REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10139251
Mychel Silva dos Santos1;
Rafael de Sousa Pereira2;
Vitor Oliveira Pedrozo de Moraes3;
Claudio Roberto Oliveira Pereira4.
Resumo
Este estudo se concentra na avaliação do potencial uso de resíduos de concreto usinado, provenientes da limpeza de caminhões betoneiras após o uso, como um material estabilizador para solos argilosos com baixo suporte mecânico. Para esse propósito, foram analisadas três misturas: solo argiloso com 20% de resíduo (MIST-80/20), solo argiloso com 30% de resíduo (MIST-70/30), solo argiloso com 35% de resíduo (MIST-65/35), e solo puro de aterro (base), denominado NT-100, como eferência. A análise da capacidade de suporte foi realizada com base na compactação ótima, determinada por meio da análise Proctor.
Os resultados dos ensaios de compactação revelam que a adição de resíduos de concreto usinado ao solo argiloso resultou em um aumento no Índice Suporte California (ISC) em todos os percentuais analisados, redução da umidade ótima e aumento da massa específica aparente da mistura em comparação com o solo natural.
Ao comparar os resultados deste estudo entre o solo natural e as misturas, observa-se um aumento significativo no Índice Suporte California (ISC): 145,76% na mistura MIST-80/20, 167,23% na mistura MIST-70/30 e 258,76% na mistura MIST-65/35. Esses resultados indicam um potencial promissor para a utilização de resíduos de concreto usinado como estabilizador de solos argilosos com baixo suporte mecânico, proporcionando melhorias substanciais na capacidade de suporte do solo.
Palavras-chave: Resíduo de concreto, Estabilização do solo, Solo argiloso, Sustentabilidade, Melhoria de solo.
Abstract
This study focuses on evaluating the potential use of machined concrete waste from cleaning concrete mixer trucks after use as a stabilizing material for clay soils with low mechanical support. For this purpose, three mixtures were analyzed: clay soil with 20% waste (MIST-80/20), clay soil with 30% waste (MIST-70/30), clay soil with 35% waste (MIST-65/35), and pure landfill soil (base), called NT-100, as a reference. The bearing capacity was analyzed based on optimum compaction, determined using Proctor analysis.
The results of the compaction tests show that the addition of used concrete waste to
the clay soil resulted in an increase in the California Support Index (ISC) at all the percentages analyzed, a reduction in the optimum moisture content and an increase
in the apparent specific mass of the mixture compared to the natural soil. When comparing the results of this study between the natural soil and the mixtures, there was a significant increase in the California Support Index (CSI): 145.76% in the MIST-80/20 mixture, 167.23% in the MIST-70/30 mixture and 258.76% in the MIST-65/35 mixture. These results indicate a promising potential for the use of machined concrete waste as a stabilizer for clay soils with low mechanical support, providing substantial improvements in the soil’s bearing capacity.
Keywords: Concrete waste, Soil stabilization, Clay soil, Sustainability, Soil improvement.
1. Introdução
A crescente preocupação com a sustentabilidade e a otimização de recursos na indústria da construção civil tem levado a uma busca constante por soluções inovadoras e ambientalmente amigáveis. Nesse contexto, o presente artigo tem como principal objetivo investigar a viabilidade da utilização de resíduos de concreto proveniente da limpeza de caminhões betoneiras após transporte, com finalidade estabilizadora de solos argilosos, visando à melhoria das propriedades do solo para aplicações em meio rodoviário. A ênfase deste artigo recai sobre a redução do impacto ambiental e a otimização dos recursos na construção civil, representando um passo significativo em direção a práticas mais sustentáveis e eficientes.
