UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
BEATRIZ GOMES PIMENTEL
EFEITO DA ADIÇÃO DE CAL E CINZAS NAS PROPRIEDADES
MECÂNICAS DE UM SOLO
Sinop
2014/1
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
BEATRIZ GOMES PIMENTEL
EFEITO DA ADIÇÃO DE CAL E CINZAS NAS PROPRIEDADES
MECÂNICAS DE UM SOLO
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador: Ms. Julio César Beltrame Benatti
Sinop
2014/1
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição química da cinza de casca de arroz ... 22
Tabela 2 - Resumo dos ensaios de caracterização de amostras do solo 1 ... 26
Tabela 3 - Resumo dos ensaios de caracterização de amostras do solo 2 ... 26
Tabela 4 - Resultados dos ensaios de compactação e CBR para o solo 1 ... 27
Tabela 5 - Resultados dos ensaios de compactação e CBR para o solo 2 ... 27
Tabela 6 - Resumo dos ensaios de caracterização dos solos... 27
Tabela 7 - Valores obtidos através da curva de compactação das amostras ... 28
Tabela 8 - Quantidade de compostos empregados ... 32
Tabela 9 - Quantidade de compostos para cada amostra ... 32
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Fluxograma para identificação do tipo de solo ... 14
Figura 2 - RCS de amostra de solo+cal e amostra de solo+cal+CCA ... 25
Figura 3 - RCS de amostra de solo+cimento e amostra de solo+cimento+CCA ... 25
Figura 4 - Ensaio de Resistência à Compressão Não-Confinada das misturas ... 28
Figura 5 - Local de coleta do solo 1 ... 30
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas AL – Solos Aluvionares
CBR – Capacidade de Suporte Califórnia CCA – Cinza de Casca de Arroz
CO – Coluviões MT – Mato Grosso
RCNC – Resistência à Compressão Não – Confinada RCS – Resistência à Compressão Simples
RSU – Resíduo Sólido Urbano SA – Solo de Alteração SE – Solo Eluvial SM – Sedimentos Marinhos SO – Solos Éolicos TR – Terraços Fluviais TT – Tállus
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Efeito da adição de cal e cinzas nas propriedades mecânicas de um solo
2. Tema: Engenharia Civil (3.01.00.00-3)
3. Delimitação do Tema: Geotécnica (3.01.03.00-2) 4. Proponente: Beatriz Gomes Pimentel
5. Orientador: Prof. Ms. Julio César Beltrame Benatti
7. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso 8. Público Alvo: População em geral
9. Localização: Avenida dos Ingás, 3001 - Jd Imperial, Sinop – Mato Grosso.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... I LISTA DE FIGURAS ... II LISTA DE ABREVIATURAS ... III DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... IV 1 INTRODUÇÃO ... 6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 8 3 JUSTIFICATIVA... 9 4 OBJETIVOS ... 10 4.1 OBJETIVO GERAL ... 10 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 10 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 11 5.1 SOLOS TROPICAIS ... 11
5.2 CLASSIFICAÇÃO GENÉTICA DOS SOLOS EM REGIÕES TROPICAIS . 11 5.3 SOLOS LATERÍTICOS ... 14
5.4 SOLOS SAPROLÍTICOS ... 15
5.5 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS ... 15
5.6 ESTABILIZAÇÃO DE SOLO COM CAL ... 17
5.7 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM CAL E CINZAS ... 19
5.8 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS NO MUNICÍPIO DE SINOP – MT ... 26
6 METODOLOGIA ... 30
6.1 COLETA E PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS DE SOLO ... 30
6.2 CINZAS DE CASCA DE ARROZ E CAL ... 31
6.3 PREPARAÇÃO DAS MISTURAS ... 31
6.4 CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DAS MISTURAS ... 32
6.5 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO ... 33
6.6 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES ... 34
6.7 ANÁLISE DE RESULTADOS ... 34
7 CRONOGRAMA ... 35
1 INTRODUÇÃO
O solo é um material que pode apresentar características não compatíveis com aquelas exigidas em obras de engenharia. Quando isso ocorre, pode-se recorrer à estabilização. A estabilização de solos é um processo que visa melhorar as suas propriedades, afim de que o maciço possa resistir às cargas constantes e variáveis que atuam sobre ele.
A estabilização busca diminuir a deformabilidade, a permeabilidade, a sensibilidade do solo quanto à umidade e aumentar a resistência ao cisalhamento. O processo pode ser dividido em estabilização mecânica, física e química, levando em consideração o modo que ocorrerá a melhoria nas propriedades do maciço.
A estabilização química consiste na adição de um agente estabilizante ao solo, como cal, cimento, materiais betuminosos e cinzas volantes. A utilização de cal como agente estabilizante é uma das técnicas mais antigas, proporcionando acréscimos de benefícios e modificações comportamentais do maciço, dentre as quais se podem citar a redução da plasticidade e da variação volumétrica, além do aumento do teor de umidade ótima, da resistência mecânica e da durabilidade.
O emprego da cal no solo pode não ser suficiente para que se alcance o ganho de resistência almejado, mesmo após longo período de cura. A partir de então, pode-se buscar outro aditivo, que irá reagir com a mistura, possibilitando o acréscimo de resistência.
A Cinza de Casca de Arroz – CCA é uma opção a ser utilizada devido seu alto teor de sílica (90 a 96%), suficiente para formar reações com a cal e produzir pozolânicos mais resistentes e duráveis, levando à diminuição de deformações. Em relação ao aspecto ecológico, a disposição final da casca de arroz é um dos maiores problemas existentes nos países produtores do grão, sendo o principal resíduo resultante da produção agrícola do grão. A cada quatro toneladas de arroz produzidas, uma tonelada é de casca. Para reduzir este volume, normalmente as cascas são utilizadas como energia térmica em caldeiras. Durante este processo, os componentes orgânicos da casca (celulose e lignina) são volatilizados.
Os solos arenosos estabilizados com CCA e cal são potencialmente utilizados em pavimentos de baixo e médio tráfego, com benefícios econômicos e ambientais, além do aproveitamento do resíduo CCA. Assim, este estudo visa apresentar
alternativas de estabilizações de solos utilizando aditivo orgânico. Além disso, o estudo apresenta uma alternativa de disposição dos resíduos da CCA em solos.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
O solo é um material muito empregado em obras civis, principalmente devido ao baixo custo e à grande disponibilidade. Porém, ao projetar uma obra, o solo local pode não suportar as cargas de tráfego e as condições ambientais a que estará sujeito. Nestas situações, pode-se recorrer a algumas alternativas, como: dimensionar o projeto de acordo com as limitações do solo, substituir o solo original por outro de melhor qualidade ou alterar as propriedades mecânicas do material a partir da adição de algum agente estabilizador. A primeira opção acarretaria uma diminuição da funcionalidade da construção. A substituição do solo torna a obra onerosa. A última alternativa, denominada estabilização de solos, vem sendo empregada em obras e trazendo inúmeros benefícios econômicos e ambientais.
