos mais granulares (com exceção da mica e da matéria orgânica), a

influência da composição do solo sobre a condutividade hidráulica pode ser de pequena

importância.

4.3 – Ensaios de permeabilidade com carga constante e variável

O coeficiente de permeabilidade do solo pode ser determinado por meio de

ensaios de campo ou em laboratório. Os ensaios de laboratório mais utilizados para

medida direta de condutividade hidráulica são os com carga constante e carga variável.

Para estes ensaios são utilizados permeâmetros de paredes rígidas ou flexíveis.

4.3.1 – Ensaio de permeabilidade com carga constante

Os ensaios de permeabilidade com carga constante são recomendados para solos

granulares, que apresentam altos valores de coeficiente de permeabilidade. O

permeâmetro geralmente se apresenta com a configuração mostrada na figura 4.1.

FIGURA 4.1 – Permeâmetro com carga constante

O ensaio consiste em se manter constante a carga hidráulica h, durante um certo

tempo. A água que percola o corpo de prova (CP) é coletada e o seu volume medido.

Conhecidas a vazão e as características geométricas do CP, tais como sua área (A) e

altura (L), o coeficiente de permeabilidade é calculado pela seguinte expressão:

hAT

RQL

= equação 4.2

Em que:

k – coeficiente de permeabilidade [L/T]

Q – volume de água percolada num tempo T [L

]

– altura do corpo de prova [L]

Rt – fator de correção da viscosidade da água (a 20º C)

h – perda de carga hidráulica [L]

A – área do CP [L

]

T – tempo decorrido [T]

4.3.2 – Ensaio de permeabilidade com carga variável

Os ensaios de permeabilidade com carga variável são recomendados para solos

que apresentam coeficientes de permeabilidade mais baixos, como as argilas, siltes,

areias argilosas. Sua configuração é mostrada na figura 4.2.

FIGURA 4.2 – Permeâmetro de carga variável

Este ensaio é realizado verificando-se o tempo que a água na bureta superior

leva para baixar da altura inicial h

à altura final h

em um instante t qualquer, a partir do

início, a carga é h e o gradiente h/L. O coeficiente de permeabilidade é calculado pela

expressão:

aLRt

k log3,2=

equação 4.3

Em que:

k – coeficiente de permeabilidade [L/T]

a – seção do tubo do permeâmetro [L

]

– altura do corpo de prova [L]

Rt – fator de correção da viscosidade da água (a 20º C)

– carga inicial [L]

- carga final [L]

A – área do CP [L

]

T – tempo decorrido [T]

4.4 - Sucção do solo e sua correlação com a condutividade hidráulica não saturada

4.4.1- Conceitos de sucção no solo

Sucção total

A interação solo-água pode também ser quantificada a partir da afinidade que

um solo não saturado tem por água. Se colocado em contato com um reservatório de

água o solo absorve água, isto é, ele exerce uma sucção sobre a água.

A sucção total ou energia livre da água do solo é a sucção equivalente derivada

da medida da pressão parcial de vapor de água em equilíbrio com uma solução idêntica

com a composição da água do solo, relativa à pressão parcial de vapor de água em

equilíbrio com a água pura (FREDLUND

& RAHARDJO, 1993).

A sucção total do solo é definida como a pressão manométrica negativa, em

relação à pressão externa de gás sobre a água do solo, que deve ser aplicada a um

reservatório de água pura (à mesma cota e temperatura) de sorte a que se mantenha o

equilíbrio, através de uma membrana semi-permeável (permite o fluxo de água porém

não o de solutos), entre a água do reservatório e a água do solo. A Figura 4.3

esquematiza essa definição.

FIGURA 4.3- Esquema ilustrativo da definição de sucção: Corresponde a u

-u

Comumente u

=Patm.

Vale ressaltar que a sucção total corresponde ao potencial total, quando o

potencial gravitacional pode ser desprezado.Assim, esta mesma sucção total pode ser

decomposta em sucção osmótica e a sucção matricial, que correspondem,

respectivamente, ao potencial osmótico (produzido pela diferença de composição entre

a água do solo e a água pura, devido à presença de sais minerais e substâncias

orgânicas) e ao potencial matricial (resultante da ação de forças capilares e de adsorção,

que surgem devido à interação entre a água e as partículas minerais, ou seja, a matriz

que compõe o solo).

Desta forma, tem-se:

= ψ

+ ψ

O =

- u

equação 4.4

Em que:

ψ - sucção total [F/L

]

M: -

sucção matricial [F/L

]

a -

pressão do ar [F/L

]

- pressão da água [F/L

]

Sucção osmótica

A sucção osmótica (ψ

) equivale à sucção total quando o solo se encontra

saturado, ou seja, quando a componente matricial não ocorre, restando apenas o efeito

da concentração de solutos.

Sucção matricial

A sucção matricial (ψ

) equivale à sucção total quando a água do solo é idêntica

à água padrão (água pura ou solução com a mesma composição da água do solo),

restando apenas o efeito da matriz do solo (capilaridade e adsorção)

Para a mecânica dos solos tem-se rotineiramente, atribuído uma mudança na

sucção total a variações na sucção matricial (sucção osmótica desprezível), de forma

que:

= ψ

M =

- u

equação 4.5

4.4.2 - Método de medida de sucção matricial

A medição da sucção matricial pode ser feita diretamente utilizando o

tensiômetro, câmara de pressão ou indiretamente através do método do papel filtro.

Tensiômetro

O tensiômetro é um instrumento que consiste de um tubo onde, em uma

extremidade existe um sistema de medição de pressão e na outra, uma pedra porosa, a

qual permitirá o fluxo de água entre o solo e o próprio tensiômetro. O sistema de

medição de pressão pode ser um manômetro de mercúrio, um manômetro de vácuo ou

um transdutor de pressão.

O princípio básico de funcionamento do tensiômetro é a sucção da água do

instrumento pela água existente no solo, até que se estabeleça o equilíbrio, cessando

assim o fluxo. Isto ocorre devido à diferença de pressão que há entre eles.

Uma vez atingido o equilíbrio entre o solo e o sistema de medição, a água no

tensiômetro terá a mesma sucção do solo.

Método do Papel Filtro

Fluxo de umidade

Segundo MARINHO (1994), toda técnica de medição de sucção requer troca

entre a água do solo e o sistema de medição. Usualmente o método do papel filtro é

utilizado com o papel absorvendo água. A absorção pode ocorrer por dois caminhos, ou

seja, por fluxo de vapor ou por fluxo capilar.

Na situação por fluxo de vapor, as moléculas de água tendem a escapar do solo

por forças capilares de dentro do solo ou por eventuais forças osmóticas.

O fluxo capilar ocorre através do contato entre as partículas do solo e as fibras

do papel filtro, sendo que o papel absorve a água do solo até que ocorra o equilíbrio.

A figura 4.4 ilustra os fluxos de vapor e capilar.

FIGURA 4.4 – Tipos de fluxo de água do solo para o papel filtro (MARINHO,

1994)

O método do papel filtro tem sido usado como uma alternativa simples e não

onerosa para se medir a sucção do solo. O procedimento do ensaio consiste em se

colocar o papel filtro sobre o solo. Espera-se por um período para que a sucção do papel

filtro equilibre-se com a sucção matricial do solo. Segundo FREDLUND e

RAHARDJO (1993) apud CALLE (2000), o tempo de resposta do papel é da ordem de

no mínimo uma semana. Uma vez atingido o equilíbrio, mede-se a umidade do papel

filtro e infere-se a sucção do solo segundo uma curva de calibração do papel filtro.

Embora seja um método simples, tal ensaio requer cuidados em sua realização, como

por exemplo o tempo de pesagem do papel filtro que deve ser de aproximadamente 30

segundos, para evitar que o mesmo ganhe ou perca umidade para a atmosfera. A técnica

também requer manuseio do papel e precisão da pesagem (da ordem de 0.001g).

A Norma ASTM-D 5298-03 sugere que o papel filtro seja seco em estufa no

mínimo 16h antes do seu uso. Porém, segundo MARINHO (1994), este procedimento

pode afetar as características de adsorção do papel, resultando na alteração da curva de

calibração.