Os resíduos sólidos gerados na indústria da construção civil são o resultado do acúmulo de sobras provenientes de obras de pequeno a grande porte, como escavações, movimentação de terra, barragens e outras atividades afins. Por outro lado, o solo, um recurso terrestre finito que pode levar milhares de anos para se formar, desempenha um papel fundamental na engenharia civil, sendo a base de todas as obras. Historicamente, o solo tem sido utilizado desde os primórdios da construção civil, com diferentes propósitos e métodos de uso, de acordo com as necessidades específicas de cada sociedade e cultura.
A composição e as propriedades dos resíduos de concreto usados neste artigo variam de acordo com as condições locais da concreteira onde são obtidos. Quanto ao solo melhorado por meio da incorporação desses resíduos, foi necessário a realização de ensaios de caracterização a fim de avaliar se a estabilização é realmente necessária para corrigir e aprimorar as características mecânicas e de durabilidade do solo. A melhoria do solo pode ocorrer de variadas maneiras, envolvendo alterações na granulometria, na conformidade e no tamanho das partículas que compõem a mistura. Além disso, a melhoria pode ser alcançada por meio de compactação dinâmica, que aumenta a energia de compactação, ou pela adição de aglomerantes estabilizadores, como cimento e cal, com o intuito de
proporcionar ao solo as condições necessárias para atender aos requisitos de sua aplicação, promovendo as correções desejadas.
No entanto, a adição de um estabilizador pode aumentar a energia incorporada no solo, o que pode prejudicar os benefícios ambientais da técnica, comparando-se com o uso de solo não estabilizado. Portanto, a escolha criteriosa dos estabilizadores é fundamental, considerando os impactos ambientais e a busca por maior resistência do solo. Nesse contexto, este artigo busca analisar o método de estabilização de um solo com a adição materiais provenientes da limpeza de caminhões transportadores de concreto, chamado resíduo, avaliando os efeitos dessas misturas nas propriedades do solo, bem como avaliando seu impacto ambiental.
2. Objetivo
Este artigo visa avaliar a viabilidade da utilização de resíduos de concreto na estabilização de solos argilosos, com especial atenção para a redução do impacto ambiental e a otimização dos recursos na indústria da construção civil. O foco principal é a melhoria das propriedades do solo para aplicações em meio rodoviário, explorando a incorporação de resíduos de concreto provenientes da limpeza de caminhões betoneiras após transporte, analisando seus efeitos nas propriedades do solo e seu impacto ambiental.
2.1.Objetivos Específicos
I. Coletar e caracterizar os resíduos de concreto gerados pela concreteira Madecon, com o intuito de identificar suas características físicas.
II. Realizar a preparação controlada de misturas de solo argiloso e resíduos de concreto em laboratório, variando as proporções para determinar a composição que demostre um meio viável de forma tal que se gere uma estabilização do solo.
III. Conduzir ensaios de compactação utilizando o método Proctor em diferentes energias para avaliar a densidade máxima e a umidade ótima das misturas solo- resíduo de concreto.
IV. Avaliar as propriedades físicas do solo antes e após a adição dos resíduos de concreto, incluindo a resistência mecânica, capacidade de suporte e expansão após imersão em água.
V. Comparar os resultados obtidos com os requisitos estabelecidos pelas normas técnicas pertinentes, especialmente as diretrizes do DNIT, a fim de verificar a conformidade das misturas solo-concreto para aplicação em construção rodoviária.
3. Aprimorando a Capacidade de Suporte em Solos Argilosos com a
Incorporação de Resíduos de Concreto
Nesta seção fundamental do artigo, exploraremos a pesquisa em profundidade, abordando os aspectos teóricos e práticos relacionados à aprimoração da capacidade de suporte em solos argilosos por meio da incorporação de resíduos de concreto. Inicialmente, abordaremos a relevância do estudo e as teorias que embasam nossa investigação. Em seguida, analisaremos os procedimentos metodológicos adotados para alcançar nossos objetivos.
