Reforo de Solos com Fibra Natural, uma Alternativa

Ambientalmente Sustentvel

Rosemary Janneth Llanque Ayala

Programa de Ps-Graduao em Geotecnia, Braslia, Brasil, jannethllanque@gmail.com

Daniel Arthur Nnang Metogo

Programa de Ps-Graduao em Geotecnia, Braslia, Brasil, nnangart@yahoo.fr

Jos Camapum de Carvalho

Programa de Ps-Graduao em Geotecnia, Braslia, Brasil, camapumdecarvalho@gmail.com

RESUMO: A utilizao de fibras naturais como alternativa de melhoramento de solos tropicais para

uso em estruturas de pavimento vem sendo objeto de pesquisa no Programa de Ps-Graduao em

Geotecnia da Universidade de Braslia. Os estudos iniciais foram conduzidos fazendo uso de cabelo

humano. Com a melhoria do comportamento do solo com esse tipo de fibra, e considerando-se sua

resistncia e durabilidade em condies de uso apropriadas resolveu-se ampliar o estudo fazendo uso

de pelo canino. A pesquisa volta-se para a busca do desenvolvimento sustentvel tendo em vista que

a grande maioria desse tipo de fibra simplesmente descartada em aterros sanitrios ou mesmo em

lixes e que quando misturada ao solo pode propiciar-lhe comportamento mecnico satisfatrio para

uso em estruturas de pavimento. Essa fase inicial do estudo fundamentou-se na realizao de ensaios

de compactao e mini-CBR. Utilizou-se no estudo um solo latertico arenoso (LA) puro e misturado em igual proporo a uma areia lavada. Para a avaliao da influncia da fibra natural foram usados

os teores em peso de 0,5% e 1% de pelo canino. Os resultados obtidos permitiram concluir que a

adio do pelo canino conduz melhoria do comportamento mecnico do solo avaliado por meio do

ensaio de mini-CBR em diferentes umidades e pesos especficos aparentes secos de compactao.

PALAVRAS-CHAVE: Pelo Canino, Mini-CBR, Solo Tropical.

1 INTRODUO

Solos tropicais so aqueles que apresentam

peculiaridades de propriedades e de

comportamento, em decorrncia da atuao de

processos geolgicos e/ou pedolgicos de

intemperizao tpicos das regies tropicais que

os difere dos solos de regies temperadas e frias.

O manto de intemperismo em regies tropicais

geralmente se subdivide em solos

profundamente intemperizados (solos

laterticos), transio e solos saprolticos (solos

pouco intemperizados).

Nesse manto de intemperismo os solos

profundamente intemperizados so geralmente

ricos em caulinita e gibbsita e apresentam

estrutura com presena de agregados. Em estado

natural predominam macroporos entre os

agregados e microporos intra-agregados (Figura

1). Quando compactados ocorre tendncia de

preservao da microporosidade dos agregados

gerando apenas a reduo da macroporosidade

entre eles em consequncia da compactao

(Farias et al, 2011).

A problemtica principal para a construo de

rodovias no Brasil a ausncia de solos com

comportamento adequado para a composio da

estrutura de pavimento. Por essa razo, muitos

trabalhos de pesquisa so desenvolvidos

buscando a melhoria da resistncia dos solos

usados em bases e sub-bases de pavimentos, de

modo a proporcionar a reduo de custos e

ampliao da vida til das rodovias.

Nos estudos constantes da literatura aparecem

estudos sobre usos de fibras naturais como

cabelo humano, l de ovelha, fibra de coco, entre

outros, sendo que cada uma destas fibras naturais

apresenta caractersticas prprias para o reforo

do solo. No presente estudo buscou-se testar o

uso de uma fibra natural de origem canina

anloga s anteriores, porm, com propriedades

especficas.

Figura 1. Solo profundamente intemperizado, UnB-DF.

Os estudos realizados por Sales (2011)

utilizando a fibra natural cabelo humano

mostram melhoria de resistncia trao nas

misturas solo-fibra. Essa autora constatou, no

entanto, que a obteno dessas fibras, apesar de

ser um rejeito slido, muitas vezes

obstaculizada por supersties religiosas da

populao.

