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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA CIVIL
ISRAEL DE MACEDO SOUSA
UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO OLEOSO PROVENIENTE DA INDUSTRIA DE
PETRÓLEO APLICANDO A TÉCNICA DE ESTABILIZAÇÃO/SOLIDIFICAÇÃO
EM CAMADAS DE BASE DE PAVIMENTOS
Mossoró/RN
2014
ISRAEL DE MACEDO SOUSA
UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO OLEOSO PROVENIENTE DA INDUSTRIA DE
PETRÓLEO APLICANDO A TÉCNICA DE ESTABILIZAÇÃO/SOLIDIFICAÇÃO
EM CAMADAS DE BASE DE PAVIMENTOS
Monografia apresentada a Universidade Federal
Rural do Semi-Árido – UFERSA, Departamento de
Ciências Exatas e Naturais como exigência para
obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. M. Eng. Bruno Tiago Angelo da
Silva - UFERSA
Mossoró RN
2014
O Conteúdo desta obra é de inteira responsabilidade de seus autores
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Biblioteca Central Orlando Teixeira (BCOT)
Setor de Informação e Referência
S725u Sousa, Israel de Macedo.
Utilização de resíduo oleoso proveniente da indústria de petróleo
aplicando a técnica de estabilização/solidificação em camadas de base
de pavimentos./ Israel de Macedo Sousa-- Mossoró, 2014.
55f.: il.
Orientador: Prof. M. Eng. Bruno Tiago Angelo da Silva.
Monografia (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Federal
Rural do Semi-Árido. Pró-Reitoria de Graduação.
1. Petróleo – indústria. 2. Resíduo oleoso. 3. Solo de jazida.
3. Estabilização. 4. Pavimentação. I. Titulo.
RN/UFERSA/BCOT /097-14 CDD:
665.5
Bibliotecária: Vanessa Christiane Alves de Souza Borba
CRB-15/452
2
ISRAEL DE MACEDO SOUSA
UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO OLEOSO PROVENIENTE DA INDUSTRIA DE
PETRÓLEO APLICANDO A TÉCNICA DE ESTABILIZAÇÃO/SOLIDIFICAÇÃO
EM CAMADAS DE BASE DE PAVIMENTOS
Monografia apresentada a Universidade Federal
Rural do Semi-Árido – UFERSA, Departamento de
Ciências Exatas e Naturais como exigência para
obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil.
3
AGRADECIMENTOS
À Deus, pela vida que tem me concedido, pelas ricas bênção que tem derramado sobre ela,
pelo vigor e saúde e pela oportunidade de estar concluindo mais uma importante etapa da
minha caminhada aqui na terra.
Aos meus pais Isaac Dias e Iracilda de Macedo, pelo amor e carinho incondicional
demonstrado para comigo, pelo pleno esforço para investir em minha educação, por sempre
acreditar na minha capacidade e pelas orações a Deus em meu favor.
Às minhas irmãs Ítala Jemima, Israelly Talita e Isabely Sara pelo apoio e carinho.
À minha avó Maria Glória, pelas orações a Deus e por sempre acreditar no meu sucesso
independente de qualquer coisa.
Aos amigos que conquistei na UFERSA, pelo companheirismo durante todos esses anos na
universidade.
À minha namorada Saara Ramilla, pela compreensão da minha ausência nos dias de
realização dos ensaios e pelas palavras de ânimo nos momentos em que precisei.
Ao meu orientador Bruno Tiago, pela paciência e dedicação durante todo o decorrer da
pesquisa.
4
E agora, que a glória seja dada a Deus, o
qual, por meio do seu poder que age em
nós, pode fazer muito mais do que nós
pedimos ou até pensamos. Efésios 3:20 –
Bíblia NTLH
5
RESUMO
Atualmente a preocupação com as causas ambientais é notável, principalmente quando
se trata de questões que envolvem atividades executadas pelo homem. A indústria de
exploração e produção de petróleo e gás gera um grande volume de resíduo oleoso em suas
atividades, sendo uma ameaça para o meio ambiente. Por esse fator, estudam-se formas para
descarte/utilização desse resíduo que minimizem os impactos causados. Só no campo de
petróleo Canto do Amaro, localizado em Mossoró, Rio Grande do Norte, são geradas de 5 a 7
toneladas de resíduo oleoso por mês provenientes de uma produção de aproximadamente 27
mil barris de petróleo por dia. A utilização desse resíduo em camadas de base de pavimentos
utilizando um material encapsulante é uma boa alternativa, visto que materiais como cimento,
utilizados em baixas proporções, proporcionam uma maior capacidade de suporte e agem de
forma a solidificar/estabilizar a mistura deixando-a menos permeável, impedindo que o
resíduo chegue até o leito do solo, percolando por entre as camadas do pavimento. Nessa
pesquisa, foi utilizado o resíduo oleoso proveniente da indústria de petróleo na proporção de
10% em massa com a adição de porcentagens de cimento em 2% e 3% e realizados vários
ensaios que visaram a determinação de propriedades físicas e mecânicas dos materiais e
misturas estudados. Os resultados obtidos foram satisfatórios, visto que com a adição do
cimento, conseguiu-se um incremento no valor do CBR de 36,1% da mistura solo de jazida +
resíduo oleoso para 184,3% com a adição de 2% de cimento. Apesar dos bons resultados
obtidos sobre as propriedades mecânicas das misturas, para a utilização das misturas
estudadas, deve-se realizar antes uma análise química dos extratos lixiviados e solubilizados,
visando obter resultados satisfatórios que se enquadrem ao estabelecido pelas normas
ambientais vigentes.
Palavras-Chave: Petróleo – indústria, Solo de jazida, Resíduo oleoso, Estabilização,
Pavimentação.