As técnicas de melhoramento do solo podem utilizar métodos mecânicos, físicos e químicos. Os aditivos usados em estabilizações químicas, como a cal, o cimento, materiais betuminosos e as cinzas, trazem melhorias nas características do solo.
Os aditivos empregados normalmente na construção civil sofrem variações de preços, tornando o uso deste aditivo instável, principalmente quando utilizado em proporções maiores. As cinzas trazem inúmeras vantagens, como a economia, através da diminuição ou até mesmo da substituição de parte dos materiais de custo elevado (cimento ou cal). Há também um benefício ambiental, pois os resíduos são reutilizados, evitando a disposição em aterros ou o lançamento inadequado deste material, o que poderia causar danos ambientais.
Quais são os reais ganhos mecânicos que os solos apresentam com a utilização destes aditivos?
3 JUSTIFICATIVA
A estabilização de solos tem como principal objetivo melhorar as suas propriedades mecânicas. Ao se estabilizar um solo com aditivo orgânico, além de melhorar a resistência, contribui-se para a diminuição de um risco ambiental: a disposição inadequada deste material no ambiente.
Como aglomerante, a CCA tem alta concentração de sílica, o que facilita a formação de produtos pozolânicos. Além de aumentar as reações entre cal e solo, a estabilização de solos com CCA diminui a concentração de resíduos nas indústrias de grãos, considerada um dos maiores problemas enfrentados nos países produtores de arroz.
Além do que, do ponto de vista econômico, a adição de cinzas na estabilização possibilita uma redução dos percentuais da cal, acarretando um menor custo na compra dos produtos. O alto teor da cal influencia diretamente no custo da estabilização e as cinzas devem colaborar para reduzir esse custo.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Verificar a influência da adição de Cinza de Casca de Arroz no comportamento mecânico de um solo puro e com adição de cal.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Coletar o solo da região de Sinop, Mato Grosso – MT e preparar amostras de solo puro, solo com adição de cal, solo com adição de CCA e solo com adição de cal e CCA;
• Obter a caracterização geotécnica de cada uma das amostras; • Obter curvas de compactação para cada uma das amostras;
• Verificar a resistência à compressão simples (não confinada) de cada amostra, após a compactação Proctor normal, para os períodos de cura de 14 e 28 dias (solo aditivado);
• Verificar a influência da adição de CCA na resistência à compressão simples do solo puro e com adição de cal;
• Verificar a influência do tempo de cura na resistência à compressão simples nos solos aditivados.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 SOLOS TROPICAIS
Segundo Nogami & Villiboard (1995), os solos tropicais são solos que apresentam propriedades e comportamentos decorrentes da atuação do processo geológico e/ou pedológico típicos das regiões tropicais úmidas.
Camapum de Carvalho (2004), entretanto, entende que não há um divisor entre as propriedades e os comportamentos dos solos ditos tropicais e os demais. Segundo o autor, isso depende do grau de intemperismo a que o solo se submeteu ao longo dos anos. Assim, os solos tropicais estão simplesmente mais intemperizados que os demais solos, não tropicais, podendo ser divididos nas seguintes classes:
a) A dos solos pouco intemperizados, que guardam a estrutura da rocha mãe e a maioria dos minerais primários ou parte significativa deles;
b) A dos solos de intemperização média, que já não guardam a estrutura, mas mantém parte dos minerais primários e contém quantidade significativa de argilo-minerais 2:1, aparecendo também argilo-argilo-minerais 1:1;
c) A dos solos profundamente intemperizados, que praticamente não possuem mais minerais primários, a exceção de minerais muito resistentes ao intemperismo, como é o caso do quartzo; onde os minerais de estrutura 2:1 já foram em sua totalidade transformados e parte significativa dos argilo-minerais 1:1 já passou à oxi-hidróxidos de alumínio.
Para se estudar as propriedades dos solos tropicais, é indispensável o entendimento do seu mecanismo de formação. Assim como os solos oriundos de climas temperados, os solos tropicais se originam da rocha, mesmo que não localmente. São formados por elementos químicos combinados, formando minerais, argilo-minerais e oxi-hidróxidos. Dos tipos de intemperismo que propiciam a formação e evolução dos solos, o químico assume papel de destaque em regiões intertropicais, dadas as condições climáticas favoráveis.
5.2 CLASSIFICAÇÃO GENÉTICA DOS SOLOS EM REGIÕES
TROPICAIS
Vaz (1996) elaborou uma classificação genética para os solos tropicais, dividindo os solos em residuais e transportados. Para os solos residuais, o autor
propõe um perfil de intemperismo, definido através de processos de escavação e perfuração, com dois horizontes de solo e três de rocha. Os tipos de solos transportados são definidos de acordo com seu processo de origem.
Os solos residuais são classificados, segundo Vaz (1996), em:
a) O Solo eluvial – SE é caracterizado pela camada superior do solo residual, cuja diferenciação foi realizada através de processos pedogenéticos. Esse solo é homogêneo em relação à cor, a granulometria e composição mineralógica, contribuindo para esse comportamento a ausência total da textura e das estruturas da rocha matriz. Essas características fazem com que as propriedades físicas do solo demonstrem um comportamento isotrópico, isto é, as propriedades apresentam o mesmo valor independentemente da direção em que são obtidas. Quando o SE é muito espesso, a evolução pedogênica pode não ser uniforme, variando com a profundidade. Neste caso, as propriedades do solo podem ser afetadas;
b) O Solo de alteração – SA, também conhecido como saprolito, é heterogêneo em relação à cor, textura e composição mineralógica. Essa heterogeneidade é decorrente da preservação do arranjo dos minerais segundo a disposição original da rocha matriz, ou seja, os minerais do solo ocupam lugares e posições semelhantes às exibidas na rocha original. Além disso, as eventuais estruturas presentes na rocha encontram-se preservadas neste tipo de solo. A preservação das estruturas da rocha torna os SA anisotrópicos, isto é, suas propriedades e comportamento geomecânico variam conforme a direção ao longo da qual são solicitadas.
