BR102019001903A2 - Composto a base de resíduos celulósicos para pavimentação e respectivos métodos de preparação e aplicação - Google Patents

Abstract

composto a base de resíduos celulósicos para pavimentação e respectivos métodos de preparação e aplicação. trata-se de um composto a base de resíduos celulósicos para pavimentação e respectivos métodos de preparação e aplicação, pertencente ao campo setorial dos produtos quimicamente elaborados, sendo direcionado ao setor da construção civil, melhorando as condições geotécnicas dos solos das estradas em geral, notadamente rodovias rurais, vicinais, vias de chão batido e similares, através de uma combinação específica de determinados tipos de resíduos (dregs, lama de cal, cinzas e areia queimada) e demais insumos, transformando-os em um material para utilização como base / pavimento de estradas, abrangendo também os métodos de preparação e aplicação locais.

Description

“COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO E RESPECTIVOS MÉTODOS DE PREPARAÇÃO E APLICAÇÃO”.

[001] Tem por objeto a descrição do pedido de patente de invenção relacionado a um composto a base de resíduos celulósicos para pavimentação e respectivos métodos de preparação e aplicação, pertencente ao campo setorial dos produtos quimicamente elaborados, sendo direcionado ao setor da construção civil.

[002] Mais precisamente, o mencionado composto foi idealizado e desenvolvido no sentido de melhorar as condições geotécnicas dos solos das estradas em geral, notadamente rodovias rurais, vicinais, vias de chão batido e similares.

[003] Sabe-se que a indústria de papel e celulose é uma atividade de grande importância no cenário econômico e em franca ascensão de crescimento mundial. Em função disso, as quantidades manuseadas nos processos produtivos são muito grandes, ampliando a importância em custos. Alguns dos principais problemas desta indústria pairam no tratamento e destinação de resíduos, tais como “dregs”, cinzas de biomassa, lama de cal e areia de caldeira, bem como, na manutenção de estradas vicinais para transporte das principais matérias primas, tais como o pinus e o eucalipto.

[004] Dessa forma, através do objeto do pedido de patente em questão, foi desenvolvida uma nova alternativa para resolver, simultaneamente, alguns dos principais problemas acima relatados, mediante a reciclagem dos resíduos e a obtenção de uma inovadora fórmula, gerando o composto ora revelado, o qual, por sua vez, irá melhorar as condições geotécnicas dos solos das estradas,

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2/22 utilizando base, sub-base e pavimentos em geral, com baixo custo, segurança ambiental e qualidade.

[005] Para se chegar ao mesmo, foram estudados e atendidos os parâmetros estabelecidos para resistência, expansividade e demais índices relevantes, sendo contabilizados inúmeros benefícios na tecnologia de pavimentação, tais como redução da poeira causada pelo trânsito, impermeabilidade e fácil aplicação. O principal ganho, entretanto, está nos índices de sustentabilidade, pois além de evitar o consumo de pedras e outros agregados na manutenção das estradas, transforma grandes passivos de resíduos em produto de excelência e de baixo custo, trazendo economia às empresas papeleiras e significativo ganho ambiental.

[006] Como é do conhecimento principalmente por parte dos habilitados na técnica, a crescente produção de celulose gera uma grande quantidade de resíduos, exigindo, consequentemente, demandas e soluções tecnológicas para maximizar a logística e fornecimento de matéria prima com custos competitivos e sem comprometer ainda mais os impactos ambientais causados por essa cadeia produtiva, além de se primar em atender a uma incessante cobrança por alternativas viáveis para a disposição de seus resíduos de uma forma sustentável.

[007] Dentre os diferentes processos existentes para a produção de celulose a partir do eucalipto e pinus, destaca-se o da polpação “Kraft” (ou sulfato) que é o mais utilizado mundialmente. Esta denominação é oriunda da palavra “força” em alemão e que consiste basicamente na separação da celulose da lignina por meio do cozimento da madeira utilizando sulfeto e hidróxido de sódio (licor branco) como os agentes químicos ativos,

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3/22 em pH ajustado entre 13 e 14 no início do cozimento.

[008] Os principais resíduos sólidos gerados da polpação “Kraft” no processo de caustificação e calei nação são os “dregs” e os “grits”, respectivamente, onde o primeiro figura como um material sólido, de cor escura, com odor característico composto predominantemente de carbonato de cálcio, sedimentado e removido na clarificação do licor verde, considerados como impurezas oriundas principalmente do carbono, hidróxidos e sulfetos de metais, tendo um pH em torno de 12.

[009] Durante esse processo de clarificação as impurezas são separadas por sedimentação, tais como: carbono não queimado, ferro, sílica, cálcio, alumina, magnésio e sulfetos. O “dregs” é lavado e processado em filtro a vácuo, para remover o máximo possível de álcali e água (ALBUQUERQUE, J. A. etal. Propriedades físicas e químicas de solos incubados com resíduo alcalino da indústria de celulose. Revista Brasileira de Ciência do Solo - 2002), sendo que passada essa etapa, os “dregs” são transportados para aterros, gerando assim elevados custos de disposição ambientalmente inadequada.