6
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Analise elementar do petróleo crú típico.................................................................16
Tabela 2 – Técnicas comumente utilizadas para disposição de resíduos..................................21
Tabela 3 – Nomenclatura das misturas utilizadas.....................................................................26
Tabela 4 - Normas utilizadas para caracterização física das amostras do solo de jazida..........31
Tabela 5 - Norma utilizada para caracterização física das amostras do Resíduo Oleoso.........31
Tabela 6 - Norma utilizada para caracterização física do Cimento Portland utilizado.............32
Tabela 7 - Normas utilizadas para caracterização das propriedades mecânicas do solo de
jazida e das misturas.................................................................................................................32
Tabela 8 – Massa específica real dos grãos do solo de jazida...................................................38
Tabela 9 – Determinação do Limite de Plasticidade do solo de jazida.....................................38
Tabela 10 – Índices de Consistência do solo de jazida.............................................................39
Tabela-11 Classificação TRB – AASHTO...............................................................................40
Tabela 12 - Propriedades esperadas dos grupos de solos SUCS...............................................41
Tabela 13 – Massa específica real do cimento..........................................................................41
Tabela 14 - Resultados obtidos no ensaio de compactação para o solo de jazida puro............43
Tabela 15 - Resultados obtidos no ensaio CBR e expansão para o solo de jazida puro...........44
7
Tabela 16 - Resultados obtidos no ensaio de compactação da mistura MIST1........................45
Tabela 17 - Resultados obtidos no ensaio CBR e expansão da mistura MIST1.......................45
Tabela 18 - Resultados obtidos no ensaio de compactação das misturas MIST2 e MIST3......47
Tabela 19 - Resultados obtidos no ensaio CBR e expansão das misturas MIST1 e MIST2.....47
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Técnica de roadspreading........................................................................................22
Figura 2 – Fluxograma da sequência de atividades e dos ensaios realizados durante a fase
experimental da pesquisa..........................................................................................................27
Figura 3 – Localização da Jazida J-07. Local da coleta do solo...............................................28
Figura 4 – Lote de resíduo no qual a amostra foi retirada (Estação de Resíduos do Canto do
Amaro)......................................................................................................................................29
Figura 5 – Localização do ponto de coleta da amostra do Resíduo Oleoso..............................30
Figura 6 – Cilindro e Soquete utilizado para a realização dos ensaios de compactação..........34
Figura 7 – Sequência escolhida para a realização dos ensaios de compactação.......................34
Figura 8 – Prensa utilizada para a realização dos ensaios de CBR...........................................35
Figura 9 – Sequência escolhida para a realização dos ensaios de CBR....................................36
Figura 10 – Camadas do pavimento dimensionado...................................................................51
9
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Produção média anual de Petróleo no Brasil..........................................................19
Gráfico 2 - Distribuição dos tamanhos das partículas do solo de jazida...................................37
Gráfico 3 – Determinação do Limite de Liquidez do solo de jazida........................................39
Gráfico 4 – Distribuição dos tamanhos das partículas do resíduo oleoso.................................42
Gráfico 5 – Curva de Compactação para o solo de jazida puro................................................43
Gráfico 6 – Curva de Compactação da mistura MIST1............................................................45
Gráfico 7 – Curva de Compactação da mistura MIST2............................................................46
Gráfico 8 – Curva de Compactação da mistura MIST3............................................................47
Gráfico 9 – Ábaco para dimensionamento de pavimentos........................................................50
10
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ARI – Alta Resistência Inicial
ASTM – American Society for Testing and Materials
CBR – California Bearing Ratio
DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transporte
ISC – Índice de Suporte California
ME – Método de Ensaio
NBR – Norma Brasileira Regulamentadora
RS – Resistente a Sulfetos
SUCS – Sistema Único de Classificação de Solos
11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................13
2 OBJETIVOS.........................................................................................................................15
2.1 OBJETIVO GERAL............................................................................................................15
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..............................................................................................15
3 REVISÃO DE LITERATURA...........................................................................................16
3.1 O PETRÓLEO.....................................................................................................................16
3.2 FASES DA EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DO PETRÓLEO........................................17
3.2.1 Exploração........................................................................................................................17
3.2.2 Produção...........................................................................................................................18
3.2.3 Abandono.........................................................................................................................18
3.3 PRODUÇÃO DE PETRÓLEO NO BRASIL.....................................................................18
3.4 GERAÇÃO DE RESÍDUOS NA EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO......20
3.5 TÉCNICAS DE DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS OLEOSOS EM ESTRADAS................20
3.6 ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA E SOLIDIFICAÇÃO DE RESÍDUOS.............................22
3.7 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS PARA APLICAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO..............23
3.7.1 Estabilização mecânica.....................................................................................................24
3.7.2 Estabilização granulométrica...........................................................................................25
3.7.3 Estabilização química.......................................................................................................25
4 MATERIAIS E MÉTODOS................................................................................................26
4.1 MATERIAIS.......................................................................................................................27
4.1.1 Solo de Jazida...................................................................................................................27
4.1.2 Resíduo oleoso.................................................................................................................28
4.1.3 Cimento............................................................................................................................30
4.2 MÉTODOS..........................................................................................................................30
4.2.1 Caracterização das propriedades físicas dos materiais.....................................................31
4.2.2 Caracterização das propriedades mecânicas do solo de jazida e das misturas dos
materiais....................................................................................................................................32
4.2.3 Sequência e descrição dos ensaios realizados para caracterização das propriedades
mecânicas do solo de jazida e das misturas dos materiais........................................................33
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES.......................................................................................37
5.1 CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MATERIAIS.................37
5.1.1 Distribuição do tamanho das partículas do solo de jazida................................................37
5.1.2 Teor de umidade higroscópica do solo de jazida.............................................................38
5.1.3 Massa específica real dos grãos do solo de jazida...........................................................38
5.1.4 Índices de consistência do solo de jazida.........................................................................38
5.1.5 Massa específica real dos grãos do cimento....................................................................41
5.1.6 Teor de umidade higroscópica do resíduo oleoso............................................................42
5.1.7 Distribuição do tamanho das partículas dos grãos do resíduo oleoso..............................42
5.2 CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO SOLO DE JAZIDA E
DAS MISTURAS DOS MATERIAIS......................................................................................43
5.2.1 Ensaio de Compactação do Solo de Jazida......................................................................43
5.2.2 Ensaio de CBR e Expansão do Solo de Jazida.................................................................44
12
5.2.3 Ensaio de Compactação da mistura MIST1.....................................................................44
5.2.4 Ensaio de CBR e Expansão da mistura MIST1................................................................45
5.2.5 Ensaios de Compactação das misturas MIST2 e MIST3.................................................46
5.2.6 Ensaios de CBR e Expansão das misturas MIST2 e MIST3............................................47
5.3 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO......................................................................48
6 CONCLUSÕES....................................................................................................................52
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................................................54
13
1 INTRODUÇÃO
A preocupação com as causas ambientais tem se tornado cada vez mais evidente. As
maiores questões estão ligadas aos processos industriais que geram grandes quantidades de
resíduos e à busca de formas ambientalmente adequadas de destino desse material. Como
forma de minimizar os impactos ambientais causados por tais resíduos, tem-se buscado
avanços em técnicas de reaproveitamento dos mesmos de forma viável e sustentável.
Segundo OLIVEIRA (2003), no Brasil, devido a falta de uma política ambiental
efetiva, a disposição de resíduos sólidos industriais no solo foi praticada de forma
desequilibrada e sem nenhuma limitação durante muito tempo. Hoje, com o surgimento de
órgãos reguladores e agências ambientais do governo e de um bom número de leis e normas,
tem-se um maior controle e equilíbrio na disposição final dos mesmos.
As questões ambientais relacionadas aos processos industriais estão cada dia mais
evidentes na gama de preocupações das empresas. Isso se deve ao aumento da consciência
ambiental das mesmas que é influenciado pela escassez dos recursos naturais e pelo
estabelecimento de padrões internacionais como ISO 14001 que trata da gestão ambiental.
Visando ter uma imagem ambientalmente correta perante a sociedade, as empresas buscam a
qualquer custo obter as certificações relacionadas a gestão do meio ambiente.
De acordo com CORDEIRO, 2007 Apud ROLIM, 1999, a busca por materiais
alternativos de baixo custo, em especial, a utilização de resíduos provenientes das grandes e
pequenas indústrias, vem sendo amplamente estudada e discutida nos diversos eventos técnico
científicos da área de materiais de construção e pavimentação. A transformação de resíduo em
subprodutos e a minoração dos custos com tratamento dos mesmos é o alvo de toda e
qualquer indústria com visão voltada para a produção e meio ambiente em conjunto.
A indústria de Petróleo e Gás, principalmente a área de exploração e produção
terrestre, é uma das atividades industriais que geram grandes quantidades de resíduo. Tal
resíduo é proveniente de diversos setores da cadeia produtiva da exploração de petróleo, tais
como: perfuração de poços, vazamentos de linhas de produção, fundo de tanques, derrames de
óleo, limpeza de filtros, transporte, etc.
No Brasil, segundo a Petrobrás, a produção média de petróleo em campos terrestres é
de 200 mil barris por dia, produção esta que gera toneladas de resíduo sólido por ano. Só na
Unidade de Operações da Petrobrás no Rio Grande do Norte e Ceará a quantidade de resíduo
oleoso produzido chega a uma média de 70 toneladas por ano.
14
Segundo CORDEIRO (2007), a indústria de Petróleo e Gás tem atentado para as
questões ambientais e procurado adotar critérios que cooperem para uma melhor performance
da engenharia, por meio de técnicas economicamente viáveis e limpas, contudo ainda não
implantou soluções exequíveis referentes à distribuição dos resíduos oleosos. Uma das
alternativas de reincorporação do resíduo oleoso é a sua mistura com material argiloso e
cimento/cal, para estabilização e uso em estradas.
Utilizando os critérios estabelecidos pela NBR 10004/2004 – classificação de
resíduos, o resíduo oleoso em questão, em sua forma bruta, é caracterizado como resíduo
Classe I (perigoso), pois causa riscos à saúde pública e ao meio ambiente, necessitando assim
de um tratamento antes da sua disposição na natureza ou da sua utilização em obras civis de
um forma que não cause tais riscos.
Assim, a utilização de resíduo oleoso proveniente da exploração e produção de
petróleo, em quantidades controladas em conjunto com um agente encapsulante, em camadas
de base ou sub-base de pavimentos, pode se tornar uma forma viável e ambientalmente
correta de destino para este material.