Segundo MARINHO (1994), para o papel filtro Whatman No 42 a umidade

inicial no estado seco ao ar é aproximadamente 6%. Isto permite medições de sucção

matricial de 0 a 29MPa, sendo esta a máxima sucção matricial que o solo pode ter para

que o papel filtro absorva água do mesmo. Por outro lado, o papel filtro pode ser

utilizado inicialmente saturado, porém é necessária uma calibração especifica.

Na Tabela 4.1 são mostradas algumas correlações usadas para a determinação da

pressão de sucção matricial (expressas em cm de água) em função da umidade de

equilíbrio do papel.

TABELA 4.1- Correlações para determinação da sucção matricial com o método do

papel filtro.(CALLE, 2000)

Autor Tipo de papel Correlação Observação

Fawcett & Collis-

George, (1967)

Whatman Nro 42 pF = 5,777-0,060w

pF entre 2,6 e 4,5

McQueen Miller, (1968) Schleider & Schull Nro.

589

pF = 6,246-

0,0723w

pF entre 2,3 e 5,9

Hamblin, (1981) Whatman Nro 42 pF = 6,281-

0,0822w

Chandler & Gutierrez,

(1986)

Whatman Nro 42 pF = 5,85-0,062w

pF entre 2,9 e 4,8

entre 17% e 47%

sucção matricial

entre 80 e 600kPa

Chandler et al., (1992) Whatman Nro 42

ψ = 10

6,05 – 2,48logwp

ψ = 10

4,84 – 0,0622wp

≥47%

<47%

S em kPa

ASTM D5298 Whatman Nro 42 pF = 6,327-

0,0779w

pF = 3,412-

0,0135w

<54%

>54%

pF>2,1

Sucção

matricial>50Kpa

Em que:

pF: logaritmo de pressão expresso em centímetros de água;

ψ : sucção matricial; e

: umidade do papel.

4.4.3 – Curva de retenção de água do solo

A curva de retenção de água do solo, também denominada curva de sucção

matricial e curva característica, é uma curva que representa uma relação entre a sucção

matricial e o teor de umidade ou grau de saturação do solo, ou seja, é uma representação

da capacidade do solo de armazenar água.

HILLEL (1971) apresenta um exemplo com curvas de sucções matriciais (figura

4.5) onde se verifica que a sucção total do solo é influenciada pela variação da umidade,

produzindo-se uma diminuição da sucção total quando a umidade é incrementada.

FIGURA 4.5- Curvas características de solos argilosos e arenosos (HILLEL, 1971).

Para obtenção da curva de retenção em laboratório são utilizados os

procedimentos de secagem e umedecimento

• secagem (ou desidratação): consiste em secar gradualmente a

amostra previamente saturada, expondo-a a potenciais matriciais

crescentes, o que implica ir diminuindo a umidade do solo; e

• umedecimento (molhamento ou hidratação): consiste em

hidratar uma amostra de forma gradual, incrementando-se

umidade.

A figura 4.6 mostra duas curvas características, sendo uma obtida pelo

procedimento de secagem e a outra por umedecimento. Nesta figura é mostrado, através

da não coincidência das curvas, o fenômeno denominado histerese.

FIGURA 4.6- Curvas características por umedecimento e secagem (HILLEL, 1971).

Embora existam os dois procedimentos de obtenção de curva característica, o

procedimento de secagem é considerado a forma mais comum de determinação da

mesma. No procedimento por secagem, quando a amostra de solo fica exposta a sucções

matriciais crescentes, verifica-se que se inicia um fluxo de água para fora da amostra a

partir de um determinado valor de sucção matricial. Este fato se dá sempre quando o

maior poro do solo esvazia-se; neste momento, o valor da sucção matricial é

denominado de valor de registro de passagem de ar ou valor de entrada de ar, também

denominado de sucção matricial crítica.

Segundo HILLEL (1971) o valor da sucção matricial crítica, de um modo geral,

é menor para solos granulares do que para solos finos. Além disso, como nos solos

granulares existem possibilidades maiores de uniformização granulométrica (mal

graduado) e porosimétrica, a sucção matricial crítica mostra-se melhor caracterizada

nestes do que nos solos finos.

Fatores que interferem na curva de retenção de água do solo

Existem vários fatores que interferem no formato da curva de retenção de água

do solo, dentre os quais destacam-se: distribuição dos poros, a estrutura e a mineralogia

das partículas e a distribuição granulométrica.

Distribuição dos poros

Com relação aos solos arenosos, devido à maioria dos poros serem relativamente

grandes, verifica-se que a uma dada sucção matricial muitos poros se esvaziam e poucos

ainda podem reter água. Porém nos solos argilosos a capacidade de retenção de água é

maior, e percebe-se que a cada sucção matricial, apenas uma parcela dos poros drenam,

de forma que ainda permanece uma certa quantidade cheia de água. Portanto nos solos

argilosos não se verificam variações bruscas na curva de retenção.

Estrutura do solo

A estrutura do solo é outro fator que afeta a forma da curva de retenção. Na

figura 4.7 estão representadas duas curvas de retenção de um mesmo solo, sendo que

para uma o solo foi agregado em suas condições naturais e na outra compactado.

FIGURA 4.7 – Efeito da estrutura do solo na curva de retenção (HILLEL, 1971)

Pelos trabalhos realizados por KOOREVAAR

et al. (1983), CRONEY &

COLEMAN (1961),

in FREDLUND & RAHARDJO (1993), pode-se verificar que, com

um mesmo valor de sucção, as argilas em relação as areias apresentam um maior

conteúdo de água volumétrico, ou seja, uma maior capacidade de retenção de água.

A figura 4.8 ilustra várias curvas de retenção para diferentes tipos de solo.

FIGURA 4.8-

Curvas características obtidas para diferentes tipos de solos (KOOREVAR et al., 1983).

Relações empíricas para definir a curva de retenção de água no solo

A curva de retenção pode ser representada mediante relações empíricas, a partir

dos dados de sucção matricial e umidade volumétrica obtidos em ensaios de laboratório,

como por exemplo o método do papel filtro.

Diversas relações empíricas são comumente usadas para estimar a curva de

retenção de água. Algumas delas são apresentadas a seguir:

• VAN GENUTCHEN (1980)

()

[]

αψ+

θ−θ

+θ=θ

equação 4.6

m=1-1/n

• FREDLUND, XING e HUANG (1994)

eIn

1In









































































−θ=θ

equação 4.7

• BROOKS e COREY (1966) in FREDLUND & RAHARDJO (1993)

)( θ+













θ−θ=θ

equação 4.8

Em que:

ψ - sucção matricial [L];

- sucção matricial que corresponde à entrada de ar (air entry) [L];

- sucção matricial que corresponde à umidade volumétrica residual [L];

θ - umidade volumétrica [L

];

- umidade volumétrica de saturação [L

];

- umidade volumétrica residual [L

];

α - parâmetro de ajuste da curva [1/L];

λ - parâmetro de ajuste, depende do tipo de solo;

e - 2,71828;

- valor aproximado da sucção matricial de entrada de ar [L];

n,m - parâmetros de ajuste; e

- valor limite de sucção matricial para qualquer tipo de solo [F/L

4.4.4 – Curva característica de condutividade hidráulica não saturada

Para obtenção da curva de condutividade não saturada faz-se necessário

conhecer a sucção matricial (que pode ser obtida pela técnica do papel filtro) e a curva

de retenção de água do solo.

A partir desta curva pode-se observar os valores em ordem de grandeza da

condutividade hidráulica não saturada em relação à sucção.

A figura 4.9 ilustra uma curva de condutividade hidráulica não saturada de um

solo residual composto por areia fina a média argilosa, de uma região próxima da cidade

de São Carlos - SP, que segundo CALLE (2000) foi obtida com a utilização do

permeâmetro Ghelph e fórmula desenvolvida por REYNOLDS e ELRICKS (1985).

1.E-20

1.E-18

1.E-16

1.E-14

1.E-12

1.E-10

1.E-08

1.E-06

1.E-04

1.E-02

1 10 100 1000

Sucção (kPa)

Condutividade Hidráulica não Saturada

(cm/s)

FIGURA 4.9 – Curva ilustrativa de condutividade hidráulica não saturada

Fonte: CALLE (2000)

Uma das primeiras relações para determinação do coeficiente de condutividade

hidráulica para solos não saturados foi apresentada por CHILDS & COLLIS GEORGE

(1950). O método baseia-se na variação dos tamanhos dos poros do solo, partindo do

princípio de que a porosidade é um fator muito importante nos solos não saturados, e a

distribuição dos poros influencia nos potenciais capilares (sucção matricial). O método

foi modificado por KUNZE

et al (1968) apud FREUDLUND, XING e HUANG (1994).