3.1. Relevância e Enquadramento Teórico
A melhoria do solo argiloso para aplicações na construção rodoviária é uma preocupação central em engenharia civil. A otimização de recursos e a redução do impacto ambiental tornaram-se prioridades da indústria da construção. Esta pesquisa se insere nesse contexto, buscando compreender como a incorporação de resíduos de concreto pode contribuir para aprimorar a capacidade de suporte desses solos.
Nossa investigação se baseia em teorias consolidadas, que sustentam a compreensão dos processos de estabilização do solo. Essas teorias incluem os princípios de compactação Proctor, a teoria do Índice Suporte California (ISC), e as diretrizes do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) para solos rodoviários. Tais fundamentos teóricos fornecem as bases necessárias para a análise dos resultados obtidos e a discussão de suas implicações.
3.2.Características dos materiais
3.2.1. Resíduo
O resíduo de concreto utilizado neste estudo foi coletado em uma concreteira localizada em Porto Velho, Rondônia (RO). A localização da concreteira e os pontos de coleta estão detalhadamente representados na Figura 1 e na Tabela 1.
Figura 1. Mapa de localização
Fonte: Autores (2023)
Figura 2. Imagem com localização da Coleta de Solo Puro
Fonte: Autores (2023)
Figura 3. Imagem com localização da Coleta de Solo Puro
Fonte: Autores (2023)
Tabela 1. Pontos de coleta
Fonte: Autores (2023).
3.2.2. Solo
O solo utilizado na formulação deste estudo foi obtido no bairro local de Porto Velho/RO. As faixas granulométricas do solo, antes e após a estabilização com resíduos, são apresentadas nas Figuras 4 e 5.
Figura 4. Faixa granulométrica do solo
Fonte: Autores (2023).
Figura 5. Faixa granulométrica do solo e resíduo
Fonte: Autores (2023).
3.2.3. Misturas solo-resíduo
Para estudar o melhoramento do solo com a adição de resíduos como agentes estabilizantes, foram analisadas três percentagens de misturas, além de três compactações com solo in natura, denominados compactação 1 (NT-100/0), compactação 2 (NT-100/1), compactação 3 (NT-100/2). As misturas incluem: solo argiloso com 20% de resíduo (MIST-80/20), solo argiloso com 30% de resíduo (MIST-70/30), solo argiloso com 35% de resíduo (MIST-65/35). A Tabela 2 apresenta os resultados da caracterização física das amostras de solo.
Tabela 2. Propriedades Físicas
3.3.Ensaios Mecânicos
3.3.1. ISC e Expansão
Para avaliar a capacidade de suporte das misturas, foram utilizados ensaios de expansão e ISC. O ensaio de Índice de Suporte Califórnia (Californian Bearing Ratio – CBR) tem como finalidade avaliar a capacidade de suporte e expansão do solo compactado em ambiente laboratorial, estabelecendo uma comparação entre a carga de penetração desse solo e a de um material padrão. Essa análise visa aferir a qualidade do solo sob estudo para sua aplicação em pavimentação. A compreensão das propriedades mecânicas do solo é de importância fundamental nesse contexto, conforme mencionado no documento “Ensaios de Compactação, Índice de Suporte Califórnia (ISC) e Expansão”:
Os ensaios de Compactação, Índice de Suporte Califórnia e Expansão são realizados com o objetivo de verificar a qualidade do material de estudo para o emprego em pavimentação, onde é crucial o conhecimento das propriedades mecânicas do solo. Para prever o comportamento do solo frente às solicitações de uma estrada, é necessário conhecer o teor de umidade ótimo do solo, que resultará na melhor compactação do mesmo, a sua capacidade de suporte frente à ação de cargas e a sua expansão, quando imerso em água por um longo período de tempo.
A moldagem dos corpos de prova seguiu as diretrizes de compactação e aplicação de energia do Proctor modificado, atendendo aos padrões técnicos estabelecidos pela a norma DNIT 172/2016 – ME.