15
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo deste trabalho é utilizar os resíduos oleosos provenientes das atividades de
exploração e produção de petróleo em campos terrestres para aplicação em camadas de base
de pavimentos rodoviários, verificando questões de resistência com o uso de um material
encapsulante (cimento), que garantirá a solidificação/estabilização do resíduo oleoso,
impedindo que o mesmo possa permear por entre as camadas chegando ao leito do solo.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar caracterização física do resíduo utilizado;
Realizar caracterização mecânica do solo puro e das misturas de solo + resíduo oleoso
e solo + resíduo oleoso + encapsulante em proporções diferentes de cada material
visando a utilização da mistura para camadas de base de pavimentos asfálticos para
rodovias com médio a alto volume de tráfego;
Encontrar uma orientação para destino ambientalmente adequado do resíduo oleoso
proveniente da exploração e produção de petróleo em campos terrestres;
Dimensionar um pavimento utilizando uma mistura solo + resíduo + encapsulante.
16
3 REVISÃO DE LITERATURA
3.1 O PETRÓLEO
Segundo THOMAS (2001), o petróleo em seu estado líquido é uma substância oleosa,
inflamável, menos densa que a água, com cheiro característico e cor variando entre o negro e
o castanho-claro e é constituído, basicamente, por uma mistura de compostos químicos
orgânicos (hidrocarbonetos).
A depender do reservatório em que o petróleo foi retirado, a sua viscosidade e
composição podem variar significativamente. Isso se deve às diversas e variadas condições
que tais reservatórios foram submetidos no decorrer de milhões de anos na formação do
petróleo. Apesar de se apresentar de diferentes formas no meio ambiente, o petróleo, de
maneira geral, possui disposição molecular similar a apresentada na tabela 1.
Tabela 1 – Analise elementar do petróleo crú típico
Elemento % em peso
Carbono 83 – 87
Hidrogênio 11 – 14
Enxofre 0,06 – 8
Nitrogênio 0,11 - 1,7
Oxigênio 0,1 – 2
Metais até 0,3
Fonte: THOMAS, 2001.
Como pode-se observar na tabela 1, a composição do petróleo é basicamente carbono
e hidrogênio, comprovando assim que os principais constituintes do mesmo são
hidrocarbonetos. Segundo OLIVEIRA (2003) et. al, os outros componentes presentes existem
sob a forma de compostos orgânicos, os quais em alguns casos formam complexos com
metais. De uma forma geral, as frações mais pesadas tendem a serem formadas por compostos
que não são hidrocarbonetos, como o enxofre.
17
3.2 FASES DA EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO
As atividades de exploração e produção da indústria do petróleo e gás podem ser
subdividas em três etapas. São elas: exploração, produção e abandono.
3.2.1 Exploração
A exploração é o ponto inicial de todo o processo de exploração e produção. É nela
que se iniciam as pesquisas e buscas por acumulações de petróleo e gás. De acordo com
THOMAS (2001), a exploração é o processo de localização de estruturas rochosas na
subsuperfície terrestre, através de métodos que envolvem obtenção e análise de dados
geológicos e geofísicos. Essa fase engloba três outras fases importantes e inteiramente
interligadas, sendo elas: Prospecção, Perfuração, e Avaliação e Delimitação.
3.2.1.1 Prospecção
Fase inicial da exploração de petróleo. Nessa etapa são realizadas as pesquisas iniciais
que contribuirão para identificação das reservas de petróleo.
Segundo THOMAS (2001), a fase de prospecção visa fundamentalmente a dois
objetivos: localizar dentro de uma bacia sedimentar as situações geológicas que tenham
condição para a acumulação de petróleo; e verificar qual, dentre estas situações, possui mais
chance de conter petróleo. Os métodos utilizados nessa fase não são capazes de prever onde
existe petróleo, mas proporcionam a possibilidade de se conhecer os locais mais favoráveis
para a sua ocorrência.
O diagnóstico de uma área com possibilidades à acumulação de petróleo e gás é feito
através de métodos geológicos e geofísicos que, atuando em conjunto, facilitam a escolha do
local mais indicado para a perfuração (THOMAS, 2001).
3.2.1.2 Perfuração
Nessa fase acontece a perfuração de poços nos pontos pré-estabelecidos na fase de
prospecção. De acordo com THOMAS (2001), a perfuração dos poços de petróleo é feita
através de uma sonda onde a maioria delas utiliza perfuração rotativas. Na perfuração rotativa,
18
as rochas são perfuradas pela ação da rotação de uma mesa rotativa e peso aplicados a uma
broca existente na extremidade de uma coluna de perfuração, que consiste principalmente de
comandos (tubos de paredes espessas) e tubos de perfuração (tubos de paredes finas).
3.2.1.3 Avaliação e Delimitação
A pós a perfuração dos poços determinados é feita a avaliação da área, verificando a
viabilidade da continuação da exploração e início da produção. A fase de avaliação é
caracterizada por testes de avaliação da descoberta, a fim de se estimar o volume potencial do
reservatório e sua produção diária. A fase de delimitação é caracterizada pela perfuração de
poços visando delimitar a área do reservatório caso o mesmo seja declarado economicamente
viável.
3.2.2 Produção
Após a fase de exploração, inicia-se a fase de produção, sendo esta, a fase de maior
tempo. A produção é implementada através de poços de desenvolvimento que farão com que
o petróleo e gás sejam retirados do subsolo por um período que pode chegar a 40 anos. Esta
fase envolve uma equipe multidisciplinar de profissionais, já que envolve fases desde a
Construção e Montagem de tubulações, dutos, tanques, estruturas metálicas e civis à
manutenção das mesmas.
É nesta fase que é gerado o maior volume de resíduo oleoso utilizado no escopo desse
trabalho.
3.2.3 Abandono
Após os anos de produção, a produção chega a um patamar em que não é mais viável
economicamente a sua continuação, então acontece o abandono do poço ou reservatório.
3.3 PRODUÇÃO DE PETRÓLEO NO BRASIL
No Brasil, a história do petróleo se iniciou no ano de 1858, com a assinatura do
decreto nº 2.266 pelo Marquês de Olinda que concedeu a José Barros Pimentel o direito de
19
extrair mineral betuminoso para fabricação de querosene, em uma área próxima ao rio Maraú,
na então província da Bahia (THOMAS, 2001). Entretanto, a exploração e produção de
petróleo no Brasil só foi iniciada de fato, com a criação da empresa estatal Petrobrás em 3 de
outubro de 1953.
Com o passar dos anos, a Petrobras conseguiu se tornar uma das maiores empresas
petrolíferas do mundo, chegando a produzir 2 milhões de barris de petróleo por dia em média
no ano de 2011, como é mostrado no Gráfico 1.
Gráfico 1 – Produção média anual de Petróleo no Brasil
Fonte: PETROBRAS, 2013.
Analisando-se a Figura 1, percebe-se que a produção entrou em declínio a partir do
ano 2012, isto se deve a um fator natural que acontece com os campos de petróleo a medida
que vão ficando maduros. De acordo com a diretoria da Petrobrás, com os constantes
investimentos da empresa, estima-se que a produção chegue a 4,2 milhões de barris por dia
em 2020. Tal marca deverá ser alcançada graças a produção em massa nos campos do pré-sal
(PETROBRAS, 2013).
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Pro
du
ção
mé
dia
(b
arri
s/d
ia)
Ano
20
Hoje, a produção de petróleo no Brasil provém de campos terrestres situados nos
estados do Rio Grande do Norte, Bahia, Espírito Santo, Ceará, Sergipe, Alagoas e Amazonas,
e de campos marítimos situados nos estados do Rio de Janeiro, São Paulo, Espírito Santo,
Bahia, Sergipe, Rio Grande do Norte e Ceará. A maior parte da produção é provinda de
campos marítimos, principalmente dos campos situados nos estados do Rio de Janeiro e
Espírito Santo.
