O pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas, construído sobre a superfície final de terraplenagem que tem como função promover conforto e segurança aos seus usuários, bem como resistir as mais diversas condições climáticas e carregamento oriundo do tráfego de veículos. Os pavimentos, em geral, podem ser classificados em dois tipos: rígido ou flexível. Ambos possuem estrutura semelhante, mas se diferenciam na capa de rolamento. Os pavimentos rígidos possuem camada superficial de concreto de cimento Portland, em geral placas. Já os flexíveis possuem a camada superficial constituída por ligante betuminoso e agregados, sendo chamada de revestimento asfáltico.
Os pavimentos flexíveis são compostos por camada superficial asfáltica (revestimento), sendo essa apoiada sobre as chamadas camadas granulares que se localizam abaixo da capa de rolamento ou revestimento e são assim denominadas por serem constituídas por solos ou mistura de solos e/ou agregados com ou sem estabilizante.
A base é a primeira camada abaixo do revestimento, seguida pela sub-base e reforço de subleito. Essas camadas são de grande importância, pois transmitem de forma gradativa, os esforços oriundos do revestimento até o subleito. Alguns fatores como volume do tráfego, capacidade de suporte do subleito, rigidez, espessura das camadas e condições ambientais podem fazer com que uma ou mais camadas sejam suprimidas.
Segundo Bernucci et al. (2007) para os materiais serem empregados na construção das camadas granulares são empregados métodos de seleção e caracterização de suas propriedades. Os autores afirmam que a seleção é uma etapa preliminar de averiguação dos materiais disponíveis quanto às características de natureza, pois essas interferem nas propriedades geotécnicas no estado compactado. De forma geral, os materiais devem apresentar boa resistência, pouca deformabilidade e permeabilidade compatível com sua função estrutural.
Sabe-se que a ocorrência de materiais com boas qualidades para o emprego na construção de pavimentos é difícil, sendo que esta situação vem e tende a se agravar com o passar dos anos, dado que o constante uso dos mesmos tem como consequência o aumento da dificuldade de encontrar na natureza materiais aptos para o emprego na construção viária, tornando-os escassos. Com a finalidade de enquadrar os materiais existentes nos limites aceitáveis para seu emprego em camadas granulares, técnicas como a estabilização são comumente utilizadas.
De forma simples, estabilizar um solo, para fins rodoviários, consiste em tentar melhorar as propriedades naturais desse com a adição de outro material. Normalmente se utiliza tal processo para que, assim, o material venha a atender às especificações de uso para seu emprego em camadas mais nobres do pavimento.
Vargas (1977) define estabilização de solos como o processo pelo qual se confere ao solo uma maior resistência às cargas ou à erosão, por meio da compactação, da correção granulométrica e da sua plasticidade ou da adição de substâncias que lhe confiram coesão proveniente da cimentação ou aglutinação de partículas.
Conforme Villibor (1982) a estabilização de um solo, em seu sentido mais amplo, pode ser compreendida como a alteração de qualquer propriedade do mesmo que melhore o seu comportamento sobre o ponto de vista de aplicação na engenharia. Essas propriedades são geralmente resistência, deformabilidade, permeabilidade e expansibilidade. Os principais tipos de estabilização empregados são: a mecânica (estabilização granulométrica e compactação) e a química.
A estabilização granulométrica consiste na melhoria das propriedades de um solo, tendo como princípio a correção de sua curva granulométrica, fazendo com que se tenha uma maior variedade de dimensões das partículas constituintes deste, diminuindo, assim, o volume de vazios. Esse processo consiste na mistura e compactação dos materiais naturais, nas proporções corretas, de modo a conferir ao solo melhores propriedades para aplicação na área rodoviária.
Santanna (1998) menciona que a estabilização é maior para distribuições granulométricas que proporcionem uma máxima densificação, através do preenchimento, por grãos menores, dos vazios existentes entre os grãos maiores, mas sem que seja perdido o contato entre eles.
Muitas vezes não é possível a utilização do solo local para fins rodoviários, mas dispõe-se de solos onde predominam pedregulhos, areias ou siltes e argilas. A composição artificial de solo estabilizado, usando a proporção adequada de cada um deles e sua mistura, a fim de obter a granulometria final desejada e que apresente boas propriedades pode se tornar em uma alternativa para a pavimentação (VARGAS, 1977)
Já a estabilização mecânica, no tocante a compactação, consiste em variar a energia empregada nessa etapa, visando uma melhoria nas propriedades de resistência do material a ser empregado na construção de estradas. Segundo Hilf (1975), a compactação serve como forma de redução do volume de vazios, fazendo com que as partículas menores preencham os espaços existentes entre as maiores, conferindo ao solo, maior densificação, maior resistência, menor permeabilidade e principalmente maior estabilidade.
Para Little (1995), a compactação é a forma de estabilização mais utilizada, sendo responsável pela melhoria da estabilidade mecânica de praticamente todo tipo de solo. Porém o autor destaca que em muitas ocasiões somente a compactação não é suficiente, principalmente quando o solo é coesivo ou apresenta uma granulometria fina.
Quanto à estabilização química, essa consiste do uso de agentes estabilizantes que reagem com as partículas do solo, modificando suas propriedades físicas, o que resulta no melhoramento e estabilidade das suas propriedades mecânicas e hidráulicas. Nesse tipo de estabilização podem ser usados diversos tipos de aditivos (cimento, cal, emulsão asfáltica, etc.), ocorrendo reações químicas entre o solo e esses. As partículas do solo são geralmente aglutinadas pelo aditivo empregado (GONDIM, 2008).
Os aditivos químicos mais tradicionalmente empregados para estabilização de camadas granulares dos pavimentos são o cimento Portland, a cal e os materiais betuminosos.