“A norma DNIT 172/2016 – ME” estabelece as condições para determinação do Índice de Suporte Califórnia de solos, utilizando amostras não trabalhadas. O ensaio é realizado em amostras de solo compactadas em um molde cilíndrico, com a finalidade de determinar a resistência do solo.
Após a compactação e moldagem em cilindros padronizados, os corpos de prova foram submetidos a um processo de imersão em água por 96 horas. Durante esse período, leituras periódicas foram realizadas com o auxílio de um extensômetro a cada 24 horas, a partir do início da imersão. Esse procedimento foi adotado para determinar a expansão ou retração das amostras moldadas. Ao final das 96 horas, os corpos de prova foram submetidos ao ensaio de ruptura em uma prensa apropriada.
Figura 6. a) Expansão; e b) ISC
Fonte: Autores (2023).
4. Resultados e Discussões
4.1.Parâmetros de Compactação
Os resultados dos ensaios de compactação Proctor utilizando energia modificada estão detalhados na Tabela 3. Os resultados refletem as diferenças nas propriedades do solo com a adição de resíduos em diferentes percentagens e permitem a comparação com o solo natural sem acréscimo de mistura.
Tabela 3. Propriedades Físicas
Fonte: Autores (2023).
Observando os resultados apresentados na Tabela 3, destaca-se que a adição de resíduos de concreto, provenientes da limpeza de caminhões betoneira, resultou em um aumento da massa específica aparente seca máxima das misturas e uma significativa redução da umidade ótima.
Esses resultados estão em conformidade com o estudo do artigo (Estabilização física de solo laterítico arenoso utilizando resíduos cerâmicos; Influência da granulometria e umidade nas propriedades de solos a partir de ensaios destrutivos e não destrutivos). Vale ressaltar que, após a determinação dos parâmetros de compactação das misturas, foi fundamental controlar o grau de compactação durante a moldagem dos corpos de prova, uma vez que esses devem apresentar um peso específico próximo ao estabelecido nos experimentos de compactação (Influência da granulometria e umidade nas propriedades de solos a partir de ensaios destrutivos e não destrutivos).
Esses resultados estão em conformidade com a literatura e prática (SENÇO, 2001; CASTRO et al., 2019). Vale ressaltar que, após a determinação dos parâmetros de compactação das misturas, foi fundamental controlar o grau de compactação durante a moldagem dos corpos de prova, uma vez que esses devem apresentar um peso específico próximo ao estabelecido nos experimentos de compactação (CASTRO et al., 2019).
4.2.ISC e Expansão
O ensaio ISC é uma medida da capacidade de um solo compactado, relacionando a pressão aplicada por um pistão a uma deformação específica em comparação a um solo de referência de brita. A Tabela 4 e as Figuras 4 e 5 apresentam os resultados dos ensaios ISC e expansão realizados nas amostras de solo.
Tabela 4. Propriedades Físicas
Fonte: Autores (2023).
Ao analisar a Tabela 4, observa-se que a adição de mistura de resíduo de concreto proporcionou melhores resultados. Comparando os resultados com o solo natural e a mistura de referência NT-100/0, constata-se que:
Na mistura MIST-80/20 (solo/resíduo), houve uma redução de 74,55% na expansão.
Na mistura MIST-70/30, a expansão diminuiu em 54,55%.
Na mistura MIST-65/35, a expansão reduziu significativamente em 93,09%.
Além disso, em relação ao Índice Suporte California (ISC), houve um aumento considerável nos resultados:
Na mistura MIST-80/20, registrou-se um aumento de 145,76% no ISC.
Na mistura MIST-70/30, o ISC aumentou em 167,23%.
Na mistura MIST-65/35, o ISC teve um notável aumento de 258,76%.