3.4 GERAÇÃO DE RESÍDUOS NA EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO
Desde o século XIX o homem tem aprimorado e desenvolvido técnicas relacionadas a
atividade industrial, tendo como foco o aumento do seu potencial na produção em massa com
qualidade. Dessa produção em massa, resultam, na maioria dos casos, resíduos industriais.
Tais resíduos são materiais sujeitos a descarte que, na maioria das vezes, são lançados
imprudentemente no meio ambiente sem tratamento preliminar, provocando assim, danos ao
solo, ar, água e tudo o q há na natureza, inclusive o homem. Tal prática leva a prejuízos
ambientais e econômicos de grande magnitude. (GUIMARÃES, 2007).
A indústria petrolífera gera, em praticamente todas as operações que realiza, desde a
perfuração até a distribuição dos derivados, passando pelas etapas de produção,
armazenamento, transporte e refino, resíduos oleosos de diversos tipos, os quais são
considerados tóxicos ao meio ambiente (OLIVEIRA, 2003). Na exploração e produção de
petróleo em campos terrestres, os resíduos gerados são provenientes de diversos processos da
cadeia produtiva, como: perfuração de poços, vazamentos de linhas de produção, fundo de
tanques, derrames de óleo, limpeza de filtros, transporte, etc. Tal resíduo, tem como principal
produto o petróleo crú.
3.5 TÉCNICAS DE DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS OLEOSOS EM ESTRADAS
São inúmeras as técnicas utilizadas na disposição de resíduos sólidos provenientes da
indústria. A tabela 2 mostra as mais frequentemente utilizadas.
21
Tabela 2 – Técnicas comumente utilizadas para disposição de resíduos
Fonte: Cordeiro, 2007.
A composição, incorporação ou utilização de resíduos sólidos em pavimentação, em
específico, resíduos originários da Indústria de Exploração e Produção de Petróleo é realizada
segundo três técnicas: a “Roadspreading”, a “Surface Spreading” e “Roadbed
Incorporation” (CORDEIRO, 2007).
A técnica de Roadspreading, envolve a incorporação de resíduos oleosos da
exploração e Produção de petróleo em solos argilosos para utilização em camadas de base de
pavimento ou para redução de poeira em estradas de terra. Tal técnica, estabiliza estradas de
terra, melhorando a cimentação entre as partículas, promovendo assim uma maior
durabilidade da estrada e reduzindo as emissões de partículas. A utilização de resíduos
provenientes da exploração e produção de petróleo para aplicações roadspreading oferece
vários benefícios econômicos e ambientais diretos e indiretos como: redução de custos de
remediação, redução e eliminação dos resíduos (CONNOR et. al, 2007). Ainda de acordo com
Fonseca, 2003 (apud SANTOS, 2010), a tecnologia de roadspreading consiste basicamente
no espalhamento do resíduo oleoso das atividades de exploração e produção em leito de
estradas, misturado ao material argiloso.
Físicos Químicos e Bioquímicos Termo-químicos Outros
- Injeção em poços
- Incorporação em massa
asfáltica
- Disposição em aterro
controlado classe II
- Disposição em aterro
sanitário
- Utilização em
pavimentação
- Micro Encapsulamento
- Fazenda de Lodos (land
farm)
- Compostagem
- Biopilha
- Lagoa de Estabilização
- Estação de tratamento
de Efluentes
- Biolavagem e Bio-
remediação
- Coprocessamento em
cimenteiras
- Incorporação em
Cerâmicas
- Dessorção Térmica
Direta
- Incineração
- Plasma
- Autoclave
- Logística
- Recolhimento
- Venda
- Reuso
- Reciclagem
22
Figura 1 – Técnica de roadspreading
Fonte: Fonseca, 2003 apud Santos, 2010.
De acordo com Fonseca, 2003 (apud SANTOS, 2010), alguns quesitos devem ser
minuciosamente observados durante o procedimento de disposição do resíduo quando se
aplica a técnica de roadspreading. Tais quesitos dizem respeito as práticas do pessoal, os
materiais e os equipamentos utilizados, a estimativa dos custos resultantes e também a
observância da minimização dos impactos ambientais.
A técnica de “Surface Spreading” consiste no espalhamento do resíduo diretamente
sobre a superfície da estrada (SANTOS, 2010). O resíduo funciona como uma espécie de
revestimento, usado sem a incorporação de outro material.
Na técnica “Roadbed Incorporation”, o resíduo é misturado à argilas, em uma
proporção mínima de 1:2, isto é, uma parte de resíduo para duas de material não contaminado
(SANTOS, 2010).
3.6 ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA E SOLIDIFICAÇÃO DE RESÍDUOS
Entre os métodos de retenção ou inertização de materiais contaminados pode-se citar o
processo de encapsulamento ou estabilização/solidificação de contaminantes. O processo de
estabilização/solidificação vem se tornando uma indispensável alternativa de tratamento para
a disposição de resíduos perigosos em aterros e equilíbrio de áreas contaminadas, pois
23
proporciona o melhoramento das características físicas e toxicológicas do resíduo e/ou do
solo, facilitando o seu gerenciamento de forma segura e eficaz (SANTOS, 2010)
A técnica de encapsulamento ou estabilização/solidificação é um processo muito
conhecido de tratamento de resíduos industriais perigosos, a partir do qual se procura fixar o
resíduo em uma matriz de solo através de polímeros impermeáveis ou cristais estáveis
conhecidos por encapsulantes. O processo se desenvolve a partir de reações químicas que
fixam elementos dos resíduos nos materiais encapsulantes, transformando-os em materiais
quase que inertes.
A técnica de estabilização/solidificação tem, de uma maneira geral, a vantagem de
transformar o resíduo oleoso em um material com propriedades de resistência mecânica
melhor. Quanto às suas limitações, podem-se citar: aumento do volume do material final e
custo com os aditivos (CORDEIRO, 2007)
Existem hoje várias técnicas e processos de encapsulamento, e podem ser utilizados
vários reagentes, sejam eles orgânicos ou inorgânicos (cimento, cal, cinza volante, etc). No
decorrer desse trabalho foi utilizado somente um reagente, o cimento Portland.
A solidificação através da adição de cimento Portland é particularmente eficiente para
resíduos com altos teores de metais tóxicos, porque o pH da matriz de cimento favorece a
transformação de cátions em hidróxidos e carbonatos insolúveis, e muitos íons metálicos
podem ser incorporados à estrutura cristalina da matriz de cimento (SANTOS, 2010).
3.7 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS PARA APLICAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO
Na construção de estradas, os terrenos existentes no local da obra apresentam, na
maioria das vezes, características que não se enquadram às especificações exigidas. A
substituição desses materiais por materiais que atendam suficientemente tais exigências ou a
correção dos mesmos conferindo-lhes características necessárias é realizada através de um
método de estabilização de solos apropriado. A escolha do melhor método depende de
diversos fatores. (EMMERT, 2010 apud CASTRO, 1969, p. 68)
De acordo com SANTOS (2010), realizar o processo de estabilização em um solo
denota aplicar a ele a capacidade de resistir e suportar os esforços e as cargas induzidos pelo
tráfego normalmente aplicados sobre o pavimento e também às ações de agentes naturais
causadores de erosões. Engloba todo e qualquer processo, seja ele natural ou artificial,
24
desenvolvido nos solos, visando melhorar tanto suas características mecânicas como garantir
que tais melhorias perdurem até a vida útil da obra.
Um bom conhecimento sobre as técnicas de estabilização dos solos pode levar a
reduções nos tempos de execução de obras, proporcionando a industrialização do
procedimento construtivo, trazendo assim uma economia no valor final da obra. (SANTOS,
2010 apud LIMA, 1993 e PESSOA, 2004, p. 28).
O processo de estabilização pode proporcionar a mistura, várias modificações que
depende dentre outros fatores, do tipo de solo aplicado e das condições climáticas no decorrer
da aplicação do método. Algumas modificações são mais evidentes, são elas:
Aumento da resistência e geralmente o aumento da capacidade de suporte;
Melhoria no grau de compactação;
Redução dos índices de plasticidade com melhor trabalhabilidade;
Redução da expansão e aumento do limite de contração;
Aumento na durabilidade e diminuição da permeabilidade.
