Solo-cimento – características principais

O solo constitui 85% em massa dos materiais componentes do solo-cimento. Quase todos os tipos de solo podem ser utilizados para tal fim, embora os solos economicamente empregáveis se restrinjam àqueles que necessitem de teores de cimento relativamente baixos e cuja execução, em grande escala, seja bastante facilitada.

A PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (1969) considerou que, para efeito de execução, os solos arenosos e pedregulhosos, contendo cerca de 65% de areia e um teor de silte mais argila variando de 10 a 35%, constituem excelentes materiais para a obtenção de um solo- cimento econômico e de boa qualidade; solos arenosos deficientes em finos proporcionam, também, bons resultados, embora exigindo maior quantidade de cimento do que os anteriores; solos siltosos e argilosos prestam-se satisfatoriamente à execução do solo-cimento, reclamando, entretanto, teores elevados de cimento para se estabilizarem.

KUBO (1986) afirmou que, em solos arenosos, quando se emprega o cimento como aglomerante, o endurecimento e a estabilização se devem à ação do cimento sobre os grãos de areia e parcialmente sobre as argilas. Assim, os solos finos, por apresentarem maior superfície específica, são solos que exigem elevados teores de cimento para sua estabilização.

Para fins rodoviários e para a construção de aeroportos, a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND (1972) prescreveu que, para a execução do solo- cimento, podem ser empregados, normalmente, solos com as características seguintes: diâmetro máximo: 3” (7,5 cm); passando na peneira no 4: > 50%; passando na peneira no 40: l5 a l00%; passando na peneira no 200: < 50%; limite de liquidez: < 40%; índice de plasticidade: < l8%.

KROCHIN (l960) afirmou que os solos com mais de 35% de argila devem ser evitados. Por outro lado, a PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (1965) observou que, quando se tratar de um solo nestas condições, justificam-se, sob o ponto de vista econômico, quaisquer esforços despendidos para encontrar um material de granulometria favorável; solos contendo um teor de silte mais argila igual ou superior a 50% podem ser estabilizados com cimento desde que tenham sido granulometricamente corrigidos.

Com referência à granulometria, PINTO (1960) considerou que os solos arenosos, bem graduados e com razoável quantidade de silte e argila, são os mais indicados, por exigirem reduzida quantidade de cimento; lembrou o autor que o acréscimo dos teores de silte e argila, ou a uniformidade de granulometria da areia, acarretam uma elevação no teor de cimento.

Os solos arenosos podem reagir de maneira diversa com o cimento, dependendo da sua composição e propriedades químicas particulares; a matéria orgânica, presente no horizonte A (camada arável) de muitos podzóis ou solos podzolizados, compromete, segundo FELT (1955), a eficiência do cimento como estabilizante de tais solos, o mesmo não acontecendo quando se trata de horizontes mais profundos do mesmo perfil.

Solos contendo impurezas orgânicas não são indicados, pois inibem a hidratação do cimento, tolerando-se, no entanto, um teor máximo de 2% de matéria orgânica.

PINTO (1960) descreveu o solo ideal como sendo aquele que contém 15% de silte mais argila, 20% de areia fina, 30% de areia grossa e 35% de pedregulho.

De qualquer forma, o solo não deve conter material retido na peneira de 76,0 mm e nem mais de 40% de material retido na peneira de 4,8 mm, sendo desejável, ainda, que o mesmo apresente baixo limite de liquidez, baixo índice de plasticidade, elevada densidade e capacidade de suporte.

Por sua vez, o cimento Portland é uma substância alcalina, composta, em sua maior parte, de silicatos e aluminatos de cálcio que, por hidrólise, dão origem a compostos cristalinos hidratados e gel.

Incorporado o cimento ao solo, suas partículas envolvem fisicamente os grânulos do solo formando agregados que aumentam de tamanho à medida que se processam a hidratação e cristalização do cimento.

HANDY (1958) relatou que a cimentação resultante da adição de cimento Portland ao solo úmido, pode ser atribuída à combinação de (1) ligações mecânicas do cimento com as superfícies minerais imperfeitas e (2) ligações químicas estabelecidas entre o cimento e as superfícies minerais, sendo este processo o mais importante no caso dos solos finamente divididos, por causa da maior superfície específica envolvida. Este autor verificou, também, que, na formação do solo-cimento, as argilas participam intimamente dos fenômenos químicos.

A escolha do teor de cimento mínimo, capaz de assegurar a estabilidade necessária e de garantir à mistura a permanência de suas características, é, antes de tudo, uma imposição do critério de economia.

Solos da mesma série e horizonte e de textura similar, requerem a mesma quantidade de cimento para se estabilizarem, onde quer que eles se encontrem.

Os solos finos necessitam de mais cimento para a sua estabilização que os solos grossos, pelo fato de apresentarem maior superfície específica. Todavia, conforme asseguraram ARMAN e SAIFAN (1967), um aumento no teor de cimento acima do ótimo não melhora, necessariamente, a qualidade do solo-cimento, pois, se a quantidade adequada de cimento for misturada com o solo, toda a área superficial dos agregados será coberta pelo cimento.

