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A poluição do solo e das águas subterrâneas representa uma grande preocupação para a sociedade e as autoridades competentes, devido aos sérios impactos na saúde pública e no meio ambiente. Durante muitos anos, o solo tem sido utilizado como um local de descarte para os resíduos provenientes das diferentes atividades humanas. Com o aumento da industrialização, o descarte irresponsável desses resíduos acaba resultando em sérias contaminações do solo. Alguns dos principais problemas causados por essa forma de disposição incluem a propagação de doenças, odores desagradáveis e a poluição do solo, águas subterrâneas e superficiais, devido à infiltração do líquido percolado resultante da decomposição dos resíduos sólidos urbanos.
Tipologia: Resumos
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Porto Alegre Agosto de 2007
Porto Alegre Agosto de 2007
Esta Dissertação de Mestrado foi julgada adequada para a obtenção do título de MESTRE EM ENGENHARIA e aprovada em sua forma final pelo professor orientador e pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
Porto Alegre, Agosto de 2007.
Prof. Nilo César Consoli Profª. Karla Salvagni Heineck Ph.D. pela Concórdia University - Canadá D. Eng. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul Orientador Orientadora
Prof. Fernando Schnaid Coordenador do PPGEC/UFRGS
Prof. Pedro Miguel Vaz Ferreira (University College London) D. Eng. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Profª. Rosemar Gomes Lemos (UFPEL) D.Eng. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Prof. Juan Antônio Altamirano Flores (UFRGS) Ph.D. pela Universidade Federal de Santa Catarina
Prof. Fernando Schnaid (UFRGS) Ph.D. pela Oxford University - UK
Dedico este trabalho aos meus pais José Henrique e Maria Cecília.
A Deus que tornou tudo possível.
Aos meus pais José Henrique e Maria Cecília pelo amor, carinho, compreensão, dedicação e incentivo imensuráveis nos momentos mais difíceis. Amo vocês.
Ao meu irmão Fernando por estar presente quando eu estava longe.
Ao meu querido Ricardo por incentivar e me apoiar de forma tão carinhosa.
Ao meu dindo José Luis pelo carinho, ajuda, dicas e conversas de grande valia.
À Professora Karla Salvagni Heineck e ao Professor Nilo César Consoli pela orientação, apoio, confiança, incentivo, dedicação, paciência e amizade que foram fatores fundamentais para a elaboração deste trabalho.
A Lidiane grande “miga” e colega que conquistei durante o período do mestrado. Sempre sempre sempre estarás no meu coração.
Ao Chico grande amigo e gênio, que tive o privilégio de conhecer, pela paciência e auxílio.
Ao bolsista Emmanuel, mas principalmente amigo, pelo apoio, idéias e companheirismo.
A todos os professores e funcionários do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
A todo grupo do ENVIRONGEO, pelas idéias, conversas e alegrias. Especialmente os colegas Rosemar Lemos, Lucas Festugatto, Rodrigo Caberlon, José Rojas, João Diniz, Diego Foppa, Alexandre Knop e Guilherme “Paulista”.
A Capes que financiou parte do desenvolvimento desta pesquisa.
Você não pode ensinar nada a um homem; você pode apenas ajudá-lo a encontrar a resposta dentro dele mesmo. Galileu Galilei
PAGANI, B. R. Estudo de Misturas Solo-Cimento-Bentonita-Fibra para Uso em Barreiras Verticais de Contenção de Contaminantes. 2007. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre,
Study of soil-cement-bentonite-fiber Mixtures for Use in Vertical Barriers for Contaminant Contention
The present work aimed the investigation of the mechanical and hydraulic behavior of new geotechnical composite materials for use in vertical barrier walls (Slurry Walls). Fundamentally, the objective of the experimental program was to analyze the stress-strain behavior as well as the pore-pressure influence by means of triaxial tests, unconfined compression tests on mixtures of soil-cement-bentonite (SCB) and soil-cement-bentonite- fiber (SCBF), and hydraulic conductivity tests on soil-bentonite-fiber (SBF) and soil-cement- bentonite-fiber mixtures. The speciments formatted by the different mixtures were tested in the triaxial equipment, and sheared under consolidated isotropically undrained conditions (CIU) and efective stresses ranging from 50 to 470 kPa, after 7 days of curing. In these tests, the hydraulic conductivities were measured previously and after shearing the samples, in order to compare and identify the conductivity behavior at the moment in which the vertical barriers are requested. The hydraulic conductivity coefficients of SBF and SCBF mixtures obtained from rigid wall permeameter tests were compared with results existent in the literature for SB and SCB mixtures. The results indicated changes of the behavior standards for composite materials if compared with the unreinforced situation, such as increases of shear strength parameters and decreases of volumetric deformations under isotropic loading. The results of hydraulic conductivity tests confirmed that the behavior of the material is not affected by the addition of fibers. The results of hydraulic conductivity tests conducted in the triaxial equipment showed increases of the hydraulic conductivity coefficient after the shearing of the samples.
Key-words : slurry walls; reinforced soils; polypropylene fibers; bentonite.
Figura 2.1: Escavação do trecho e lançamento da lama bentonítica................................. 24 Figura 2.2: Formação do filter cake : (a) deposição das partículas coloidais nos vazios do solo; (b) filtração da lama por diferença de pressões; (c) formação do filme protetor ao longo da face da escavação...............................................................