Vários são os processos de estabilização de solos, os mais conhecidos são: mecânica,
granulométrica, química, elétrica, térmica, etc. Os mais utilizados são: mecânica, química e
granulométrica.
3.7.1 Estabilização mecânica
A estabilização mecânica de solos para fins rodoviários se dá basicamente pela
compactação. O esforço mecânico provocado pela compactação faz com que haja uma
redução no índice de vazios fazendo com que se tenha um incremento de resistência mecânica
e capacidade de suporte.
Segundo SANTOS (2010), a estabilização mecânica tem por finalidade proporcionar
ao solo ou misturas de solos a serem utilizados como camadas do pavimento uma condição de
densificação máxima relacionada com uma energia de compactação e uma umidade ótima. É
conhecida também como estabilização por compactação e é complementar a outros métodos
de estabilização.
25
3.7.2 Estabilização granulométrica
Na estabilização granulométrica, o principal objetivo é se obter uma mistura com
distribuição granulométrica bem graduada.
A Estabilização Granulométrica consiste na modificação das propriedades dos solos
através da adição ou subtração de partículas de solo. Basicamente, o método baseia-se no
emprego de um material ou na mistura de dois ou mais materiais, de modo a se enquadrarem
dentro de uma determinada especificação. (SANTOS, 2010).
Segundo o DNIT (2010), a estabilização granulométrica caracteriza-se como o
processo de melhoria da capacidade resistente de materiais “in natura” ou mistura de
materiais, mediante emprego de energia de compactação adequada, de forma a se obter um
produto final com propriedades adequadas de estabilidade e durabilidade.
3.7.3 Estabilização química
A estabilização química trata-se do procedimento no qual um determinado material
com propriedades cimentantes ou qualquer material químico é adicionado ao solo natural para
desenvolver suas propriedades a fim de se utilizar em obras de engenharia (EMMERT, 2010,
apud MCCARTHY, 1977, p. 69).
Pela ótica tratada nesse trabalho, CORDEIRO (2007) trata a estabilização química
como um processo que envolve reações químicas que reduzem a capacidade de lixiviação dos
contaminantes. As reações químicas ocorrem entre os agentes químicos e os constituintes
perigosos de um resíduo onde são obtidas formas menos solúveis ou menos tóxicas.
26
4 MATERIAIS E MÉTODOS
No decorrer do trabalho foram realizados ensaios e procedimentos visando obter
características sobre os materiais utilizados tendo como foco a obtenção de resultados
positivos quanto da utilização dos mesmos em camadas de base de pavimentos.
Para uma melhor compreensão, optou-se por nomear as misturas utilizadas no trabalho
(tabela 3).
Tabela 3 – Nomenclatura das misturas utilizadas
Na Figura 2 está inserida a sequência de atividades e dos ensaios realizados durante a
fase experimental da pesquisa.
Mistura Nomenclatura utilizada
90% Solo de Jazida + 10% Resíduo Oleoso MIST1
88% Solo de Jazida + 10% Resíduo Oleoso + 2% Cimento MIST2
87% Solo de Jazida + 10% Resíduo Oleoso + 3% Cimento MIST3
27
Figura 2 – Fluxograma da sequência de atividades e dos ensaios realizados durante a fase
experimental da pesquisa
Fonte: SOUSA, 2014
4.1 MATERIAIS
Os materiais utilizados na pesquisa constituíram de solo de jazida, resíduo oleoso da
indústria de exploração e produção de petróleo e cimento. A seguir os mesmo serão descritos.
4.1.1 Solo de Jazida
Foi utilizado na pesquisa um solo predominantemente pedregulhoso proveniente do
município de Mossoró, estado do Rio Grande do Norte, Brasil (Figura 3). As amostras de solo
foram coletadas na Jazida J-07, licenciada para ser usada pela Petrobrás (Terraplanagem), a
uma profundidade suficiente para evitar as camadas superficiais, que geralmente apresentam
28
presença de matéria orgânica e alteração em suas propriedades devido a lixiviação. Foi
coletada uma amostra de cerca de 400 kg desse material.
Figura 3 – Localização da Jazida J-07. Local da coleta do solo.
Fonte: https://maps.google.com.br/ (acesso em 08 de Fevereiro de 2014)
4.1.2 Resíduo oleoso
Foi empregado, durante todo o desenvolvimento da pesquisa, amostra real de resíduo
oleoso proveniente da exploração e produção de petróleo em campos terrestres. O material de
estudo foi coletado na Estação de Resíduos situada no campo de petróleo Canto do Amaro no
Ativo de Produção Mossoró da Unidade de Operações do Rio Grande do Norte e Ceará.
O resíduo oleoso gerado na exploração e produção de petróleo é proveniente de
diversos setores da cadeia produtiva da exploração de petróleo, tais como: perfuração de
poços, vazamentos de linhas de produção, fundo de tanques, derrames de óleo, limpeza de
filtros, transporte, etc. Foi coletada uma amostra de 70 Kg desse material. O lote de resíduo
no qual a amostra utilizada no trabalho foi retirado está ilustrado na Figura 4.
29
Figura 4 – Lote de resíduo no qual a amostra foi retirada (Estação de Resíduos do Canto do
Amaro)
Fonte: SOUSA, 2014
O campo de petróleo Canto do Amaro está situado no município de Mossoró, Estado
do Rio Grande do Norte, Brasil (Figura 5). É o campo de petróleo terrestre brasileiro com a
maior produção líquida e é responsável, juntamente com campos menores situados nas
proximidades do mesmo, por aproximadamente 40% da produção da Unidade de Operações
do Rio Grande do Norte e Ceará, chegando a aproximadamente 27 mil barris de Petróleo por
dia, alcançando, em média, uma geração de 5 a 7 toneladas de resíduo oleoso por mês.
30
Figura 5 – Localização do ponto de coleta da amostra do Resíduo Oleoso
Fonte: https://maps.google.com.br/ (acesso em 06 de Novembro de 2013)
4.1.3 Cimento
O Cimento Portland utilizado na pesquisa foi o CP V – ARI – RS da marca Mizu,
escolhido para ser utilizado como estabilizante químico (encapsulante).
4.2 MÉTODOS
O método utilizado para a realização dos procedimentos experimentais da pesquisa foi
puramente empírico. Baseado na literatura existente sobre o assunto, foram determinados os
ensaios a serem realizados no trabalho, a fim de se obter os resultados delineados nos
objetivos.
A realização dos ensaios está subdividida em duas etapas:
Caracterização das propriedades físicas dos materiais;
Caracterização das propriedades mecânicas das misturas dos materiais.
31
4.2.1 Caracterização das propriedades físicas dos materiais
4.2.1.1 Solo de Jazida
As amostras do solo foram secas ao ar, destorroadas evitando-se a quebra de grãos e
homogeneizadas. A preparação das amostras de solo para os ensaios de caracterização física
foi realizada de acordo a norma ABNT NBR 6457 - Amostras de solo - Preparação para
ensaios de compactação e ensaios de caracterização.
As normas adotadas para a realização dos ensaios de caracterização física das amostras
do solo de jazida estão inseridas na tabela 4.
Tabela 4 - Normas utilizadas para caracterização física das amostras do solo de jazida
4.2.1.2 Resíduo Oleoso
O resíduo oleoso proveniente da indústria de exploração e produção de petróleo e gás
coletado na estação de resíduo do campo de petróleo Canto do Amaro foi acondicionado em
saco plástico apropriado até que se fosse utilizado na realização dos ensaios.
A norma adotada para a realização dos ensaios de caracterização física das amostras
do resíduo oleoso estão inseridas na tabela 5.
Tabela 5 - Norma utilizada para caracterização física das amostras do Resíduo Oleoso
Ensaio Norma
Análise granulométrica por peneiramento e sedimentação
Determinação da massa especifica dos sólidos do solo
Determinação do limite de plasticidade
Determinação do limite de liquidez
ANBT-NBR 7181/84
ANBT-NBR 6508/84
ANBT-NBR 7180/84
ANBT-NBR 6459/84
Ensaio Norma
Análise granulométrica por peneiramento e sedimentação ANBT-NBR 7181/84
32
4.2.1.3 Cimento
A norma utilizada para a caracterização física do cimento Portland utilizado está
inserida na tabela 6.