Diversos autores têm proposto formulações alternativas para a função

condutividade hidráulica. Muitas delas apoiam-se na curva de retenção de água no solo,

como a de VAN GENUCHTEN (1980):

ψ)=k

((θ-θ

)/θ

-θ

))

0.5

*(1-{1-

θ−θ

−

]

1/m

}

)

equação 4.9

Onde:

k(ψ): coeficiente de condutividade hidráulica não saturada [L];

: coeficiente de condutividade hidráulica saturada [L];

: umidade volumétrica saturada [L

];

: umidade volumétrica residual [L

];

e m: constantes empíricas;

Neste capítulo foi abordado a condutividade hidráulica saturada e não saturada,

pois o conhecimento desta propriedade dos solos e seus coeficientes são de suma

importância para o dimensionamento de um sistema de cobertura, tendo em vista, que

estes parâmetros estão intrisicamente ligados ao comportamento, dimensionamento,

perfomance e vida útil de uma cobertura. Portanto, para que uma cobertura funcione de

maneira adequada e atinja o seu objetivo de projeto faz-se necessário que os valores

destes parâmetros sejam definidos corretamente e que haja compatibilidade entre os

mesmos e os materiais a serem utilizados em cada camada do sistema de cobertura.

5 – PROGRAMA EXPERIMENTAL

5.1 – Introdução

Para pesquisar e investigar o agregado reciclado miúdo proveniente do resíduo da

construção e demolição (RCD), foi realizado um programa experimental, constando de

caracterização deste material quanto ao aspecto físico, verificação do seu

comportamento mecânico (resistência), identificação de parâmetros geotécnicos, bem

como análise química.

5.2 – Coleta de amostra

O resíduo da construção e demolição estudado é oriundo da cidade do Rio de

Janeiro, sendo britado e transformado em agregado reciclado miúdo em uma Usina de

Reciclagem, situada no bairro Catumbi – Rio de Janeiro. Após passar pelo processo de

beneficiamento, o resíduo foi transportado para o Laboratório de Geotecnia da COPPE

– UFRJ, onde passou por um processo de quarteamento, com a finalidade de se obter

amostras o mais uniforme possível, e em seguida foi armazenado e identificado em

sacos plásticos para realização dos ensaios. As figuras 5.1 e 5.2 mostram

respectivamente, o interior da usina de reciclagem e o agregado reciclado utilizado na

pesquisa.

FIGURA 5.1 – Interior da usina de reciclagem da usina de Catumbi.

FIGURA 5.2 – Agregado reciclado usado na pesquisa

5.3 – Ensaios de Caracterização

5.3.1 - Análise granulométrica

O ensaio de granulometria foi realizado segundo os procedimentos descritos na

NBR 7181/84 (análise granulométrica).

5.3.2- Densidade real dos grãos

Para obtenção da densidade real dos grãos, foram utilizados os procedimentos

descritos na norma ME 093/94 do DNER, que diz respeito à densidade real dos grãos

para solos.

5.3.3 – Ensaio de compactação

Com a finalidade de se obter a curva de compactação, bem como a umidade

ótima e o seu respectivo peso específico aparente seco, relativos ao agregado reciclado

miúdo do RCD, foi realizado o ensaio normal de compactação (Proctor-Normal). Para

este ensaio foram utilizados os procedimentos descritos na norma da ABNT – NBR

7182/86.

5.4 – Ensaios de condutividade hidráulica

Os coeficientes de permeabilidade (k) foram obtidos em ensaios de condutividade

hidráulica com carga constante e variável, e a utilização das equações descritas nos

itens 4.3.1 e 4.3.2, respectivamente. Para estes ensaios foram observados os

procedimentos do laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ.

Foi realizada uma série de 11 (onze) ensaios, sendo 2 (dois) ensaios realizados

com amostras do agregado reciclado miúdo do RCD não compactadas e os outros 9

(nove) com amostras compactadas nas umidades abaixo da ótima, ótima e acima da

ótima.

Ensaios sem compactação

Nestes ensaios o agregado reciclado miúdo do RCD não foi pluviado. Tal

procedimento foi evitado, pois este material é heterogêneo. A moldagem dos corpos de

prova foi realizada colocando-se este material dentro do permeâmetro, gradativamente,

e em seguida foi realizada a saturação por ascensão.

Ensaios com compactação

Nos ensaios com compactação, as amostras foram moldadas com o método de

compactação com energia do tipo proctor-normal e ainda com compactação estática.

Para garantir a saturação, conforme a descrição de item 4.2.2 e fazer valer a lei de

Darcy, foi adotado para estes ensaios, além da imersão do corpo de prova em um

vasilhame com água, a utilização de uma bomba a vácuo, com o propósito de retirar o

ar existente no corpo de prova. Este método de saturação consistiu em se colocar o

corpo de prova, após a compactação, dentro de uma célula, interligando-a à bomba a

vácuo por meio de uma mangueira. A bomba permaneceu ligada por um período de 12

horas, retirando assim o ar do corpo de prova. Após este período, foi conectada uma

outra mangueira à célula e através desta introduziu-se água no corpo de prova, durante

um período de 2 horas, de forma que os vazios existentes foram preenchidos com água,

saturando o corpo de prova.

A figura 5.3 mostra o equipamento utilizado para saturação.

FIGURA 5.3 – Esquema de saturação com bomba a vácuo

5.5 – Curva característica

Para obtenção da curva característica ou curva de retenção de água do agregado

reciclado miúdo do RCD e conseqüentemente a curva de condutividade hidráulica não

saturada desse material, foi realizada a medição de sua sucção matricial pelo método do

papel filtro.

O ensaio pelo método do papel filtro foi realizado segundo os procedimentos

descritos na Norma ASTM-D 5298-03. Foram moldados 7 corpos de prova com

compactação estática, em uma umidade pré-definida e o seu respectivo índice de vazios,

em moldes (anéis cilíndricos) de 4,6cm de diâmetro e 2,3cm de altura. A partir desta

umidade foi realizado o procedimento de secagem, citado no item 4.4.3, obtendo-se 7

amostras com umidades diferentes. Para realização do processo de secagem, as amostras

foram expostas para secagem ao ar livre e os teores de umidade foram controlados com

relação ao peso de água perdido no processo de evaporação.

Após a conclusão da etapa de secagem, as amostras foram colocadas em contato

com o papel filtro. A norma ASTM-D 5298-03 recomenda o uso de 2 ou 3 papéis,

porém foi colocado apenas um papel em cada face da amostra. Tal procedimento foi

adotado baseado na observação de HAMBLIM (1981) citada por MARINHO (1994),

que sugere o uso de apenas um papel filtro, tendo em vista que o tempo de equilíbrio do

papel filtro com o solo depende do número de papéis usados. Em seguida, as amostras

foram totalmente envolvidas, duas vezes, com um filme de PVC e colocadas em um

saco plástico na posição horizontal para evitar que o papel filtro posicionado em uma

das faces da amostra adquirisse mais umidade em relação ao da outra face.

Estas amostras foram, em seguida, acondicionadas dentro de uma caixa de

isopor, onde permaneceram durante 7 dias (conforme descrito no item 4.2.2), dentro de

uma sala com temperatura controlada. Segundo GREACEN

et al (1987) apud

MARINHO (1994), a maior parte da água é absorvida pelo papel filtro nos primeiros

minutos chegando ao equilíbrio em aproximadamente 7 dias. Após este período os

papéis foram retirados do contato com as amostras, pesados em uma balança de precisão

de quatro casas decimais (0,0001g), colocadas dentro de cápsulas (para evitar perda ou

ganho de umidade) e levados para estufa, onde permaneceram por um período de 24

horas. Logo após este período, os papéis foram novamente pesados e assim foram

obtidas as umidades de cada papel filtro.

Também foi feita a medição da umidade das 7 amostras do agregado reciclado

miúdo de RCD.

