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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2021.tde-28092021-153915
Documento
Autor
Nome completo
Aline Roque da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Boscov, Maria Eugênia Gimenez (Presidente)
Albuquerque, Antonio João Carvalho de
Rodrigues, Valeria Guimarães Silvestre
Título em português
Comportamento geotécnico de misturas de areia argilosa laterítica e lodo da estação de tratamento de água Taiaçupeba, município de Suzano, São Paulo.
Palavras-chave em português
Lodo
Melhoramento de solo
Mistura solo-lodo
Resíduos (Reúso)
Solo tropical
Resumo em português
O lodo, resíduo do tratamento de água bruta, tem sido geralmente descartado em cursos d'água ou encaminhado para aterros sanitários e estações de tratamento de esgoto. Os padrões ambientais cada vez mais rígidos têm levado à procura de alternativas de destinação final ambientalmente adequadas. Uma das opções promissoras é a reutilização do lodo in natura misturado a solos em obras geotécnicas, como revestimento de fundo e cobertura final de aterros sanitários e industriais, bases e sub-bases de pavimentos, reaterro de estruturas de contenção, preenchimento de valas e aterros em geral. Este trabalho avalia o comportamento geotécnico de misturas de uma areia argilosa laterítica seca até umidade higroscópica (~1%) (município de Botucatu, SP), representativa de um grupo de solos de larga ocorrência no estado, com o lodo da ETA Taiaçupeba in natura (município de Suzano, SP), em três proporções de solo e lodo (5:1, 4:1, e 3:1). Realizaram-se as caracterizações química, mineralógica e geotécnica do solo, do lodo e das misturas, assim como a caracterização ambiental do lodo e ensaios de compactação, permeabilidade, adensamento, resistência ao cisalhamento e resiliência com o solo e as misturas compactados. Avaliou-se também o efeito da secagem prévia das misturas nos parâmetros de compactação. O LETA Taiaçupeba é composto por material amorfo e pelos minerais quartzo, gibbsita e caulinita; quimicamente, destacam-se o alumínio, ferro e silício como elementos maiores e grande quantidade de matéria orgânica. A adição de lodo não alterou significativamente a granulometria do solo, uma vez que a fração de sólidos adicionados foi pequena, porém a massa específica dos sólidos diminuiu e os limites de consistência aumentaram com o aumento do teor de lodo. O incremento de lodo levou à redução da massa específica seca máxima e ao aumento do teor de umidade ótimo de compactação. Com a secagem prévia das misturas, observou-se comportamento inverso, que levou à recuperação dos parâmetros ótimos do solo. Comparadas ao solo, as misturas apresentaram índices de compressão de 2,3 a 3,1 vezes maiores, ângulos de atrito efetivos de 1º a 4º maiores e coesões efetivas de 9 a 16 kPa menores. As pressões neutras desenvolvidas durante o cisalhamento tendem a ser maiores quanto maior o teor de lodo, causando redução das tensões axiais máximas e o aumento das deformações na ruptura em solicitações não drenadas. A condutividade hidráulica das misturas foi de aproximadamente 10 a 100 vezes menor que a do solo. A caracterização ambiental mostrou que o LETA Taiaçupeba é um resíduo classe II-A, não perigoso e não inerte, devido à solubilização de manganês e fenois. Os resultados indicam que as misturas são potencialmente viáveis para diversos usos geotécnicos, devendo ser feita uma análise caso a caso.
Título em inglês
Geotechnical behavior of mixture of lateritic clay sand and sludge from the Taiaçupeba water treatment, Suzano, São Paulo.
Palavras-chave em inglês
Laterite soil
Soil-sludge mixture
Waste reuse
Water treatment sludge
Resumo em inglês
The water treatment sludge (WTS), a residue from the treatment of raw water, has generally been discarded in water courses or sent to landfills and sewage treatment plants. The increasingly strict environmental standards have led to the search for environmentally appropriate destination alternatives. A promising option is the reuse of sludge mixed with soils in geotechnical works such as bottom and final cover of sanitary and industrial landfills, pavement bases and sub-bases, backfill of containment structures, trenches backfill, and landfills in general. This work evaluates the geotechnical behavior of mixtures of a lateritic clay sand dried to the hygroscopic water content (~1%) (Botucatu city, São Paulo State), representative of a group of soils of high occurrence in the state, with a sludge from the Taiaçupeba WTP (Suzano city, São Paulo State) at as-collected water content, in three proportions of soil and sludge (5:1, 4:1, and 3:1). The chemical, mineralogical and geotechnical characterization of the soil, sludge and mixtures was carried out, as well as the environmental characterization of the WTS. Compacted samples of soil and mixtures were submitted to compaction, permeability, consolidation, shear strength and resilience tests. The effect of prior drying of the mixtures on the compaction parameters was also evaluated. WTS Taiaçupeba is composed of amorphous matter and quartz, gibbsite and kaolinite; chemically, the major elements are aluminum, iron and silicon. A large organic matter content was also identified. The addition of sludge did not significantly change the grading curve of the soil, since the added solids fraction was small; however, the specific gravity of the grains decreased the consistency limits increased with the increase of sludge content. Increasing sludge content led to a progressive reduction in the maximum dry density and an increase in the optimum moisture content of the compacted soil. With the previous drying of the mixtures, an inverse behavior was observed, which led to the recovery of the optimal parameters of the soil. Compared to the soil, the mixtures showed compression indices 2.3 to 3.1 times higher, while the effective friction angle was 1º to 4º higher and the effective cohesion, 9 to 16 kPa lower. Increasing sludge content led to the development of increasing neutral pressures during shearing, causing reduction of the maximum axial stresses and increase of deformations at failure under undrained solicitations. The hydraulic conductivity of the mixtures was 10 to 100 times lower than that of the soil. The environmental characterization classified WTS Taiaçupeba as a non-hazardous non-inert waste. The results indicate that the mixtures are potentially viable for several geotechnical aplications, and a case-by-case analysis should be carried out.
 
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Data de Publicação
2021-09-28
 
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