Estudo de Alternativa para o Aproveitamento de Rejeitos da
Exploração de Quartzitos do Sudoeste Mineiro em Sub-base e
Base de Pavimentos
Adson Viana Alecrim e Glauco Túlio Pessa Fabbri
Departamento de Transportes, Escola de Engenharia de São Carlos USP, São Carlos, Brasil
Liedi Légi Bariani Bernucci e Edson de Moura
Departamento de Engenharia de Transportes, Escola Politécnica da USP, São Paulo, Brasil
RESUMO: Este trabalho tem o propósito de apresentar uma alternativa para a utilização dos rejeitos
das minerações de quartzito do Sudoeste de Minas Gerais em sub-bases e bases de pavimentos
flexíveis e apresentar um modelo de pavimento calculado a partir das características mecanística
das misturas. A adoção da alternativa para o uso destes rejeitos deverá, não só diminuir o impacto
ambiental das minerações, mas também promover uma maior valorização desses materiais,
principalmente, para uso na pavimentação. Com essas misturas foram realizados ensaios de
compactação, índice de suporte Califórnia e módulo de resiliência. Os resultados indicam que não
há influência significativa da distribuição granulométrica nas propriedades mecânicas das misturas
e que se poderia utilizar misturas com granulometria contínua na pavimentação, o que é interessante
tanto do ponto de vista operacional quanto ambiental, pois propicia o aproveitamento integral dos
rejeitos.
PALAVRAS-CHAVE: Quartzitos, Dimensionamento de pavimentos, Utilização de Rejeitos.
1
INTRODUÇÃO
Os resíduos gerados nas atividades mineradoras
de rochas ornamentais atingem, ano a ano,
volumes bastante expressivos e esses resíduos,
quase sempre, não recebem soluções adequadas
para sua reutilização.
Alecrim e Fabbri (2004) apresentaram um
levantamento de campo, revelando que, no
centro produtor Alpinopolis-MG (C.P.A),
região do Sudoeste de Minas Gerais, onde há
exploração de quartzito, observa-se que nessa
regiao há uma baixa taxa de aproveitamento (na
ordem de 90%), pois as técnicas de exploração
são inadequadas e não há nenhuma alternativa
efetiva para o reaproveitamento dos resíduos
dessa exploração. Se a esse problema for
acrescentado o fato dessas “jazidas” estarem
sempre localizadas nos pontos mais altos (no
topo das serras), percebe-se que com esta
exploração são causados graves problemas
ambientais, uma vez que os resíduos da
exploração podem ser transportados pelas águas
de chuva para as regiões mais baixas, causando
o assoreamento de mananciais, rios e talvegues.
Por outro lado, boa parte da população das
cidades onde há a exploração do quartzito
depende dela para o seu sustento, o que, por si
só, justifica a sua manutenção. A título de
ilustração desse problema potencial, é mostrado
na Figura 1 um exemplo típico do relevo da
região que compreende o município de São José
da Barra, um dos centros produtores de
quartzito em estudo. estudo.
Algumas pesquisas revelam que os rejeitos
das minerações de quartzitos de Minas Gerais
podem ser aplicados em vários seguimentos da
engenharia civil, seja como agregado no
concreto para pré-moldados, seja como
agregado para pavimentação na mistura com
solo ou ainda em misturas com cal para a
produção de blocos para vedação. Kropp (1999)
afirma ainda que a busca de alternativas de uso
para esses materiais foi apenas iniciada e que a
abrangência do tema pode ser acentuadamente
estendida, principalmente, levando-se em
consideração que a quantidade de resíduo já
gerado e ainda a ser gerado justifica o esforço.
Estabilizar um solo, ou uma mistura de
solos, com brita ou qualquer material granular
artificial ou natural é dar-lhe propriedades e
características de resistência e deformação
compatíveis com as solicitações impostas pelo
tráfego.
Município - São José da Barra MG
Curvas
de Nível
Jazida de quartzito
Represa
de
Furnas
Figura 1. Relevo do município de São José da Barra,
Represa de Furnas e a localização de uma das jazidas de
quartzito preliminarmente selecionada para o estudo
(IBGE,1970).
Segundo Medina (1997), para o caso de
solos não coesivos ou ainda materiais
granulares, o módulo de resiliência depende
principalmente da tensão confinante (σ3),
podendo o mesmo ser representado pela
Equação 1, que foi inicialmente sugerida por
Monismith (1967) e que atualmente vêm sendo
bastante utilizado por vários pesquisadores.
MR = K1⋅ σ k32
(1)
onde: MR = módulo de resiliência, σ3 = tensão
de confinamento e K1 e K2 = variáveis
estimadas através de ajuste de pontos à função.