De posse dos dados de umidade do papel filtro foram calculadas as sucções

matriciais do solo, segundo as expressões da ASTM D5298 da Tabela 4.1. Com os

dados de sucção matricial e umidade volumétrica do solo, foram inferidos os parâmetros

α, m, n, θ

e θ

da equação 4.7, utilizando o programa CURVARET (VAN LIER &

NETO, 1991). Conseqüentemente, com as informações obtidas foi possível traçar a

curva de retenção de água do solo.

Em seguida, com os parâmetros obtidos e a condutividade hidráulica saturada

determinou-se a condutividade hidráulica não saturada com auxilio da equação 4.1

(VAN GENUTCHEN,1980).

5.6 –Ensaios de erodibilidade

A fim de se determinar se o agregado reciclado miúdo do RCD é um

material erodível, foram realizados dois tipos de ensaios de erodibilidade.

O primeiro ensaio é o de Desagregação e o segundo de Dispersão Rápida.

Ambos os ensaios não são de caráter quantitativo, porém fornecem resultados e

subsídios para uma avaliação qualitativa.

5.6.1 – Ensaio de Desagregação

Segundo SANTOS & CAMAPUM (1998), o ensaio de desagregação, proposto

por HOEMGREN & FLANAGEM em 1977, consiste na colocação de uma amostra

cúbica, de 6 cm de aresta, dentro de uma bandeja com água, observando-se então a sua

reação ao processo da submersão.

Para obtenção da amostra indeformada, o agregado reciclado miúdo do RCD

foi moldado com compactação estática, em um molde tripartido, na umidade ótima, e

em seguida, com a utilização de uma lâmina e uma régua, este corpo de prova foi

cortado de forma cuidadosa até atingir o formato de um cubo de 6 cm de aresta.

O ensaio foi realizado com inundação controlada em estágios, seguindo o

procedimento descrito por SANTOS & CAMAPUM (1998). No primeiro estágio, a

amostra colocada sobre pedra porosa permanece cerca de 30 minutos com água na

altura da base. No segundo estágio o nível é elevado para 1/3 da altura da amostra,

permanecendo por 15 minutos. No terceiro estágio eleva-se o nível para 2/3 da amostra,

permanecendo também por 15 minutos. No quarto e último estágio completa-se com

água até a total submersão da amostra, permanecendo até 24 horas do início do ensaio.

Durante todos os ensaios são realizadas anotações sobre o comportamento da amostra.

Após o término do ensaio, além da verificação da desagregabilidade, pode ser

feita a classificação quanto a reação à inundação de acordo com os seguintes

comportamentos:

• Sem resposta: quando a amostra mantém sua forma e tamanho originais.

• Abatimento (Slumping): quando a amostra se desintegra formando uma pilha

de material desestruturado.

• Fraturamento: quando a amostra se quebra em fragmentos, mantendo a

forma original das faces externas.

• Dispersão: quando as paredes da amostra se tornam difusas com o

surgimento de uma “nuvem” coloidal que cresce à medida que a amostra se

dissolve.

5.6.2 – Ensaio de Crumb Test

O ensaio de

Crumb Test, recomendado por SHERARD et al (1972) foi

desenvolvido para verificar a dispersão de solos argilosos.

Segundo a norma NBR 13601/ 1996, o procedimento de ensaio consiste na

colocação de um torrão de formato aproximadamente esférico, de 6 mm a 10 mm de

diâmetro, em béquer contendo cerca de 150mL de água destilada ou solução de

hidróxido de sódio. Porém, SHERARD

et al (1972) orientam que o uso de hidróxido de

sódio pode promover uma situação considerada excessivamente severa, visto que pode

produzir a ocorrência de dispersão embora o solo não seja dispersivo na condição

natural.

A amostra deve ser indeformada, mas pode ser obtida a partir de corpos de prova

compactados, nas condições que se esperam no campo. Após uma hora de repouso

deve-se observar as reações ocorridas e classificar o solo quanto à dispersão por meio de

análise visual, de acordo com a tabela 5.1.

TABELA 5.1 – Classificação do solo quanto à dispersividade

Classificação

Características

Não dispersivo

O torrão pode espalhar-se no fundo do recipiente,

porém não se observa sinal de turvação causada por

colóides em suspensão

Levemente dispersivo

Aparecimento de turvação à superfície do torrão

Moderadamente dispersivo

Aparecimento de nuvem de colóides em suspensão

facilmente reconhecível, freqüentemente espalhando-

se em finas estrias na base do recipiente, e não

chegando a cobrir toda a área

Altamente dispersivo

Nuvem coloidal cobrindo toda a base do recipiente

freqüentemente em uma camada muito fina. Em casos

extremos a água torna-se turva

5.7 - Ensaio de Cisalhamento Direto

Para determinação da resistência ao cisalhamento do agregado reciclado miúdo

do RCD, a fim de verificar a sua aplicabilidade como material alternativo em sistema de

cobertura final, foram realizados ensaios de cisalhamento direto.

A escolha deste ensaio deu-se pelos seguintes fatores:

• O ensaio de cisalhamento direto é o mais antigo e mais simples

procedimento técnico para determinação de resistência ao cisalhamento

do solo (PINTO, 2000);

• Por meio deste ensaio determinam-se a envoltória de resistência e os

parâmetros “ c ” (coesão) e “ ø ” (ângulo de atrito ) do solo; e

• Este ensaio é de grande valor e aplicabilidade nas obras de construção

civil, dentre as quais se destacam as obras que envolvem a estabilidade

de taludes, o que é de suma importância para escolha da configuração de

um sistema de cobertura final, tendo em vista que existem configurações

em formato de taludes, conforme exemplificado nas figuras 3.3 e 3.4.

A interpretação do ensaio de cisalhamento direto baseia-se no critério de Mohr-

Coulomb, segundo a seguinte expressão:

τ = c + σ x tg ø

Em que:

τ : tensão cisalhante [F/L

]

σ : tensão normal [F/L

]

c : coesão [F/L

]

ø : ângulo de atrito (°)

Este ensaio é geralmente realizado em duas etapas, a primeira é chamada de

confinamento e a segunda de cisalhamento propriamente dito.

O ensaio consiste em se moldar um corpo de prova, o qual é colocado dentro da

caixa de cisalhamento, porém no caso de amostra deformada pode ser remoldada ou

recompactada diretamente na caixa de cisalhamento. Em seguida aplica-se a tensão

normal desejada (σ ) e ocorre , então, a primeira etapa do ensaio, que é o confinamento

do corpo de prova, onde o movimento vertical da superfície superior do corpo de prova,

que indica a variação do volume, é medido, e permite que sejam avaliadas as variações

na densidade e índice de vazios, durante o confinamento. Após a estabilização do

confinamento, inicia-se a segunda etapa do ensaio, com o deslizamento de uma metade

do corpo de prova em relação à outra pela ação da força cisalhante (num plano

horizontal) com incrementos constantes. Assim determina-se para cada tensão normal

(σ ) aplicada, o valor do esforço cisalhante (τ ) necessário para provocar a deformação

contínua até a ruptura.

Dentro do programa experimental foram realizados 6 ensaios de cisalhamento

direto, sendo 3 com cargas mais baixas (12,5 ; 25 e 50 kPa) e 3 com cargas mais altas

(100, 200 e 400 kPa). Para execução destes ensaios foi adotado o seguinte

procedimento:

• Compactou-se o agregado reciclado miúdo do RCD com compactação

estática, num molde tripartido, na umidade ótima, obtendo-se uma amostra

com formato cilíndrico;

• Nesta amostra cravou-se um molde de aço inox de formato quadrado, com 6

cm de aresta na face interna, obtendo-se o corpo de prova com 2,5 cm de

espessura e nas mesmas dimensões do molde;

• Transportou-se o corpo de prova indeformado para a caixa de cisalhamento;

• Aplicou-se a tensão normal desejada, realizando-se o confinamento do corpo

de prova;

• Após a estabilização do estágio de confinamento, foi realizado o

cisalhamento;

• Por último, foram retiradas partes do corpo de prova cisalhado para medição

e verificacão da umidade final, em relação à inicial.

A velocidade utilizada durante os ensaios foi de 0,3658 mm/min.

5.8 – Ensaios de lixiviação e solubilização

Foram realizados ensaios de lixiviação e solubilização para determinação de

possíveis elementos químicos considerados contaminantes.