[010] A geração de “dregs” é considerada bem expressiva nesse montante, podendo alcançar valores de 15 kg.tsa1 de polpa produzida. Vários artigos disponíveis se referem a um percentual de 10 a 20% desses resíduos em relação ao volume de celulose produzida, ou seja, para cada tonelada de celulose, estimase que de 100 a 140kg sejam “dregs”.

[011] Na operação de geração de energia para o processo, que se dá por meio da queima da biomassa nas caldeiras (madeira de eucalipto e pinus) são geradas as cinzas. Tal material também é produzido em grande quantidade, cuja maioria é disposta em aterros. Sua composição é uma mistura homogênea de areia,

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4/22 moinha de carvão e cinzas. A lama de cal é um resíduo de coloração branca formado predominantemente por carbonato de cálcio (CaCO3), extraída da caustificação do licor verde, ou seja, após a adição de óxido de cálcio (CaO).

[012] Por fim, o último resíduo considerado para o desenvolvimento da inovação a ser apresentado é a “areia”. Em resumo, trata-se de uma areia grossa, limpa, seca, sem matéria orgânica, a qual é proveniente das caldeiras de leito fluidizado quando é necessária a renovação das areias que constituem o leito fluidizado.

[013] Nesse contexto, a busca incessante é necessária para a aplicação do verdadeiro propósito da sustentabilidade, indo ao encontro de inovações que preservem os recursos naturais e ao mesmo tempo supram a necessidade do consumo, objetivando equalizar-se com a grande quantidade de resíduos e a geração de uma economia circular.

[014] Essa movimentação de biomassa causa um impacto imensurável que vai desde o desgaste, manutenção dos caminhões que as transportam, reparação de buracos, desníveis, reposição de cascalhos, entre outros agregados, onde até mesmo a relação das indústrias com a comunidade que vivem no entorno dessas estradas, penam diante do grande fluxo de caminhões, principalmente em períodos de manutenção, colheita e plantio em locais de tráfego mais intenso, ocasionando a emissão de poeira para as residências, e, em períodos chuvosos, empoçamentos e lama. [015] Para se ter uma ideia da dimensão do problema, existem indústrias de celulose em locais com mais de 3,5 mil quilômetros de estradas rurais, onde durante os períodos de movimentação da biomassa, são gastos valores exorbitantes por

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5/22 quilômetro na construção e manutenção por meio de umectação constante das estradas, através de caminhões pipas para mitigar a poeira, exigindo equipamentos e maquinários pesados (moto niveladora, rolo compactador, dentre outros), além também de insumos como: cascalho, brita, rachão, cimento, etc.

[016] Assim, diante desse contexto sinérgico, a combinação desses quatro resíduos (“dregs”, lama de cal, cinzas e areia queimada), por meio de um minucioso estudo realizado, demonstrou a viabilidade técnica e econômica da inovação ora apresentada, que basicamente combina-os juntamente com outros insumos, transformando-os em um importante material para utilização como base / pavimento de estradas, com alta qualidade, baixo custo e diversos benefícios comparados aos materiais (insumos) convencionais empregados nas estradas.

[017] Conceito do solo - O solo é uma coleção de corpos naturais, constituídos por partes sólidas, líquidas e gasosas, tridimensionais, dinâmicos, formados por materiais minerais e orgânicos que ocupam a maior parte do manto superficial das extensões continentais do nosso planeta, contêm matéria viva e podem ser vegetados na natureza onde ocorrem e, eventualmente, terem sido modificados por interferências antrópicas. (Embrapa, 2018). [018] Conforme descrito por Prado (Prado, Helio do.

‘‘Solos do Brasil-gênese, morfologia, classificação, levantamento, manejo de solos, 2005.), os solos podem ser, então, definidos didaticamente como corpos de material inconsolidado que recobre a superfície emersa terrestre entre a litosfera e a atmosfera. São constituídos de proporções e tipos variáveis de minerais, gases, água e matéria orgânica. De acordo com Reichardt e Timm (Reichardt, Klaus; Timm, Luís Carlos. ‘‘Solo, planta e atmosfera: conceitos, processos e aplicações. Barueri:

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Manole, 2004 .DER - SP) entende-se por solo como sendo a camada externa e agricultável da superfície terrestre, sendo produto das ações de intemperismo / desintegração, decomposição e recomposição de uma rocha matriz inicial.

[019] Pelas características decorrentes da sua formação, o solo é um aglomerado de partículas provenientes de decomposição da rocha, que podem ser escavados com facilidade, sem o emprego de explosivos, e que são utilizados como material de construção ou de suporte de estruturas.

[020] Como material de construção poderá ser usado, principalmente, na construção de aterros para finalidades diversas, como sub-bases e bases de pavimentos e entre outros, sendo possível dar ao solo as características necessárias e desejadas em cada projeto.