Outros autores utilizaram como fibra natural

a l de ovelha (Galn-Marin et al, 2010) obtendo

melhorias na resistncia compresso quando da

incorporao de alginato composto obtido das

algas marinhas.

Fibras de coco foram utilizadas por Cabala

(2007) adicionadas ao solo conjuntamente com

hastes de bambu, areia e cimento CP-E-32. Essa

mistura proporcionou reduo na

expansibilidade do material piorando, no

entanto, a sua resistncia mecnica devido m

adeso do reforo matriz de solo.

Leocdio (2005) realizou um trabalho de

reforo de solo com fibras de sisal obtendo como

resultado incremento da resistncia ao

cisalhamento do solo.

Outros autores optaram por trabalhar com

fibras artificiais como foi o caso Feuerharmel

(2000) que buscou a melhoria dos solos

adicionando cimento e fibras de polipropileno.

J Areas (2011) utilizou na melhoria dos solos

com adio de cimento, fibras de polipropileno,

escrias e cinzas com baixo contedo em clcio,

obtendo como resultados a melhoria da

resistncia compresso dos compostos.

A maioria desses trabalhos focada na

melhoria da resistncia compresso dos solos

sendo limitados os estudos a respeito da

melhoria da resistncia trao proporcionada

pela incorporao das fibras o que deve

compreender uma segunda fase dessa pesquisa.

Nesse trabalho optou-se por inicialmente

avaliar a melhoria do solo por meio de ensaios

de mini-CBR.

Cabe destacar que o estudo objetiva contribuir

para o desenvolvimento sustentvel e nesse

sentido deve-se buscar solues de engenharia

que sejam tcnica e economicamente viveis,

lembrando que o passivo ambiental gerado por

rejeitos como os pelos de animais apresenta um

custo que deve ser economicamente considerado

nos estudos de viabilidade.

2 MATERIAIS E MTODOS

O material utilizado, fibra canina, alm da

semelhana com outras fibras naturais j

testadas, tem por vantagem a facilidade de sua

aquisio, visto que diariamente so descartados

imensos volumes, quer seja pela via natural

(queda de pelo), quer seja pela via artificial (tosa

de pelo realizado em estabelecimentos - pet

shops).

O estudo foi realizado em laboratrio

utilizando-se equipamentos convencionais como

estufa e prensa CBR. Os ensaios foram

realizados utilizando-se como material as fibras

caninas, um solo argiloso e uma mistura de areia

com esse solo argiloso na proporo de 50%

cada. Utilizou-se nos ensaios a compactao do

solo argiloso puro, da mistura solo argiloso-areia

e desses dois materiais, adicionando-se 0,5% e

1,0% de fibras caninas a cada um deles.

Os mtodos de ensaio utilizados foram

basicamente: os ensaios de compactao em

equipamento miniatura (DNER-ME 256/94), o

ensaio mini-CBR (DNER-ME 254/97) e os

ensaios necessrios classificao pela

metodologia convencional MCV (DNER-ME

258/94).

A Tabela 1 apresenta a descrio da

composio das seis amostras ensaiadas e os trs

tipos de ensaios realizados em laboratrio. Na

amostra 01 alm de serem feitos os ensaios de

mini-Proctor e mini-CBR foi realizado tambm

o ensaio MCV para classificao do material.

Para a utilizao do solo, o mesmo foi seco ao

ar em laboratrio por uma semana sendo que ao

trmino desse perodo ele apresentou a umidade

higroscpica de 5,63%. Em seguida passou-se o

solo pela peneira n 10 e separou-se amostras

com 200 gr. Essas amostras, objetivando

permitir a equalizao da umidade, foram

umedecidas com diferentes quantidades de gua,

ensacadas e armazenadas em cmara mida por

24 horas antes da compactao.

Tabela 1. Descrio dos ensaios realizados.

As misturas solo-fibra foram preparadas com

200 gr de solo e 0,5% e 1,0% de fibras,

umedecidas em cinco umidades distintas de

modo a possibilitar a obteno da curva de

compactao e os resultados de mini-CBR. De

modo semelhante ao solo puro e com o mesmo

objetivo as amostras eram umedecidas e

armazenadas com 24 horas de antecedncia

compactao.

As misturas solo-areia-fibra foram preparadas

seguindo o mesmo procedimento adotado para o

solo e solo-fibra.