Tabela 6 - Norma utilizada para caracterização física do Cimento Portland utilizado
4.2.2 Caracterização das propriedades mecânicas do solo de jazida e das misturas dos
materiais
4.2.2.1 Solo de Jazida
Inicialmente foram feitos ensaios de compactação, CBR e expansão do solo de Jazida
puro a fim de se conhecer as propriedades mecânicas do mesmo para se iniciar o traçado do
planejamento da adoção de porcentagens de misturas a serem utilizadas. Para realização de
tais ensaios foram utilizadas as normas citadas na tabela 7.
Tabela 7 - Normas utilizadas para caracterização das propriedades mecânicas do solo de
jazida e das misturas.
4.2.2.2 Mistura Solo de Jazida + Resido Oleoso
Foi adicionado 10% de resíduo oleoso ao solo de jazida com o intuito de se verificar a
sua influência nas propriedades mecânicas do mesmo. Tal proporção foi escolhida baseada em
Ensaio Norma
Determinação da massa especifica do Cimento Portland ANBT-NBR-6474
Ensaio Norma
Ensaio de compactação utilizando amostras trabalhadas
Determinação do Índice de Suporte Califórnia
DNIT-ME-162/94
DNIT-ME-049/94
33
estudos realizados por SANTOS (2010) que constatou que a adição de até 17,5% de resíduo
oleoso (em relação ao peso total da amostra) não influenciam consideravelmente nos valores
do CBR do mesmo. Considerando que os ensaios de análise química do solo não seriam
realizados, fixou-se o valor de 10% de resíduo adicionado as misturas.
Os ensaios de Compactação, CBR e expansão foram realizados para tal mistura
utilizando as normas citadas na tabela 7.
4.2.2.3 Mistura Solo de Jazida + Resíduo Oleoso + Cimento
Foram adicionadas proporções de 2% e 3% de cimento (em relação ao peso total da
amostra) a mistura inicial de 10% de Resíduo Oleoso + Solo de Jazida. A escolha do cimento
como aglomerante foi feita de acordo com resultados positivos obtidos por outros autores na
utilização do mesmo.
Os ensaios de compactação, CBR e expansão foram realizados para tais misturas
utilizando as normas citadas na tabela 7.
4.2.3 Sequência e descrição dos ensaios realizados para caracterização das
propriedades mecânicas do solo de jazida e das misturas dos materiais
4.2.3.1 Compactação
Os ensaios de compactação foram realizados, segundo Método de Ensaio ME 162/94
Solos – Ensaio de compactação utilizando amostras trabalhadas normatizados pelo
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), em três etapas ambas com
energia de compactação intermediária (5 camadas com 26 golpes por camada) (Figura 6).
34
Figura 6 – Cilindro e Soquete utilizado para a realização dos ensaios de compactação
Fonte: SOUSA, 2014
Na Figura 7 está inserida a sequência de atividades escolhida para a realização dos
ensaios de compactação. Após a realização das mesmas os resultados foram processados
(lançados em planilhas e gráficos) para posterior análise.
Figura 7 – Sequência escolhida para a realização dos ensaios de compactação
Fonte: SOUSA, 2014
35
4.2.3.2 CBR
Os ensaios de CBR ou ISC (Índice de Suporte Califórnia) foram realizados segundo
método de ensaio ME- 049/94 normatizado pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de
Transportes (DNIT).
O CBR é um ensaio considerado empírico aplicado para se estimar a resistência à
penetração de um pistão sobre um corpo-de-prova de uma amostra de solo confinada em um
cilindro de material metálico. Tal penetração é relacionada, em termos percentuais, com a
resistência de uma composição de brita graduada (brita padrão) expressa em porcentagem. Os
valores a serem relacionados são os valores correspondentes as penetrações de 2,5mm e
5,0mm. O valor adotado para o CBR é escolhido entre a maior das duas relações. O
equipamento utilizado para a realização dos ensaios foi a prensa padrão de CBR (Figura 8)
Nos copos de prova moldados para os ensaios de CBR foram utilizadas as umidades
ótimas obtidas nas curvas de compactação como também a mesma energia, a intermediária.
A Figura 9 ilustra a sequência de atividades escolhida para a realização dos ensaios de
CBR.
Figura 8 – Prensa utilizada para a realização dos ensaios de CBR
Fonte: SOUSA, 2014
36
Figura 9 – Sequência escolhida para a realização dos ensaios de CBR
Fonte: SOUSA, 2014
No decorrer de toda a pesquisa procurou-se, na medida do possível, cumprir o
especificado nas normas e padrões utilizados para realização dos ensaio visando a obtenção de
um alto grau de coerência nos resultados.
37
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Nesta etapa do trabalho serão apresentados os resultados obtidos através dos ensaios
laboratoriais de caracterização física dos materiais e de caracterização mecânica do solo puro
e das misturas adotadas.
5.1 CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MATERIAIS
5.1.1 Distribuição do tamanho das partículas do solo de jazida
Foi realizado somente o ensaio de peneiramento para a determinação da distribuição
granulométrica e constatou-se que os grãos do solo possuem diâmetro inferiores a 25,4 mm
(1”), constatando-se o que é visível (Solo bastante pedregulhoso). Os resultados da
distribuição dos tamanhos das partículas por peneiramento estão apresentados no Gráfico 2.
Gráfico 2 - Distribuição dos tamanhos das partículas do solo de jazida
Fonte: SOUSA, 2014
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,01 0,1 1 10 100
% P
ASS
AN
DO
DA
AM
OST
RA
TO
TAL
PENEIRAS (mm)
PEDREGULHO AREIA
38
5.1.2 Teor de umidade higroscópica do solo de jazida
O teor de umidade higroscópica para o solo, definido como a razão do peso da água
(Pa) presente na amostra pelo peso do solo seco (Pss), resultou em 0,46% em média.
5.1.3 Massa específica real dos grãos do solo de jazida
No ensaio de determinação da massa específica real dos grãos do solo de jazida,
obteve-se o valor indicado na tabela 8.
Tabela 8 – Massa específica real dos grãos do solo de jazida
5.1.4 Índices de consistência do solo de jazida
Limite de Plasticidade
Para o Limite de Plasticidade (LP) do solo de jazida foram feitos cinco pontos para a
determinação da umidade e descartado os dois com valores mais afastados da tendência. Na
Tabela 9 estão inseridos os resultados do ensaio.
Tabela 9 – Determinação do Limite de Plasticidade do solo de jazida
Pbu: Peso bruto úmido; Pbs: Peso bruto seco; Pc: Peso da Cápsula; Pa: Peso da água; Pss: Peso do solo seco.
Solo de Jazida Massa específica real dos grãos (g/cm³)
2598,5
Amostra Pbu Pbs Pc Pa Pss LP(%) LP(%)
média
01 7,900 7,570 5,910 0,330 1,660 19,88 19,99
02 8,990 8,620 6,790 0,370 1,830 20,22
03 10,470 10,120 8,360 0,350 1,760 19,89
39
Limite de Liquidez
Os resultados do ensaio de Limite de Liquidez estão explicitados no Gráfico 3.
Gráfico 3 – Determinação do Limite de Liquidez do solo de jazida
Fonte: SOUSA, 2014
Analisando os resultados, encontrou-se um Limite de Liquidez de 20,40% para o solo
de jazida.
A partir dos valores dos Limites de Plasticidade e Liquidez, determinou-se o Índice de
Plasticidade (IP) do solo (tabela 10). Considerando que o DNIT (Departamento Nacional de
Infraestrutura de Transportes) estabelece o critério de que o solo a ser usado em camadas de
base de pavimentos deve ter LL≤25% e IP≤ 6%, o solo de jazida puro atende aos requisitos
pré-estabelecidos, podendo assim ser utilizado para tal fim.