[021] Solos e caracterização - Todo solo provém de uma rocha, denominada rocha sã ou rocha mãe, e em sua estrutura existe rocha (de várias formações elementares), ar e água.

[022] Origem e Formação dos Solos - A partir da rocha sã, todo o solo é formado por dois efeitos de intemperismo, quais sejam, o físico (ação do vento, água, temperatura etc.), e o químico (mudança por troca de íons dos materiais que o formam). Meteorização ou intemperismo é o processo natural de decomposição ou desintegração de rochas e solos, e seus minerais constituintes, por ação dos efeitos químicos, físicos e biológicos. Em resumo, o intemperismo é o fenômeno natural a que estão sujeitos todos os materiais geológicos quando expostos à ação combinada da atmosfera, da hidrosfera, da biosfera e também da antroposfera, ocorrendo de forma permanente e generalizada em toda a superfície terrestre, não devendo, contudo, ser confundida com os efeitos da

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7/22 erosão, embora tenha frequentemente com eles uma relação estreita de causa e efeito. Para o geólogo, o solo é somente a capa superficial sobrejacente à rocha, enquanto que para o engenheiro civil, os solos são um aglomerado de partículas provenientes da decomposição da rocha, que podem ser escavados com facilidade, sem o emprego de explosivos, e que são utilizados como material de construção ou de suporte de estruturas.

[023] Variedades de tipos de solo e tamanho dos grãos - Existe o solo residual, o qual permanece no local de transformação da rocha sã, e, o transportado que recebe o nome do agente que o transportou. Além de outros fatores para engenharia civil, a granulometria e o tipo dos solos são informações importantes para o estudo e desenvolvimento de projetos. Nesse sentido, foram resumidas essas características como:

a) - os solos podem ser bem graduados: são partículas de tamanhos diferentes percebidas das maiores para as menores;

b) - os solos podem ser mal graduados: são partículas de diâmetros iguais ou semelhantes;

c) - mineralogia dos finos: siltes, argilominerais: Caulinita; llita; Esmectita são materiais expansivos e em suas estruturas apresentam: microporos e macroporos que são preenchidos por ar e água.

[024] Conceitos básicos de Pavimentação:

- subleito: é o terreno (natural) de fundação onde serão apoiados todos os pavimentos, devendo ser previamente estudado, regularizado e, se necessário, reforçado;

- sub-base; base: camada de material constituído por solo, mistura de vários tipos de solos, mistura de solo

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8/22 e materiais pétreos ou produtos totais de britagem que atendem determinadas faixas granulométricas e demais parâmetros preconizados nas especificações e no nosso estudo de caso, com acréscimo de resíduos da indústria do papel, estabilizador líquido e reagentes;

- pavimento rodoviário: é uma estrutura formada por várias camadas e tem a função de suportar os esforços aplicados pelo tráfego e variações climáticas, garantido, ainda, conforto e segurança aos usuários de uma via qualquer. Sobre a estrutura, resíduos podem ser utilizados nas camadas que a compõem, sem comprometer as características do pavimento e muitas vezes até agregando propriedades relevantes ao projeto. As principais características a serem investigadas para avaliar o uso em pavimentação são o módulo de resiliência, a fadiga, a deflexão superficial, a tensão de tração, a deformação de extensão, bem como as tensões no plano e vertical.

[025] Nas tabelas a seguir são discriminadas as composições químicas dos resíduos utilizados:

- Cinzas de biomassa (composição química dos óxidos presentes nas cinzas):

Óxido	Teor(%)
Na2O	Virtualmente ausente
MgO	1,14
AI2O3	4,57
SiO2	14,07
P2O5	1,26

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K2O	6,52
CaO	34,95
TiO2	1,42
MnO	1,44
Fe2Ü3	8,60

Perda ao Fogo 26,05 Densidade 610 g/L

- Areia de caldeira (composição química da areia de caldeira):

Óxido	Teor(%)
Na2O	0,47
MgO	0,88
AI2O3	3,84
SiO2	85,72
P2O5	0,36
K2O	3,04
CaO	3,21
TiO2	0,27
MnO	0,14
Fe2Ü3	1,64

Perda ao Fogo 0,44 Densidade 1320 g/L

- “Dregs” (composição química dos “dregs”):

Óxido	Teor(%)
Na2O	0,42
MgO	3,24
AI2O3	0,78

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SiO2	1,83
P2O5	0,71
K20	0,22
CaO	52,31
TiO2	0,12
MnO	3,59
Fe2O3	1,62

Perda ao Fogo 35,18 Densidade 1150 g/L

- Lama de Cal - constituída basicamente de óxido de cálcio, contendo em torno de 50% em umidade com granulometria nunca superior a 2 mm e em 80% da massa, inferior a 0,3 mm, com densidade aproximada de 530 g/L.