Para realização destes ensaios foi feita uma solicitação à Empresa TASQA

Serviços Analíticos LTDA, da cidade de Paulínea – São Paulo – SP, para atender uma

pesquisa de tese sobre aplicação de agregado reciclado em pavimentação

(CINCONEGUE, 2004). Como o material ensaiado é o mesmo agregado reciclado

miúdo do RCD desta pesquisa, optou-se por utilizar os resultados encontrados nestes

dois ensaios.

5.8.1 – Ensaio de Lixiviação

Segundo a norma ABNT/NBR 10005/1987, que descreve os procedimentos para

realização do ensaio de lixiviação, o objetivo deste ensaio é identificar a concentração

de substâncias que se separam do material por meio de lavagem e percolação.

De acordo com o relatório apresentado pela empresa TASQA Serviços

Analíticos LTDA, o procedimento adotado por esta empresa para realização deste

ensaio, e que se encontra em consonância com a norma ABNT/NBR 10005/1987, é o

seguinte:

Primeiramente, verifica-se o teor de sólidos não filtráveis da amostra para que

esta seja preparada por um dos três casos abaixo, que são: Amostras sólidas (caso 1);

amostras líquidas com teor de sólidos não filtráveis inferior a 0,5% (caso 2) e amostras

líquidas com teor de sólidos não filtráveis superior a 0,5% (caso 3 )

Caso 1: Amostras sólidas: O extrato de lixiviado é montado mantendo-se a proporção de

100g da amostra na base úmida para 1600g de água ultrapurificada. O pH da mistura é

medido e se for superior a 5,2 é ajustado em 5,0 mais ou menos 0,2 pela adição de

solução de Ácido Acético 0,5 mol/L. A mistura é colocada sob agitação. Em períodos

adequados o pH do meio é monitorado de forma a mantê-lo em 5,0 se necessário com a

solução de Ácido Acético. A agitação é encerrada após 24 horas. O volume final da

fração líquida é completado com água ultrapurificada o suficiente para 1600 mL de

solução. A solução resultante é filtrada em filtro de porosidade 0,45µm para em seguida

ser submetida às determinações químicas.

Caso 2: Amostras líquidas com teor de sólidos não-filtráveis inferior a 0,5%: O extrato

para análise é obtido pela filtração da amostra em filtro de porosidade 0,45µm na qual a

fase sólida é descartada.

Caso 3: Amostras líquidas com teor de sólidos não filtráveis superior a 0,5%:

Primeiramente filtra-se a amostra em filtro de porosidade 0,45µm até a obtenção de uma

massa de sólidos não-filtráveis. A fração líquida obtida é quantificada e acondicionada

para ser adicionada ao extrato do lixiviado dos sólidos não-filtráveis. A porção de

sólidos não-filtráveis é submetida a extração como no caso 1.

5.8.2 – Ensaio de Solubilização

Segundo a norma ABNT/NBR 10006/1987, que descreve os procedimentos a

serem utilizados na realização do ensaio de solubilização, o objetivo deste ensaio é

identificar a concentração de substâncias solúveis em água que estão presentes no

material.

De acordo com o relatório apresentado pela empresa TASQA Serviços

Analíticos LTDA, o procedimento adotado por esta empresa, para realização deste

ensaio, e que se encontra em consonância com a norma ABNT/NBR 10006/1987, é o

seguinte:

Para realização deste ensaio são colocados 250 g da amostra (base seca) em

frasco de 2000mL. São adicionados 1000mL de água ultrapurificada e agitada a amostra

em velocidade baixa por 5 minutos. Feito isto, tampa-se o frasco e deixa-se em repouso

por 7 dias. Após o período de repouso, esta solução é filtrada em esquema de

aparelhagem com membrana filtrante de 0,45µm. Após este procedimento faz-se a

comparação dos dados obtidos com os constantes no anexo G da ABNT/NBR 10004/

2004.

6 – APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS E ANÁLISES

6.1 – Ensaios de Caracterização

Com o intuito de pesquisar o agregado reciclado miúdo oriundo do RCD e de

caracterizá-lo quanto aos materiais que fazem parte de sua composição, foram

realizados ensaios de análise granulométrica, densidade real dos grãos e de

compactação.

6.1.1 – Análise granulométrica

O resultado encontrado pode ser visualizado na figura 6.1.

FIGURA 6.1 – Curva de distribuição granulométrica do agregado reciclado miúdo do

RCD

Por esta curva pode-se visualizar que o agregado reciclado miúdo do RCD é

um material que possui uma composição heterogênea, tendo uma fração maior de areia

(62 %), e frações menores de pedregulho (18%), silte (10%) e argila (10%). Percebe-se

também que a fração areia é bem graduada.

Devido à predominância da areia na composição do agregado reciclado miúdo,

podemos considerá-lo como um material granular do tipo areia pedregulhosa com finos

não plásticos. Pelo sistema USCS (Unified Soil Classification System) equivaleria a SW

com Coeficiente de Uniformidade (C

= 275). Encontram-se no anexo os resultados de

mais dois ensaios de análise granulométrica deste material que ratificam essa

classificação.

Comparando este resultado com o encontrado no agregado reciclado miúdo

oriundo do RCD da cidade de Salvador-BA (conforme ilustração da figura 2.3), pode-se

verificar que tanto um como o outro possuem faixas granulométricas similares,

apresentando em suas composições um percentual maior de areia.

6.1.2 – Densidade real dos grãos

O ensaio de determinação da densidade real dos grãos do agregado reciclado

miúdo, oriundo do RCD foi efetuado de acordo com o disposto no item 5.3.2.

O valor encontrado foi de 2,676.

6.1.3 – Compactação da amostra

Para obtenção da curva de compactação foram compactados 5 corpos de prova

com energia do tipo proctor-normal.

A figura 6.2 apresenta o resultado deste ensaio.

1,70

1,72

1,74

1,76

1,78

1,80

1,82

1,84

1,86

1,88

1,90

1,92

1,94

1,96

1,98

2,00

8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0

umidade ( % )

peso esp. aparente seco ( g/cm3 )

FIGURA 6.2 – Curva de compactação do agregado reciclado miúdo do RCD

Por meio desta curva pode-se visualizar a umidade ótima do agregado reciclado

miúdo do RCD, que está em torno de 13,5% para um peso específico aparente seco

máximo de 1,93g/cm

. Estes valores são consistentes com o comportamento de um solo

granular.

6.2 – Condutividade Hidráulica

Para os ensaios de condutividade hidráulica foram utilizados os valores dos

índices físicos iniciais que se encontram na tabela 6.1 (Quadro resumo dos índices

físicos iniciais).

TABELA 6.1 – Quadro resumo dos índices físicos iniciais

N° do

ensaio

Umidade - w

(%)

Densidade real

dos grãos - G

Peso Especifico

Seco - γ

(g/cm

)

Índice de

Vazios - e

1,2

2,676

1,27

1,10

1,0

2,676

1,26

1,13

11,5

2,676

1,88

0,42

2,676

1,90

0,40

13,5

2,676

1,93

0,39

13,5

2,676

1,93

0,39

14,5

2,676

1,90

0,41

15,2

2,676

1,86

0,44

2,676

1,90

0,40

13,5

2,676

1,93

0,39

2,676

1,87

0,43

Os valores de coeficientes de permeabilidade (k) encontrados nestes ensaios

estão apresentados nas tabelas 6.2 (Quadro resumo de ensaios sem compactação), 6.3

(Quadro resumo de ensaios com compactação do tipo Proctor Normal) e 6.4 (Quadro

resumo de ensaios com compactação estática). Vale ressaltar que os valores de k

contidos nestas tabelas foram os obtidos como último valor médio de k para cada

ensaio.