3 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

UTILIZADOS

O pelo canino utilizado foi obtido de um

cachorro da raa Shih-Tzu com 6 meses de idade.

As fibras apresentavam comprimento variando

entre 1.00 cm e 1.50 cm e espessura mdia de 0,3

mm a 0,4 mm, alcanando um dimetro menor

que 0,1 mm e maior que 0,8 mm em

aproximadamente 10% das fibras.

O solo foi coletado a 1.50 m de profundidade

no Campo Experimental do Programa de Ps-

Graduao em Geotecnia da Universidade de

Braslia e constitudo por uma argila arenosa

vermelho escura. Considerando-se a mdia entre

os resultados apresentados por Carvalho (1995)

para as profundidades de 1 m e 2 m, obtm-se

para essa profundidade um solo composto por

41,7% de gibbsita, 6,9% de caulinita, 29,4% de

quartzo, 6,9% de hematita, 3,4% de goethita,

6,9% de anastsio e 4,9% de rutilo.

Esse solo apresenta limite de liquidez igual a

36%, limite de plasticidade igual a 26% e ndice

de plasticidade igual a 10%.

A Figura 2 apresenta os resultados

granulomtricos obtidos para a profundidade de

2.00 m por Guimares (2002). A densidade real

dos gros desse solo obtida pelo mesmo autor foi

de 2,678.

A Figura 3 apresenta a curva granulomtrica

obtida para a areia utilizada nas misturas. A

densidade real dessa areia igual a 2,65.

Mineralogicamente trata-se de uma areia

quartzosa.

Figura 2. Curva granulomtrica do solo (Guimares,

2002).

Figura 3. Curva granulomtrica da areia.

areia pelomini

Prctormini-CBR

1 puro - - x x

2 99.50% - 0.50% x x

3 99.00% - 1.00% x x

4 50.00% 50.00% - x x

5 49.75% 49.75% 0.50% x x

6 49.50% 49.50% 1.00% x x

SoloAmostra

Ensaios realizadosReforos

4 CLASSIFICAO DO SOLO E DA

AREIA

Para a classificao do solo a ser melhorado foi

realizado o ensaio miniMCV (DNER-ME 258/94) sendo os resultados da classificao

mostrados na Figura 4. Com base nesses

resultados o solo classificado como areia

argilosa latertica (LA). A classificao textural do solo requer

inicialmente que se fixe o que se pretende

classificar se o solo no estado natural ou se o solo

desagregado e defloculado. No caso especfico

desse trabalho interessa principlamente o solo

em seu estado natural. Nesse caso, levando-se

em considerao a curva granulomtrica do solo

obtida por Guimares (2002) sem o uso de

defloculante se obtm a classificao do solo

como sendo areno-siltoso.

Figura 4. Classificao MCT do solo.

Segundo o Sistema de Classificao

Unificada de Solos o solo utilizado classificado

como silte inorgnico de baixa plasticidade, o

que se aproxima da classificao textural obtida.

Quanto classificao TRB considerando-se

a anlise granulomtrica realizada sem o uso de

defloculante o solo classificado como um silte

argiloso pertencente ao grupo A-4.

Conclui-se assim que de um modo geral

existe certa concordncia entre os resultados das

classificaes realizadas. Dada a natureza

latertica do solo torna-se recomendvel que se

leve em conta a classificao MCT do solo.

J a areia lavada texturalemente uniforme e

se enquadra como grossa. No sistema unificado

trata-se uma areia SP e segundo a TRB de uma

areia pertencente ao grupo A-1-a.

5 APRESENTAO E ANLISE DOS

RESULTADOS

A Figuras 5 apresenta as curvas de compactao

obtidas para o solo, solo mais 0,5% de pelo

canino e solo mais 1% de pelo canino. Verifica-

se desses resultados que o pelo interferiu pouco

nos resultados de compactao.

A Figura 6 apresenta as curvas de

compactao obtidas para o solo mais areia, solo

mais areia mais 0,5% de pelo canino e solo mais

areia mais 1% de pelo canino. Nesse caso,

devido a adio da areia, observa-se que o pelo

canino tende a dificultar a compactao

diminuindo assim o peso especfico aparente

seco em especial quando da incorporao de 1%

de pelo. Isso mostra que a incorporao da areia

deve levar a melhoria do comportamento

mecnico do solo com incorporao de fibra.