[026] No que se refere ao composto ora revelado, as quantidades utilizadas de resíduos e insumos para a elaboração da mistura ideal para utilização na pavimentação de rodovias rurais e vicinais para base e sub-base de estradas, são as seguintes:

mistura de resíduos:

- “Dregs”: 30%;

- Cinzas: 9%;

- Lama de cal: 5%;

- Areia de caldeira: 56% balanço de insumos:

- AI₂(SO4)3:0,53 Kg/m^3;

- Estabilizante: 1,65 Kg/m³;

- Cimento: 50 Kg/m³;

frisando que o uso do sulfato de alumínio (Al2(SO4)3) é opcional. [027] Após a realização da mistura dos resíduos para a aplicação no solo, é necessária a escarificação de 10 cm de

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11/22 uma estrada convencional (vicinal/rural) que equivalem a um parâmetro de 1000m lineares (7,2 m de largura x 1000 m de comprimento: 7200 m²), que é feita por equipamento adequado. [028] Esse processo faz com que se gere um volume de solo de aproximadamente 720 m³, onde é necessária a aplicação de 460 m³ de “blend” de resíduos. [029] Assim, considerando o volume dos resíduos acrescidos com a mesclagem do solo (misturados), é gerado um resultado volumétrico de aproximadamente 1181 m³ denominado de massa e massa total, cuja mistura de solo e resíduos possui uma massa específica (densidade) aproximada de 1.645 kg/m³.

[030] Nos parágrafos a seguir, serão abordados alguns aspectos relativos às especificações técnicas dos insumos (sulfato de alumínio, estabilizante e cimento).

[031] O sulfato de alumínio (AÍ2(SO4)3), trata-se de um sal amplamente utilizado no tratamento de água e efluentes (efeito coagulante) podendo ser empregado como um aditivo (catalisador) opcional na formulação do composto em questão, ou seja, devido às variações de características geotécnicas que diferentes tipos de solo podem apresentar, bem como, o resultado de resistência esperado com o uso do referido composto. Em outras palavras, este insumo pode ser empregado para acelerar as reações de ligações iônicas: junção das moléculas e coagulação de elementos presentes nos resíduos e solos, podendo também ser usado para redução dos custos com o cimento - com sua diminuição de dosagem (ou até mesmo substituição total do cimento), haja vista que se utiliza de muito menos da dosagem de sulfato de alumínio, sendo sua proporcionalidade comparada ao custo do cimento significativamente menor. Dessa forma, o sulfato de alumínio pode

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12/22 substituir o alumínio do cimento (um dos principais elementos presentes no mesmo).

[032] Quanto ao estabilizante, tem-se que segundo o manual de pavimentação do Departamento de Estradas e Rodagens do Estado de São Paulo (DER - SP), solo estabilizado quimicamente por via líquida é uma mistura uniforme e homogênea, adequadamente compactada, de solo ou misturas de solos e estabilizantes de solos líquidos, reagente e água, em proporções adequadas, determinadas por ensaios prévios de laboratório, cujos resultados apresentem conveniente estabilidade e durabilidade, podendo ser empregado como reforço de subleito, sub-base ou base de pavimento. Um material atua como estabilizante químico de um solo, modificando as suas propriedades físicas e químicas, quando, ao ser adicionado a este, reage como agente impermeabilizante, floculante e/ou agregante dos materiais presentes neste solo. ” (Lambe, T. William; Michaels, A. - “Altering soil properties with Chemicals. Chemical Engineering”, - 1954.).

[033] Estes fenômenos ocorrem devido à troca de base, sendo que os cátions de carga mais forte substituem os íons de carga mais fraca na superfície das partículas de argila, onde há também um agrupamento de cátions, com a consequente predominância destes.

[034] Considerando que a ligação entre duas partículas de argila depende da carga e do tamanho dos íons na interface, ocorre, no caso, uma atração maior e, portanto, provocando uma floculação das partículas (Croft, J. B. - ‘‘The structures of soils stabilized with cementitious agentes.” - Engineering Geology, - 1967).

[035] Para “McCarthy” (McCarthy, David F.; McCarthy,

David F. Essentials of soil mechanics and foundations. Virginia: Reston Publishing

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Company, 1977.), a estabilização química refere-se ao procedimento no qual um material químico qualquer é adicionado ao solo natural, para melhorar uma ou mais de suas propriedades de engenharia.

[036] No mercado estão disponíveis uma grande quantidade de estabilizantes de solo, cuja finalidade tem por objetivo o aumento da capacidade de suporte das estradas, o ganho de resistência, redução de higroscopicidade, aumento de durabilidade e entre outros, que de uma forma geral, visa a melhora da geotecnia do solo. Seu mecanismo de funcionamento consiste em fazer perene a resistência dos solos tratados com o produto, tanto através da impermeabilização, quanto de aglutinação das partículas. Entretanto, o mais importante é sua capacidade de criar formações que tendem a reduzir a capilaridade e de formar um gel insolúvel que passa a preencher os microporos e macroporos existentes nos solos e as misturas de resíduos. Com isso, a mistura (solo e resíduo) fica inalterado na presença de água, pelo corte de seu poder de sucção. [037] No caso do cimento, emprega-se um tipo geralmente utilizado em obras marítimas, industriais e subterrâneas, notadamente por conter de 6% a 14% de pozolana, garantindo uma maior impermeabilidade e durabilidade ao concreto produzido.