TABELA 6.2- Quadro resumo de ensaios de condutividade hidráulica saturada sem

compactação - Carga Constante

RCD NÃO COMPACTADO

N°

k (cm/s)

Índice de vazios (e) Gradiente hidráulico (i)

Saturação final (%)

1 5,42 x 10

-3

1,10 8,42 86,7

2 8,47 x 10

-3

1,13 8,42 89,9

TABELA 6.3 - Quadro resumo de ensaios de condutividade hidráulica com

compactação Proctor Normal – Cargas Constante e Variável

RCD COMPACTADO ABAIXO DA UMIDADE ÓTIMA

N° k

(cm/s)

Índice de vazios

(e)

Umidade de

compactação (%)

Saturação

final (%)

1,47 x 10

-4

0,41

-2,0

99,86

1,28 x 10

-5

0,38

-1,5

90,80

RCD COMPACTADO NA UMIDADE ÓTIMA

N° k

(cm/s)

Índice de vazios

(e)

Umidade de

compactação (%)

Saturação

final (%)

1,54 x 10

-5

0,40

93,66

2,28 x10

-5

0,37

110,65

RCD COMPACTADO ACIMA DA UMIDADE ÓTIMA

N° k

(cm/s)

Índice de vazios

(e)

Umidade de

compactação (%)

Saturação

final (%)

7,8 x10

-5

0,42

+1,0

98,76

1,82 x10

-7

0,45

+1,7

97,35

TABELA 6.4 - Quadro resumo de ensaios de condutividade hidráulica com

compactação estática – Carga Variável

RCD COMPACTADO ABAIXO DA UMIDADE ÓTIMA

N° k

(cm/s)

Índice de vazios

(e)

Umidade de

compactação (%)

Saturação

final (%)

4,97 x 10

-5

0,40

-1,8

113,06

RCD COMPACTADO NA UMIDADE ÓTIMA

N° k

(cm/s)

Índice de vazios

(e)

Umidade de

compactação (%)

Saturação

final (%)

9,4 x 10

-6

0,39

118,22

RCD COMPACTADO ACIMA DA UMIDADE ÓTIMA

N° k

(cm/s)

Índice de vazios

(e)

Umidade de

compactação (%).

Saturação

final (%)

2,04 x10

-5

0,43

+1,5

115,25

Analisando os resultados encontrados nestes ensaios pode-se perceber que com

relação aos ensaios sem compactação a ordem de grandeza é de 10

-3

cm/s, o que é

considerado coerente, pois o agregado reciclado miúdo é um material composto, em sua

maior parte, de fração areia. Pode-se verificar também que a ordem de grandeza

predominante para o coeficiente de permeabilidade (k) tanto nos ensaios com

compactação do tipo proctor-normal quanto estática é de 10

-5

cm/s, observada para

umidades abaixo da ótima, ótima e acima da ótima. Pela tabela 6.2, observou-se ainda

que houve um ensaio, com compactação do tipo proctor-normal, e umidade acima da

ótima, que apresentou um resultado, a princípio, não esperado, ou seja, k na ordem de

-7

cm/s.

Segundo um exemplo citado por PINTO (2000) de um solo arenoso fino

existente em uma extensa área no Estado de São Paulo, este solo apresentou no seu

estado natural, k na ordem de 10

-3

cm/s, e compactado apresentou k na ordem de 10

-6

-7

cm/s. Em função deste exemplo e tendo em vista que o agregado reciclado miúdo

do RCD é composto na sua maior parte de material arenoso, não se deve desconsiderar

este resultado.

6.3 – Curva característica

Por meio do ensaio pelo método do papel filtro pode-se medir a sucção matricial

do agregado reciclado miúdo de RCD e traçar a curva de retenção de água.

Na tabela 6.5 encontram-se os índices físicos iniciais dos corpos de prova deste

ensaio.

TABELA 6.5 – Índices físicos iniciais do ensaio pelo método do papel filtro

Índice de vazios (e): 0,39

Umidade (w): 12,43%

Saturação (S): 85,35%

Peso específico aparente seco (γ

): 1,92 g/cm

A figura 6.3 apresenta os resultados deste ensaio.

0.1

0.2

0.3

1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06

Sucção matricial [kPa]

Umidade Volumetrica

PF VG

FIGURA 6.3 – Curva de retenção de água do agregado reciclado miúdo do RCD

Analisando esta curva com as curvas apresentadas na figura 4.8 percebe-se uma

semelhança com a curva característica de um silte arenoso, o que confirma que o

agregado reciclado miúdo de RCD possui características de uma areia.

A partir da medição da sucção matricial também foi possível determinar a curva

de condutividade hidráulica não saturada, que pode ser vista na figura 6.4.

FIGURA 6.4 – Curva de condutividade Hidráulica não saturada ajustada pela equação

de VAN GENUTCHEN (1980)

Analisando esta curva pode-se verificar que o material apresenta valores da

ordem de 10

-5

cm/s na condição saturada e decresce rapidamente para cerca de 10

-8

cm/s

em uma sucção de cerca de 2 kPa, até 10

-10

cm/s em uma sucção de 20 kPa e até 10

-12

cm/s em uma sucção de 200 kPa

6.4 – Ensaios de erodibilidade e Crumb Test

6.4.1 – Ensaio de Erodibilidade

Ensaio de desagregação

Os índices físicos iniciais do corpo de prova deste ensaio encontram-se na tabela

6.6.

TABELA 6.6 - Índices físicos iniciais do ensaio de desagregação

Índice de vazios (e): 0,39

Umidade (w): 13,5%

Peso específico aparente seco ( γ

): 1,93 g/cm

O esquema mostrando a disposição da amostra e o medidor de nível de água

para a realização do ensaio de desagregação pode ser visto na figura 6.5.

FIGURA 6.5 - Esquema e disposição da amostra no ensaio de desagregação

No decorrer do ensaio pode-se observar que o agregado reciclado miúdo do

RCD apresentou no primeiro estágio uma leve desagregação nos cantos, quase que

imperceptível (figura 6.6). No segundo estágio, quando o nível de água foi elevado a 1/3

da altura da amostra, pode-se observar que nas quatro extremidades inferiores da

amostra (nos cantos) houve desagregação por abatimento (figura 6.7). No terceiro

estágio, quando o nível de água foi elevado a 2/3 da altura da amostra, verificou-se que

a desagregação por abatimento, ocorrida no estágio anterior, aumentou (figura 6.8). No

quarto estágio, quando se elevou o nível de água até o topo da amostra, pode-se

observar, logo no início, que a amostra desagregou ainda mais e apareceram duas

fraturas na sua face superior (figura 6.9). No dia seguinte (24 horas após o início do

ensaio) pode-se verificar ainda que a amostra desagregou por abatimento (

slumping) e

por fraturamento (figura 6.10).

FIGURA 6.6 – Primeiro estágio do ensaio de desagregação (N.A. na base da amostra)

Figura 6.7 – Segundo estágio do ensaio de desagregação (N.A. a 1/3 da altura)

Figura 6.8 – Terceiro estágio do ensaio de desagregação (N.A. a 2/3 da altura)

Figura 6.9 – Quarto estágio do ensaio de desagregação (N.A. no topo da amostra)

Figura 6.10 – Final do ensaio de desagregação (24 horas após o início)

6.4.2 – Ensaio de Crumb Test

Os índices físicos iniciais do corpo de prova deste ensaio encontram-se na tabela

6.7

TABELA 6.7 - Índices físicos iniciais do ensaio de

Crumb Test

Índice de vazios (e): 0,39

Umidade (w): 13,5%

Peso específico aparente seco (γ

): 1,93 g/cm

Tão logo se iniciou o ensaio pode-se perceber que a amostra (pequeno torrão)

desagregou. No final do ensaio, após uma hora, pode-se observar que a amostra

desagregou e não dispersou. As figuras 6.11 e 6.12 apresentam as duas etapas do ensaio.

Figura 6.11 – 1ª etapa do Crumb Test (início)

Figura 6.12 – 2ª etapa do Crumb Test (1 hora)

A fim de sintetizar o resultado deste ensaio e facilitar a análise, bem como

classificar o agregado reciclado miúdo do RCD, foi elaborada a tabela 6.8, baseada no

trabalho proposto por SHERARD

et al (1972).

TABELA 6.8 – Quadro resumo do ensaio de

Crumb Test

Água destilada

Início do ensaio

Final do ensaio

Classificação

Agregado reciclado

miúdo

Desagrega e não

dispersa

Desagrega e não

dispersa

Não dispersivo

Este ensaio foi realizado por dois motivos:

- O agregado reciclado miúdo do RCD possui um percentual de material argiloso

e, segundo SHERARD

et al (1972), as argilas muito erodíveis são denominadas solos

dispersivos, mesmo quando compactadas com solos não coesivos como areias finas e

siltes, as quais em presença de água em movimento sofrem erosão por um processo

conhecido como dispersão.

- Este ensaio serve como um ensaio preliminar, já que através do mesmo pode-se

verificar a desagregação do material ensaiado.