Segundo Bezerra Neto (2004), há um
modelo mais genérico que têm sido bastante
utilizado pelos pesquisadores para representar a
variação do módulo de resiliência com o estado
de tensão dos materiais geotécnicos. Esse
modelo considera, conjuntamente, os efeitos da
variação da tensão confinante e da tensão
desvio no módulo de resiliência, e pode ser
descrito pela Equação 2.
MR = K1*σ3 K2 *σdK3
(2)
onde: MR = módulo de resiliência, σ3 = tensão
de confinamento, σd = tensão desvio na tensão
de confinamento e K1, K2 e K3 = variáveis
estimadas através de ajuste de pontos à função.
Assim, o objetivo inicial desse trabalho foi
estudar a possibilidade de utilização do rejeito
da exploração de quartzito do Sudoeste de
Minas Gerais em bases e sub-bases de
pavimentos flexíveis e posteriormente projetar
uma estrutura modelo a partir dos resultados
obtidos. Esse estudo desenvolveu-se em
laboratório, em misturas contendo o rejeito de
quartzito britado e solos de maior ocorrência na
região do Sudoeste de Minas Gerais, através de
ensaios de caracterização e classificação dos
materiais, compactação, CBR e módulo de
resiliência.
Foram
estudadas
misturas
descontínuas que seguiram orientações descritas
por Nogami e Villibor (1995).
2
MÉTODOS,
RESULTADOS
2.1
ANÁLISE
E
Jazidas de Quartzito e de Solos
As jazidas de quartzito estudadas na pesquisa
localizam-se na região Sudoeste do Estado de
Minas Gerais, e pertencem ao Centro Produtor
Alpinópolis, que compreende os Municípios de
São José da Barra (Br), São João Batista do
Glória (Gr), Capitólio (Cp), Guapé (Gp) e
Alpinópolis (Ap).
A escolha das jazidas de quartzitos se deu,
principalmente, pelo fato de estarem
eventualmente contribuindo para ocorrência de
processos erosivos (tipo linear) próximos aos
talvegues e estadas de acesso as cidades e
próximo a Represa de Furnas - Rio Grande.
Os critérios que nortearam a coleta das
amostras de solo deram-se, principalmente,
pelas características de aptidão para aplicação
na pavimentação, segundo Nogami e Villibor
(1995) e facilidade de acesso aos pontos de
amostragem. Assim, foram coletadas três
amostras de solos no município de Passos,
cidade situada no Sudoeste de Minas Gerais.
2.2
Caracterização
Quartzitos e dos solos
e
Classificação
dos
Os ensaios realizados para a caracterização dos
quartzitos foram os ensaios de britagem, análise
granulométrica (ABNT- 1984), abrasão Los
Angeles (DNER- 1994) e desagregação após
compactação Proctor-IDp (DNER, 1999).
Na britagem os quartzitos apresentaram
formas e comportamento granulométrico
uniformes, na abrasão tiveram perda máxima de
31% e no IDp apresentaram perda de 4%. Esse
dado pode ser observado na Figura 2. Em todos
os resultados as amostras comportaram-se de
forma satisfatória as normas supracitadas.
Massa Especifica (g/cm3)
Limite de Consistência
LL (%)
LP (%)
IP (%)
Classificação
HRB
USCS
MCT
Azul de Metileno
Mecânicas
CBR com imersão 4 dias
ρd máximo (g/cm3)
Umidada ótima (%)
Expansão(%)
S-1
S-2
S-3
Ap
Br
2.74
2.77
2.70
2,68
2.66
52
29
23
45
33
12
42
27
15
-
-
A7-6
MH
LG’
P. at
A7-5
ML
LA’
P. at
A7-6
ML
LA’
P. at
-
-
30
1,72
19,5
0,1
38
1,69
19,3
0,0
22
1,85
16,0
0,1
-
-
Nota.: P.at - pouco ativos; S-1 solo Glória, S-2 solo
Aclimação e S-3 solo usina B.
Gran. Padão
Misturas Descontínuas
Gran. Final
Porcentagem que Passa (%)
Quartzitos
Tabela 3. Resultados de CBR das misturas descontínuas e
contínuas.
Ensaio de IDp da Jazida Br
100
90
Solos
Propriedades Geotécnicas
80
Barra x Glória
70
Qt x S
50 X 50
60 X 40
70 X 30
60
50
40
30
CBR
74
84
70
ρd
1,005
2,005
2,010
20
Misturas Contínuas
10
Barra x Glória
0
0,01
0,10
1,00
10,00
100,00
Diâmetro dos Grãos (mm)
Figura 2. Curvas antes e após ensaio de IDp.