[038] Por sua vez, a metodologia de aplicação abrange basicamente as seguintes etapas: - a) - mistura e homogeneização dos resíduos; b) - preparação do solo; c) - aplicação da mistura; d) - revolvimento da mistura junto ao solo; e) - aplicação do estabilizador; f) - aplicação do cimento e g) - compactação e nivelamento, as quais são a seguir pormenorizadas.

[039] Mistura e homogeneização dos resíduos (etapa “a”): pode ser realizada tanto em misturadores encontrados no mercado para esta finalidade, como também, pode ser feito em pás

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14/22 carregadeiras. Devido às características físico-químicas dos “dregs”, é necessário primeiro o espalhamento sobre uma superfície plana do mesmo com aproximadamente 15 cm de altura, e posterior adição das cinzas e óxido de cálcio, de forma a espalhar de maneira mais homogênea possível, objetivando que as cinzas e a cal sobreponham toda a superfície de contato dos “dregs” espalhados. A cal e as cinzas possuem propriedades hidrofílicas que absorverão parte da umidade presente nos “dregs”, efetivado por meio da mistura feita com a pá carregadeira. Ao término do preparo, é adicionada a areia. Em seguida essa mistura, já na condição de produto, está apta para ser aplicada junto com os outros insumos no solo das estradas rurais, vicinais e até mesmo como sub-base para rodovias asfaltadas.

[040] Preparação do solo (etapa “b’j: inicialmente é necessário o destorroamento do solo, ou seja, desagregação e esfarelamento de aproximadamente 10 cm. Esse tipo de processo é realizado com uma motoniveladora dotada de escarificador, sendo fincado na profundidade desejada ao solo e ao percorrer o trecho a ser trabalhado da estrada.

[041] Aplicação da mistura (etapa “c’j: a mistura de resíduos é despejada por caminhões basculantes sobre o solo escarificado e posteriormente espalhado sobre o trecho de estrada. Depois disso, é feito o espalhamento dessa mistura em toda a superfície do solo, cujo processo normalmente é feito pela lâmina da própria motoniveladora.

[042] Revolvimento da mistura junto ao solo (etapa “d): para que a mistura de resíduos seja incorporada e misturada ao solo de forma homogênea, é necessária a utilização de um trator com o componente de arado de disco, que passará diversas vezes sobre o solo e a mistura, realizando assim o seu revolvimento e

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15/22 incorporação ao solo. Recomenda-se que a quantidade de passadas sejam quantas forem necessárias para o alcance do objetivo (destorramento e homogeneização).

[043] Aplicação do estabilizador (etapa “e”): o estabilizador de solo deve ser diluído em água e aplicado com um caminhão pipa, através do indispensável componente de aspersor de líquido ou do dosador de água linear (também conhecido como chuveiro ou rabo de pavão), de modo que a diluição deve ser feita em proporções convenientes aplicáveis as condicionantes de campo, ou seja, como a umidade ótima da massa total do composto (solo e mistura) tem que ser o mais próximo possível de 19%, onde o técnico responsável deverá fazer a diluição desses dois insumos nas proporções que atingem o valor mais próximo possível da umidade ótima (19%), adequada para que as reações químicas ocorram (troca de íons, ligações químicas, floculação e estabilização), e principalmente para se obter um melhor índice de compactação. Normalmente em dias ensolarados essa diluição ocorre em 1:2000. Após essa diluição o produto é disperso homogeneamente sobre a superfície da mistura no solo, devendo posteriormente se passar também o arado de disco para que o líquido penetre o máximo possível sobre essa mistura. Isso deve ocorrer (dispersão e revolvimento) no mínimo duas vezes seguidas sobre o trecho com a massa total.

[044] Aplicação do cimento (etapa T): após a aplicação da mistura de resíduos, é adicionado os 3% (em massa) de cimento, referente à massa total do solo a ser tratado (1181 m³x 1645 kg/m³ = 1.942.745 kg de solo natural + mistura de resíduos), ou então o sulfato de alumínio diluído no caminhão pipa da mesma forma que o estabilizador. No caso do cimento, o mesmo pode ser