Os solos transportados, ainda segundo Vaz (1996), são classificados em: a) Solos Aluvionares – AL: são compostos por materiais erodidos, retrabalhados, transportados através dos cursos d’água e depositados nos seus leitos e margens, sempre associados a ambiente fluviais. A capacidade de transporte de solo é relacionada à declividade e também pela sazonalidade pluviométrica inserida. As variações da fonte são maiores em cursos d’água de maior declividade, ou seja, a maior energia potencial permite que grandes porções sejam arrastadas.
b) Terraços fluviais – TR: são conhecidos como solos aluvionares antigos, depositados quando o nível de base do curso d’água se encontrava em posição acima da atual. Essa condição topográfica apresenta uma grande diferença de
aluviões e terraços, são localizados em cotas superiores, além disso, geralmente são não saturados. São constituídos, quase sempre, por areia grossa ou cascalho.
c) Coluviões – CO: são solos transportados, principalmente, pela ação da gravidade e encontrados no sopé de encostas. São sempre muito porosos, originando solos bem drenados e facilmente colapsíveis com a saturação e o carregamento, além de, geralmente, apresentarem baixa resistência nos ensaios de SPT. Os tálus – TT são semelhantes aos coluviões, pois são solos residuais que sofrem processo de transporte por gravidade, porém o que os diferenciam é a predominância de blocos de rochas.
d) Sedimentos marinhos – SM: são formados em ambientes de praia e de manguezais. Nas praias, o transporte é, geralmente, de areias limpas, finas a médias, quartzosas. Em manguezais, as marés depositam sedimentos muito finos, argilosos, que incorporam às argilas orgânicas marinhas.
e) Solos eólicos – SO: são transportados e depositados pela ação do vento, no Brasil ocorrem junto à costa, principalmente no Nordeste. São compostos por areia fina, quartzosa, bem arredondada, ocorrendo na forma de franjas de dunas ou, quando na presença de ventos intensos, na forma de campos de dunas. Nos países tropicais, os meios de transporte mais eficientes são o fluvial (rios) e o gravitacional (escorregamentos). O transporte marinho e o eólico, apesar de presentes ao longo da costa, são pouco expressivos no Brasil. Além do mais, solos produzidos por processos glaciais, transportados e depositados por geleiras e avalanches, e solos provenientes de cinzas e fragmentos de rochas vulcânicas não ocorrem no Brasil (VAZ, 1996).
A Figura 1 apresenta um fluxograma para a identificação dos tipos de solo, apresentada por Vaz (1996).
Os solos tropicais, quando profundamente intemperizados, são comumente denominados na literatura de laterito/laterita, solo laterítico e, dependendo da origem, solo residual maduro ou eluvial (VAZ, 1996). Quando pouco intemperizados, eles são denominados solos saprolíticos ou solos residuais jovens.
Figura 1 - Fluxograma para identificação do tipo de solo Fonte: Modificado de Vaz, 1996.
5.3 SOLOS LATERÍTICOS
Nogami e Cozzolino (1993) apresentam os solos lateríticos como sendo os constituintes da camada mais superficial das áreas bem drenadas, caracterizada pela cor, em que predominam os tons vermelho e amarelo, com espessura que pode atingir com muita frequência mais de 2m, mais que raramente ultrapassa os 10m.
Segundo Nogami e Villibor (1995), os solos lateríticos apresentam o quartzo com muita frequência que, geralmente, é o mineral predominante nas frações areia e pedregulho desses solos. O quartzo imprime ao solo propriedades e comportamentos decorrentes de suas características, entre as quais se podem citar: elevada resistência à compressão, elevado módulo de elasticidade, dureza, massa específica absoluta, além de elevada estabilidade química, sofrendo agressão somente pelo ácido fluorídrico e processos de laterização. A identificação desses solos pode ser feita pela análise dos grãos de quartzo encontrados na sua fração areia, onde se espera verificar a presença de película de óxidos dando tonalidade vermelha, rósea, arroxeada ou amarelada ao sólido e de depressões, que demonstram efeitos da dissolução lenta.
Minerais pesados também podem ser encontrados em solos lateríticos, podendo se citar a magnetita, muito comum nos solos conhecidos como latossolo roxo, também chamados terra roxa. Nestes solos, deve-se levar em conta uma
Solo Residual Transportado Homogêneo Isotrópico Heterogêneo Anisotrópico Via Fluvial Via Gravitacional Via Ação do Mar Via Eólica Solo Eluvial (SE) Solo de Alteração (SA) Aluvião (AL) Sedimentos Marinhos (SM) Sem Blocos de Rocha Com Blocos de Rocha Coluvião (CO) Tálus (TT)
peculiaridade devido à elevada massa específica desses minerais que influencia na massa específica aparente seca máxima dos solos compactados. A fração argila dos solos lateríticos contem óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio e a caolinita é o principal argilo-mineral presente. Os solos argilosos lateríticos são, em suas condições naturais, constituídos por agregados (torrões) quase sempre bem distinguíveis. Entretanto, a característica mais notável é a permanência da sua resistência, mesmo após a molhagem ou umedecimento (NOGAMI e VILLIBOR, 1995).
5.4 SOLOS SAPROLÍTICOS
Os solos lateríticos, ainda segundo Nogami e Villibor (1995), possuem a sua fração areia e pedregulho constituído por uma grande variedade de minerais distintos do quartzo. Porém, essa característica que o diferencia dos lateríticos, não exclui a possibilidade de o quartzo ser o mineral predominante ou único. Outro fator que colabora para complicar o efeito da mineralogia deste solo é a possibilidade de existir grãos com grande amplitude de variação quanto ao grau de intemperização, fazendo com que grãos aparentemente constituídos pelos mesmos minerais tenham propriedades bastante diferentes. Os minerais que apresentam esse comportamento destacam-se sobretudo, os feldspatos e as micas, que conferem a estes solos elevado limite de liquidez e baixo índice de plasticidade, expansibilidade quando submetido ao umedecimento, alta umidade ótima de compactação e baixa da capacidade de suporte.
A fração argila dos solos saprolíticos é caracterizada pela possibilidade de ocorrerem argilo-minerais mais ativos, como a smectita e a illita. Porém, isso não impede que os argilo-minerais destes solos sejam exclusivos ou predominantes. Os argilo-minerais, assim como eventuais minerais, não se apresentam recobertos por óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio, como no caso dos lateríticos. Substâncias orgânicas, sob a forma de húmus praticamente não ocorrem nessa fração.
5.5 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
Na construção de obras de terra como aterros, barragens e pavimentos, o solo deve satisfazer às condições exigidas por projetos e normas. Se o maciço utilizado não atender a essas exigências, ele deverá ser submetido a um tratamento adequado para que adquira as características e propriedades mecânicas que
permitam sua utilização. Caputo (2003) afirma que essas condições são alcançadas quando se aumenta a resistência do solo, o que se consegue atuando no ângulo de atrito interno das partículas, na coesão ou em ambos.
Quando a intenção é melhorar a resistência do solo, é possível alterar suas características iniciais, afim de que ele possa resistir aos esforços mecânicos, às ações climáticas e à abrasão, processo denominado estabilização de solos.
A estabilização de um solo é uma técnica que visa alterar as propriedades do material, com o intuito de melhorar seu desempenho mecânico. O resultado final é um material estável, que mesmo exposto às cargas externas e a situações de mudanças climáticas é capaz de resistir. Os principais objetivos da estabilização dos solos são: diminuição da deformabilidade, diminuição da permeabilidade, aumento da resistência ao cisalhamento e diminuição da sensibilidade à umidade (VIZCARRA, 2010).