Tabela 10 – Índices de Consistência do solo de jazida
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
50,00
17 18 19 20 21 22 23 24
GO
LPES
TEOR DE UMIDADE %
LIMITE DE LIQUIDEZ
Solo de
Jazida
Limite de
Liquidez (%)
Limite de
Pasticidade (%)
Índice de
Plasticidade (%)
20,40 19,99 0,41
40
Os ensaios realizados indicam que o solo tem um baixo Índice de Plasticidade, sendo
considerado bem próximo de Não Plástico (NP). A partir dos resultados dos ensaios de
granulometria e índices de consistência, o solo foi classificado de acordo com o sistema da
AASHTO (American Association of State Highw and Transportation Officials) como A-1-b
(tabela 11) e como GP – GH (Pedregulho mal graduado com Silte e Areia) de acordo com o
SUCS (Sistema Unificado de Classificação dos Solos).
Tabela-11 Classificação TRB – AASHTO
Fonte: DNIT (1996)
Segundo a Tabela 12, um solo com as características acima possui permeabilidade
desprezível, colaborando assim juntamente com o cimento para conter o resíduo oleoso na
camada de Base, evitando que o mesmo venha percolar por entre o solo vindo a contaminar
aquíferos ou lençóis.
41
Tabela 12 - Propriedades esperadas dos grupos de solos SUCS
Fonte: CASTRO (2014), Apud PASTORE e FONTES (1998)
5.1.5 Massa específica real do cimento
No ensaio de determinação da massa específica real do cimento, obteve-se o valor
indicado na tabela 13.
Tabela 13 – Massa específica real do cimento
Cimento Massa específica real do cimento (g/cm³)
2995
42
5.1.6 Teor de umidade higroscópica do resíduo oleoso
O teor de umidade higroscópica para o resíduo oleoso resultou em 5,56%.
5.1.7 Distribuição do tamanho das partículas dos grãos do resíduo oleoso
Foi realizado, assim como para o solo de jazida, somente o ensaio de peneiramento
para a determinação da distribuição granulométrica e constatou-se que os grãos do resíduo
oleoso possuem diâmetro inferiores a 19,0 mm (3/4”). Os resultados da distribuição dos
tamanhos das partículas por peneiramento estão apresentados no Gráfico 4.
Gráfico 4 – Distribuição dos tamanhos das partículas do resíduo oleoso
Fonte: SOUSA, 2014
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,01 0,1 1 10 100
% P
ASS
AN
DO
DA
AM
OST
RA
TO
TAL
PENEIRAS (mm)
PEDREGULHO AREIA
43
5.2 CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO SOLO DE JAZIDA E
DAS MISTURAS DOS MATERIAIS
Para se estudar o comportamento mecânico das misturas Solo de jazida-Resíduo
oleoso e solo de jazida-resíduo oleoso-cimento foram realizados os ensaios de compactação,
CBR e expansão.
5.2.1 Ensaio de Compactação do Solo de Jazida
No Gráfico 5 e tabela 14 estão inseridos os resultados do ensaio de compactação
(energia de compactação Proctor intermediário) do solo de jazida “puro”.
Gráfico 5 – Curva de Compactação para o solo de jazida “puro”
Tabela 14 - Resultados obtidos no ensaio de compactação para o solo de jazida puro
1,800
1,850
1,900
1,950
2,000
2,050
2,100
2,150
2,200
5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00
DE
NS
IDA
DE
AP
AR
EN
TE
SE
CA
-g
/cm
³
TEOR DE UMIDADE %
CURVA DE COMPACTAÇÃO
Solo de jazida
Massa específica aparente
seca máxima (g/cm³)
Umidade Ótima (%)
2,077 9,53
44
5.2.2 Ensaio de CBR e Expansão do Solo de Jazida
Para o ensaio de CBR e expansão, foram moldados três corpos de prova e retirado a
média dos resultados obtidos. Em um dos corpos de prova se obteve um resultado discrepante
em relação aos outros dois, assim, se fez necessário a eliminação do mesmo para a
composição do resultado do ensaio.
Os resultados do ensaio de CBR e expansão estão explicitados na tabela 15.
Tabela 15 - Resultados obtidos no ensaio CBR e expansão para o solo de jazida puro.
Considerando que o foco da pesquisa é a obtenção de um CBR ≥ 80% (Rodovias com
alto volume de tráfego), o CBR do solo de Jazida puro não atende aos critérios estabelecidos
pelo DNIT.
5.2.3 Ensaio de Compactação da mistura MIST1
No Gráfico 6 e tabela 16 estão inseridos os resultados do ensaio de compactação
(energia de compactação proctor intermediário) da mistura MIST1.
Solo de jazida CBR (%) Expansão (%)
59,00 0,05
45
Gráfico 6 – Curva de Compactação da mistura MIST1
Tabela 16 - Resultados obtidos no ensaio de compactação da mistura MIST1
5.2.4 Ensaio de CBR e Expansão da mistura MIST1
Para o ensaio de CBR e expansão da mistura 90% Solo de Jazida + 10% Resíduo
Oleoso, foram moldados três corpos de prova e retirado a média dos resultados obtidos em
ambos. Os resultados do ensaio de CBR e expansão estão explicitados na tabela 17.
Tabela 17 - Resultados obtidos no ensaio CBR e expansão da mistura MIST1
Com o incremento de 10% em peso do resíduo oleoso no solo de jazida, ouve uma
redução de 38,8% no CBR se comparado os resultados do solo puro e da mistura inicial. O
1,850
1,900
1,950
2,000
2,050
2,100
2,150
6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00DE
NS
IDA
DE
AP
AR
EN
TE
SE
CA
-g
/cm
³
TEOR DE UMIDADE %
CURVA DE COMPACTAÇÃO
MIST1
Massa específica aparente
seca máxima (g/cm³)
Umidade Ótima (%)
2,085 9,22
MIST1 CBR (%) Expansão (%)
36,10 0,15
46
motivo da redução no CBR foi a substituição de material com granulação grossa pelo resíduo
de granulação mais fina. Para que se possa utilizar camadas de base de pavimento como
forma de descarte do resíduo oleoso, se faz necessário a sua estabilização química utilizando
um encapsulante (cimento) tanto para conter o resíduo no interior das camadas do pavimento,
quanto para proporcionar uma maior capacidade de suporte.
5.2.5 Ensaios de Compactação das misturas MIST2 e MIST3
Nos Gráfico 7 e 8 e tabela 18 estão inseridos os resultados do ensaio de compactação
(energia de compactação proctor intermediário) das misturas MIST2 e MIST3.
Gráfico 7 – Curva de Compactação da mistura MIST2
1,800
1,850
1,900
1,950
2,000
2,050
2,100
5,00 7,00 9,00 11,00 13,00 15,00 17,00DE
NS
IDA
DE
AP
AR
EN
TE
SE
CA
-g
/cm
³
TEOR DE UMIDADE %
CURVA DE COMPACTAÇÃO
47
Gráfico 8 – Curva de Compactação da mistura MIST3
Tabela 18 - Resultados obtidos no ensaio de compactação das misturas MIST2 e MIST3
5.2.6 Ensaios de CBR e Expansão das misturas MIST2 e MIST3
Para o ensaio de CBR e expansão da mistura Solo de Jazida + Resíduo Oleoso +
Cimento, foram moldados três corpos de prova e retirado a média dos resultados obtidos em
ambos. Os resultados do ensaio de CBR e expansão estão explicitados na tabela 19.
Tabela 19 - Resultados obtidos no ensaio CBR e expansão das misturas MIST2 e MIST3
1,800
1,850
1,900
1,950
2,000
2,050
2,100
5,00 7,00 9,00 11,00 13,00 15,00 17,00DE
NS
IDA
DE
AP
AR
EN
TE
SE
CA
-g
/cm
³
TEOR DE UMIDADE %
CURVA DE COMPACTAÇÃO
Mistura Massa específica aparente
seca máxima (g/cm³)
Umidade Ótima (%)
MIST2 1,99 11,10
MIST3 1,99 11,22
Mistura CBR (%) Expansão (%)
MIST2 184,3 0,23
MIST3 233,6 0,18
48
A norma ES- 304/97 - Pavimentação – Base de solo melhorada com cimento do
DNIT, que trata de camadas de base de pavimento melhoradas com cimento, especifica o uso
do cimento na faixa de 2 a 4% em massa, o que justifica o uso das proporções de cimento em
2 e 3% nesse trabalho.