Esses resultados demonstram a eficácia da adição de resíduos de concreto na melhoria das propriedades do solo argiloso, indicando um potencial considerável para sua aplicação em projetos rodoviários. Ainda, a redução da expansão nas misturas estabilizadas se alinha com as normas estabelecidas pelo DNIT (2006) onde Índice Suporte Califórnia deverá ser maior ou igual a 80% para qualquer tipo de tráfego; a expansão máxima deverá ser 0,5%. Poderá ser adotado um ISC até 60%, quando economicamente justificado, em face da carência de materiais e prevendo-se a complementação da estrutura do pavimento pedida pelo dimensionamento pela construção de outras camadas betuminosas.
Essa seção demonstra que a incorporação de resíduos de concreto pode representar uma solução viável para melhorar a capacidade de suporte de solos argilosos, ao mesmo tempo em que atende a preocupações ambientais e promove práticas mais sustentáveis na construção civil. Os resultados obtidos abrem novas perspectivas para a utilização eficiente de materiais de resíduos na indústria da construção e ressaltam a importância de uma escolha criteriosa dos estabilizadores utilizados em tais processos.
5. Considerações Finais
As conclusões deste estudo destacam a viabilidade promissora da utilização de resíduos de concreto para estabilizar solos argilosos, visando aprimorar a capacidade de suporte desses solos em aplicações de construção rodoviária. A redução significativa na expansão do solo e o notável aumento no Índice de Suporte California (ISC) demonstram claramente uma melhoria substancial nas propriedades do solo após a incorporação de resíduos.
Além disso, enfatizamos a importância da análise dos impactos ambientais e da criteriosa escolha de estabilizadores, sublinhando a necessidade de buscar soluções sustentáveis na indústria da construção civil. O uso de materiais reciclados não apenas otimiza o desempenho do solo, mas também contribui para a redução do impacto ambiental.
No entanto, ressaltamos que são necessários estudos adicionais para avaliar a durabilidade das misturas solo-resíduo em condições de campo e para realizar uma análise econômica abrangente dessas práticas, viabilizando assim estudos mais abrangentes. Esses fatores desempenham um papel crucial na avaliação completa da viabilidade da incorporação de resíduos na construção rodoviária.
Este estudo representa um avanço importante em direção à adoção de práticas mais sustentáveis na construção civil, promovendo a otimização de recursos e a redução do impacto ambiental. Os resultados apresentados servem como base para futuras pesquisas e para a implementação eficaz de técnicas de estabilização do solo com resíduos na indústria da construção civil, contribuindo para um setor mais responsável e sustentável. Portanto, podemos concluir que a utilização de resíduos de concreto na estabilização de solos argilosos é uma estratégia promissora que merece atenção contínua e desenvolvimento futuro.
Nas seções finais que tratam das conclusões correspondentes aos objetivos e hipóteses propostos, este estudo sintetiza os principais resultados e descobertas, atendendo aos objetivos estabelecidos na introdução. É importante ressaltar que nesta seção não são introduzidos dados novos que não tenham sido previamente apresentados.
Agradecimentos
Agradecemos à Madecon Engenharia – Construtora e Participações LTDA pelo valioso fornecimento de materiais e pelo apoio da equipe do laboratório para os ensaios de compactação, que foram essenciais para o desenvolvimento desta pesquisa.
Também expressamos nossa sincera gratidão ao 5° Batalhão de Engenharia
de Construção – 5° BEC, pela generosa contribuição dos resultados das amostras,
que desempenharam um papel fundamental em nosso estudo.
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1 Graduando em Engenharia de Civil pela Faculdade Unisapiens – Sapiens. E-mail:
mychelsilvabr@gmail.com;
2 Graduando em Engenharia de Civil pela Faculdade Unisapiens – Sapiens. E-mail:
rafa0987spereira@gmail.com;
3 Graduando em Engenharia de Civil pela Faculdade Unisapiens – Sapiens. E-mail:
vitoropmoraes@gmail.com;
4 Professor e especialista pela Faculdade Unisapiens – Sapiens. E-mail:
claudio.pereira@gruposapiens.com.br.