Segundo Pereira (2012), a estabilização pode ser obtida pelos seguintes métodos:
• Estabilização Mecânica: Diminuição do volume de vazios do solo, utilizando métodos de compactação estática ou dinâmica;
• Estabilização Física: correção da granulometria e da plasticidade através da incorporação ou retirada de frações constituintes do solo;
• Estabilização Química: utilização de aditivos orgânicos ou inorgânicos, como a cal, o cimento, silicatos de sódios, materiais betuminosos, resinas, cinzas voláteis, entre outros.
A compactação, realizada através de meios mecânicos, é a densificação do maciço por meio de equipamento mecânico, geralmente um rolo compactador. Ao transportar um solo e deposita-lo com a finalidade de construir um aterro, normalmente, o solo local apresenta um estado heterogêneo e fofo, além de pouco resistente e muito deformável. Assim, o processo busca aumentar o contato entre os grãos e deixar o aterro mais homogêneo. Neste processo, as quantidades de partículas e de água permanecem constantes, logo o aumento da massa específica é devido à eliminação de ar dos vazios (PINTO, 2006).
A estabilização granulométrica consiste na combinação de solos, em proporção adequada, com a finalidade de obter um produto com propriedades mecânicas melhores do que os solos de origem. A origem dos solos influencia diretamente no comportamento granulométrico dos materiais. Essa estabilização
consiste na utilização de materiais que resulte em uma mistura na qual a resistência seja garantida pelo contato entre os grãos das partículas de maior diâmetro e os vazios preenchidos com partículas mais finas, propiciando uma menor permeabilidade e uma maior densidade do solo (VILLIBOR, 1982).
Conforme Wang (2002), o processo de estabilização química resulta da adição de um agente estabilizante ao solo. O uso da cal e do cimento na estabilização de solos naturais instáveis é empregado, por exemplo, em camadas de pavimentos rodoviários, a fim de melhorar a qualidade dos mesmos. Outro método de estabilização química de solos conhecido no âmbito rodoviário é o que emprega materiais betuminosos. Neste processo de estabilização utiliza-se material betuminoso no solo, ou mistura de solos, para melhorar suas características mecânicas.
De acordo com Guimarães (2002), a escolha do método de estabilização é feita levando-se em conta alguns fatores, principalmente relacionados à economia, à finalidade da obra, às características dos materiais e às propriedades mecânicas que serão melhoradas.
Roza (2013) analisou dois tipos de estabilização: granulométrica e por compactação. A estabilização granulométrica não obteve resultados considerados positivos. Já a estabilização por compactação apresentou um acréscimo na resistência à compressão simples. Os resultados obtidos mostraram um ganho de 140% na resistência no solo.
Batalione (2007) analisou a estabilização de solos tropicais com rejeitos finos de pedreira de uma rocha granítica. Tal estabilização promoveu a redução do peso especifico dos grãos. A inclusão desse rejeito, em alguns casos, possibilitou um aumento no valor da capacidade de suporte do solo.
5.6 ESTABILIZAÇÃO DE SOLO COM CAL
Guimarães (2002) afirma que o uso de cal é uma das técnicas mais antigas utilizadas pelo ser humano com a finalidade de se obter melhoria em solos instáveis. A cal empregada na melhoria dos solos é resultante da calcinação, em temperaturas de cerca de 1000ºC, de rochas carbonatadas cálcicas e magnesianas encontradas na superfície terrestre.
• Troca catiônica: processo químico que ocorre entre os cátions da cal (átomos carregados positivamente) substituindo os íons metálicos de sódio, magnésio e hidrogênio e modificando o número de cargas elétricas no solo;
• Floculação e aglomeração: nessa estabilização ocorrem alterações na textura com a aglutinação das partículas de argila devido ao aumento do teor de eletrólito da água nos poros;
• Reação pozolânica: aumento de resistência devido às reações químicas entre a cal e os minerais, resultando em silicatos de aluminatos de cálcio hidratados, normalmente similares ao componente cimentício encontrado no cimento Portland;
• Carbonatação: cimentização oriunda das reações do óxido e hidróxido de cálcio com o anidro carbônico.
A adição da cal no solo proporciona benefícios e modificações comportamentais dos mesmos, como: redução da plasticidade, da expansão, da contração e da massa específica natural do solo; e aumento do teor de umidade ótimo, da resistência mecânica, da rigidez e da durabilidade (BATALIONE, 2007).
As reações entre a cal e o solo ocorrem somente na presença de água. Dessa forma, as misturas de solo-cal possuem três componentes básicos: a cal, o solo e a água. O resultado da calcinação das rochas carbonatadas são os óxidos de cálcio e cálcio-magnésio, denominados genericamente por cal virgem ou cal aérea ou cal viva (LOVATO, 2004). A cal virgem é bastante utilizada na estabilização de solos muito úmidos (umidade além do ponto ótimo), com a finalidade de secá-lo.
A cal hidratada é resultante da hidratação dos óxidos de cálcio e/ou cálcio-magnésio e é obtida na forma de pó seco, com 17% a 19% de água combinada. Esta cal é classificada, de acordo com sua composição química, como: CH I, CH II e CH III. A diferença principal entre esses tipos de cales encontra-se nos teores de cálcio (maiores, tanto mais próxima à cal do CH I) e nos teores de carbonatos (menores, tanto mais próxima à cal do CH I) (GUIMARÃES, 2002).
A correção com cal pode não ser eficiente para melhorar a resistência ao cisalhamento de alguns solos, principalmente siltes e areias, mesmo após longo período de cura. Assim, emprega outro aditivo que possibilite reações químicas ou físico-químicas de aglomerantes na mistura, permitindo melhores valores de resistência (ARAÚJO, 2009).
Esses aditivos utilizados para o aumento das propriedades mecânicas do solo podem ser cinza volante, escória granulada de alto forno, minerais pozolônicos, cimento Portland, anidrido carbônico, compostos químicos e materiais orgânicos. As cinzas volantes, comumente chamadas de “fly ash”, são o prodígio deste tipo de estabilização. Oriundas de usinas térmicas, essas cinzas possuem sílica ativa, elemento que possibilita as reações entre a cal e o solo. Apesar da possibilidade de se fazer a mistura no canteiro de obras, os melhores resultados são obtidos com materiais previamente misturados em usinas centrais. As proporções da mistura variam de acordo com os vários tipos de solos e agregados. Essas misturas podem alcançar resistências superiores às verificadas em britas granuladas de classe I ou em solos-cimento, com um custo menor.
Araújo (2009) avaliou as misturas de solos estabilizados com cal, em pó e em pasta. A presente análise constatou uma melhoria na capacidade de suporte, aumentando de um modo geral os valores de Resistência à Compressão Simples – RCS. Desta forma, a cal influenciou diretamente na resistência dos solos reduzindo ou até mesmo anulando a plasticidade, melhorando ainda a sua trabalhabilidade.