A resistência à compressão tem sido usada como um índice tecnológico, sendo esta a propriedade mais comumente empregada para descrever misturas de solo-cimento; ela serve para indicar o grau de reação da mistura de solo-cimento-água, bem como a pega relativa e a velocidade de endurecimento do cimento. Segundo CRONKHITE e DACYSZYN (1966), a resistência à compressão é o parâmetro usado para medir a qualidade do solo-cimento.

ARMAN e SAIFAN (1967) afirmaram que a resistência à compressão do solo-cimento depende do tamanho e forma das partículas do solo, bem como do vínculo estabelecido entre as mesmas pelo processo de cimentação. FELT (1955) demonstrou que os corpos-de-prova de solo- cimento com solo arenoso são consideravelmente mais resistentes que os corpos-de-prova com solo siltoso, os quais, por sua vez, são mais resistentes do que os corpos-de-prova com solo argiloso; as máximas resistências à compressão obtidas, após um ano, foram de 330 kgf/cm2 _para

o solo arenoso, 218 kgf/cm2 para o solo siltoso e 162 kgf/cm2 para o solo argiloso. A resistência decresce com o aumento do teor de silte e argila, tendo KROCHIN (1960) atribuído este fato à presença de poeira envolvendo as partículas e impedindo uma boa aderência do cimento.

O efeito do teor de umidade de moldagem sobre a resistência à compressão simples das misturas de solo-cimento foi investigado por FELT (1955), que mostrou que a resistência alcança um máximo e decresce de maneira semelhante à da curva de compactação.

EL-RAWI et al. (1967) concluíram que a resistência à compressão simples aumenta com o acréscimo do teor de cimento, e, de acordo com KROCHIN (1960), com o acréscimo da massa específica aparente e, por conseguinte, com o decréscimo da porosidade.

Com o objetivo de melhorar a durabilidade das construções com terra, aumentando sua resistência e reduzindo a absorção de água, NGOWI (1997) estudou vários materiais estabilizantes. Foram utilizados dois tipos de solo, um mais arenoso com 63% de areia, 22,5% de silte e 14,5% de argila, e o outro mais argiloso com 27% de areia, 25% de silte e 48% de argila Foram confeccionados tijolos sem nenhum aditivo estabilizante; tijolos com 10 e 20% de esterco de gado; tijolos com 10 e 20 % de betume; tijolos com 5 - 7,5 - 10 - 15% de cimento, e tijolos com 5 - 7,5 - 10 - 15% de cal. Os melhores resultados de resistência à compressão e absorção de água foram obtidos com tijolos estabilizados com cimento. O aumento do teor de cimento reduziu a absorção de água, tendo os tijolos com teor de cimento igual ou maior que 7,5% atendido às exigências das normas, cujo limite máximo é de 7% de absorção. Os valores de resistência dos tijolos estabilizados com cimento foram cerca de duas vezes maiores que os dos estabilizados com cal (Tabela 09).

Tabela 09. Resultados médios referentes aos ensaios de resistência à compressão e de absorção de água, de tijolos fabricados com dois tipos de solo e estabilizados com dois tipos de material estabilizante: cimento e cal

Resistência à compressão (MPa) Absorção de água (%) Tipo de solo e teor de

estabilizante (%) _{Cimento Cal Cimento Cal}

Solo argiloso 0,0 1,84 1,84 5,0 4,55 2,65 10,00 8,52 7,5 5,90 3,14 7,11 8,54 10,0 6,80 3,85 7,04 8,56 15,0 8,50 5,00 6,85 9,90 Solo arenoso 0,0 1,80 1,80 5,0 4,98 2,16 8,57 10,99 7,5 6,02 3,10 7,20 11,02 10,0 8,12 3,23 7,03 11,26 15,0 10,64 3,73 6,65 12,88 Fonte: NGOWI (1997)

SOUZA et al. (1998), submetendo corpos-de-prova de 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura, confeccionados com solos arenosos e teores de cimento de 0, 3, 5 e 7%, a ensaios de compressão simples, concluíram que a grande variação ocorreu nos primeiros sete dias, havendo um aumento significativo de resistência em relação ao solo compactado sem adição de cimento. A adição de apenas 3% de cimento proporcionou uma resistência à compressão simples cerca de três vezes maior que a do solo compactado sem aditivo, enquanto que o solo adicionado de 7% de cimento apresentou praticamente o dobro da resistência à compressão simples do solo com teor de cimento de 3%.

NEVES (1993) afirmou que, para se obter uma resistência à compressão maior ou igual a 1,0 MPa, o teor de cimento em massa deve ser da ordem de 14%, enquanto que, para perdas de peso menor ou igual a 10%, a porcentagem de cimento em massa deve ser de 4%, propondo, então, que o critério de resistência seja adotado para definição do teor de cimento a ser empregado.

O solo-cimento é afetado pelo conjunto de propriedades do solo, de tal maneira que a persistência de apenas uma característica desfavorável pode comprometê-lo, contra-indicando-o para fins de solo-cimento ou exigindo medidas especiais, muitas vezes onerosas, para o seu aproveitamento.