Figura 5. Curvas de compactao do solo, solo mais 0,5%

de pelo canino e solo mais 1% de pelo canino.

As Figuras 7 e 8 apresentam respectivamente

os resultados de expanso obtidos para o solo e

solo mais areia com e sem adio de pelo canino.

As expanses registradas, devido prpria

natureza no expansiva do solo e do solo mais

areia, so reduzidas e no se percebe uma

influncia clara do pelo nesse parmetro.

Os resultados de mine-CBR realizados aps

imerso com uso de sobrecarga esto

apresentados na Figura 9, para o solo puro, na

Figura 10 para o solo com adio de 0,5% de

pelo canino e na Figura 11 para o solo com

adio de 1,0% de pelo canino.

13

14

14

15

15

16

16

17

17

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Pes

o e

spec

ific

o a

par

ente

sec

o (

kN

/m3

)

Teor de umidade (%)

SOLO

SOLO + 0,5% PELO

SOLO + 1% PELO

Figura 6. Curvas de compactao do solo-areia, solo-areia-

0,5% de pelo canino e solo-areia-1% de pelo canino.

Figura 7. Resultados de expanso para o solo e solo mais

0,5% e 1% de pelo canino.

Figura 8. Resultados de expanso para o solo mais areia e

solo mais areia mais 0,5% e 1% de pelo canino.

Ao se comparar as curvas obtidas para o solo

puro com as obtidas para o solo com adio de

pelo canino se observa que apesar dos valores

mximos de resistncia a penetrao no serem

praticamente afetados a forma das curvas tende

a se modificar. Observa-se que o ponto de

inflexo tende a ocorrer para menores valores de

penetrao na medida em que se aumenta o teor

de pelo canino. Verifica-se ainda que com a

adio de pelo a resistncia correspondente ao

ponto de inflexo no incio da curva tende a

diminuir, ocorrendo, no entanto, tendncia a

maior mobilizao da mesma com o aumento da

penetrao. Essa tendncia pode ser verificada

na Figura 12 na qual se plotou a inclinao das

curvas carga x penetrao no intervalo de

penetrao compreendido entre 2 mm e 5 mm.

Portanto, provvel que o pelo possa atuar

diminuindo a ocorrncia de trincas no solo

compactado, mesmo sendo ele argiloso como o

caso.

Figura 9. Curva de resistncia penetrao do solo puro.

Figura 10. Curva de resistncia penetrao do solo mais

0,5% de pelo canino.

A Figura 13 mostra, no entanto, que no

possvel colocar em evidncia para esse solo

argiloso a influncia da presena do pelo sobre

14

15

16

17

18

19

20

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Pes

o es

peci

fico

apa

rent

e se

co (

kN/m

3)

Teor de umidade (%)

SOLO + AREIA

SOLO + AREIA + 0,5%

PELOSOLO + AREIA + 1% PELO

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

EXPANSO X UMIDADE SOLO

PURO

EXPANSO X UMIDADE SOLO -

0,5% PELO

EXPANSO X UMIDADE SOLO -

1% PELO

Exp

ans

oT

otal

(%

)

Umidade (%)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

7 9 11 13 15 17

EXPANSO X UMIDADE SOLO + AREIA

EXPANSO X UMIDADE SOLO + AREIA

+ 0,5% PELO

EXPANSO X UMIDADE SOLO + AREIA

+ 1% PELO

Umidade (%)

Expan

so

Tota

l (%

)

0

10

20

30

40

50

60

70

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

15,6%

17,4%

18,4%

21,5%

23,2%

Penetrao (mm)

Car

ga (

kgf)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

17,2%

18,9%

21,3%

23,5%

26,8%

Penetrao (mm)

Car

ga

(kg

f)

os valores de mini-CBR, sendo que poder-se-ia

mesmo dizer que a presena do pelo tende a

piorar o valor desse parmetro. Porm, a

ocorrncia do ponto de inflexo para menores

valores de penetrao como se observa ao

comparar as Figura 9 e 11, aponta para a

melhoria da rigidez do solo com a incorporao

do pelo.