Lovato (2004) realizou um estudo do comportamento mecânico de um solo laterítico estabilizado com cal. Os resultados mostraram que a adição de 3 % de cal foi suficiente para a estabilização do solo. A partir desta dosagem, pode-se observar que aos 28 dias de cura, a resistência do solo chegou aos valores de 879 kPa e 412 kPa, respectivamente, de acordo com mistura de cal cálcica e dolomítica. Também se chegou à conclusão de que a utilização da cal cálcica é mais eficiente por apresentar maiores valores de resistência à compressão simples. Esse aumento é linear conforme o teor de cal presente na dosagem.
5.7 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM CAL E CINZAS
As obras de Engenharia produzem grande volume de resíduos sólidos que, quando dispostos de forma inadequada, podem gerar agressão ao meio ambiente. Isso provoca uma busca muito grande por soluções e técnicas mais econômicas e, principalmente, com o mínimo impacto ambiental possível. Nessa busca pela preservação dos recursos naturais, uma das soluções é o aproveitamento de resíduos cuja disposição inadequada poderia gerar impactos ambientais. A estabilização de solos é um dos processos onde se podem utilizar esses resíduos, trazendo inúmeras vantagens, como a economia, através da diminuição ou até
mesmo da substituição de parte dos materiais de custo elevado (cimento ou cal), além de vantagens ambientais, já que os resíduos são reaproveitados (ARAÚJO, 2009).
Esses resíduos podem ser empregados em camadas de base e sub-base de pavimentos, desde que se adaptem às especificações vigentes. O conhecimento das potencialidades desses materiais alternativos pode ajudar na escolha de soluções viáveis e econômicas para a construção dessas camadas. A escassez de material adequado e a grande distância de transporte, como o uso de agregado derivado da rocha sã, são outros problemas que justificam o uso desses resíduos (NUÑEZ, 1991).
Desde 1981, Nogami e Villibor apresentavam a importância do surgimento de novos programas de pesquisa na área de pavimentação, que contribuíssem na implementação de programas com pavimentação de baixo custo para rodovias vicinais que no Brasil, o que, ainda hoje, é extremamente carente. Os rejeitos são adicionados principalmente na forma de fíller em concreto asfáltico, ou na forma de cinzas, sendo o resíduo calcinado e incorporado ao traço solo-cal ou solo-cimento, buscando-se ganhos na resistência e melhoria nas propriedades mecânicas do solo. As atividades pozolânica das cinzas ajudam as reações que acontecem com a sílica livre e a cal.
Conforme Pereira (2012), o grande problema ambiental da geração de energia através da queima de resíduos é a poluição do meio ambiente. Partículas em suspensão contaminam o ar e o rejeito gerado muitas vezes não tem local apropriado para ser armazenado. Deste modo, o aproveitamento de cinzas vem ganhando espaço no campo de pesquisa em todo o mundo. Cinzas volantes têm propriedades que permitem estabilizar solos, modificando sua densidade e aumentando a sua resistência mecânica.
As melhorias alcançadas nas propriedades mecânicas são muitas, pode-se destacar:
• Ganho de resistência;
• Controle de expansão e contração; • Controle da umidade dos solos.
Entretanto, devem-se levar em consideração os fatores que interferem na resistência à compressão dos solos tratados com cinzas volantes (cinzas em pó, que dispersam no ar facilmente). São eles:
• A quantidade ou teor de cinza, o qual deve ser determinado a partir de ensaios de laboratório com estudo do teor ótimo;
• A umidade usada na mistura solo-cinza, o permitirá um ganho de compacidade e resistência;
• A energia necessária para atingir os resultados esperados.
Alguns parâmetros são analisados a fim de observar as mudanças com a adição da cinza em relação ao solo natural, tais como: expansão do solo, trabalhabilidade, influenciada pela plasticidade da mistura, entre outros fatores.
A cinza de Resíduos Sólidos Urbanos – RSU é menos empregada na estabilização de solos do que cinzas de carvão, devido à existência de mais usinas termoelétricas de carvão do que as de RSU. Mas em comparação com a cinza de carvão, o comportamento sobre os efeitos e mecanismos de solos estabilizados com cinzas de RSU são muitos parecidos, principalmente se a origem do resíduo for orgânica (VIZCARRA, 2010).
A Cinza da Casca de Arroz é um tipo de rejeito gerado em grande volume anualmente e, muitas vezes, descartado de forma inadequada no meio ambiente, gerando um grande passivo ambiental. Em paralelo, as obras de infraestrutura rodoviária torna seu uso bastante interessante. A casca de arroz é o mais abundante entre os produtos resultantes da produção agrícola e sua deposição final é um dos maiores problemas existentes nas regiões produtoras. Desta maneira, o estudo de estabilização de solos com porcentagens de cal e CCA, através de ensaios, pretende comprovar que as técnicas de melhoramento do solo são alternativas para pavimentação de rodovias em regiões produtoras de arroz (PEREIRA, 2012).
A CCA vem sendo empregada como produto residual estabilizante de solos para a construção de capas de base, sub-base e subleito do pavimento. A CCA é formada entre 90 e 96% por sílica, material suficiente para formar reações com a cal e produzir produtos pozolânicos mais resistentes e duráveis, com a diminuição de deformações. A sílica reage quimicamente com os íons de cálcio da cal, formando produtos cimentantes que ajudam na estabilização dos solos (BEHAK, L; NUÑEZ, W. P., 2008).
Behak (2007) afirma que o teor de sílica na casca depende da variedade de arroz, do tipo de solo, das condições climáticas, da temperatura e ainda das práticas agrícolas no solo. Diversos autores determinaram a composição química das CCA
caracterizadas com as condições locais, podendo ser visto na tabela abaixo, apresentada por Behak (2007).
Tabela 1 - Composição química da cinza de casca de arroz Composição química
(%)
Korisa (1958) Lazaro e Moh (1970) Basha et al. (2003) Rodríguez (2002) Mostra 1 Mostra2 Sílica (SiO2) 94,5 93,5 88,6 93,15 87,2 Óxido de Cálcio (CaO) 0,25 2,28 0,75 0,41 0,55 Óxido de Magnésio (MgO) 0,23 --- 3,53 0,45 0,35 Óxido de Sódio (Na2O) 0,78 --- --- --- 1,12 Potássio (K2O) 1,1 3,15 --- 2,31 3,6 Óxido de Ferro (Fe2O3) --- 1,01 0,36 0,21 0,16 Óxido Fosfórico (P2O5) 0,53 --- --- --- --- Alumina (Al2O3) --- --- 1,48 0,21 0,15 Óxido de Manganês (MnO2) --- --- --- --- --- Dióxido de Carbono (CO2) --- --- 0,51 --- --- Fonte: Modificado de Behak (2007).
Farias (2005) avaliou o comportamento mecânico das misturas com solo, cal e cinza de carvão. Nas misturas analisadas ocorreu uma estabilização granulométrica, melhorando o comportamento geotécnico. Os valores de Capacidade de Suporte de Califórnia – CBR em todas as misturas solo/cinza estudadas superaram a 25%, com 4 dias de cura, e a 50% com 28 dias de cura. O maior valor alcançado foi de 97,1% como a mistura 70/30 estabilizada com 4,0% de cal. Entretanto, em relação ao comportamento dinâmico, as misturas apresentam um péssimo comportamento, o que não viabiliza o seu uso em camadas de terraplenagem. A estabilização utilizando os traços solo/cinza e cal melhorou significativamente a capacidade de suporte das misturas, cujos valores chegaram próximo a 60%, permitindo o uso em camadas de sub-base de pavimentos flexíveis.