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16/22 aplicado tanto com a pá carregadeira, quanto com a calcalhadeira. [045] Compactação e nivelamento (etapa “g”): a etapa final se dá através de mais uma misturada completa por meio da passagem do trator arado de disco sobre todos os componentes (cimento, mistura de resíduos, solo e estabilizante diluído para atingir a umidade ótima da massa total). Feito isso, inicia-se a compactação com o rolo de “pé de carneiro/pata” vibratório de 25 toneladas. Esse equipamento é amplamente utilizado para compactação de solos em obras viárias. Neste caso, o processo de compactação é similar a uma compactação convencional. Assim sendo, o rolo compactador passará sobre a mistura cerca de treze vezes sobre aquela espalhada anteriormente e, na sequência, a motoniveladora será utilizada novamente apenas passando a lâmina superficialmente para nivelar o pavimento e desfazer as marcações deixadas pelo rolo compactador. No acabamento é necessário passar o rolo compactador liso vibrador, preferencial mente acima de 25 toneladas com os componentes de rolos duplos (frontal e traseiro). Essa passada do rolo liso visa realizar a finalização do processo de compactação, deixando a estrada com um excelente aspecto estético e geotécnico, muito parecido com uma estrada e/ou até mesmo avenida.

[046] Ressalte-se que a descrição em questão é acompanhada de um fluxograma representando todo o processo de preparação e aplicação, conforme ilustrado na figura 1, anexa, assim sequenciado e referenciado: - 1) escarificação de 10cm (motoniveladora)', 2) aplicação da mistura (caminhão)-, 3) espalhamento da mistura na estrada (motoniveladora), 4) revolvimento da mistura / solo (arado de disco)-, 5) aplicação do estabilizador (caminhão pipa)-, 6) aplicação do cimento

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17/22 (calcalhadeira); 7) revolvimento (arado de disco)', 8) compactação (rolo pé de carneiro de 25 toneladas)', 9) nivelamento (motoniveladora)', 10) compactação estética final (rolo liso de 25 toneladas).

[047] Resultados e considerações - A granulometria dos resíduos manuseados, “dregs”, cinzas e óxido de cálcio, correspondem a uma similaridade de um solo siltoso, pois 97,5% de suas partículas passam pela peneira normatizada. Segundo a classificação unificada, este material pode ser associado nesse aspecto físico a uma classificação de um silte de baixa compressibilidade. A utilização destes resíduos são comparáveis quanto ao diâmetro ao silte, ou seja, granulometria fina e heterogênea. Na prática, isso faz com que se tenha um aumento do índice de vazios do novo solo, que por consequência é prejudicial a estabilização pretendida. No entanto, se os resíduos têm aspectos negativos quanto à granulometria, têm positivos no aspecto químico, pois os elementos presentes neles são de fácil ionização e troca catódica e no auxílio à ação pozolânica dos insumos utilizados.

[048] O efeito pozolânico presente em substâncias naturais ou artificiais, compostas de materiais silicosos ou sílico aluminosos, que, não sendo por si só cimentícias, quando na presença de água e ar, reagem facilmente, por terem suas superfícies de contato aproximadas, com os outros finos e como as partículas de óxido de cálcio e as das cinzas, formando novos compostos com boas propriedades cimentícias.

[049] Dessa forma, a presença do carbonato de cálcio tanto oriundo nos “dregs”, quanto na lama de cal, atua de forma positiva no solo realizando ações de permuta iônica, onde os cátions de cálcio (Ca+) substituem os íons mais fracos, como o de sódio

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18/22 (Na+), fazendo com que essas partículas se aglomerem e floculem, além de ajudarem a ação de cimentação e carbonatação da mistura. [050] O mesmo benefício do cálcio na reação com o solo, ocorre também com as cinzas, que além de atuarem na diminuição da umidade dos “dregs”, devido à presença de sílica amorfa nas cinzas de biomassa, que ao reagir com o hidróxido de cálcio formam silicatos de cálcio hidratado que faz também a reação de aglomeração necessária para as propriedades cimentícias.

[051] Um outro fator técnico importante a se destacar, é a presença da areia de caldeira na mistura. Este resíduo é fundamental para a granulometria, deixando uma mistura bem graduada para o bom acondicionamento das partículas (diminuindo o índice de vazios), essencial para a compactação. Assim, a utilização da porcentagem de areia grossa é imprescindível para atingir uma granulometria bem graduada (termo utilizado na engenharia civil para um solo com granulometria heterogênea), portanto, essa condição técnica é positiva para a estabilização do solo a ser tratado.

[052] Os resíduos combinados com os insumos, tais como: estabilizador de solo e/ou sulfato de alumínio (caso necessário), os mesmos reagem (troca de íons, floculação e ação pozolânica), e feitos todos os procedimentos indicados anteriormente, promoverão reduções substanciais da plasticidade; modificações granulométricas, devido aos fenômenos da coesão e da impermeabilização posterior a compactação; aumento do índice de suporte representado; eliminação das características expansivas; aumento da resistência e principalmente, o controle da ação da água sobre as camadas tratadas, sejam por gravidade, por capilaridade e por tensão de sucção, atingindo assim, resultados satisfatórios de

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19/22 durabilidade e do objetivo a ser atingido pelo pavimento.