Figura 11. Curva de resistncia penetrao do solo +

1% de pelo canino.

Figura 12. Inclinao das curvas de penetrao, solo

argiloso.

As Figuras 14, 15 e 16 apresentam

respectivamente os resultados obtidos nos

ensaios de mini-CBR para as misturas de solo

mais areia, solo mais areia mais 0,5% de pelo

canino e solo mais areia mais 1% de pelo canino.

Da anlise dessas figuras se observa que a

mudana de comportamento j apontada para o

caso do solo argiloso quanto ao formato da curva

no caso das misturas contendo areia mais

evidenciada, em especial ao se acrescentar 1% de

pelo canino em relao mistura de solo mais

areia.

Figura 13. Mini-CBR, solo argiloso.

A Figura 17 mostra com o aumento da

inclinao do trecho compreendido entre 2 mm e

5 mm (Figuras 14 a 16) que a mobilizao do

pelo canino contribui de modo efetivo para o

comportamento mecnico da mistura solo-areia.

No que tange a essa particularidade as fibras

podem contribuir para limitar a propagao de

trincas nas estruturas de pavimentos.

Observa-se tambm que a adio de 1% de

pelo canino aumenta de modo claro o mini-CBR

da mistura solo-areia (Figura 18).

Portanto, diante dos resultados apresentados,

o pelo canino um rejeito a ser estudado de

modo mais completo avaliando-se

peculiaridades como variabilidade entre raas de

ces, resistncia dos fios de pelo e durabilidade.

Figura 14. Curva de resistncia penetrao da mistura

solo-areia.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

17,6%

19,5%

25,5%

27,1%

33,4%

Penetrao (mm)

Car

ga

(kg

f)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

13 14 15 16 17

Incl

ina

o (

kg

f/m

m)

Peso especfico aparente seco 9 (kN/m3)

Solo Solo + 0,5% de pelo Solo + 1% de pelo

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

12 13 14 15 16 17

Min

i-C

BR

(%

)

Peso especfico aparente seco (kN/m3)

Solo Solo + 0,5% de pelo Solo + 1% de pelo

0

20

40

60

80

100

120

140

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

7,2%

9,2%

11,1%

12,7%

14,9%

Penetrao (mm)

Ca

rga

(k

gf)

Figura 15. Curva de resistncia penetrao da mistura

solo-areia mais 0,5% de pelo canino.

Figura 16. Curva de resistncia penetrao da mistura

solo-areia mais 1,0% de pelo canino.

Figura 17. Inclinao das curvas de penetrao da mistura

solo-areia.

Figura 18. Mini-CBR da mistura solo-areia.

6 CONSIDERAES FINAIS

Os resultados mostram que o pelo canino altera

o comportamento do solo sendo a presena do

material granular areia relevante para a sua

atuao no comportamento mecnico.

Torna-se, no entanto, necessria a realizao

de ensaios complementares no s quanto as

propriedades e durabilidade dessa fibra como

tambm sobre sua influncia em outros aspectos

do comportamento mecnico como na

resistncia a trao.

Busca-se com estudos como esse envolvendo

o uso do pelo canino no reforo estrutural dos

solos no s encontrar alternativas tcnicas para

casos de obras onde se requer a melhoria do solo

como tambm contribuir para o

desenvolvimento sustentvel.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio

realizao dessa pesquisa e Janaina Tatto, por

fornecer os dados e areia para os ensaios de

granulometria e misturas.

REFERNCIAS

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0

50

100

150

200

250

300

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

9,9%

10,9%

12,5%

15,0%

17,4%

Penetrao (mm)

Carg

a (

kg

f)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

9,3%

11,3%

13,1%

15,1%

17,3%

Penetrao (mm)

Ca

rga

(k

gf)

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

15 16 17 18 19 20

Inc

lin

a

o

(k

gf/

mm

)

Peso especfico aparente seco 9 (kN/m3)

Solo + Areia Solo + Areia + 0,5% de pelo Solo + Areia + 1% de pelo

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

15 16 17 18 19 20

Min

i-C

BR

(%

)

Peso especfico aparente seco (kN/m3)

Solo + Areia Solo + Areia + 0,5% de pelo Solo + Areia + 1% de pelo

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