Em sua pesquisa, Vizcarra (2010) avaliou o uso de cinza volante de RSU na estabilização de solo. A mistura solo-cinza apresentou ganho de resistência ao cisalhamento e menor compressibilidade que os solos não tratados. Houve um ganho de resistência ao cisalhamento não drenado com a idade acompanhado do aumento do teor de cinza volante de RSU para os solos estabilizados. Após 80 dias de cura, a resistência ao cisalhamento não drenado do solo tratado aumentou de 1,9, 2,5 e 3 vezes para as misturas com 10%, 20% e 30% de cinza volante,
respectivamente. Depois dos 80 dias de cura, a mistura com 5% de cinza volante de RSU mais 5% de cimento apresentou uma resistência cerca de 4% maior que a resistência do solo estabilizado somente com cimento. O autor concluiu que a cinza volante de RSU tem viabilidade para estabilização de solos argilosos, podendo aumentar de duas a três vezes a resistência quando comparada ao solo natural. Quando necessários ganhos maiores de resistência pode-se usar a cinza volante em combinação com cimento ou cal.
Behak e Nuñez (2008) analisaram o comportamento de um solo arenoso estabilizado com cal e cinza de casca de arroz. Os resultados obtidos confirmaram a potencialidade desta estabilização para fins geotécnicos. O ensaio de difração de raios-X confirmou que, após 28 dias de cura, são formados produtos cimentantes ao reagir os íons de cálcio da cal com a sílica na amostra de CCA. Observou-se um aumento de CBR, aos 28 dias de cura, das amostras de solo com 20% de CCA e 10% de cal. O valor de CBR obtido foi de 25%, o que permite justificar o uso do material como sub-base de pavimentos. Em relação à Resistência á Compressão Não-Confinada – RCNC, os valores encontrados aumentam proporcionalmente ao tempo de cura, sendo o valor máximo de 276 kPa, obtido para a mistura de solo +20% CCA e +10%Cal com 56 dias de cura, cerca de 20 vezes maior que para o solo puro. Os autores mostraram que os solos arenosos estabilizados com CCA e cal podem ser utilizados em pavimento de baixo e médio tráfego, com benefícios econômicos e ambientais.
Okafor e Okonkwo (2009) estudaram os efeitos da cinza de casca de arroz em algumas propriedades geotécnicas de solos lateríticos. Os autores analisaram a relação entre peso específico seco e a adição de cinzas de casca de arroz. Os resultados mostraram que entre 0% e 12% de CCA, a massa específica seca reduz de 2,040 g/cm3 para 1,689 g/cm3. A redução é atribuída ao rearranjo do solo na mistura. O decréscimo do limite de liquidez de 35,20% até 24,80% com o aumento de CCA de 0% para 7,5%, respectivamente, foi considerado como resultado do rearranjo dos finos dos solos ocasionado pelas cinzas. Quando as porcentagens de cinza no solo aumentaram de 7,5% para 10%, o limite de liquidez aumentou de 24,80% para 29,85%. Neste estágio, quanto maiores as quantidades de CCA, mais água seria necessária para transformar o solo com cinzas em um fluído. A relação entre limite de plasticidade e porcentagens de CCA é similar à referente ao limite de liquidez. O índice de plasticidade diminuiu de 17,07% para 10,02% com acréscimo
de 0% para 12,5% de cinzas. Esses valores são consequências do rearranjo das partículas mais finas e da redução da porcentagem de argila na amostra.
Em relação ao Índice de Capacidade de Suporte e as porcentagens de CCA, os autores mostraram que com aumento de CCA de 0% para 10% o CBR aumentou de 22.05% para 80.14%. A razão para esse acréscimo pode ser devido aos componentes cimentantes entre a CCA e CaOH presente no solo. Teores de cinza maiores que 10% levaram à diminuição dos valores de CBR. Os autores concluíram que a estabilidade do solo aumentou com adição de CCA e que 10% de cinzas seria o teor ótimo para aquele solo (OKAFOR e OKONKWO, 2009).
Basha et al. (2003) realizaram uma estabilização de solo residual com cinza de casca de arroz e cimento. Os autores estudaram um solo residual granítico típico da região da Malásia. Em relação ao limite de liquidez e índice de plasticidade nas amostras de solos estabilizados verificou-se o seguinte resultado: Solos estabilizados com 6-8% de cimento e solos estabilizados com 10-15% CCA mostram uma redução da plasticidade do solo. As estabilizações com cimento mostram um ganho de resistência eficiente. Os ensaios mostraram que estabilizações com 4% de cimento e 15-20% de CCA levam a ganho de resistência de até 8 vezes em relação a um solo estabilizado com 8% de cimento. Logo, uma menor quantidade de cimento, juntamente com cinzas, é necessária para alcançar as resistências equivalentes.
Klamt et al. (2013) verificaram melhoria da RCS com acréscimo de cal, cimento e cinza de casca de arroz em um solo arenoso da formação Botucatu, na cidade de Alegrete – Rio Grande do Sul. Na pesquisa, os autores mostram que a RCS nas misturas aumentam consideravelmente com o tempo e aos 56 dias possuíram resistência superior a 2,1 MPa. A RCS aumentou com o acréscimo dos teores de CCA, para todos os tempos de cura, sendo máxima para mistura de 10%cal+15%CCA. Os resultados da mistura de cal e cinzas podem ser visto na Figura 2:
Figura 2 - RCS de amostra de solo+cal e amostra de solo+cal+CCA Fonte: Klamt et al, 2013.
Os autores realizaram amostras de solo+cimento e solo+cimento+CCA. Aos 7 dias, houve um acréscimo linear de RCS com as porcentagens de cimento adicionadas, chegando a resistência de 4,06 MPa com 87%Solo+13%de cimento. Ao incorporar a cinza, a resistência diminuiu. Nos períodos de 14 e 28 dias de cura, a mistura de 85%Solo+10%Cal+5%CCA apresentou os maiores valores de RCS. Os ensaios que os autores fizeram com essas misturas podem ser visto na Figura 3, abaixo:
Figura 3 - RCS de amostra de solo+cimento e amostra de solo+cimento+CCA Fonte: Klamt et al, 2013.
Os autores concluíram que o emprego de cinza de casca de arroz, juntamente com cal e com cimento, na estabilização de solos arenosos, apresenta uma significativa melhoria nas propriedades do solo, concretizando a técnica como sócio e economicamente viável.
