Solo melhorado com cimento ou cal

Para determinar a dosagem adequada ou ótima, isto é, a que permite o solo estabilizado ou a mistura atender aos requisitos das especificações construtivas para revestimento primário de estradas não pavimentadas (Tabela 8), foram usados teores de cimento de 2,5%, 3,0%, 3,5% e 4,0%, uma vez que o objetivo não era usar altas dosagens e atingir altas resistências, mas usar baixos teores para atingir o valor mínimo exigido pela norma brasileira.

No caso da cal, foram utilizados teores de 2,0%, 4,0%, 6,0% e 8,0%, sendo que ao comparar com cimento, para cal se aplicou dosagens maiores, uma vez que na realidade brasileira este aditivo apresenta resistência ou desempenho menor.

A variação dos teores de aditivos, não apenas possibilitou determinar o teor ótimo da mistura solo mais aditivo, mas também avaliar a influência da variação do mesmo nas propriedades físicas e mecânicas do solo estabilizado, principalmente em parâmetros como: umidade ótima, densidade seca máxima e a resistência à compressão simples – RCS em amostras curadas por 7 dias. Após a determinação do teor ótimo, quer seja para o cimento como para cal, trabalhou-se apenas com estas dosagens nos demais ensaios de avalição de desempenho das misturas tratadas.

As Figura 14 e Figura 15 apresentam o fluxograma dos experimentos realizados com o S-1 ou S-2 e Cimento e S-1 ou S-2 e cal, respetivamente. Nos ensaios dos solos tratados, todas as amostras foram curadas por 7 dias.

Figura 15 - Fluxograma dos ensaios do S-1/S-2 e Cal

As normas técnicas dos experimentos apresentados no fluxograma são apresentadas a seguir:

 Ensaio de Compactação – NBR 7182 (ABNT,1986b);

 Ensaio de Resistência à Compressão Simples - NBR 12024 (ABNT, 2012);

 Ensaio de Resistência à Compressão Simples – NBR 12025 (ABNT, 2012);

 Ensaio de Índice de Suporte Califórnia/CBR – NBR 9895 (ABNT,1987);

 Ensaio de Perda de Massa por Imersão – DNER-ME 256 (DNER, 1994);

 Determinação do Limite de Liquidez – NBR 6459 (ABNT, 1984a);

 Determinação do Limite de Plasticidade – NBR 7180 (ABNT, 1984c);

 Resistência à Tração por Compressão Diametral – DNIT ME 136 (DNIT, 2010);

 Ensaio de Cisalhamento Direto - ASTM D6528 (ASTM, 2007) e

Para a realização dos ensaios de compactação do solo tratado, utilizou-se como base a umidade ótima do solo puro. Isto é, deste valor, acrescentou-se dois pontos para cima do teor de umidade ótima com variação de 2,5%, e dois pontos para baixo, técnica aplicada para os dois solos e os dois respetivos aditivos. Deste modo, foi possível determinar a umidade ótima para cada dosagem de aditivo. Igualmente ao solo natural, após a adição dos aditivos, para o S-1 apenas foram realizados ensaios na energia de compactação Proctor normal, mas para o S-2 na energia Proctor normal e intermediária, sendo a mesma condição para os ensaios abordados subsequentemente.

Para a determinação do teor ótimo mínimo de cimento, foi empregue o método de dosagem da ABNT, descrito na NBR 12024 (ABNT, 2012) e NBR 12025 (ABNT, 2012). No entanto, utilizou-se a RCS ≥ 1,2 MPa definida pela norma do DER- PR (2005) para fins de revestimento primário de estradas não pavimentadas. Foram moldados corpos de prova - CP com 5 cm de diâmetro, todos passaram por um processo de 7 dias de cura, e depois imersos em água antes da ruptura. Após a verificação do teor de aditivo que atingiu a RCS ≥ 1,2 MPa, tal como apresentado na Tabela 8, foram feitas mais 3 repetições, com a mesma umidade ótima e densidade seca máxima, isto para cada solo e aditivo. A Figura 16 apresenta o rompimento de um CP na prensa do ensaio de RCS.

Neste trabalho, para a dosagem do solo melhorado com a cal, adotou-se o método da ABNT usado para dosagens de cimento, que é muito similar ao método de Thompson (1966) específico para cal, uma vez que ambos consideram a resistência à compressão simples como parâmetro determinante. Contudo, ao invés do requisito ser uma RCS ≥ 2,1 MPa tal como sua recomendação, considerou-se também a RCS ≥ 1,2 MPa, ficando assim a favor da segurança do ponto de vista técnico e de projeto, possibilitando a análise comparativa com as misturas do solo melhorado com cimento. Tendo em conta as críticas ao método do pH apresentadas na revisão bibliográfica (item 2.3.3 do cap. 2), o mesmo não foi empregue nesta pesquisa.

