Avaliação de propriedades geotécnicas de misturas compactadas de solos tropicais com resíduo de poliestireno expandido (eps)

Abstract

Considerando-se as características físico-químicas do resíduo de EPS (poliestireno expandido) e as eventuais vantagens ambientais decorrentes de seu aproveitamento, este estudo visou a reutilização deste material em mistura com solos, visando o emprego do compósito em obras geotécnicas. A pesquisa avaliou as respectivas respostas mecânicas e hidráulicas de misturas de solos com resíduo de EPS triturado, sendo utilizados materiais geológicos com características granulométricas distintas. Os solos utilizados foram provenientes de duas jazidas de empréstimo situadas no município de Viçosa, na região da Zona da Mata, Minas Gerais (MG), Brasil. Os resíduos de EPS foram coletados em uma unidade de reciclagem de resíduos do município de Viçosa-MG, sendo submetidos à trituração controlada a fim de obter uma granulometria mais uniforme. Foram realizados ensaios de caracterização física dos solos e dos resíduos de EPS triturados e de compactação das misturas solo-resíduo de EPS nas proporções volumétricas de 0%, 20%, 30% e 40% de resíduo em relação ao volume aparente total da mistura, nas energias de compactação Proctor Intermediária e Modificada. Para os respectivos pontos de ótimo das curvas de compactação dos materiais investigados, foram moldados corpos de prova, visando à caracterização mecânica, por meio dos ensaios de Resistência à Compressão Não Confinada, CBR (Índice CBR e Expansão CBR) e Cisalhamento Direto, e à caracterização hidráulica, por meio do ensaio de percolação em coluna (permeabilidade saturada), utilizando os gradientes hidráulicos de 15, 66 e 85. Para as particularidades de cada modalidade de ensaio desta pesquisa, os resultados mostraram a influência do tipo de solo, da energia de compactação e dos gradientes hidráulicos utilizados nas respostas de engenharia geotécnica dos materiais investigados. Em geral, o solo predominantemente argiloso apresentou melhores comportamentos mecânicos, principalmente nas proporções de 20% e 30%, na energia Proctor Modificada. Além disto, este solo apresentou, em ambas energias e misturas com EPS, aplicabilidade técnica em camadas de base e de cobertura de aterros sanitários, mesmo com o ligeiro aumento da permeabilidade saturada com a inclusão do EPS e o aumento do gradiente hidráulico. Para o solo predominantemente arenoso, houve, em geral, reduções nas magnitudes das propriedades mecânicas quantificadas pelos ensaios, além da manutenção da inviabilidade técnica de sua utilização em camadas de base e de cobertura de aterros sanitários em misturas com EPS, por conta do seu alto coeficiente de permeabilidade saturada. Presume-se que a mobilização das respectivas resistências mecânicas dos compósitos foi influenciada pelos mecanismos de aderência e de atrito na interface entre as partículas de solo e de resíduo de EPS. A aderência interfacial também é presumida como mecanismo fundamental para a manutenção dos baixos valores de permeabilidade saturada dos compósitos solo argiloso-EPS. Adicionalmente, foi constatada a redução da densidade seca das misturas em relação à dos solos naturais compactados, representando um eventual diferencial técnico na utilização do compósito solo-EPS em cenários de projetos geotécnicos nos quais o material de apoio possua baixa rigidez e para os quais a carga devida ao peso próprio do material que será sobre ele assentado pode ser particularmente relevante. PALAVRAS-CHAVE: Propriedades mecânicas. Poliestireno expandido. Reutilização. Resíduos. Solo argiloso. Solo arenoso. Ensaio hidráulico. Percolação em coluna.

Considering the physical-chemical characteristics of EPS waste (expanded polystyrene) and the possible environmental advantages resulting from its use, this study aimed at reusing this material in mixture with soils, aiming at the use of the composite in geotechnical works. The research evaluated the respective mechanical and hydraulic responses of a mixture of soil and grinded EPS waste. The geological materials used had different granulometric characteristics. The soils used came from two soil deposits located in the city of Viçosa, in the Zona da Mata region, Minas Gerais (MG), Brazil. The EPS waste was collected at a waste recycling unit in the city of Viçosa-MG. The EPS waste went through a controlled grinding to obtain a more uniform granulometry. It was performed tests of physical characterization of the soil and grinded EPS waste. It was also performed a compaction test of soil-EPS mixtures, with Intermediate and Modified Proctor compaction energies. The soil-EPS mixtures volumetric proportions were 0%, 20%, 30% and 40% of EPS waste regarding the mixture total apparent volume. For the respective optimal points of the compaction curves from the investigated materials, specimens were made. The specimens aimed the mechanical characterization through tests of Unconfined Compressive Strength, CBR (CBR index and CBR expansion), and Direct Shear. It was also performed a hydraulic characterization, through the column percolation test (saturated permeability), using the hydraulic gradients of 15, 66 and 85. For the particularities of each specific test used in the geotechnical engineering responses of the investigated materials, the results showed the influence of the soil type, the compaction energy, and the hydraulic gradients. Overall, using the Modified Proctor energy, the soil mainly composed of clay, showed the best mechanical behavior, especially in the proportions of 20% and 30%. This soil also showed, in both compaction energies and mixtures with EPS waste, technical applicability as base and top layers of a sanitary landfill, even with the slight increase in saturated permeability due to the inclusion of EPS waste and the increase in the hydraulic gradient. For the soil mainly composed of sand, in general, the magnitudes of the mechanical properties quantified by the tests reduced. The technical infeasibility of the use of this soil as base and top layers of a sanitary landfill in mixtures with EPS waste is kept, due to its high saturated permeability coefficient. It is assumed that the mobilization of the respective mechanical resistances was mainly influenced by the adhesion mechanism at the interface between the soil particles and EPS waste. The interfacial adhesion is also assumed to be a fundamental mechanism for keeping low saturated permeability values of EPS-clay soil composites. It was found a reduction in the dry density of mixtures compared to compacted natural soils. It represents an eventual technical differential for the use of the soil-EPS mixture for project scenarios in which the support material of the hydraulic barrier is less rigid and also for which the load due to the barrier material own weight might be particularly relevant. KEYWORDS: Mechanical properties. Expanded polystyrene. Reuse. Waste. Clayey soil. Sandy soil. Hydraulic testing. Column percolation.