Os
solos
foram
caracterizados
e
classificados, segundo os procedimentos
preconizados pelo método tradicional (massa
especifica dos sólidos, análise granulométrica
conjunta, limite de consistência, classificação
USCS, HRB, MCT e CBR). Esses resultados
podem ser visto na Tabela 2.
Para a determinação do índice suporte
Califórnia (CBR) e da expansão das misturas
utilizou-se do método de ensaio NBR 7182 - Solo
- Ensaio de Compactação CBR simultâneo da
ABNT.
A Tabela 3 e 4, apresentam os resultados dos
dois conjuntos de mistura do qual, utilizou-se do
quartzito Barra e dos solos Glória e Aclimação.
Solos estes da cidade de Passos MG. (mistura
descontínua e contínua). Para ambas misturas a
expansão foi nula.
Tabela 2. Características físicas e mecânicas dos solos.
Qt x S
60 X 40
CBR
82
ρd
2,052
H.ot
11,0
10,2
7,60
H.ot
10,40
Tabela 4. Resultados de CBR das misturas descontínuas e
contínuas.
Misturas Descontínuas
Barra x Aclimação
Qt x S
50 X 50
60 X 40
70 X 30
CBR
80
82
70
ρd
1,995
2,020
2,000
H.ot
10,7
9,50
6,60
Misturas Contínuas
Barra x Aclimação
Qt x S
CBR
ρd
H.ot
60 X 40
84
2,060
9,50
Nota: Qt - Quartzito, S - Solo, ρd - Massa Seca Maxima
(g/cm³) e H.ot - Umidade Ótima.
2.3
Módulo de Resiliência (MR)
Por meio dos resultados dos ensaios triaxiais
cíclicos, procurou-se avaliar o desempenho dos
modelos mais comuns e representativos na
avaliação do MR em função do estado de tensão.
Para as misturas, foram utilizadas relações
(TC), comportamento típico
coesivos.
Apresenta-se na Figura 3, a variação do MR em
função da tensão confinante; mistura 1 (60% de
quartzito Barra e 40% de solo Glória).
Observou-se que os níveis de tensões desvio
não têm influência significativa nos valores de
MR.
Na Figura 4 apresenta-se a calibração do
modelo simples, conjuntamente a análise de
resíduos da mistura 1 e os parâmetros desse
modelo (equação 1; K1 e K2).
A Figura 5 apresenta a calibração do modelo
composto e o resultado dos parâmetros K1, K2
e K3. Observa-se que a partir do modelo
composto (equação 2) a resposta foi pouco
melhor, quando comparado com o modelo
simples (equação 1). Nessa representação
gráfica, pode-se observar também que há uma
leve tendência de aumento de MR com o
incremento de tensão desvio (TD) e diminuição
do MR com incremento de tensão confinante
meteriais
σ d = 0,7 (MPa)
σ d = 1,0 (MPa)
σ d = 1,5 (MPa)
σ d = 2,0 (MPa)
Módulo de Resiliência - (MPa)
10000
1000
100
0,1
1
10
Tensão de Confinamento - (MPa)
Figura 3. Variação do MR em função da tensão
confinante.
Modelo: MR = K1 * σ3 K2
2
800
R = 0,93062511
600
Valores Observados X Resíduos
400
Valores dos Resíduos
100
200
0
2.3.1 Avaliação Estatística dos Modelos
(simples e composto) para o Ensaio de MR.
de
MÓDULO DE RESILIÊNCIA
Mistura Cont- (60% Quartzito Barra + 40% solo Glória)
MR(MPa)
matemáticas de MR em função da tensão
confinante e do conjunto da tensão desvio e
confinante, denominado modelo composto,
conforme demostrado na equação 1 e 2.
Adotou-se o valor do coeficiente de
determinação (R2) obtido na calibração dos
modelos, a distribuição normal e a análise de
resíduos (magnitude do resíduo e distribuição
aleatória em torno do resíduo zero) como
critério para a medida de adequação de cada um
deles na representação da variação do MR com
o estado de tensão (validação dos modelos).
Os ensaios de módulo de resiliência foram
realizados, segundo o preconizado pelo DNERME 131-94. Os níveis de tensão de
confinamento (σ3) utilizados foram 0,21, 0,5,
0,7, 1,0 e 1,5 MPa e tensões desvio (σd) foram
0,7, 1,0, 1,5 e 2,0 MPa. Os corpos-de-prova
foram moldados para as condições de massa
específica seca máxima e umidade ótima,
determinadas a partir dos ensaios de CBR. A
compactação foi realizada em cilindro de
10x20, na energia intermediária e totalizou-se
em oito misturas. Nessa apresentação termos
somente dois tipos de solos (Glória e
Aclimação) e um tipo de quartzito (Barra) .