[053] Não obstante, o estabilizador, juntamente com os resíduos e solo, ou seja, o composto, criam uma associação atuante sobre as partículas finas do solo natural, fazendo com que estas sejam aglutinadas e impermeabilizadas, melhorando assim sua capacidade de suporte ao reduzir sua expansão e sucção, produzindo um efeito de impermeabilização e reduzindo a capilaridade, pelo fato das partículas argilosas absorverem parte do produto, gerando mudanças na atividade superficial dessas partículas, diminuindo ou suprimindo a necessidade do uso de materiais drenantes como britas ou outros agregados utilizados em processos de pavimentação.

[054] Isso ocorre também devido a aplicação de uma força peso (rolo compactador de no mínimo 25 toneladas), que retira o ar, pois a água até o ponto da umidade ótima ajudará no arranjo de forma satisfatória dessas partículas. Por essa razão a compactação deverá ser feita com a precisão da boa técnica, pois ela aumentará a capacidade mecânica, ampliando a qualidade hidráulica, reduzindo a permeabilidade, incrementando a resistência ao cisalhamento do novo solo tratado e forçando deixar em contato todos os elementos dessa mistura para que possam também reagir quimicamente, e atingir o objetivo de se ter um solo mais estável. [055] Nesse sentido, é fundamental que o técnico responsável ao realizar esse tipo de pavimentação controle a umidade ótima em 19% para que assim todas essas reações físico químicas e melhoramento das condições geotécnicas do solo possam ocorrer.

[056] Além disso, como é de notório saber, existem diferentes tipos de solo. Estes podem variar a quantidade de silte,

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20/22 argila e sílica, bem como sua granulometria - o que é imprescindível para formar um solo bem granulado e propiciar uma boa reação química e física para o objetivo proposto. Portanto, é prudente destacar que estas formulações podem variar de acordo com cada tipo de solo. Logo, baseada na fundamentação contida nesse relatório e o objetivo de qualidade mínima de resistência, expansividade e “CBR” (Capacidade de Suporte Califórnia) poderão ser mudadas as dosagens dos insumos e resíduos em torno de 20%, para mais ou para menos, dependendo das características do solo natural a ser tratado.

[057] Concluindo, são elencados abaixo os principais benefícios do composto ora revelado:

- reduz a quantidade de resíduos dispostos em aterros, bem como os seus custos através de sua reutilização;

- apresenta um índice de Suporte Califórnia (ISC ou “CBR”) de mais de 90%;

- não gera expansividade, comparado ao máximo estabelecido;

- promove melhor trafegabilidade, mesmo em dias chuvosos;

- reduz o consumo de recursos naturais, vez que em grande parte das estradas criadas, não é empregado o uso de pedra e outros agregados no processo de pavimentação, reduzindo significativamente os custos, inclusive com o transporte. O composto com os reagentes pode substituir cerca de 70 caminhões (por km) de pedra ou de qualquer outro tipo de agregado normalmente utilizado na pavimentação de ruas ou estradas;

- proporciona condições ideais para posterior pavimentação asfáltica;

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- promove a redução de mais de 80% na emissão de poeira causada pelo trânsito de caminhões, permitindo uma melhor qualidade de vida dos moradores que vivem no entorno das estradas;

- reduz o custo de manutenção de pneus dos veículos sobre a nova estrada, uma vez que o atrito com o cascalho causa muito mais desgaste, comparado com a solução ora apresentada;

- proporciona secagem rápida após a chuva;

- diminui os custos com manutenção, pois há uma estabilização permanente;

- apresenta excelente aspecto estético, superior a estradas de terra e cascalhadas;

- promove a redução significativa na formação de empoçamento (acúmulo de água causados pelas chuvas);

- promove a redução da permeabilidade do solo;

- proporciona facilidade de aplicação e menor mão de obra;

- aumenta a resistência ao cisalhamento do novo solo;

- apresenta flexibilidade de utilização, podendo ser aplicado em bases, sub-bases e reforços de subleitos para estradas, rodovias vicinais, ruas e avenidas, pátios de descargas e galpões industriais, aeroportos, estacionamentos, aterros sanitários, lagoas ou tanques de aeração, etc.;

- possui excelente desempenho ambiental, pois os contaminantes na forma de traços não lixiviam e os componentes químicos são inertizados.

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22/22 [058] Por fim, se faz oportuno informar que nada impede que o composto a base de resíduos celulósicos para pavimentação e respectivos métodos de preparação e aplicação aqui apresentados venham a ter suas características quantitativas e qualitativas diversificadas ou alteradas, inclusive em relação aos tipos de maquinários utilizados, sequenciamento e quantidade de operações necessárias, mantendo ou até melhorando o desempenho alcançado, desde que não fuja ao escopo do quanto explanado e ora pleiteado.

