Comportamento geotécnico de areias de fundição visando aplicações em pavimentos

Abstract

A geração de areia de fundição (ADF) no Brasil é significativa, sendo produzido mais de 3 milhões de toneladas por ano. Apesar da ADF possuir características interessantes para o emprego na construção civil e apresentar parâmetros que atendem os requisitos ambientais para a reutilização, a inexistência de normas específicas que instruam seu uso dificulta a aplicação. Dentre as possibilidades, está a utilização como substituto de outros agregados em grandes obras, sendo as de infraestrutura atraentes para o emprego da ADF, visto que, em sua maioria, demandam grandes volumes de material. Portanto, o presente trabalho estuda a viabilidade técnica e legal da utilização da ADF em camadas estruturais de pavimento. Para tal, foi realizada uma pesquisa experimental, que compreendeu ensaios de caracterização e comportamento geotécnico da ADF e o estudo com a incorporação de um solo residual de gnaisse em diferentes proporções. Os procedimentos experimentais compreendem a análise de fluorescência de raio-X, microscopia eletrônica de varredura, curvas de compactação, expansão, California Bearing Ratio (CBR), resistência a compressão simples (RCS), resistência ao cisalhamento e compressão confinada. Os corpos de prova submetidos aos ensaios geomecânicos foram moldados sob três esforços de compactação: normal, intermediário e modificado. A ADF possui cerca de 10% de finos, sendo o restante correspondente a partículas do tamanho de areia, sendo classificada como um material mal graduado. As partículas de quartzo, que compõem a maior parcela da ADF, possuem forma que varia de subangular a arredondada. Os resultados de CBR e expansão mostraram que é mais interessante a utilização da ADF pura, sem incorporação de solo residual, uma vez que sob energia intermediária e modificada os valores de CBR obtidos na ADF pura foram superiores aos medidos nas misturas ADF+solo. Além disso, a adição de solo residual de gnaisse aumentou a expansão, parâmetro limitante para utilização de materiais nas camadas estruturais do pavimento. Considerando a ADF em estado puro, verificou-se que o aumento no esforço de compactação resultou em aumento do ângulo de atrito e resistência à compressão simples, ao passo que pouco reduziu sua compressibilidade. Com o ensaio de RCS foi possível verificar a relevância do fenômeno de sucção nas amostras após secas ao ar. Um comparativo de custos em relação a uma obra de pavimentação já executada demonstra que a utilização da ADF se mostra bastante vantajosa do ponto de vista econômico. Ainda, foi realizado o levantamento dos trâmites para obtenção dos critérios e documentos necessários junto aos órgãos responsáveis, visando homologar a utilização da ADF.

The generation of foundry sand (FS) in Brazil is meaningful, being produced more than 3 millions of tons per year. Although the FS has interesting features for been used in the construction industry and it has parameters which meet the environmental requirements for the reuse, the lack of information related to its geotechnical behavior makes its application difficult. Among the possibilities, it’s the use of this subproduct as substitute of other products in big civil projects, being the infrastructure works attactive for the use of this subproduct, since, in the majority, they demand big volumes of materials. Therefore, the present project estudies the technical and legal viability of the use of FS in estructural layers of pavements. For such, it was performed an experimental research, which included characterization tests and geotechnical behavior of FS and the study with incorporation of a gnaisse residual soil in different proportions. The experimental procedures include the X-ray fluorescense analysis, scanning electron microscopy, compaction curves, expansion, California Bearing Ratio (CBR), unconfined compression resistance, shear resistance and confined compression resistance. The specimens submitted to the geomechanical tests were molded under 3 compaction forces: normal, intermediate and modified. The FS has around 10% of fines, being the remaining 90% sand-sized particles, classified as badly graduated. The quartz particles, which compose the biggest portion of FS, have a shape that can variate from subangular to subrounded. The results of CBR and expansion tests showed that it’s more interesting the use of FS pure, with no addition of residual soil, since under intermediatte and modified energy the analyzed values of CBR in FS were higher compared to the analyzed values in the blend of FS+soil. Futhermore, the addition of gnaisse residual soil increased the expansion, limiting parameter for the use of materials in the estructural layers of pavements. Considering the pure FS, it was verified that the increase of compaction force resulted in an increase of friction angle and unconfined compression resitance, while compressibility was reduced just a little bit. Through the unconfined compression resistance analysis it was possible to verify the relevance of suction phenomenon in the samples after air drying. A cost comparison related to a pavement work already concluded showed that the use of FS is very advantageous from an economic point of view. A survey of the necessary protocols for the acquisition of criteria and documents with the responsible agencies was carried out, in order to homologate the use of FS.