2.8.1 Estabilização química de solos utilizando cimento
A NBR 12023 define a técnica de estabilização com cimento como a mistura íntima compactada entre solo, cimento e água. Com a hidratação do cimento, a mistura será estabilizada, resultando em um material de maior resistência mecânica e menos susceptível à água (INGLES e METCALF, 1972).
Segundo Vendruscolo (2003), o mecanismo de combinar solo com cimento é similar ao concreto. A distinção está no agregado que no concreto possui granulometria grossa e as partículas de cimento envolvem o agregado granular ligando suas partículas, dando considerável resistência ao concreto. Já na adição de cimento ao solo, as partículas de cimento são envolvidas pelos grãos de solos mais finos resultando em ligações menos resistentes.
A estabilização de solo com cimento pode ocorrer de duas formas que dependem da finalidade de emprego. Se a utilização do cimento objetivar a obtenção de uma estrutura mais rígida e durável, por exemplo, os percentuais empregados em geral são acima de 5% em massa e essa mistura é denominada de solo-cimento (SC) (DNER – ES 305/97). No entanto, se o objetivo for uma melhoria parcial das propriedades do solo, quanto à trabalhabilidade, redução da expansão, pequeno aumento na capacidade de suporte, os percentuais empregados são da ordem de 3%, e nesse caso denomina-se de solo melhorado com cimento (SMC) (DNER – ES 304/97).
O Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) em seu Manual de Pavimentação traz a diferença em solo-cimento e solo melhorado com cimento. O primeiro é uma mistura compactada de solo, cimento Portland e água que deve atender a certos requisitos de densidade, durabilidade e resistência, dando como resultado final um material duro, cimentado, de acentuada rigidez à flexão. Sendo que o teor empregado para o solo-cimento usualmente é da ordem de 6% a 10% (DNIT, 2006).
Já o solo melhorado com cimento é obtido com a adição de pequenos teores de cimento, de 2% a 4%, visando principalmente à modificação do solo no que se refere à sua plasticidade e sensibilidade à água, sem cimentação acentuada, bem como sua trabalhabilidade (DNIT, 2006).
Segundo Balbo (2007) não se busca com o SMC que o solo apresente resistência à compressão ou à tração na flexão para o emprego em bases de pavimentos, apenas busca-se uma estabilização do solo de maneira a torná-lo menos expansivo, para que seja possível seu emprego em pavimentação. Já o SC, possui como objetivo proporcionar uma camada com elevada resistência que trabalha em flexão.
Yoder e Witczak (1975) mencionam que o teor de cimento comumente empregado em estabilização varia entre 5% e 15% em relação à massa de solo a ser utilizada, sendo que a quantidade de cimento tende a aumentar para solos mais plásticos. Para índices de plasticidade acima de 15%, o teor de cimento necessário pode ser de até 20% para que seja proporcionada a rigidez que se deseja alcançar.
Bernucci et al. (2007) destacam que o solo para ser estabilizado com cimento de forma econômica, deve apresentar certa porção de areia em sua granulometria, pois caso possua um percentual grande de argila, os teores de cimento podem atingir valores altos e tornar o processo oneroso. Os autores ainda destacam que a faixa de aplicação viável é de aproximadamente 5% a 9% de cimento em relação à massa total.
Para Castro (2008), o cimento é utilizado em uma quantidade que varia de 5 a 10% do peso do solo, o suficiente para estabilizar o solo e conferir as propriedades de resistência desejadas para o composto. O autor ainda destaca que praticamente qualquer tipo de solo pode ser utilizado no processo de estabilização com cimento, entretanto os solos mais apropriados são os que possuem teor de areia entre 45 e 50%. A exceção dos solos que contêm matéria orgânica em sua composição (solo de coloração preta) que não podem ser utilizados.
Assim, observa-se que quanto ao teor de cimento utilizado, este varia entre 5% e 15%, podendo chegar a 20% em alguns casos. A quantidade de cimento a ser utilizada é variável com o tipo de solo a ser estabilizado e uso da técnica é mais recomendado para solos arenosos.
Uma base estabilizada com cimento apresenta boa qualidade para o recebimento do revestimento asfáltico. Esse processo torna a camada mais uniforme e resistente do que bases não cimentadas. As cargas são distribuídas em uma área maior e as tensões que chegam ao subleito são reduzidas, algo desejado quando se projeta uma rodovia (ADASKA e LUHR, 2004).
Entretanto, deve-se ter cuidado com a aplicação desse tipo de solução para o melhoramento dos materiais a serem empregados na pavimentação. O solo-cimento pode originar fissuras e essas por sua vez podem ser refletidas para o revestimento. Segundo Adaska e Luhr (2004), as fissuras que se desenvolvem não resultam de deficiência estrutural, mas sim das interações referentes à hidratação do cimento.
Bechara et al. (2010) destacam que apesar de apresentar a possibilidade de aparecimento de trincas e fissuras, o uso da técnica de solo-cimento na confecção de pavimentos pode ser uma alternativa viável ao meio ambiente, pois com a crescente preocupação voltada para a preservação dos recursos naturais, muitas limitações são impostas no que diz respeito à busca e exploração de jazidas de materiais. Assim, muitas regiões onde as jazidas são escassas ou distantes poderiam fazer o aproveitamento de alguns tipos de solos locais com o seu melhoramento a partir da adição de cimento.
Dentre outros resultados a adição de cimento ao solo proporciona ganhos de resistência, redução de permeabilidade, maior durabilidade, etc. Por apresentar tais características essa técnica pode ser utilizada como alternativa para a reincorporação de resíduos provenientes da indústria petrolífera, como borra oleosa e solos contaminados por petróleo. O cimento age diminuído a mobilidade do contaminante e possivelmente fazendo com que este não venha a poluir o meio ambiente.