Estabilização química

Segundo França (2003), a estabilização química acontece quando são produzidas mudanças na estrutura do solo devido ao incremento de aditivos em quantidade suficiente para melhorar determinada característica de interesse, a fim de conseguir um novo material com propriedades aceitáveis.

Este tipo de estabilização ocorre quando outros materiais são adicionados ao solo, modificando as suas propriedades ou por reação físico-química entre as partículas e o material adicionado ou quando se cria uma mistura que aglutina e cobre os grãos de solo. O objetivo da estabilização química é melhorar as propriedades de engenharia do solo mesmo em contato com a umidade, aprimorando as interações entre as partículas de solo e as moléculas de água (BRAZETTI e DOMINGUES, 1998).

Oliveira (2011) comenta que a estabilização físico-química é feita através do emprego de aditivos que ao interagirem com as partículas do solo, visam a melhoria e estabilidade das suas propriedades mecânicas e hidráulicas, podendo utilizar-se aditivos como: cal, cimento, asfaltos ou betumes, produtos químicos industrializados; cloretos, ácidos fosfóricos, e outros.

De acordo Teixeira (2014), este tipo de estabilização objetiva manter a umidade da mistura, uma vez que em solos argilosos, o aumento da umidade torna- os instáveis, e os granulares podem perder a sua estabilidade quando secos. O autor refere ainda que, na estabilização química, materiais higroscópicos também são utilizados com o intuito de reter a umidade dos solos, podendo ser os cloretos de cálcio e sódio, melaços e produtos da escória da indústria de papel. Contudo, o cloreto de cálcio é o mais conhecido e utilizado, principalmente nos Estados Unidos. Tais materiais podem ser utilizados na forma sólida ou líquida, podendo ser adicionada a água utilizada para manter a umidade ótima do material (TRRL, 1951).

Guimarães (2002) reitera que, na estabilização química, o critério de escolha do material pode ser influenciado por vários fatores, destacando-se: as características dos possíveis estabilizantes, as propriedades do solo puro, a finalidade da obra e a disposição de recursos financeiros para a realização do empreendimento.

2.3.2.1 Cimento

O cimento Portland pode ser definido como um material inorgânico finamente moído que, misturado com água, forma uma pasta, que adensa e endurece em virtude das reações e processos de hidratação e que, após o endurecimento, mantém a sua resistência e estabilidade mesmo quando exposto à água (VIEIRA, 2010). O autor comenta que após o processo químico, o produto conhecido como cimento Portland é constituído pelos seguintes componentes químicos: óxido de cálcio, óxido silício, óxido de alumínio, óxido de ferro, água e trióxido de enxofre.

Segundo Oliveira (2011), o cimento Portland moderno, composto que contem cálcio, sílica, alumina e ferro, foi desenvolvido na primeira metade do século XIX, e desde então, houve muitos avanços na produção deste ligante, tornando-o disponível na maior parte do mundo. Os cimentos tipos I e II são os mais comuns,

enquanto os tipos III à V são utilizados principalmente para projetos especiais (PARKER, 2008).

Na Figura 6, são apresentados os tipos de cimentos fabricados no Brasil, e segundo a ABCP (2012), os cimentos para serem empregues em processos de tratamento de solos são os CP I, CP I-S, CP II-E, CP II-Z, CP II-F, CP III e CP IV, com a possibilidade de serem ajustados por dosagem apropriada, com base em análises das características e propriedades de cada tipo de cimento para melhor desempenho.

Figura 6 - Tipos de cimento fabricados no Brasil (ABCP, 2012)

A designação dos vários tipos de cimento Portland é feita através de sigla e classe de resistência, sendo que ao prefixo CP (Cimento Portland) são acrescidos os algarismos romanos I a V, de acordo ao tipo do cimento correspondente à sigla, podendo ainda ser adicionada uma letra S, E, Z, F e ARI conforme adição especial. A classe de resistência representa a sua resistência real, em MPa, aos 28 dias de cura e é representada pelos números 25, 32 e 40 (ABCP, 2012).

2.3.2.2 Estabilização solo-cimento

A norma NBR 12023 (ABNT, 1992) define o solo-cimento como um produto endurecido, resultante da cura de uma mistura íntima compactada de solo, cimento e

água, em proporções estabelecidas através de dosagem, executada em conformidade com esta especificação.

De acordo Mukesh e Patel (2012), os ganhos de resistência oriundos do uso de cimento ocorrem através do mesmo tipo de reação pozolânica encontrada também na estabilização com cal. Ambos ligantes têm cálcio necessário para as reações pozolânicas acontecerem, embora a origem da sílica necessária para que essas reações ocorram possa diferir. Segundo o autor, diferente da cal, em que a sílica é obtida através da quebra da argila, a estabilização com cimento não necessita que ocorra essa quebra, pois o cimento já contém a sílica. Logo, a estabilização com cimento necessita apenas de água para que o processo de hidratação ocorra, sendo relativamente independente das propriedades do solo.

As misturas de solo-cimento podem ocorrer de duas formas distintas: (i) no caso em que se pretende um enrijecimento significativo do solo, empregam-se em geral percentuais acima de 5% e (ii) no caso da melhoria parcial das propriedades, principalmente trabalhabilidade conjugada com certo aumento da capacidade de suporte, empregam-se percentuais mais baixos, da ordem de 3%, caso do solo melhorado com cimento (SANBONSUGE, 2013).