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80
-100
250
350
300
450
400
550
500
650
600
750
700
850
800
Valores Observados
-200
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
Tensão de Confinamento (MPa)
Figura 4. Calibração do modelo, análise de resíduos e R2
da mistura 1.
Modelo Composto: K1 * σ3K2 * σdK3
R2 = 0,95568
TD – Tensão Desvio
TC – Tensão Confinante
Figura 5. Representação gráfica do modelo descrito pela
equação 2.
Para as análise das Figuras 6, 7 e 8 (mitura 2) as
avaliações seguem as mesmas das outras
anteriomente citadas.
MÓDULO DE RESILIÊNCIA
Mistura Cont- (60% Quartzito Barra + 40% solo Aclimação)
σ d = 0,7 (MPa)
σ d = 1,0 (MPa)
σ d = 1,5 (MPa)
σ d = 2,0 (MPa)
A Tabela 5 apresenta os resultados dos
parâmetros obtidos através da calibração dos
modelos para as duas misturas avaliadas.
Tabela 5. Resultados dos Parâmetros dos Modelos em
análise.
10000
Módulo de Resiliência - (MPa)
Parâmetros dos Modelos
Equações
1
1000
2
100
0,1
1
10
K1
K2
K3
R2
*1703,79
**1665,06
*2122,23
**1997,38
0,4441
0,4055
0,4145
0,4433
------0,1148
0,0673
0,93
0,95
0,96
0,97
Note: * Mistura 1- Quartzito Barra e Solo Glória e **
Quartzito Barra e Solo Aclimação.
Tensão de Confinamento - (MPa)
Figura 6. Variação do MR em função da tensão
confinante.
Modelo: MR = K1 * σ3K2
0800
R2 = 0,95611197
Valores Observados X Resíduos
0400
100
80
60
Valores dos Resíduos
MR(MPa)
0600
0200
40
20
0
-20
-40
-60
00
-80
-100
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
Valores Observados
-0200
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
Tensão de Confinamento (MPa)
Figura 7. Calibração do modelo, análise de resíduos e R2
da mistura 1.
Modelo Composto: K1 * σ3K2 * σdK3
R2 = 0,96613647
5
CONCLUSÕES
Em virtude dos resultados obtidos na fase
experimental conclui-se que os rejeitos de
quartzito têm potencial para utilização em bases
e sub-bases de pavimentos, possibilitando uma
eventual minimização do problema ambiental
causado pela sua exploração.
Em relação ao módulo de resiliência, e
tomando como base, por exemplo, os valores
mínimos
preconizados
pela
Prefeitura
Municipal de São Paulo para obras de
pavimentação,
essas
misturas
seriam
satisfatórias.
Além disso, julga-se que seria interessante
utilizar as misturas descontínuas, apesar delas
apresentarem
características
ligeiramente
inferiores às cas ontínuas sob o ponto de vista
de aplicação em pavimentação. Isso se deve ao
fato delas utilizarem o material integral da
britagem, sem a necessidade classificação e
separação para enquadramento em curva
granulométrica pré-estabelecida, o que torna o
aproveitamento do rejeito de quartzito mais
simples do ponto de vista operacional e, do
ponto de vista ambiental, mais interessante, pois
utiliza praticamente 100% do rejeito.
REFERÊNCIAS
TD – Tensão Desvio
TC – Tensão Confinante
Figura 8. Representação gráfica do modelo descrito pela
equação 2.
Alecrim, A. V., e Fabbri, G. T. P. (2004).
Aproveitamento de rejeitos da mineração de
quartzitos do Sudoeste de Minas Gerais em sub-bases
e bases de pavimentos flexíveis. In: 1o Simpósio
Brasileiro de Jovens Geotécnicos, 1. São Carlos,
2004. 23 e 24 de agosto de 2004. São Carlos-SP.
ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA
DE
NORMAS
TÉCNICAS (1984). NBR 7181 - Solo - análise
granulométrica. Rio de Janeiro.
ASSOCIAÇÃO
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DE
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TÉCNICAS (1984). NBR 7182 - Solo - Ensaio de
Compactação. Rio de Janeiro.
BEZERRA NETO, R. S. (2004). Análise comparativa de
pavimentos dimensionados através dos métodos
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Campo Grande (MS). 169p. Dissertação de
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RODAGEM. Análise granulométrica da fração
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RODAGEM. Determinação da Abrasão “Los
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