Analisando os ensaios de erodibilidade e de

Crumb Test pode-se verificar que o

agregado reciclado miúdo do RCD é um material erodível e facilmente desagregável,

embora não dispersivo.

6.5 – Ensaio de Cisalhamento Direto

Os índices físicos iniciais destes ensaios encontram-se na tabela 6.9.

TABELA 6.9 - Índices físicos iniciais do ensaio de cisalhamento direto

Índice de vazios (e): 0,39

Umidade (w): 13,5%

Peso específico aparente seco (γ

): 1,93 g/cm

Através dos dados obtidos nestes ensaios pode-se traçar duas envoltórias, uma

com todas as tensões e outra para as tensões mais baixas, que podem ser visualizadas

nas figuras 6.13 e 6.14, respectivamente.

y = 0,7072x

= 0,9683

c=0 e

=35

y = 0.491x + 82.119

c=82.1 e

= 26.2

y = 0,8484x

= 0,9728

c=0 ø=40,3

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

tensão normal ( kPa )

tensão cisalhante ( kPa )

Figura 6.13 – Envoltória de resistência para todas as tensões (12,5 a 400 kPa)

y = 0.9768x + 3.6643

= 0.9926

c=3.7

=44.3

y = 1.0708x

= 0.9808

c= 0

=47

0 10203040506

tensão normal ( kPa )

tensão cisalhante ( kPa )

Figura 6.14 – Envoltória de resistência para tensões mais baixas (de 12,5 a 50 kPa)

Analisando estes gráficos pode-se perceber que os valores de ângulo de atrito (ø)

encontrados para cada envoltória revelam uma semelhança com valores de ângulos de

atrito de areias. Tendo em vista que estudos com solo granular revelam que o ângulo de

atrito de uma areia angulosa, bem graduada e compacta é de 45°(LAMBE, 1976).

O número restrito de ensaios realizados, no entanto, não permite afirmar que o

comportamento seja efetivamente diferenciado entre os dois níveis de tensão. Pode-se

admitir, portanto, um ângulo de atrito interno ø = 35

° para este material (figura 6.13).

Ainda pelos resultados obtidos nestes ensaios pode-se plotar também os gráficos

das figuras 6.15 (deslocamento vertical x deslocamento horizontal) e figura 6.16 (tensão

normalizada x deslocamento horizontal).

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Deslocamento horizontal ( cm )

Deslocamento vertical ( cm )

12.5 kPa

25 kPa

50 kPa

100 kPa

200kPa

400 kPa

FIGURA 6.15 - Deslocamento vertical x deslocamento horizontal nos ensaios de

cisalhamento direto.

FIGURA 6.16 – Tensão normalizada x deslocamento horizontal nos ensaios de

cisalhamento direto.

Pela análise destes gráficos verifica-se que o agregado reciclado miúdo do RCD teve

o comportamento de uma areia. Para as tensões mais baixas ocorreu pico figura (6.16) e

ocorreu também no início do cisalhamento, uma diminuição de volume, mas logo em

seguida houve expansão, ou seja, um aumento do volume, causado pelo “galgamento”

dos grãos (figura 6.15). Este fenômeno é denominado de dilatância.

Considerou-se importante analisar o comportamento sob baixas tensões normais

porque em geral os sistemas de cobertura operam sob pequenas cargas (peso próprio das

camadas subjacentes). Apenas durante a construção os sistemas de coberturas são

submetidos a tensões mais altas, devido à passagem de equipamentos. Para situação sob

baixas tensões normais observa-se também que o material tem um comportamento não-

coesivo com ângulo de atrito interno bastante elevado.

Aparentemente para tensões mais altas, superiores a 200 kPa, o material

apresenta um comportamento típico de quebra de partículas. A curva tensão x

deslocamento indica um aumento gradual e lento da resistência com o aumento da

deformação. A resistência final em σ = 400 kPa se aproxima da resistência final em σ =

200 kPa, só que em níveis bem maiores de deslocamento (cerca de duas vezes maior),

ou seja: 0,8 cm para 400 kPa contra 0,4 cm para 200 kPa. Mais ensaios seriam

necessários para verificar este comportamento.

6.6 – Ensaios de Lixiviação e Solubilização

6.6.1 – Ensaio de Lixiviação

A empresa TASQA Serviços Analíticos LTDA concluiu que a amostra do

agregado reciclado miúdo do RCD pertence ao caso 1 e apresentou os resultados do

ensaio de lixiviação por meio de um relatório, os quais podem ser visualizados na tabela

6.10 (quadro resumo do ensaio de lixiviação).

TABELA 6.10 – Quadro resumo do ensaio de lixiviação

Lixiviado

Parâmetros

Resultado

(mg/L)

Limite Max. Lixiviado

(mg/L)

Alumínio

Arsênio

0,03

0,005 5

Bário

0,15

0,003 100

Berílio

Cádmio

< LQ

0,03 0,5

Chumbo

< LQ

0,2 5

Cianeto

Cloreto

Cobre

Cromo Total

< LQ

0,08 5

Cromo VI

Dureza

Fenóis

Ferro

Fluoreto

0,29

0,07 150

Manganês

Mercúrio

< LQ

0,0005 0,1

Nitrato

Prata

< LQ

0,05 5

Selênio

0,06

0,007 1

Sódio

Sulfato

Surfactantes

Vanádio

Zinco

LQ: limite de quantificação

Fonte: Reproduzido de CINCONEGUE (2004)

6.6.2 – Ensaio de Solubilização

Os resultados encontrados neste ensaio podem ser visualizados através da tabela

6.11 (quadro resumo do ensaio de solubilização).

TABELA 6.11 – Quadro resumo do ensaio de solubilização

Solubilizado

Parâmetros

Resultado

(mg/L)

Limite Max.

Lixiviado

(mg/L)

Alumínio

0,29

0,05 0,2

Arsênio

0,03

0,005 0,05

Bário

0,02

0,003 1

Berílio

Cádmio

< LQ

0,004 0,005

Chumbo

< LQ

0,003 0,05

Cianeto

< LQ

0,015 0,1

Cloreto

21,4

2 250

Cobre

< LQ

0,1 1

Cromo Total

< LQ

0,013 0,05

Cromo VI

Dureza

192

0,05 500

Fenóis

0,004

0,001 0,001

Ferro

< LQ

0,1 0,3

Fluoreto

0,40

0,07 1,5

Manganês

0,02

0,05 0,1

Mercúrio

< LQ

0,0005 0,001

Nitrato

4,1

0,1 10

Prata

< LQ

0,05 0,05

Selênio

< LQ

0,007 0,01

Sódio

12,5

0,01 200

Sulfato

<LQ

2 400

Surfactantes

0,11

0,04 0,2

Vanádio

Zinco

0,02

0,01 5

LQ: limite de quantificação

Fonte: Reproduzido de CINCONEGUE - 2004

Segundo as análises realizadas pela Empresa TASQA Serviços Analíticos LTDA

a partir dos resultados destes ensaios, o agregado reciclado miúdo do RCD foi

classificado como resíduo classe ll (resíduo não-inerte). Esta classificação teve por base

os valores encontrados pra alumínio e fenóis no ensaio de solubilização. Tais valores

são maiores que o limite máximo referenciados na norma ABNT/NBR 10006/1987.

Porém, foi publicada uma nova edição da norma de solubilização em 2004 e por esta

nova edição o valor encontrado para fenóis (0,004 mg/l) encontra-se dentro do valor de

referência (0,01 mg/l).

Apenas o alumínio apresenta-se ainda acima do admissível pela nova edição.

Entretanto, este resultado não foi reportado em outras análises de RCD, como por

exemplo o de Salvador ( CARNEIRO, 2001) e pode estar relacionado a uma partida de

beneficiamento em que permaneceram algumas impurezas de materiais.

Para caracterizar o risco de uso deste agregado seria necessário efetuar análises

sistemáticas de diferentes partidas de beneficiamento, o que fugia ao escopo da presente

pesquisa. De qualquer forma, a diferença encontrada em relação ao valor admissível não

é um fator que impossibilite sua utilização, sobretudo se o material for usado como

cobertura de aterros de resíduos.

7 – CONCLUSÕES

De posse dos resultados dos ensaios e de suas análises (descritos no capítulo 6)

conclui-se que o agregado reciclado proveniente do beneficiamento do RCD é um

material que apresenta comportamento semelhante a um solo granular.