Zhang e Tao (2008) reiteram que solos tratados com cimento são, por um lado, misturados com baixos teores com ou sem o objetivo de melhoria de resistência, dependendo da finalidade pretendida, e, por outro lado, a mistura solo-cimento é feita com altas dosagens de aditivo, quando se pretende atingir altas resistências.

Embora geralmente o cimento na pavimentação seja mais utilizado para solos arenosos, pode-se empregar este ligante inclusive com materiais mais siltosos ou argilosos, tal como nos estudos de Teixeira (2014). Segundo Bandeira et al. (2008), no Estado de São Paulo é comum a utilização de base de solo arenoso fino laterítico (SAFL) para estradas de baixo volume de tráfego ou de base de solo cimento quando o tráfego for da ordem de 1 x 107 _{de solicitações do eixo padrão. Os autores ainda}

citam que já foram realizados mais de dez mil quilômetros de estradas usando bases de solo laterítico em seu estado natural ou estabilizado com cimento e que mesmo após 30 anos, muitas dessas estradas ainda estão em excelentes condições.

Portanto, o emprego da mistura solo-cimento já está bastante difundido e aplicado com sucesso no Brasil e no mundo, mas dependendo do teor de cimento

requerido e do volume de tráfego da via, podem-se tornar economicamente inviáveis. Em alguns casos, a utilização de baixos teores de cimento, conhecida como solo melhorado com cimento, pode ser uma solução viável do ponto de vista técnico e econômico.

2.3.2.3 Estabilização do solo melhorado ou tratado com cimento

Segundo Oliveira (2011), geralmente classifica-se a adição do cimento ao solo em duas condições principais: (i) solo melhorado com cimento onde se adiciona aproximadamente 2% a 4% do ligante tal como a norma do DNIT (2009); e (ii) solo- cimento no qual é acrescido um teor de cimento entre 6% a 10%.

Na mistura de solo melhorado com cimento, a quantidade ou dosagem do ligante é menor, porque se pretende prioritariamente a alteração da plasticidade e da sensibilidade do solo na água, não promovendo nesta modalidade uma cimentação acentuada (CANCIAN, 2013). Enquanto que, quando se objetiva o aumento da resistência, considera-se a mistura solo-cimento e dosagens maiores.

Macêdo (2004), em sua pesquisa, fez menção que solo melhorado com cimento tem se apresentado como uma solução bastante eficiente, sendo técnica e economicamente viável para empregar em diversas regiões do Brasil, tendo iniciado em 1935 com o crescimento da demanda de construção de rodovias.

O solo melhorado ou tratado com cimento é uma forma de estabilização em que o cimento Portland é puramente um agente de alteração das propriedades do solo pulverizado solto, isto é, não compactado (PITTA, 1995). O material resultante é um solo modificado, cujas características físicas e mecânicas diferem acentuadamente das do solo original, traduzindo-se em aumento do valor de suporte ou CBR e diminuição ou anulação do índice de plasticidade e expansão volumétrica (JOEL e AGBEDE, 2010).

De acordo com Bernucci et al. (2006), para que o solo seja estabilizado com cimento de forma econômica, o mesmo deve conter porção de areia, pois caso tenha um teor muito elevado de argila, pode exigir um aumento considerável de cimento, por apresentar elevada retração e, deste modo, tornar o processo mais caro.

Portanto, o baixo teor de cimento requerido na estabilização para fins rodoviários também está diretamente ligado à natureza arenosa do solo (MACÊDO, 2004).

2.3.2.4 Cal

Segundo Behak (2007), a cal é um aglomerante usado ou empregado na estabilização de solos. Na realidade do Brasil, a norma NBR 7175 (ABNT, 2003) – Cal hidratada para argamassas, estabelece as exigências químicas e físicas classificando cales em tipo I, II e III (Figura 7).

Figura 7 - Características das cales hidratadas NBR 7175 (ABNT, 2003)

2.3.2.5 Estabilização solo-cal

Na pavimentação, a estabilização solo-cal pode ser definida como o material enrijecido resultante da mistura compactada de um solo geralmente argiloso, cal e água, com dosagens ou proporções definidas para atender os requisitos da sua finalidade. Para fins de pavimentação, a cal hidratada é a mais utilizada (INGLES e METCALF, 1972).

A adição de cal ao solo ajuda na obtenção de propriedades como resistência ou deformabilidade adequadas a um determinado fim da engenharia.

Segundo Bhattacharja et al. (2003) ao se adicionar cal a um solo fino em presença de água, ocorrem quatro reações químicas principais: (i) troca catiônica, (ii) floculação-aglomeração, (iii) reações pozolânicas e (iv) carbonatação, que resultam numa melhoria das propriedades físicas e mecânicas dos solos. Estas reações são chamadas de melhoramento ou modificação, porque só causam modificações nas propriedades físicas dos solos, sobretudo a plasticidade, a textura, a trabalhabilidade, a estabilidade volumétrica, sem aumento considerável de resistência.

As reações pozolânicas e a carbonatação ocorrem em função do tempo, ou seja, iniciam-se algumas semanas após o incremento da cal, em presença de água, e se desenvolvem durante um longo período de tempo, em alguns casos podendo levar anos (BEHAK, 2007). Portanto, a estabilização solo-cal já é uma técnica bem consolidada e bastante aplicada para fins de pavimentação.