5.8 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS NO MUNICÍPIO DE SINOP – MT
Uieno (2011) realizou a estabilização granulométrica de um dos solos que será utilizado nessa pesquisa, denominado como solo 1, provenientes da região de Sinop. De acordo com DNIT (2006), solo 1 seria uma areia siltosa, apresentando de excelente a bom comportamento para utilização em subleito de pavimentos flexíveis. Em contrapartida, o solo 2, considerado um solo siltoso com comportamento de sofrível a mau para o emprego em subleito. As características geotécnincas podem ser observadas nas Tabelas 2 e Tabela 3, para o solo 1 e 2 respectivamente:
Tabela 2 - Resumo dos ensaios de caracterização de amostras do solo 1 Amostra Média 1 2 3 4 LL (%) NL NL NL NL NL IP NP NP NP NP NP IG 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Pedregulho (%) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Areia Grossa (%) 0,9 1,0 1,2 0,8 1,0 Areia Fina (%) 66,8 70,7 72,8 66,5 69,2 Passante na Peneira de 0,074 mm (%) 32,3 28,3 26,0 32,7 29,8 Classificação TRB A-2-4
Fonte: Modificado de Uieno, 2011.
Tabela 3 - Resumo dos ensaios de caracterização de amostras do solo 2 Amostra Média 1 2 3 4 LL (%) 33,1 31,2 31,8 32,1 32,10 IP 6,8 4,5 5,8 6,2 5,80 IG 7,1 7,0 6,2 7,1 6,90 Pedregulho (%) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Areia Grossa (%) 2,0 2,0 2,8 2,0 2,0 Areia Fina (%) 27,3 27,8 31,0 27,4 28,40 Passante na Peneira de 0,074 mm (%) 70,6 70,3 66,2 70,5 70,40 Classificação TRB A-4
Fonte: Modificado de Uieno, 2011.
Segundo o autor, o CBR do solo 1 comprova que este solo pode ser usado na sub-base de um pavimento. O solo 2, entretanto, apresenta um CBR inadequado
para utilização em subleitos. Os resultados podem ser vistos nas Tabelas 4 e 5, referente ao solo 1 e 2, respectivamente:
Tabela 4 - Resultados dos ensaios de compactação e CBR para o solo 1 Amostra
Média 1 2 3 4
Peso específico aparente seco máximo (KN/m3) 18,93 19,09 19,07 19,11 19,05 Teor de umidade ótimo (%) 11,20 11,10 11,70 10,90 11
CBR (%) 25,80 46,80 44,00 25,30 35,47 Fonte: Modificado de Uieno, 2011.
Tabela 5 - Resultados dos ensaios de compactação e CBR para o solo 2 Amostra
Média 1 2 3 4
Peso específico aparente seco máximo (KN/m3) 14,99 14,97 14,80 14,82 14,89 Teor de umidade ótimo (%) 22,90 23,30 23,70 23,80 23
CBR (%) 19,80 14,40 10,00 6,30 12,5 Fonte: Modificado de Uieno, 2011.
O autor mostra ainda que a mistura de 90% do solo 2, 5% de brita e 5% de pedrisco, apresenta, quando compactada, resistência à compressão não confinada 80% maior que o solo puro compactado. Conclui-se que a estabilização granulométrica é viável no município de Sinop.
Simioni (2011) realizou um estudo de estabilização de solos da região de Sinop – MT com cal, visando aplicação em obras rodoviárias. O solo extraído em um bairro da cidade, classificado como siltoso, foi submetido aos ensaios visto na Tabela 6.
Tabela 6 - Resumo dos ensaios de caracterização dos solos Amostra Média 1 2 3 4 Limite de Liquidez (%) 33,1 31,2 31,8 32,1 32 Índice de Plasticidade (%) 6,8 4,5 5,8 6,2 6 Pedregulho (%) 0,0 0,0 0,0 0,0 0 Areia Grossa (%) 2,0 2,0 2,8 2,0 2 Areia Fina (%) 27,3 27,8 31,0 27,4 28 Passante na Peneira de 0,074 mm (%) 70,6 70,3 66,2 70,5 70 Índide de Grupo 7 Classificação TRB A-4
De acordo com o DNIT (2006), o solo apresenta aplicação em sub-base quando o Índice de Suporte Califórnia possuir valores superiores a 20%, porém os ensaios do solo registraram valores entre 6,3% e 19,8%, tornando o solo inapto para utilização em camada de sub-base de pavimento. Nas misturas foram utilizados teores de cal de 2%, 4% e 6%, adotando o teor de umidade ótimo como 25% (SIMIONI, 2011).
De acordo com a Figura 4, aos 7 dias de cura, o ganho de resistência devido à estabilização com cal foi considerável. Em comparação com o solo natural, os ganhos de resistência são de 50%, 27% e 131% para os teores 2%, 4% e 6%, respectivamente. Já aos 28 dias de cura, os ganhos são de 103%, 62% e 95% para os teores de 2%, 4% e 6%, respectivamente (SIMIONI, 2011).
Figura 4 - Ensaio de Resistência à Compressão Não-Confinada das misturas Fonte: Simioni, 2011.
Machado (2011) analisou um estudo de tratamento de um solo-cal para fins rodoviários do município de Sinop. Os valores dos parâmetros de compactação obtidos para solo puro e as misturas solo-cal nos teores de 2%, 4% e 6% podem ser obtidos na Tabela 7, abaixo:
Tabela 7 - Valores obtidos através da curva de compactação das amostras Teor de cal (%) Wot (%) γd max (KN/m
3 ) 0 11,00 19,20 2 11,60 19,02 4 12,10 18,60 6 12,30 18,52
O autor afirma que o solo poderia ser classificado como um solo arenoso laterítico fino. Em relação à capacidade de suporte do solo, a adição de 2% do aditivo representou um comportamento semelhante ao solo puro. Para os teores de 4% e 6%, o ganho médio foi de 68% e 56%, respectivamente.
Em relação à absorção de água, o solo puro apresenta permeabilidade superior às situações que é submetido à adição de finos. Porém, a adição de cal promove meios para a percolação d’água, onde, para uma mesma energia de compactação, a amostra apresenta uma média de, aproximadamente, 46% de índice de vazios. O autor relata que ao converter o peso de água em volume, tem-se que aproximadamente 88% dos vazios do solo compactado foram preenchidos com água, indicando então a alta absorção (MACHADO, 2011).
6 METODOLOGIA
6.1 COLETA E PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS DE SOLO
O solo que será utilizado no ensaio, denominado solo 1, foi coletado no município de Sinop – MT. O solo 1 foi coletado próximo a MT 220, nas proximidades do rio Teles Pires, profundidade entre 0,40 m à 2,00 m. O solo foi fornecido pela Prefeitura Municipal de Sinop com o intuito de analisar os materiais disponíveis no município. O local da coleta do solo pode ser observado na Figura 5.
Figura 5 - Local de coleta do solo 1 Fonte: Goolge Earth™ Mapping Service, 2013.