Sua caracterização física revelou um material granular do tipo areia

pedregulhosa com finos não plásticos.

Tanto os valores de coeficiente de permeabilidade (saturada na ordem de10

-5

cm/s e não saturada na ordem de 10

-12

cm/s para uma sucção de 200kPa) quanto os de

ângulos de atrito obtidos através dos ensaios de resistência ao cisalhamento (ø: de 26° a

47°) ratificam esta caracterização, pois são valores consistentes com comportamento de

solos granulares.

Conclui-se ainda que este material é erodivel e facilmente desagregável, porém

não dispersivo.

Com relação às análises químicas pode-se concluir que embora este material

tenha sido classificado como não inerte, devido principalmente ao valor de alumínio

encontrado no ensaio de solubilização, isto não constitui um fator que impossibilite sua

utilização, sobretudo se este material for utilizado como cobertura de aterros de

resíduos.

A partir dos resultados dos ensaios e de suas análises pode-se também avaliar

quais os parâmetros encontrados no agregado reciclado miúdo do RCD se assemelham

tecnicamente aos dos materiais que compõem um sistema de cobertura final de aterros

do tipo convencional, bem como dos tipos alternativos de coberturas finais. E de posse

desta avaliação, verificar se o agregado reciclado miúdo de RCD pode ser utilizado

como um material alternativo em sistema de cobertura.

7.1 – Verificação para cobertura final de aterros de resíduo sólido urbano

Com relação aos componentes de um sistema de cobertura final de aterro de

resíduos sólidos urbanos, do tipo convencional, como descrito no Capítulo 3, composto

por 6 (seis) camadas, pode-se concluir que:

• Para camada de superfície, o agregado reciclado miúdo do RCD,

embora seja composto de uma mistura de argila, silte e areia, que são

materiais recomendáveis para esta camada, torna-se a princípio

inadequado pelo fato de ser um material erodível. Portanto, para ser

utilizado como material substituto na camada de superfície deverá ser

feito um plantio de forma que se obtenha uma camada de superfície

composta de vegetação e/ou sua construção em taludes .

• Para camada de proteção, o agregado reciclado miúdo do RCD

apresenta restrições quanto ao coeficiente de permeabilidade (k), pois

o material utilizado nesta camada deve prover uma adequada retenção

de água com capacidade de atenuar a infiltração de águas de chuvas

para a camada de drenagem, e apresentar valores de k <10

-5

cm/s.

Como os resultados dos ensaios de condutividade hidráulica do

agregado reciclado miúdo do RCD apresentaram valores para k, na

sua maioria, na ordem de 10

-5

cm/s, este material não é adequado a

princípio.

• Para camada de drenagem, o agregado reciclado miúdo do RCD

torna-se inviável pelo fato de apresentar condutividade hidráulica

menor que a especificada tecnicamente (k = 1 x 10

-2

cm/s). Outro

aspecto relevante é o provável coeficiente de atrito muito baixo no

contato com a geomembrana.

• Para a barreira hidráulica ou de gás o agregado reciclado miúdo do

RCD não é recomendado em condições saturadas, pois esta camada é

composta basicamente por geomembranas,

liner de argila

geossintética (GCL) e

liner de argila compactada (CCL), materiais

altamente impermeáveis, com coeficiente de permeabilidade na

ordem de 1 x 10

-9

a 5 x 10

-9

cm/s, e estes valores não foram

encontrados para o referido agregado nos ensaios saturados. Porém

para condições não saturadas pode funcionar, pois nestas condições

foram encontrados coeficientes de permeabilidade até menores, na

ordem de 1 x 10

-12

cm/s para sucção de 200 kPa.

• Para camada de coleta de gás recomenda-se o uso de grãos grossos e

altamente permeáveis, como cascalhos e britas. Com relação ao

agregado reciclado miúdo de RCD, pode-se perceber pela sua curva

granulométrica que é um material composto, na sua maior parte, por

areia, porém não somente grossa. É um material fofo e que não

garante qualidade na execução desta camada. Portanto não irá

funcionar.

• Para camada de base, a princípio não existem restrições quanto ao

uso do agregado reciclado miúdo do RCD, sendo que o projeto de

cobertura deve especificar a espessura adequada e compatível a este

material.

7.2 – Verificação para coberturas alternativas

Como já comentado no capítulo 3, existem alguns estudos realizados sobre

coberturas alternativas e que têm demonstrado que as coberturas finais de aterros em

climas árido e semi-árido devem ter especificações diferentes daquelas de climas

úmidos.

Segundo os modelos de coberturas finais alternativas apresentadas por

KOERNER e DANIEL (1997), para clima semi-árido, pode-se verificar que o agregado

reciclado miúdo do RCD possui especificações e parâmetros que possibilitam a sua

utilização como material alternativo e substituto ao da camada de superfície e ao

material granular da barreira capilar. Sendo que na camada de superfície deve ser feito o

plantio de vegetações para conter a erosão. Há também a possibilidade de uso como

uma camada monolítica, porém com uma espessura maior em substituição ao solo

nativo. Para esta substituição é recomendável uma avaliação do solo nativo, a fim de

verificar as possíveis semelhanças (quanto a caracterização e parâmetros geotécnicos)

entre o solo e o agregado reciclado miúdo.

Um outro fator de grande relevância a ser considerado para os aterros em regiões

áridas e semi-áridas é a condutividade não saturada do material a ser aplicado como

cobertura. Através da curva de condutividade hidráulica não saturada pode-se verificar

que o agregado reciclado miúdo do RCD apresenta uma condutividade hidráulica não

saturada que pode chegar a valores na ordem de 10

cm/s, o que favorece a sua

utilização como material alternativo nestas regiões, tendo em vista que a evaporação

para estes locais é maior do que a precipitação, logo a condutividade hidráulica do

agregado reciclado miúdo do RCD tenderá a ocorrer sempre em condições de umidade

menor que a de saturação.

-12

Ainda, segundo o exemplo de cobertura alternativa apresentada por KOERNER

e DANIEL (citado no capítulo 3) para aterros de resíduos sólidos urbanos nos Estados

Unidos, em que é permitida a máxima percolação, pode-se verificar que o agregado

reciclado miúdo do RCD possui coeficiente de permeabilidade em condições

semelhantes ao do solo da camada que se encontra acima do resíduo. Isto possibilita a

aplicação do agregado reciclado miúdo do RCD como material alternativo para esta

camada, bem como para camada de solo vegetativo.

7.3 – Considerações finais

Por meio dos ensaios realizados e dos resultados obtidos pode-se considerar que

os objetivos desta pesquisa foram atingidos. Tanto a caracterização física, quanto os

ensaios de condutividade hidráulica, erodibilidade, resistência ao cisalhamento e os

ensaios químicos demonstraram que o material pesquisado, embora seja o resultado do

beneficiamento de um resíduo, é um material alternativo e que possui um grande

potencial de aplicação em obras de construção civil, diminuindo os efeitos negativos ao

meio ambiente, contribuindo de forma positiva para o desenvolvimento sustentável,

podendo ser aplicado de maneira nobre em vários projetos de engenharia.

Com relação ao sistema de cobertura final, este material surge como uma

alternativa a ser considerada, principalmente em regiões áridas e semi-áridas, bem como

em municípios pequenos, onde os aterros sanitários são construídos para atender uma

demanda pequena.

7.4 – Sugestões para futuras pesquisas:

• Realizar ensaios de Inderbitzen, pois estes ensaios permitem avaliar

quantitativamente a erosão superficial do agregado reciclado miúdo do

RCD.

• Realizar ensaios, misturando o agregado natural com o agregado

reciclado miúdo do RCD, em proporções diferentes, a fim de verificar o

comportamento geo-mecânico, bem como a permeabilidade; com a

finalidade de avaliar se os resultados são mais favoráveis ou não para

utilização em sistema de cobertura final.

• Verificar o comportamento do agregado reciclado miúdo do RCD em

relação a fertilidade para estudos de revegetação.

• Verificar o comportamento do agregado reciclado miúdo do RCD quanto

a passagem de gases e seus efeitos.

• Recomendação de um estudo sistemático de diferentes partidas de

agregados resultantes do beneficiamento do RCD, envolvendo análises

físicas e químicas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

Associação Brasileira de Normas Técnicas. Resíduos Sólidos - Classificação:

NBR 10004/87.