Durante o seguimento de 7 dias de cura, os corpos de prova foram mantidos em câmara úmida com umidade e temperatura controladas de acordo com a NBR 12024 (ABNT, 2012) e, após esse período, as amostras foram imersas na água durante 4 horas antes da ruptura.

Os CP para os ensaios de CBR e caracterização mecânica subsequentes foram todos moldados apenas com teor ótimo, umidade ótima e densidade máxima seca, definidas nos ensaios de dosagem com a RCS e compactação. Todos ensaios de CBR apenas foram realizados na condição imersa de 96 horas (4 dias), representando, assim, a situação mais crítica para mistura, processo que iniciava apenas depois dos 7 dias de cura. Igualmente para o solo puro, estabilizado com o cimento ou cal, foram realizadas 3 repetições para cada condição. Para a avaliação da Expansão das misturas, como praxe, ao realizar o ensaio de CBR, esta investigação foi igualmente realizada. A Figura 17 apresenta os CP para ensaio de CBR e E em cura de 7 dias e 96 horas de imersão em água.

Logo após o término das 96 horas de imersão dos CP para o ensaio de CBR e E, foram feitas as leituras nos extensômetros, para verificar a expansão do material. Em seguida, os corpos de prova foram retirados da água, e deu-se uma média de 10 minutos para drenar a água no molde de CBR, e, assim, se procedeu a ruptura dos mesmos. O CBR e E devem também atender o prescrito na Tabela 8. A Figura 18 apresenta o CP na prensa para o ensaio de CBR.

Figura 18 - Ruptura na prensa do CP para ensaio de CBR (Autor)

Para avaliação da resistência ou da suscetibilidade à erosão do solo natural e do solo estabilizado, foram realizados ensaios de perda de massa por imersão, com o objetivo de atingir a PMI=0 (Tabela 8). Igualmente, respeitou-se os 7 dias de cura, e após este período, os CP foram imersos em água durante 24 horas, e a posterior, avaliou-se o percentual de massa perdida aquando da presença da água na mistura. A Figura 19 mostra os CP do ensaio de PMI imersos, após o período de cura.

De modo a ampliar o estudo do desempenho das misturas quando expostas ao clima, sobretudo a chuvas, foram moldadas duas lajes 30x30x10cm e seis CP 10 x 20cm, e durante 6 e 2 meses, respectivamente as amostras foram avaliadas. As lajes foram moldadas apenas com 2,5% de cimento e uma para cada solo, sendo este teor definido em testes preliminares (vide figura em Anexos). Os CP cilíndricos, foram moldados três para cada solo, isto é, na condição natural, com cimento e com cal nos teores ótimos definidos anteriormente pelo método de dosagem ABNT.

Com base nos objetivos deste estudo, isto é, usar baixos teores de aditivos químicos para melhorar sobretudo as características físicas dos solos, também foram realizados os ensaios de limites de Atterberg (LL, LP e IP), para os solos na condição natural e após tratamento, permitindo avaliar a influência dos aditivos na plasticidade do solo. Como apresentado na revisão bibliográfica, o uso de aditivos, é uma técnica bastante usada para reduzir o índice de plasticidade de solos.

O ensaio de resistência à tração por compressão diametral – RTCD é também um parâmetro muito importante, sobretudo na avaliação de fadigas de misturas cimentadas. Nesta pesquisa, o referido ensaio foi realizado, moldando-se três corpos de prova 5 x 8cm para cada solo e aditivo, e, após 7 dias de cura, foram rompidos na mesma prensa do ensaio de RCS, porém atendendo às condições exigidas pela norma.

Tal como o solo natural, para o solo 1 e 2 estabilizados com cimento ou cal, os ensaios de cisalhamento direto e compressão triaxial ou triaxial com carregamento estático, foram realizados com as tensões de 50kPa, 100 kPa e 200kPa, ambos ensaios na condição não drenada (rápido).

Nestes ensaios, também se respeitou os 7 dias de cura devido ao tempo de reação dos aditivos com o solo, que possibilitaram avaliar a influência dos aditivos na resistência ao cisalhamento e coesão das misturas.

A Figura 20 mostra a preparação ou moldagem de CP para realização do ensaio de Cisalhamento Direto, e a Figura 21 apresenta a preparação do ensaio compressão triaxial, onde se aplicou uma tensão confinante de 200 KPa.

Tendo-se realizado ou cumprido a execução de todo programa experimental, seus resultados são apresentados e discutidos minuciosamente no próximo capítulo.

Figura 20 - Ensaio de Cisalhamento Direto: moldagem e rompimento de CP