Figura 2.3: Processo Construtivo das Barreiras de Solo-Bentonita................................ 28 Figura 2.4: (a) Escavação e (b) lançamento da mistura de solo-cimento-bentonita para dentro do trecho de escavação............................................................................. 30 Figura 2.5: Cristal de montmorilonita............................................................................... 32 Figura 2.6: Comparação do inchamento de uma montmorilonita cálcica e sódica........... 33 Figura 2.7: Disposição fibra/fissura idealizada............................................................... 40 Figura 3.1: Localização da jazida de solo residual de arenito Botucatu......................... 55 Figura 3.2: Jazida de arenito Botucatu na localidade de Vila Scharlau.......................... 56 Figura 3.3: Curva granulométrica do SRAB.................................................................... 57 Figura 3.4: Distribuição Granulométrica da bentonita sódica......................................... 60 Figura 3.5: Aspecto das fibras de polipropileno com 24 mm de comprimento.............. 61 Figura 3.6: Componentes das misturas............................................................................. 64 Figura 3.7: Segunda etapa: (a) Solo úmido; (b) Solo úmido mais fibras; (c) Mistura manual................................................................................................................. 65 Figura 3.8: Terceira etapa: (a) Adição de bentonita; (b) Mistura mecânica; (c) Mistura com cimento........................................................................................................ 65 Figura 3.9: Fase final da mistura....................................................................................... 66 Figura 3.10: (a) Desmoldagem; (b) Medição do corpo de prova...................................... 67 Figura 3.11: Ensaio de compressão não-confinada........................................................... 67 Figura 3.12: (a) Instalação do ensaio triaxial; (b) Detalhe da amostra.............................. 69 Figura 3.13: (a) Vista geral do conjunto permeâmetro; (b) Vista detalhada..................... 72 Figura 3.14: Moldagem da amostra no permeâmetro....................................................... 72 Figura 4.1: Ensaios de RCS em amostras de SCBF.......................................................... 77 Figura 4.2: Média dos ensaios de RCS em amostras de SCBF......................................... 77 Figura 4.3: Valores dos Parâmetros B............................................................................... 79 Figura 4.4: Comportamento tensão desvio e poro-pressão versus deformação axial: (a) SCB e (b) SCBF.................................................................................................. 81 Figura 4.5: Variação de Gmáx com a deformação distorcional para o SRAB e SRAB com fibras 24mm, com p’ =100 e 200 kPa e carregamento não drenado............ 83 Figura 4.6: Trajetórias de tensões efetivas e envoltórias: (a) SCB e (b) SCBF.............. 86 Figura 4.7: Comparação das envoltórias das misturas SCB SCBF................................... 88
A: Área da seção transversal
ABCP: Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM: American Society for Testing and Material
B: Parâmetro de poro-pressão de Skempton
c’ : Intecepto coesivo efetivo de pico
CID: Ensaio triaxial consolidado isotropicamente drenado
CIU: Ensaio triaxial consolidado isotropicamente não drenado
CP: Corpo de prova
CP V-ARI: Cimento Portland de alta resistência inicial
D 50 : Diâmetro médio dos grãos
e: índice de vazios
e (^) inicial: Índice de vazios inicial
e (^) pós adensamento : Índice de vazios após o adensamento do corpo de prova
ENVIRONGEO: Laboratório de Resíduos, Novos Materiais e Geotecnia Ambiental
EPA: United States Environmental Protection Agency
Fator a/c: Fator água-cimento
G: Densidade real dos grãos
G (^) máx : Módulo de cisalhamento máximo
h: Carga hidráulica
i : Gradiente hidráulico
IP: Índice de Plasticidade
k : Coeficiente de Condutividade Hidráulica
L: Comprimento
l/d: comprimento / diâmetro
LL: Limite de Liquidez
Os problemas relacionados à contaminação de solos e desastres ambientais passaram a ser vinculados como conseqüências do crescimento econômico e do desenvolvimento científico e tecnológico. Apesar dos avanços positivos que a evolução proporciona, esta representa grande risco ambiental quando tratada com descaso, podendo causar a deterioração dos recursos naturais e a perda da biodiversidade. As contaminações do solo, por exemplo, podem ser geradas de diversas maneiras, como: vazamento de tanques de combustível, rompimento de canalizações que transportam matérias-primas como ácido e derivados do petróleo, despejo de produtos químicos inadequadamente, etc. A absorção destas substâncias contaminantes pelo solo pode causar alteração do seu desempenho físico, mecânico e hidráulico, como por exemplo, o aparecimento de patologias nas estruturas de fundação e principalmente a contaminação do lençol freático.
Técnicas de contenção e remediação estão sendo largamente empregadas para resolver tais problemas. Uma das soluções encontradas para impedir a disseminação de contaminantes são as barreiras verticais de contenção, em que misturas de solo-bentonita (SB) e solo- cimento-bentonita (SCB) são utilizadas com o objetivo de evitar a contaminação do lençol freático ou de áreas específicas.
O caráter inovador desta pesquisa e gerador de novas tecnologias no ramo da engenharia geotécnica é o método de reforço do material de preenchimento da barreira através da inclusão de fibras às misturas de solo-bentonita e solo-cimento-bentonita. Esta técnica tem sido desenvolvida para melhorar o desempenho de materiais suscetíveis a problemas causados pela perda de resistência pós-pico e controle de propagação de fissuras, por exemplo.
A metodologia de reforço de solos com fibras nos moldes que se tem hoje começou a ser investigada a pouco mais de três décadas, enfocando o reforço de solos através de