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Claims (11)

1. REIVINDICAÇÕES

   1) - “COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO E RESPECTIVOS MÉTODOS DE PREPARAÇÃO E APLICAÇÃO”, caracterizado por melhorar as condições geotécnicas dos solos das estradas em geral, notadamente rodovias rurais, vicinais, vias de chão batido e similares, através de uma combinação específica e quantitativa de determinados tipos de resíduos (“dregs”, lama de cal, cinzas e areia queimada) e demais insumos, transformando-os em um material para utilização como base / pavimento de estradas, abrangendo também os métodos de preparação e aplicação locais.
2. 2) - “COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as quantidades utilizadas de resíduos e insumos para a elaboração da mistura ideal para utilização na pavimentação de rodovias rurais e vicinais para base e sub-base de estradas, serem as seguintes:

   mistura de resíduos:

   - “Dregs”: 30%;

   - Cinzas: 9%;

   - Lama de cal: 5%;

   - Areia de caldeira: 56% balanço de insumos:

   - AI₂(SO4)3:0,53 Kg/m^3;

   - Estabilizante: 1,65 Kg/m³;

   - Cimento: 50 Kg/m³;

   sendo opcional o uso do sulfato de alumínio (AÍ2(SC>4)3).
3. 3) - “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DO COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA

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   PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser necessária a escarificação de 10 cm da estrada (vicinal/rural) equivalente a um parâmetro de 1000m lineares, (7,2 m de largura x 1000 m de comprimento: 7200 m²), resultando em um volume de solo de aproximadamente 720 m³, para aplicação de 460 m³ de “blend” de resíduos, de modo que considerando o volume dos resíduos acrescidos com a mesclagem do solo (misturados) é gerado um resultado volumétrico de aproximadamente 1181 m³ denominado de massa e massa total, cuja mistura de solo e resíduos possui uma massa específica (densidade) aproximada de 1.645 kg/m³.
4. 4) - “MÉTODO DE APLICAÇÃO DO COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por abranger as seguintes etapas: - a) - mistura e homogeneização dos resíduos; b) - preparação do solo; c) - aplicação da mistura; d) revolvimento da mistura junto ao solo; e) - aplicação do estabilizador;

   f) - aplicação do cimento e g) - compactação e nivelamento.
5. 5) - “MÉTODO DE APLICAÇÃO DO COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por a etapa de mistura e homogeneização dos resíduos necessitar do espalhamento uniforme dos mesmos sobre uma superfície plana com aproximadamente 15 cm de altura, e posterior adição das cinzas e óxido de cálcio, finalizado com a adição da areia.
6. 6) - “MÉTODO DE APLICAÇÃO DO COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por a etapa de reparação do solo requerer o

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   3/4 destorroamento do solo (desagregação e esfarelamento de aproximadamente 10 cm), cujo processo é realizado com uma motoniveladora dotada de escarificador, sendo fincado na profundidade desejada ao solo e ao percorrer o trecho a ser trabalhado da estrada.
7. 7) - “MÉTODO DE APLICAÇÃO DO COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por a etapa de aplicação da mistura de resíduos envolver seu despejo por caminhões basculantes sobre o solo escarificado e posteriormente espalhado pela lâmina da motoniveladora sobre o trecho de estrada.
8. 8) - “MÉTODO DE APLICAÇÃO DO COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por a etapa de revolvimento da mistura junto ao solo requerer a utilização de um trator com o componente de arado de disco, que passará diversas vezes sobre o solo e a mistura, realizando assim o seu revolvimento e incorporação ao solo.
9. 9) - “MÉTODO DE APLICAÇÃO DO COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por a etapa de aplicação do estabilizador envolver sua diluição em água e consequente aspersão / dosagem através do componente adequado do caminhão pipa e em proporções convenientes aplicáveis as condicionantes de campo, ou seja, como a umidade ótima da massa total do composto (solo e mistura) tem que ser o mais próximo possível de 19%, adequada para que as reações químicas ocorram (troca de íons, ligações químicas,

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   4/4 floculação e estabilização), e principalmente para se obter um melhor índice de compactação.
10. 10) - “MÉTODO DE APLICAÇÃO DO COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por a etapa de aplicação do cimento, após a aplicação da mistura de resíduos, adicionar 3% (em massa) de cimento, referente à massa total do solo a ser tratado (1181 m³x 1645 kg/m³ = 1.942.745 kg de solo natural + mistura de resíduos), ou então o sulfato de alumínio diluído no caminhão pipa da mesma forma que o estabilizador.
11. 11) - “MÉTODO DE APLICAÇÃO DO COMPOSTO A BASE DE RESÍDUOS CELULÓSICOS PARA PAVIMENTAÇÃO”, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por a etapa de compactação e nivelamento abranger mais uma misturada completa por meio da passagem do trator arado de disco sobre todos os componentes (cimento, mistura de resíduos, solo e estabilizante diluído para atingir a umidade ótima da massa total), iniciando-se, posteriormente, a compactação com o rolo de “pé de carneiro/pata” vibratório de 25 toneladas.