Em laboratório, conforme a Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT,(1986a) serão executados os seguintes procedimentos:
• Secagem da amostra ao ar até próximo da umidade higroscópica; • Destorroamento, evitando-se quebra de grãos, a fim de deixar a amostra mais homogênea;
• Redução da quantidade de material, até se obter uma amostra representativa em quantidade suficiente para a realização dos ensaios.
Após a secagem, as amostras passarão pela peneira de 4,8 mm, caso a amostra não passe nesta peneira, será utilizado a peneira de 19,1 mm com o objetivo de desmanchar os torrões. Posteriormente, será feita a estocagem até ínicio dos ensaios.
A preparação das amostras com secagem prévia até a umidade higroscópica será o processo utilizado, pois as amostras para o ensaio de análise granulométrica
devem ser assim preparadas por norma. Além da secagem prévia, todas as amostras serão ensaiadas sem reuso de material, para evitar que as propriedades dos solos lateríticos sejam modificadas em função da quebra de grumos ou concreções lateríticas, típicas desse tipo de material.
6.2 CINZAS DE CASCA DE ARROZ E CAL
As cinzas de casca de arroz utilizadas na pesquisa serão coletadas na indústria de produção de grãos Urbano Agroindustrial Ltda., com filial em Sinop-MT. A empresa se localiza na BR-163, Km 816, C.P. 280 Bairro de Chácaras. A Figura 6 representa uma vista superior da empresa de onde serão coletadas as cinzas.
Figura 6 - Local de coleta das cinzas Fonte: Goolge Earth™ Mapping Service, 2012.
Segundo ABNT (2003), deve-se usar a cal classificada como CHIII na pesquisa. Foi escolhida a produtora Usical, com usinas calcárias localizadas em Nobres – MT.
6.3 PREPARAÇÃO DAS MISTURAS
Com o objetivo de avaliar as propriedades mecânicas do solo, serão realizados os ensaios com as misturas indicadas na Tabela 8.
Tabela 8 - Teores de compostos empregados
Solo Porcentagem de cal Porcentagem de CCA Termo
Solo 0% 0% S Solo+cal 5% 0% SL Solo+cinza 0% 10% SZ Solo+cal+cinza 5% 10% SLZ Solo+cinza2 0% 20% SZ2 Solo+cal+cinza2 5% 20% SLZ2
Fonte: Acervo particular, 2014.
A Tabela 9 mostra a quantidade de materiais utilizados em cada tipo de mistura. A norma indica que a quantidade de mistura deve ser 2,5 Kg, porém para eventuais emergências foi adotado 3 Kg. No total, cerca de 220,05 Kg de solo, 6,3 Kg de cal e 25,2 Kg de cinzas serão utilizados.
Tabela 9 - Quantidade de compostos para cada amostra Solo Termo Quantidade de
solo (Kg) Quantidade de cal (Kg) Quantidade de cinza (Kg) Solo S 42 0 0 Solo+cal SL 39,9 2,1 0 Solo+cinza SZ 32,8 0 4,2 Solo+cal+cinza SLZ 35,7 2,1 4,2 Solo+cinza2 SZ2 33,6 0 8,4 Solo+cal+cinza2 SLZ2 31,5 2,1 8,4
Fonte: Acervo particular, 2014.
Além das porcentagens de mistura utilizada, os ensaios serão realizados com cura de 14 e 28 dias, a fim de avaliar as propriedades mecânicas do solo no decorrer dos dias.
6.4 CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DAS MISTURAS
As características geotécnicas do solo serão determinadas através dos ensaios de: determinação da massa específica dos sólidos, do limite de liquidez, do limite de plasticidade e a análise granulométrica do solo.
Os ensaios serão realizados de acordo com as metodologias descritas em norma. A ABNT (1984b) prescreve o método para a determinação da massa
específica dos sólidos de um solo. O método para determinar o limite de liquidez dos solos é encontrado na ABNT (1984a).
A ABNT (1984c) mostra o método para a determinação do limite de plasticidade e o cálculo do índice de plasticidade dos solos. Além disso, a ABNT (1984d) mostra o método para a análise granulométrica de solos.
6.5 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
Os ensaios de compactação serão realizados de acordo com o estabelecido pela ABNT (1986b) utilizando a energia de Proctor Normal. A norma disponibiliza o método para determinar a relação entre o teor de umidade e a massa específica aparente seca de solos quando compactados.
As energias de compactação encontradas na norma são: normal, intermediária e modificada, como pode ser observado na Tabela 10:
Tabela 10 - Energia de compactação Cilindro Características inerentes a cada energia
de compactação
Energia
Normal Intermediária Modificada
Pequeno
Soquete Pequeno Grande Grande Numero de Camadas 3 3 5 Número de golpes por camada 26 21 27
Grande
Soquete Grande Grande Grande Numero de Camadas 5 5 5 Número de golpes por camada 12 26 55 Altura do disco espaçador (mm) 63,5 63,5 63,5
Fonte: Adaptado de ABNT, 1986.
O ensaio será feito em três camadas, aplicando 26 golpes do soquete pequeno, com peso de 0,25 N, com queda de 0,30 m de altura para cada camada. Através dos resultados será possível traçar a curva de compactação, a massa específica aparente seca máxima, o valor da umidade ótima do solo e a curva de saturação.
6.6 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES
A ABNT (1992) prescreve o método para determinação da Resistência à Compressão Não-Confinada (Simples). O ensaio será realizado em corpos-de-prova compactados, com teor de umidade e massa específica aparente .
6.7 ANÁLISE DE RESULTADOS
A caracterização geotécnica do solo será realizada no Laboratório de Mecância dos Solos, na Universidade do Estado de Mato Grosso. Entretanto, o ensaio de Resistência à Compressão Simples será realizado no laboratório de solos da empresa Transterra Terraplenagem e Pavimentação LTDA.
A partir dos resultados obtidos, será verificada a influência do teor de cinzas e do tempo de cura na resistência à compressão simples do solo. Será analisada também a possível sinergia entre a cal e as cinzas.
7 CRONOGRAMA
ATIVIDADES
2014
JUL AGO SET OUT NOV DEZ Preparação das amostras Ensaios de caracterização geotécnica das amostras Ensaios de compactação Proctor Normal Ensaio de Resistência à Compressão Simples
Análise dos resultados
8 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
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_____. NBR 6508: Grãos de Solos que passam na Peneira de 4,8 mm - Determinação da Massa Específica. Rio de Janeiro, RJ, 1984b. 8 p. _____. NBR 7180: Solo - Determinação do Limite de Plasticidade. Rio de Janeiro, RJ, 1984c. 3 p.
_____. NBR 7181: Solo - Análise Granulométrica. Rio de Janeiro, RJ, 1984d. 13 p. _____. NBR 7182: Solo - Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro, RJ, 1986b.10p. _____. NBR 7175: Cal Hidratada para Argamassas. Rio de Janeiro, RJ, 2003. 4 p. _____. NBR 9895: Solo – Índice de Suporte Califórnia. Rio de Janeiro, RJ, 1987. 14 p.
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