A adição do cimento na mistura em baixas proporções fez com que o CBR chegasse a
patamares bem acima do requerido pelo DNIT para camadas de base, mostrando a eficácia do
cimento quanto a estabilização/solidificação comprovada por SANTOS (2010), entre outros
autores.
5.3 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO
O método utilizado para o dimensionamento do pavimento foi o do DNIT. Este
método de dimensionamento foi proposto pelo Eng. Murilo Lopes de Souza, de Steelee e no
que se refere ao tráfego, foi desenvolvido por W. J. Turnbull, C. R. Foster e R. G. Alvhin, do
Corpo de Engenheiros do Exército dos E.E.U.U. no trabalho “Design of Flexible Pavements
Considering Mixed Loads and Traffic Volume”. As conclusões foram obtidas na Pista
Experimental da AASHTO. Os dados correspondentes aos coeficientes de equivalência
estrutural são baseados nos resultados do The AASTHO Road Test, levado a cabo nas
proximidades de Otawa, Estado de Illinois, no período de 1958 a 1960.
O referido método é dividido em quatro etapas: definição da capacidade de suporte do
subleito, definição dos materiais, determinação do tráfego e dimensionamento do pavimento
da pista de rolamento e acostamentos.
Definição da capacidade de suporte do subleito
Considerou-se para o dimensionamento um subleito com CBR= 5%.
Definição dos materiais
O método define algumas características básicas que os materiais utilizados devem atender
para composição do reforço do subleito, subbase e base. São elas: O material utilizado para
reforço do subleito deve ter características geotécnicas superiores a do subleito (CBR, LL, LP,
49
granulometria); A subbase deve ser granulometricamente estabilizada e com CBR ≥ 20% para
qualquer volume de tráfego; A base deve ser estabilizada granulometricamente e ter as
seguintes propriedades: LL ≤ 25%, IP ≤ 6%, Expansão ≤ 6%, Equivalente de areia ≥ 20% e
CBR ≥ 80% para tráfego pesado (foco do trabalho);
Considerou-se um reforço de subleito com CBR = 15% e a subbase com CBR = 59%
(CBR obtido para o solo de jazida puro).
Para a camada de base, considerou-se a utilização de uma mistura MIST2 (88% solo
de jazida + 10% resíduo oleoso + 2% de cimento), a qual possui, segundo experimentos
realizados, um CBR = 184,3%. Poderia ser utilizada a mistura MIST3, porém, por necessitar
de uma quantidade maior de cimento, geraria um custo desnecessário.
Determinação do Tráfego
Na aplicação do método utilizado, se faz necessário a determinação do número
equivalente de operações no eixo padrão, N, durante o período de projeto. Para fins de
dimensionamento considerou-se um N=107 repetições de carga de 80kN de eixo simples de
roda dupla. Assim, o revestimento utilizado será o Revestimento Betuminoso com R=7,5 cm
(K=2,00).
Dimensionamento do Pavimento da pista de rolamento e acostamentos
No método utilizado, são designados coeficientes de equivalência estrutural (K), tendo
como base o valor 1,0 para base granular. No presente trabalho será utilizado o valor K=1,5
para camada de base e K=2,0 para o revestimento betuminoso.
O cálculo para dimensionamento do pavimento inicia-se com os valores obtidos no
Gráfico 9.
50
Gráfico 9 – Ábaco para dimensionamento de pavimentos
Fonte: DNIT (2006)
A partir do Gráfico 9 determina-se os valores de Hm, Hn e H20 e os mesmos são
aplicados nas equações (1), (2) e (3).
R.KR + B.KB ≥ H20 (1)
R.KR + B.KB + h20.Ks ≥ Hn (2)
51
R.KR + B.KB + h20.Ks + hn.Kref ≥ Hm (3)
H20= 26 cm
H15= 33 cm
H5= 67 cm
Utilizando as equações (1), (2) e (3), tem-se:
Base:
B=7,5 cm
Subbase:
hn= 6,75 cm usa-se um mínimo de 10 cm para camadas granulares, então hn= 10 cm
Reforço do subleito:
hm= 31 cm
Assim, a espessura total do pavimento encontrada, incluindo a camada do reforço do
subleito foi de 56 cm, sendo que o revestimento considerado foi do tipo Betuminoso com
espessura de 7,5 cm, a base composta pela mistura MIST2 com espessura de 7,5 cm, a
subbase composta de material de Solo de jazida puro com espessura de 10 cm e o reforço do
subleito composto de solo natural estabilizado com espessura de 31 cm. A Figura 10
representa esquematicamente o pavimento dimensionado.
Figura 10 – Camadas do pavimento dimensionado
Fonte: SOUSA, 2014
52
6 CONCLUSÕES
Esta pesquisa teve como objetivo principal a utilização de resíduo oleoso proveniente
da indústria de exploração e produção de petróleo como forma de aplicação em camadas de
base de pavimento utilizando a técnica de estabilização/solidificação.
Após a análise dos resultados obtidos na etapa experimental do trabalho pode-se obter
conclusões que justificam a utilização de tal resíduo em camadas de base utilizando a técnica
mencionada.
A adição, inicialmente, do resíduo oleoso ao solo de jazida em 10% em relação a
massa total da mistura, levou a uma redução do CBR de 59% do solo de jazida para 36,1% da
mistura solo de jazida + resíduo oleoso. Tal resultado não compromete a utilização do resíduo
oleoso na proporção utilizada visto que a adição do cimento compensa a perda de capacidade
de suporte provocada pela adição do mesmo.
Visando a estabilização química do solo e solidificação do mesmo, a fim de se
conseguir uma mistura com maior capacidade de suporte e com menor permeabilidade, o
cimento adicionado nas proporções de 2% e 3% cumpriu seu papel incrementando capacidade
de suporte à mistura, fazendo com que se obtive-se CBRs de 184,3% e 233,6%
respectivamente, atendendo assim a especificação de serviço DNIT – ES 304/97 que
determina que o ISC ou CBR ≥ 80% para vias de alto volume de tráfego.
Em relação a expansão obtida nas misturas com adição de 2 e 3% de cimento, as
mesmas se enquadraram no estabelecido pela especificação de serviço DNIT – ES 304/97 que
determina uma expansão máxima de 0,5%.
Analisando os resultados de forma macro, conclui-se que, os resultados obtidos na
pesquisa relacionados as propriedades físicas e mecânicas das misturas (solo de jazida +
resíduo oleoso + cimento), corroboram para a aprovação do uso das mesmas em camadas de
base de pavimentos para rodovias com alto volume de tráfego. Porém, apesar do
conhecimento de que o cimento tem a capacidade de encapsular o resíduo oleoso na matriz do
solo, a utilização das misturas estudadas nesse trabalho dependem dos resultados obtidos nos
ensaios de análise química dos extratos lixiviados e solubilizados. Para o material ser
utilizado, os resultados de tais ensaios devem atender ao especificado pela norma NBR
10004/2004 – resíduos sólidos da ABNT.
53
Como sugestão para trabalhos futuros, visando um complemento das informações
contidas neste trabalho, sugere-se:
Realizar análise química dos extratos lixiviados e solubilizados das misturas com
proporções utilizadas neste trabalho, levando-se em consideração o especificado
pela norma NBR 1004/2004 da ABNT;
Realizar estudo equivalente ao realizado nesse trabalho com a utilização da cal
como material encapsulante a fim de se verificar a sua influência e de se fazer uma
comparação com os resultados aqui obtidos;
Realizar um estudo sobre os impactos ambientais na região de Mossoró causados
pela disposição de rejeito do resíduo oleoso de forma irregular;
Realizar ensaios de compressão simples com as misturas estudadas neste trabalho
com o intuito de se ampliar os resultados da pesquisa;
Realização de estudo da utilização do resíduo oleoso proveniente da indústria do
petróleo em outras áreas da construção civil.
54
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55
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